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FLUKA是由意大利国家核物理研究院和欧洲核子中心联合研发的高精度多粒子蒙特卡罗方法输运计算程序,在高能物理、屏蔽和医学物理等多个领域获得了广泛的应用。FLUKA支持文本输入文件,使用其进行核装置的输运计算分析时需要建立装置的几何模型。传统手工文本描述几何模型的建模方式耗时费力且容易出错,不便于复杂装置计算模型的构建与修改。而随着计算机图形学与计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)技术的发展,当前主流商用CAD软件,操作界面友好,能够高效直观地创建各种复杂几何模型。因而基于CAD发展CAD几何模型到FLUKA计算模型的自动转换建模软件,成为提高FLUKA建模效率的一种有效途径。
CAD几何模型和FLUKA几何模型,基于不同的几何表示方法,具有较大的差异。国内外已有的FLUKA建模软件主要提供基本几何辅助编辑功能,不支持通用CAD几何模型到FLUKA几何模型的转换。
本论文深入研究了CAD几何模型和FLUKA几何模型的构造原理。发展了一套基于CAD的FLUKA几何自动建模方法,能够把通用CAD几何模型转换为FLUKA输入文件格式的几何模型。同时针对FLUKA的材料库和材料文件构成特点,提出了界面交互式材料建模方法,能够使用户方便地完成材料定义及分配。论文基于上述方法,并结合现代软件工程的思想,进行了软件系统架构与数据结构的设计。最终以FDS团队研发的核与辐射输运计算自动建模软件MCAM为依托平台,实现了上述FLUKA自动建模方法,完成了原型系统开发。
为了校验原型系统的正确性,论文从转换前后几何可视化及栅元体积对比、自动建模与手工建模所得输入文件的计算结果对比等多个方面,开展了以聚变反应堆FDS-Ⅱ模型及国际热核聚变实验堆ITER模型为代表的系列例题测试。测试结果表明,转换前后几何可视化效果一致,各栅元体积吻合良好,自动建模与手工建模所得输入文件的计算结果偏差在合理的范围内。验证了自动建模方法的正确性和原型系统的可靠性。