《有限元仿真實踐原理》HyperMesh中的幾何

2016-11-04 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

HyperMesh幾何術語

《有限元仿真實踐原理》HyperMesh中的幾何hypermesh分析案例圖片1

處理幾何問題必須熟悉相關術語。CAE項目通常由導入CAD模型開始,例如CATIA、STEP、UG、IGES、solidThinking等等。導入模型數(shù)據(jù)時常常伴隨細微的偏差,有諸多偏差細節(jié),HyperMesh提供了廣泛的幾何修復工具,應用廣泛。CAD模型通常不是CAE分析人員需要的模型,比如,對一個設計者而言,一個簡單光滑的曲面通常被分割成很多小面。

部分幾何表現(xiàn)如下:

幾何沒有相連
存在非常細小的面
面之間有間隙、重疊或者未對齊
幾何是薄壁實體結(jié)構時,抽中面用2D網(wǎng)格劃分效果更好
面之間有穿透,但沒有體現(xiàn)
幾何模型細節(jié)太多
其他更多….

HyperMesh幾何清理

拓撲修補:策略

可以根據(jù)以下所列大致的策略進行拓撲修補。雖然這只是一個籠統(tǒng)的策略,你可能需要根據(jù)你的模型作適當調(diào)整,但它提供了一個很好的切入點以著手進行拓撲修補。

1、理解模型的尺寸和規(guī)模

對于計算機屏幕上的模型,從完整尺寸的船舶到包含所有細節(jié)的電子元器件,有時很難明確模型的整體規(guī)模。所以了解模型的整體尺寸以及確定將被用于評估網(wǎng)格的全局網(wǎng)格尺寸就顯得尤為重要。

2、基于上一步的全局網(wǎng)格尺寸確定清理的容差。

當網(wǎng)格尺寸確定下來,就要制定清理的容差。清理的容差表明拓撲修補中將被封閉的最大間隙。這個尺寸一定不要超過全局網(wǎng)格尺寸的15-20%。超過這個極限的取值將會導致網(wǎng)格的扭曲。

3、使用拓撲顯示工具來確定需要修改的地方。比如說,使用By 2D Topo顯示2D幾何的拓撲關系。

可視化模式:By Comp(使用component的顏色)

可視化模式:By 2D Topo
可視化模式:Mixed組合使用component的顏色和拓撲信息

4、找出重復面并刪除。

為了刪除重復面,從主面板選擇Geometry > Defeature >Duplicates。

5、使用equivalence盡可能多地合并自由邊。

使用這個功能時,注意觀察確認沒有曲面被破壞。

6、使用toggle合并剩下的邊。

如果需要的話,使用replace功能。

7、使用filler surface填補缺失的曲面。

8、equivalence、toggle、和filler surface可以從Quick Edit面板找到。

為了進入QuickEdit面板,可以從主面板選擇Geometry> Quick Edit。

拓撲修補:工具和面板

曲面的周界定義成邊。邊總共有四種類型:

1、自由邊

2、共享邊

3、被抑制的邊

4、重復邊

邊是有區(qū)別于曲線的,并且在HyperMesh不同的操作下是區(qū)分對待的。邊的連接關系組成了幾何的拓撲關系。下圖所示的四種邊分別表達了不同的幾何拓撲關系(注意:模型在HyperMesh中使用2D Topo模式顯示)。

自由邊

自由邊表示一條只屬于一個曲面的邊。自由邊默認顯示成紅色。

一個清理完畢的曲面2D模型,自由邊應當只出現(xiàn)在零件的外周界和內(nèi)部圓孔的一周。注意:自由邊出現(xiàn)在兩個相鄰的曲面之間表示這兩個曲面之間存在間隙。自動網(wǎng)格劃分的功能將會在曲面間的間隙處留下網(wǎng)格的間隙。

共享邊

共享邊表示一條屬于或被兩個相鄰曲面共享的邊。共享邊默認顯示成綠色。

當兩個曲面之間的邊是共享邊時(通常這就是你想要的),這兩個曲面之間就沒有間隙或者重疊——它們幾何上連續(xù)。網(wǎng)格自動劃分工具總是沿著共享邊放置節(jié)點,從而生成沒有間隙的網(wǎng)格。網(wǎng)格自動劃分工具不會生成任何網(wǎng)格跨越共享邊。

被抑制的邊

被抑制的邊是被兩個曲面共享的,但是它被網(wǎng)格自動劃分工具忽略了。被抑制的邊默認顯示成藍色。

類似于共享邊,被抑制的邊表明兩個曲面幾何上連續(xù)。但不同于共享邊,網(wǎng)格自動劃分工具將會劃分網(wǎng)格跨越被抑制的邊,就像它不存在一樣。網(wǎng)格自動劃分工具不會沿著被抑制的邊放置節(jié)點,所以網(wǎng)格將會跨越它。通過抑制不需要的邊,可以高效地把曲面合并成更大的可劃分網(wǎng)格的區(qū)域。

重復邊

重復邊是屬于三個或多個曲面的。重復邊默認被顯示成黃色。

它們通常出現(xiàn)在曲面的T型連接,或者當兩個或多個重復面存在的時候。網(wǎng)格自動劃分工具總是沿著它們放置節(jié)點以生成沒有間隙的連續(xù)的網(wǎng)格。網(wǎng)格自動劃分工具不會生成任何網(wǎng)格跨越T型連接的邊。這些邊不能抑制。

