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竞赛题目

专业	试题	需要解决的问题	考察学生专业维度
几何表征算法，网格	基于体素（Voxel）的复杂几何结构网格剖分算法	开发基于体素的复杂几何结构网格剖分算法，并且该算法能够具备如下能力：（1）支持输入件为 stl/sat/stp 模型，并对输入件进行体素离散。在每个体素内，能够提取模型的若干几何信息，包括模型的材料属性、体积、模型在六面体的每个面上的面积以及 12 条棱边上的长度等；（2）允许输入件中的几何被分别赋予不同的材料属性，即需要能够处理同一个体素内具有两种以上不同的材料，并分别提取（1）种所描述的信息；（3）能够描述或证明离散后的数据与精确数据的误差来源和量级；（4）对于不同数量的体素离散，分别给出时间和内存使用情况；	几何处理分析和网格生成专业能力。
几何参数化，几何操控	CAD模型重新参数化	对于给定的结构模型，基于开源几何内核或CAD软件对此模型重新参数化，具体步骤包括：识别出每个特征的位置参数（参数可分为独立参数、关联参数和固定参数）；每个特征独立参数修改后，整个模型能够联动修改，且重新生成的结果无干涉。	1.计算几何的数学知识；2.CAD内核或CAD软件的使用能力。
有限元算法	有限元单元畸变控制(distortion control)算法实现	针对软性材料发生大变形的工况，为了提高仿真计算通过率和精度，开发一套实体单元畸变控制方法，并满足以下几点要求：（1）实体单元类型包含：一阶六面体缩减积分单元、六节点三棱柱单元；（2）本构类型包含：弹性、弹塑性和超弹本构；	1.有限元单元算法专业知识； 2.基本编程能力及有限元二次开发能力； 3.有限元方法工程化能力。
材料力学本构	应变率相关界面失效算法	为解决粘接界面力学可靠性仿真分析问题，需要开发一种应变率相关界面失效强度相关算法： 1. 开发界面失效本构模型应变率算法—包含失效起始和演化过程的应变率相关性 2. 基于商业有限元软件完成界面失效本构模型算法二次开发，具备高鲁棒性	1.力学、材料实验和高分子材料学专业知识； 2.基本编程能力及有限元软二次开发。

竞赛题目1

题目	基于体素（Voxel）的复杂几何结构网格剖分算法
背景	1. 体素（Voxel），类似二维空间中像素（Pixel），被广泛用于医学成像、游戏渲染和计算仿真等，如《Minecraft》中就是采用体素的方案进行复杂的地形渲染； 2. 在科学计算领域，利用体素（Voxel）来离散复杂几何结构，可以用非贴体结构化六面体网格来生成高精度的复杂几何离散结果，降低了对几何的要求，减轻了网格生成的负担。该方案可以用于电磁、流体仿真等领域，包括但不限于有限差分（FD）和有限元（FE）等方法。
需要解决的问题	开发基于体素的复杂几何结构网格剖分算法，并且该算法能够具备如下能力：（1）（必备）支持输入件为 stl/sat/stp 模型，并对输入件进行体素离散。在每个体素内，能够提取模型的若干几何信息，包括模型的材料属性、体积、模型在六面体的每个面上的面积以及 12 条棱边上的长度等；（2）（必备）允许输入件中的几何被分别赋予不同的材料属性，即需要能够处理同一个体素内具有两种以上不同的材料，并分别提取（1）种所描述的信息；（3）（必备）能够描述或证明离散后的数据与精确数据的误差来源和量级；（4）（必备）对于不同数量的体素离散，分别给出时间和内存使用情况；（5）（可选）该算法能够处理几何干涉的情况，即两种或以上的具有不同材料属性的模型出现干涉，能够根据材料优先级进行处理；（6）（可选）能够处理几何中存在破损、不封闭或非流形的情况；（7）（可选）开发配套的可视化方案；
附图说明
附图说明	传统 Voxel 离散精度不高[1]	基于 Voxel 的几何离散[2]	脏几何中可能会出现的问题[3][4]
关键交付件	1. 算法原理和设计文档包括（1）文献调研，阐述对当前业界前沿水平的分析和总结（2）本算法的基本原理和思路，阐明亮点或相比于已有方法的改进点，分析算法实现中可能会遇到的困难并给出解决方案（3）分析和预测预期性能指标，分析局限性并给出可能的改进方向； 2. 数值实验基于提供的测试集和参考解，提供本方案中算法的测试结果并撰写测试报告，包括但不限于精度、性能和鲁棒性报告；注： 1 考察客观指标：与参考解的误差、算法的时间和空间效率； 2 考察主观指标：算法在业务上的可扩展性，性能上的优化空间，和并行扩展性； 3 可选条目为加分项；
其他注意事项	1、鼓励原创，鼓励基于开源方案的改进和拓展； 2、交付件中算法文档使用word格式，代码提供对应源码并注明编程语言及配合使用的工具软件环境，验证结果使用powerpoint格式（插入图片和动画）。
考察专业维度	几何处理分析和网格生成专业能力
参考文献	参考文献 [1] http://www.gradientspace.com/tutorials/2017/12/14/3d-bitmaps-and-minecraft-meshes [2] https://www.dgp.toronto.edu/projects/mandoline/ [3] Martineau, David, Jeremy Gould, Jacques Papper, Matthew L. Staten, Per-Olof Persson, Nikos Chrisochoides, Kathy Loeppky, and Robin Fairey. "An integrated framework for wrapping and mesh generation of complex geometries." In Proceedings of the VII European congress on computational methods in applied sciences and engineering. 2016. [4] https://cgtyphoon.com/fundamentals/types-of-non-manifold-geometry/
附件下载	题目1附件下载

