当前位置：物联沃-IOTWORD物联网 > 技术教程 > Gmsh有限元网格剖分(Python)—任意点、直线、平面的创建
代码收藏家代码收藏家 技术教程

Gmsh有限元网格剖分(Python)—任意点、直线、平面的创建

Gmsh有限元网格剖分(Python)—点、直线、平面的创建

最近在学习有限元的网格剖分算法，主要还是要参考老外的开源Gmsh库进行，写一些博客记录下学习过程，方便以后回忆嘞。

Gmsh的官方英文文档可以参考：gmsh.pdf

但咋就说，这里面东西太多了，不太适合初学者去看，因此分享下自己学习的过程吧。

目录

  • Gmsh有限元网格剖分(Python)—点、直线、平面的创建
  • 0、Gmsh的Python接口基础
  • 1、Gmsh中点的创建
  • 2、Gmsh中线的创建-连点成线
  • 3、Gmsh中面的创建-连线成面
  • 4、简单调整平面剖分精度

    • 0、Gmsh的Python接口基础

    使用Gmsh的Python接口一般有下面几个步骤：

    Step1：导入包

    import gmsh
import sys

    Step2：初始化gmsh引擎、给整个结构命名(此处命名为my_t1)

    gmsh.initialize()
gmsh.model.add("my_t1")

    Step3：设置创建结构使用的引擎
    ——gmsh.model.geo是GMSH自带的几何定义接口，适用于简单的几何定义和修改
    ——gmsh.model.occ基于Open CASCADE，模型修改更加高级

    # gmsh.model.geo是GMSH自带的几何定义接口，适用于简单的几何定义和修改；
# gmsh.model.occ基于Open CASCADE，模型修改更加高级
# kernel = gmsh.model.geo
kernel = gmsh.model.occ

    Step4：创建结构，如点、线、面等，此处给出例子

    mesh_size = 1e-2
point1_tag = kernel.addPoint(0, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point2_tag = kernel.addPoint(0, 1, 0, meshSize=mesh_size)
point3_tag = kernel.addPoint(1, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point4_tag = kernel.addPoint(1, 1, 0, meshSize=mesh_size)

    Step5：模型同步，并将结构赋予实际的物理分组

    # GMSH模型同步
kernel.synchronize()
# 创建点集合，命名为My point
gmsh.model.addPhysicalGroup(0, [point1_tag, point2_tag, point3_tag, point4_tag], name="My point")

    Step6：进行剖分、保存、调用gui显示、退出

    # 2维网格剖分
gmsh.model.mesh.generate(2)
# 保存一下
gmsh.write("my_t1.msh")
# 默认启动gui界面
if '-nopopup' not in sys.argv:
    gmsh.fltk.run()
# 结束gmsh
gmsh.finalize()

    1、Gmsh中点的创建

    gmsh.model.geo.addPoint函数可以进行点的创建，函数的解释如下：

    1. 前三个参数是点的坐标（x, y, z） 输入mesh_size是目标网格大小，它指定了在点附近期望的网格尺寸
    2. 可以手动设置创建的点的标签，如gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size, tag=1)
    3. 不手动设置标签，创建时会自动返回标签，如point1_tag = gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size)

    实际的使用代码：

    point1_tag = kernel.addPoint(0, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point2_tag = kernel.addPoint(0, 1, 0, meshSize=mesh_size)
point3_tag = kernel.addPoint(1, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point4_tag = kernel.addPoint(1, 1, 0, meshSize=mesh_size)

# GMSH模型同步
kernel.synchronize()
# 创建点集合，命名为My point
gmsh.model.addPhysicalGroup(0, [point1_tag, point2_tag, point3_tag, point4_tag], name="My point")

    运行代码可以调用gmsh的UI界面进行显示，可以查看到四个点被成功创建：

    双击空白位置，打开坐标轴：

    结构更加清晰明了了：

    在菜单栏的Tool中可以查看结构中各个元素的可视化选项：

    My point元素组刚好对应四个点的集合：

    全部代码：

    import gmsh
import sys

gmsh.initialize()
# 新建模型，命名为t1，t1指的是整个结构
gmsh.model.add("my_t1")

