各向异性多孔结构的建模方法结题摘要

本项目针对自然界中极为常见且广泛使用于设计和工程领域的多孔结构进行建模。多孔结构的建模是进行功能材料研发、多孔介质研究、多孔结构三维打印制造及多孔类艺术品设计等的核心问题。但是由于多孔结构的复杂几何和拓扑形态，多孔结构的建模面临模型描述能力不足、难以进行高层次几何或力学特性控制和优化设计及大规模计算等带来的若干瓶颈问题，是国际公认的难度大、探索性强的基础问题。本项目提出了一种对曲面进行纹理装饰和三维打印的新方法，一种从小尺寸多孔结构微CT数据三维样本产生一个大尺寸的多孔结构材料的方法，并设计了一种可视化方法分析多孔结构，建立多孔材料进行物理模型，各向异性张量场中Voronoi剖分的计算方法、结构力学性能优化，以及带容限重心Power剖分的高效计算方法研究。本项目为多孔结构设计提供有效的建模方法，满足各种应用中对生成高度优化的多孔结构模型的需求，同时实现了多孔结构几何建模模型，各向异性张量场的设计和控制，多孔结构的局部连通性控制，多孔结构的数学定性定量描述等关键技术，并对相关模型和算法进行系统集成和测试验证，本项目共发表论文7篇，其中7篇sci。

多孔结构在自然界中极为常见，也广泛使用于设计和工程领域。多孔结构的建模是进行功能材料研发、多孔介质研究、多孔结构三维打印制造及多孔类艺术品设计等的核心问题。但是由于多孔结构的复杂几何和拓扑形态，多孔结构的建模面临模型描述能力不足、难以进行高层次几何或力学特性控制和优化设计及大规模计算等带来的若干瓶颈问题，是国际公认的难度大、探索性强的基础问题。本项目将基于水平集和纹理合成方法，利用交互设计或应力分析引导的各向异性张量场产生含有多孔结构的模型，研究几何、拓扑和力学特性可高层次优化设计的各向异性多孔结构建模方法。主要研究基于水平集和纹理合成的多孔结构几何建模模型，各向异性张量场的设计和控制，多孔结构的局部连通性控制，多孔结构的数学定性定量描述等关键技术，并对相关模型和算法进行系统集成和测试验证。本项目的完成将为多孔结构设计提供有效的建模方法，满足各种应用中对生成高度优化的多孔结构模型的需求。

建模方法包括确定性建模和随机性建模两类。律用的建模技术包括：

(1)面向界面的建模，又称层状建模，用于建立构造模型。它利用井孔地质分层数扼或地震资料解释的层位和断层数据，通过曲面拟台(见地震层位面拟合、地震断层面拟合)生成地层界面和断面，再经过图形编辑，最后完成建模。

(2)面向地质体的建模，也称封闭块建模，用于建立实体模型。它在构造模型基础上，s曾DI]了地质体之问的拓扑关系表示及运算、模型一致性自动检验以及多值面和盐体等复杂地质体的表示，实现建模。

(3)面向跨学科各种信息共享和综合的建模，用于建立地球模型。它在实体模型基础上，增加模型共享、应用共享、先进数据库和三维可视化共享窗口等计算技术，集地球物理、地质和油藏工程中各种信息于一个模型。

本项目研究面向并行工程的产品建模方法，包括研究集成的产品多领域模型，能够同时支持特征设计和特征识别的库特征表示，能够并行建立产品多领域模型的混合特征建模方法，产品多领域模型的有效性和一致性维护方法等。本项研究对显著提高现有产品建模技术的功能使其能够有效地支持并行工程具有重要意义，对在我国顺利实施并行工程将起到积极作用。 2100433B