竞赛题目2

题目	CAD模型重新参数化
背景	为了实现终端产品结构CAD模型的自动优化，需要基于几何尺寸参数驱动模型修改。但现有结构模型通常是无参数的中性文件，因此需要识别其中关键几何特征，对其重新参数化，并保证重新生成的模型水密性好、无干涉。
需要解决的问题	附图给出了简化的产品结构模型，图中的A/B/C/D/E/F/G特征为待识别几何特征。请基于开源几何内核或CAD软件对此模型重新参数化，具体步骤包括：（可选）自定义规则来自动识别其中的几何特征，不限于图中的A/B/C/D/E/F/G特征（也可以人工指定的方式来识别）；（必备）识别出每个特征的位置参数（参数可分为独立参数、关联参数和固定参数）；（必备）每个特征独立参数修改后，整个模型能够联动修改，且重新生成的结果无干涉。
附图说明		示例说明：（1）特征D与特征E只要无干涉即可，因此特征D与特征E相互独立，则其位置参数均为独立参数。（2）由于生成特征F是为了避让特征E，则特征E与特征F之间的相对位置固定的，因此特征E的位置参数为独立参数，特征F的位置参数为关联参数。（同理，特征C是为了避让特征B）（3）特征B移动时，不能与特征A干涉
关键交付件	不考虑特征之间的关联关系，只需考虑重新生成的特征不干涉的情况，提交CAD模型重新参数化的技术路线文档，包括几何特征识别（可选）、重新参数化方案、重新生成模型的方案、优缺点分析。考虑特征之间的关联关系，以特征组的方式来参数化修改模型，提出该方案的技术路线文档。评价标准： 1、特征修改(40分)：修改成功率(按照成功率百分比)20分，模型修改的自由度（1维移动，2维移动，3维移动）20分；移动范围可以有10分附加分（特征B沿着外框往特征G方向移动的距离X1大于18mm时，特征D自动删除，4分；X1大于36mm时，特征E和F删除，4分；特征大于51mm时，特征G自动删除，2分） 2、特征识别(20分)：识别操作的复杂度（操作自动化度全自动，并完全覆盖图中特征得满分，半自动按照操作复杂度评分在3~9分，全人工不得分）15分，识别的准确性5分 3、特征联动(20分)：联动复杂度（联动特征数量，5个特征均联动可以拿到10分），特征联动成功率（B和C特征保持间距1mm，5分，E和F特征保持间距1.1mm，5分） 4、模型质量(20分)：模型水密性（水密性完整得10分，有一个破缺减2分），模型的可制造性（是否有碎面，非流行结构，细小特征(0.2mm以内的段差新增碎结构)一个点1分） 5、交付件中算法文档使用word格式，代码提供对应源码并注明编程语言及配合使用的工具软件环境，验证结果使用powerpoint格式（插入图片和动画）。
其他注意事项	可灵活选择各种几何内核或工业软件作为工具，鼓励将其他领域的方法平移至此领域
考察专业维度	1、计算几何的数学知识 2、CAD内核或CAD软件的使用能力
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竞赛题目3

题目	有限元单元畸变控制(distortion control)算法实现
背景	消费电子产品使用有限元方法进行结构可靠性仿真评估，在跌落等剧烈变形工况下，泡棉/超弹等软性材料发生显著变形，导致计算发散和仿真结果异常。在软性材料发生大变形工况下，引入单元畸变控制(distortion control)对提高仿真计算通过率和精度具有关键意义，是有限元仿真的一个关键技术点。
需要解决的问题	开发一套实体单元畸变控制方法，并满足以下几点要求：（1）实体单元类型包含：一阶六面体缩减积分单元、六节点三棱柱单元；（2）本构类型包含：弹性、弹塑性和超弹本构；
附图说明
关键交付件	输入描述：给定多组模型作为仿真输入（提供inp/k文件格式），按照模型复杂度程度划分为两个等级：模型等级1：单组件简单模型，如单件压缩、剪切等；模型等级2：多组件复杂模型，包含多种材料，如多组件碰撞、挤压等；评分细则（总计100分）： 1、完成一阶六面体缩减积分单元畸变控制算法，并提供畸变控制算法方案描述文档、代码及验证结果；（20分） 2、完成六节点三棱柱单元畸变控制算法，并提供畸变控制算法方案描述文档、代码及验证结果；（20分） 3、模型等级1算例全部计算通过，单元正常变形且Jacobian为正；（30分） 4、模型等级2算例全部计算通过，单元正常变形且Jacobian为正；（30分）
其他注意事项	1、畸变控制算法可以基于商用软件二次开发或者基于开源软件开发； 2、鼓励原创想法，如涉及到业界公开方案请提供优化说明 3、交付件中算法文档使用word格式，代码提供对应源码并注明编程语言及配合使用的工具软件环境，验证结果使用powerpoint格式（插入图片和动画）。
考察专业维度	1、有限元单元算法专业知识 2、基本编程能力及有限元二次开发能力 3、有限元方法工程化能力
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竞赛题目4

题目	应变率相关界面失效算法
背景	终端电子产品集成度进一步提升，在制造工艺中大量运用粘接工艺进行连接，因此对粘胶的连接可靠性进行高效和准确的评估提出高的要求。粘胶连接可靠性仿真分析，商业软件基于内聚力单元的轨迹-分离方式进行分析，其适合于规则/平整的粘接界面进行仿真分析；在工业应用中，由于连接构件复杂，内聚力单元（cohesive element）建模难，单元质量低，计算不稳定，导致内聚力单元无法大规模应用。商业软件中给出了一种基于surface的界面失效方案（cohesive behavior），但是其没有率相关失效功能，无法满足工业场景需求。因此开发一种应变率相关界面失效强度算法，对解决负责粘接界面力学可靠性仿真分析具有重要的应用价值。
需要解决的问题	1、开发包含应变率的界面失效算法—包含失效起始和演化过程的应变率相关性 2、基于商业有限元软件完成界面失效强度算法二次开发，具备高鲁棒性
附图说明
附图说明	图1：粘胶单体剪切测试模型	图2：不同应变率的测试曲线
关键交付件	输入描述： 1、粘胶单体剪切测试几何模型示意图； 2、不同应变率下粘胶剪切失效力学行为原始数据（附件1）和示意图（图2）； 3、简易整机模型（见附件2）；输出及评分细则（总分100）： 1、粘胶本体的应变率相关材料本构，材料本构能复现界面失效之前的测试曲线（10分）； 2、粘胶界面失效应变率相关算法，需包含界面失效开始时刻的应力（应变）相关性，和界面损伤演化过程的非线性（30分）。 3、粘胶界面失效算法在仿真中实现的技术方案及说明，在商业仿真软件中进行二次开发和调整的完整实现过程，能够复现不同率相关下完整的单体测试曲线（30分）。 4、粘胶界面失效算法在显式瞬态分析中计算稳定，能计算整机1.0m左下角45°跌落计算，计算时间1ms（提供简化整机模型）（30分）；
其他注意事项	1、失效位置发生在粘接界面，不在单元本体。不能仅使用单元失效（cohesive element）完成本课题 2、交付件中算法文档使用word格式，代码提供对应源码并注明编程语言及配合使用的工具软件环境，验证结果使用powerpoint格式（插入图片和动画）。
考察专业维度	1、力学、材料实验和高分子材料学专业知识； 2、基本编程能力及有限元软二次开发；
附件下载	题目4附件下载

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