# gmsh.model.geo是GMSH自带的几何定义接口，适用于简单的几何定义和修改；
# gmsh.model.occ基于Open CASCADE，模型修改更加高级
# kernel = gmsh.model.geo
kernel = gmsh.model.occ

mesh_size = 1e-2
# 前三个参数是点的坐标（x, y, z）
# 输入mesh_size是目标网格大小，它指定了在点附近期望的网格尺寸
# 可以手动设置创建的点的标签，如gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size, tag=1)
# 不手动设置标签，创建时会自动返回标签，如point1_tag = gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size)
point1_tag = kernel.addPoint(0, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point2_tag = kernel.addPoint(0, 1, 0, meshSize=mesh_size)
point3_tag = kernel.addPoint(1, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point4_tag = kernel.addPoint(1, 1, 0, meshSize=mesh_size)

# GMSH模型同步
kernel.synchronize()
# 创建点集合，命名为My point，第一个输入是0代表是0维的点
gmsh.model.addPhysicalGroup(0, [point1_tag, point2_tag, point3_tag, point4_tag], name="My point")

# 2维网格剖分
gmsh.model.mesh.generate(2)
# 保存一下
gmsh.write("my_t1.msh")
# 默认启动gui界面
if '-nopopup' not in sys.argv:
    gmsh.fltk.run()
# 结束gmsh
gmsh.finalize()

    2、Gmsh中线的创建-连点成线

    使用下面的案例代码，line1是点1和点2相连得到，line2是点2和点4相连得到，其余类似：

    line1_tag = kernel.addLine(point1_tag, point2_tag)
line2_tag = kernel.addLine(point2_tag, point4_tag)
line3_tag = kernel.addLine(point4_tag, point3_tag)
line4_tag = kernel.addLine(point3_tag, point1_tag)

    使用下面的代码创建物理集合，第一个输入参数是1代表输入的是1维的线：

    gmsh.model.addPhysicalGroup(1, [line1_tag, line2_tag, line3_tag, line4_tag], name="My line")

    创建后运行代码，可以看到gmsh识别到全部的点和线：

    全部代码：

    import gmsh
import sys

gmsh.initialize()
# 新建模型，命名为t1，t1指的是整个结构
gmsh.model.add("my_t1")

# gmsh.model.geo是GMSH自带的几何定义接口，适用于简单的几何定义和修改；
# gmsh.model.occ基于Open CASCADE，模型修改更加高级
# kernel = gmsh.model.geo
kernel = gmsh.model.occ

mesh_size = 1e-2
# 前三个参数是点的坐标（x, y, z）
# 输入mesh_size是目标网格大小，它指定了在点附近期望的网格尺寸
# 可以手动设置创建的点的标签，如gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size, tag=1)
# 不手动设置标签，创建时会自动返回标签，如point1_tag = gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size)
point1_tag = kernel.addPoint(0, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point2_tag = kernel.addPoint(0, 1, 0, meshSize=mesh_size)
point3_tag = kernel.addPoint(1, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point4_tag = kernel.addPoint(1, 1, 0, meshSize=mesh_size)

line1_tag = kernel.addLine(point1_tag, point2_tag)
line2_tag = kernel.addLine(point2_tag, point4_tag)
line3_tag = kernel.addLine(point4_tag, point3_tag)
line4_tag = kernel.addLine(point3_tag, point1_tag)


# GMSH模型同步
kernel.synchronize()
# 创建点集合，命名为My point
gmsh.model.addPhysicalGroup(0, [point1_tag, point2_tag, point3_tag, point4_tag], name="My point")

gmsh.model.addPhysicalGroup(1, [line1_tag, line2_tag, line3_tag, line4_tag], name="My line")

# 2维网格剖分
gmsh.model.mesh.generate(2)
# 保存一下
gmsh.write("my_t1.msh")
# 默认启动gui界面
if '-nopopup' not in sys.argv:
    gmsh.fltk.run()
# 结束gmsh
gmsh.finalize()