體

體表示曲面圍成的封閉空間,可以是任何形狀。體是三維的對象,可以用來自動劃分四面體和六面體網(wǎng)格。它的顏色由它所在的component決定。組成體的曲面可以屬于多個component。體以及它的邊界曲面僅由體所在的component決定。下圖所示為體的拓撲關系,同時描述了組成體的三種曲面。為了激活3D拓撲模式的視圖,請從下圖中選擇對應的設置。

邊界面

邊界面是單個體的外表面。邊界面默認顯示成綠色。

邊界面是獨一無二的,不被其它任何體共享。單個體的體積完全由邊界面圍成。

鰭面

鰭面的每一側(cè)對應的都是同一個體。即它類似于一個體內(nèi)部的鰭。鰭面默認顯示成紅色。

鰭面可能會在手工合并體或者使用內(nèi)部曲面創(chuàng)建體時產(chǎn)生。

完整切割面

完整切割面是被兩個或多個體共享的曲面。完整切割面默認顯示成黃色。

完整切割面可能會在切分體或者使用布爾操作連接多個體時,產(chǎn)生在共享或者交叉的位置。

你需要知道或者記住的知識點

綠色邊——兩個曲面連在一起,有限元網(wǎng)格是連續(xù)的(正確的),它們的節(jié)點沿著綠色邊排列。

紅色邊——即曲面的自由邊。幾何內(nèi)部的紅色邊告訴你曲面沒有連在一起(有間隙);有限元網(wǎng)格是不連續(xù)的(不正確的)。

黃色邊——最少三個面連在一起;有限元網(wǎng)格是正確的。

藍色邊——被抑制的綠色邊。曲面融合在一起。換句話說,網(wǎng)格劃分工具看不見這個邊,所以放置網(wǎng)格跨越它。

怎樣可視化這些邊的顏色?

顯示的控制在Visualization工具欄里,通過切換By 2D Topo(曲面變成灰色,邊顯示成對應的顏色)或者Mixed(曲面顯示成原始的顏色(注意:曲面的顏色由Model Browser控制),邊顯示成對應的顏色)。

使用的面板:

Toggle曲面(合并、連接)
Trim曲面(分割)
Suppress合并的邊

Geometry > Quick Edit打開一個非常全面的面板,使得你可以執(zhí)行上述命令(當然還有許多其它的操作)。

幾何創(chuàng)建與編輯

在HyperMesh中有很多種方法創(chuàng)建幾何,包括從外部CAD模型導入幾何,或者從草繪創(chuàng)建新的幾何。創(chuàng)建特定的幾何使用的方法取決于對象是否可以導入以及細節(jié)要求的水平。

以下所列為在HyperMesh中可以創(chuàng)建或者編輯的幾何對象:

節(jié)點
自由硬點
固定硬點
線
表面
曲面
體

節(jié)點

節(jié)點是最基本的有限元實體。一個節(jié)點描述了創(chuàng)建的結(jié)構上的一個物理位置,并被單元用來定義位置和形狀。它也可以被用來當作臨時輸入以創(chuàng)建幾何對象。

一個節(jié)點可能包含一個與其他幾何對象相關的指針,并直接與它們關聯(lián)。比如說,一個節(jié)點沿著某個曲面移動,它必須先與這個曲面關聯(lián)。

節(jié)點被顯示成圓環(huán)或球,取決于網(wǎng)格顯示模式。它的顏色總是黃色。

創(chuàng)建節(jié)點使用Geometry > Create > Nodes,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

自由硬點

自由硬點是空間中零維的幾何對象(更多內(nèi)容請查看幫助文檔中:HyperMesh > HyperMesh Entities & Solver Interfaces> Collectors and Collected Entities),不與曲面相連。

它被顯示成一個小的叉,顏色由它所在的component決定。這種類型的硬點通常用來描述焊接和焊點的位置。

創(chuàng)建自由硬點使用Geometry > Create > Free Points,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

固定硬點

固定硬點是空間中零維的幾何對象,它與某個曲面關聯(lián)。它的顏色由與他關聯(lián)的曲面決定。

它被顯示成一個圓圈。網(wǎng)格劃分工具在各個固定硬點上放置一個節(jié)點。這些節(jié)點通常被用來描述焊接和焊點的位置。

創(chuàng)建固定節(jié)點使用Geometry > Create > Fixed Points,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

線

線表達空間中一個曲線,它不與任何曲面或者體關聯(lián)。線是一維的幾何對象。線的顏色由它所在的component決定。

一條線可以由多種線形組成。線中各個線形對應一個分割段。各個分割段的終點與下一個分割段的起點相連。連接處是兩個分割段共用的硬點。

必須搞清楚的一點,線與曲面的邊是不同的。所以在HyperMesh中的操作有時會把它們區(qū)別對待。

創(chuàng)建線使用Geometry > Create > Lines,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

曲面

曲面表達的是實際存在的對象所對應的幾何。曲面是二維幾何對象,可以用于自動網(wