# LW1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

по курсу «Основы программирования на C++»

Разработка конечно-элементного загрузчика сетки

Разработать конечно-элементный загрузчик сеток.

1. Предусмотреть возможность работы с различными форматами файлов конечно-элементной (КЭ) сетки. Создать базовый класс MeshLoader. Объявить в нем чисто виртуальный метод loadMesh.

2. Создать производный от MeshLoader класс AneuMeshLoader, в котором переопределить метод loadMesh. Данный класс должен обеспечивать загрузку сетки из формата .aneu.

3. Предусмотреть возможность консольного запуска бинарного файла и передачи имени загружаемого файла в параметрах командной строки.

4. В отдельном h-файле создать следующие вспомогательные типы данных:

· Node – тип данных «узел». Хранит ID узла (>= 1), декартовы координаты узла и флаг, определяющий, является ли данный узел вершиной КЭ или его внутренним узлом.

· FiniteElement – тип данных «конечный элемент». Хранит ID КЭ (>= 1), ID типа материала, к которому принадлежит КЭ по данным файла сетки, список ID узлов КЭ.

· BoundaryFiniteElement – тип данных «граничный конечный элемент». Хранит ID элемента (>= 1), ID границы с данным типом граничного условия, список ID узлов поверхностно КЭ.

5. Предоставить следующие методы:

· методы, позволяющие получить STL-контейнеры узлов, конечных элементов и граничных элементов1;

· метод, позволяющий найти КЭ по ID трех его вершинных узлов, для чего использовать алгоритм find_if и создать необходимый предикат. Предусмотреть возможность наличия нескольких КЭ с данными тремя узлами;

· метод, позволяющий найти КЭ по ребру, заданному с помощью ID двух узлов. Предусмотреть возможность наличия нескольких КЭ с данным ребром;

· метод, возвращающий контейнер граничных узлов по ID границы;

· метод, возвращающий контейнер КЭ с заданным ID области;

· метод, возвращающий контейнер граничных КЭ с заданным ID границы;

· метод, производящий вставку новых узлов в середины ребер существующих КЭ (включая граничные КЭ). Учесть, что обновляются как списки узлов каждого КЭ, так общий список узлов сетки;

· метод, создающий контейнер, n-ый элемент которого хранит контейнер всех «соседей» по ребрам для узла n;

· методы, реализующие отформатированный вывод Node, FiniteElement и BoundaryFiniteElement на консоль;

· при необходимости возможно определение других методов и типов данных.

Основные требования:

1. Предполагается, что количество узлов и элементов в сетке очень велико. В связи с этим сложность каждого приведенного метода не должна быть больше .

2. Загрузчик должен быть реализован на основе использования контейнеров, итераторов и алгоритмов STL. Использование циклов должно быть сведено к минимуму.

3. Ошибки и нештатные ситуации загрузки сетки обработать посредством генерации исключительных ситуаций (при необходимости разработать иерархию исключений). Примерами исключительных ситуаций может быть: не найден файл сетки, неверный формат файла сетки т.п.

4. Сетки в формате .neu могут быть сгенерированы в программе NetGen (http://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/). В формат .aneu данный файл можно преобразовать, добавив в neu-файле в строку с количеством узлов размерность пространства, в строку с количеством КЭ – число узлов в одном КЭ, в строку с количеством граничных КЭ – число узлов в одном граничном КЭ.

Для самостоятельного изучения:

1. Перенаправление стандартных потоков ввода и вывода в файлы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Формат файла .neu

<Количество узлов>

X1 X2 X3

…

X1 X2 X3

<Количество КЭ>

<ID материала> N1 N2 N3 N4

…

<ID материала> N1 N2 N3 N4

<Количество поверхностных КЭ>

<ID поверхности> N1 N2 N3

…

<ID поверхности > N1 N2 N3

Здесь и далее Xi – координата, Ni – ID узла (число от 1 до <Количество узлов>).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Формат файла .aneu

Данный формат получается «вручную» из файла *.neu изменением расширения на .aneu и внесением информации, выделенной красным цветом:

<Количество узлов> <Размерность пространства>

X1 X2 X3

…

X1 X2 X3

<Количество КЭ> <Количество узлов в одном КЭ>

<ID материала> N1 N2 N3 N4

…

<ID материала> N1 N2 N3 N4

<Количество поверхностных КЭ> <Количество узлов в одном поверхностном КЭ>

<ID поверхности> N1 N2 N3

…

<ID поверхности > N1 N2 N3

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Генерация сетки в NetGen 5.3.

Для генерации сетки в NetGen:

1) создать файл .geo по приведенным в программе примерам;

2) открыть файл .geo в программе, выбрав File->Load Geometry;

3) при необходимости настроить сетку в Mesh->Meshing Options, вкладки General и Mesh Size;

4) Нажать кнопку Generate Mesh;

5) Выбрать File->Export Mesh. Сохранить с указанием формата *.neu.

6) Вручную преобразовать neu-файл в aneu-файл.

Программу можно скачать по ссылке (выбрать версию 5.3!): https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/files/netgen-mesher/5.3/