    3、Gmsh中面的创建-连线成面

    首先要把线的集合变成封闭的曲线（CurveLoop函数）：

    line1_tag = kernel.addLine(point1_tag, point2_tag)
line2_tag = kernel.addLine(point2_tag, point4_tag)
line3_tag = kernel.addLine(point4_tag, point3_tag)
line4_tag = kernel.addLine(point3_tag, point1_tag)

curve_loop_tag = kernel.addCurveLoop([line1_tag, line2_tag, line3_tag, line4_tag])

    随后从封闭的曲线创建平面：

    surface_tag = kernel.addPlaneSurface([curve_loop_tag])

    创建的封闭线、平面全部全部添加到实际物理Group：

    gmsh.model.addPhysicalGroup(1, [curve_loop_tag], name="My CurveLoop")
gmsh.model.addPhysicalGroup(2, [surface_tag], name="My Surface")

    运行代码，案例如下：

    全部代码如下：

    import gmsh
import sys

gmsh.initialize()
# 新建模型，命名为t1，t1指的是整个结构
gmsh.model.add("my_t1")

# gmsh.model.geo是GMSH自带的几何定义接口，适用于简单的几何定义和修改；
# gmsh.model.occ基于Open CASCADE，模型修改更加高级
# kernel = gmsh.model.geo
kernel = gmsh.model.occ

mesh_size = 1e-1
# 前三个参数是点的坐标（x, y, z）
# 输入mesh_size是目标网格大小，它指定了在点附近期望的网格尺寸
# 可以手动设置创建的点的标签，如gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size, tag=1)
# 不手动设置标签，创建时会自动返回标签，如point1_tag = gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size)
point1_tag = kernel.addPoint(0, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point2_tag = kernel.addPoint(0, 1, 0, meshSize=mesh_size)
point3_tag = kernel.addPoint(1, 0, 0, meshSize=mesh_size)
point4_tag = kernel.addPoint(1, 1, 0, meshSize=mesh_size)

line1_tag = kernel.addLine(point1_tag, point2_tag)
line2_tag = kernel.addLine(point2_tag, point4_tag)
line3_tag = kernel.addLine(point4_tag, point3_tag)
line4_tag = kernel.addLine(point3_tag, point1_tag)

curve_loop_tag = kernel.addCurveLoop([line1_tag, line2_tag, line3_tag, line4_tag])

surface_tag = kernel.addPlaneSurface([curve_loop_tag])


# GMSH模型同步
kernel.synchronize()
# 创建点集合，命名为My point
gmsh.model.addPhysicalGroup(0, [point1_tag, point2_tag, point3_tag, point4_tag], name="My point")

gmsh.model.addPhysicalGroup(1, [line1_tag, line2_tag, line3_tag, line4_tag], name="My line")

gmsh.model.addPhysicalGroup(1, [curve_loop_tag], name="My CurveLoop")

gmsh.model.addPhysicalGroup(2, [surface_tag], name="My Surface")

# 2维网格剖分
gmsh.model.mesh.generate(2)
# 保存一下
gmsh.write("my_t1.msh")
# 默认启动gui界面
if '-nopopup' not in sys.argv:
    gmsh.fltk.run()
# 结束gmsh
gmsh.finalize()

    4、简单调整平面剖分精度

    gmsh.model.geo.addPoint函数可以进行点的创建，函数的解释如下：

    1. 前三个参数是点的坐标（x, y, z） 输入mesh_size是目标网格大小，它指定了在点附近期望的网格尺寸
    2. 可以手动设置创建的点的标签，如gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size, tag=1)
    3. 不手动设置标签，创建时会自动返回标签，如point1_tag = gmsh.model.geo.addPoint(x=0, y=0, z=0, meshSize=mesh_size)

    注意到，调整函数的meshSize输入参数可以设置网格精度，上面最后代码按照0.1进行剖分，如果我们修改上面代码设置：

    mesh_size = 5e-1

    结果为：

    作者：怡步晓心l

    物联沃分享整理
    物联沃-IOTWORD物联网 » Gmsh有限元网格剖分(Python)—任意点、直线、平面的创建

    代码收藏家 普通

    分享到：

    相关推荐

    发表回复