$$\nabla f = \left(\frac{\partial f}{\partial x},\,\frac{\partial f}{\partial y}\right)$$
最大坡度:
$$\theta = \arctan(|\nabla f|)$$
等高线与 $\nabla f$ 正交
改变函数就能生成虚拟地形,等高线图、梯度热力图、断面轮廓同时绘制。等高线通过行进平方法提取,可切身体验CAE后处理的基础。
$$\nabla f = \left(\frac{\partial f}{\partial x},\,\frac{\partial f}{\partial y}\right)$$
最大坡度:
$$\theta = \arctan(|\nabla f|)$$
等高线与 $\nabla f$ 正交
产业实际应用案例
汽车行业中,汽车制造商在发动机燃烧室设计时活用本模拟器。从数式生成虚拟地形,用等高线可视化圆筒盖内部气流通路,力求最小化压力损失。建筑行业中,建筑公司在隧道掘削时应用地盘变形预测。用梯度热力图特定应力集中位置,高效制定加固计划。
研究·教育活用
大学工程学教育中,流体力学讲座的学生自行调整函数参数生成地形,通过断面轮廓推断流速分布。行进平方法的原理可视化体验,CAE初学者也能直观掌握等高线生成逻辑。气象研究中,富士山周边风况模拟的前处理阶段,将标高数据用数式近似并进行验证。
与CAE分析联系及实务定位
本工具在CAE分析的前处理阶段,用于地形数据简易确认和分析条件试错。例如在CAE或多物理场CAE本格分析之前,从生成的等高线和梯度分布判断网格分割的粗细方针。实测数据不足的初期设计阶段,用数式基础的虚拟地形把握现象倾向,有助于削减分析成本。
经常误解"等高线在标高越高的地方越密集",但实际上在坡度陡的地方变密,缓和地形则稀疏。即使山顶附近,如果地形平坦,等高线也会间距很大。仅从线条密度判断高度差很容易出错。
经常误解"断面轮廓精确表示地形的断面形态",但实际上因网格分辨率和补间方法的影响,形状被平滑化,急崖和微细凹凸会丢失。特别是行进平方法按单元绘制线条,原始函数的微细特征可能无法再现。
容易将"梯度热力图颜色深就是危险斜坡"简单化,但实际上热力图的色彩因模拟规模和显示范围设置差别很大。相同梯度在显示范围缩小后,色彩看起来会急剧变化。解释时务必确认图例和数值。
振幅A=50m、周期λ=100m、位相0°的正弦波地形模拟运行时,计算区域200m×200m内Max z=50.2m、Min z=-49.8m、Range=100.0m。等高线本数设为20时,等高线间隔自动分割为5.0m。Y=100m断面处勾配最大处记录8.2°角。格子分辨率0.5m×0.5m下行进平方法生成约1,200个线段单元,可作为CAE网格的离散化处理实习。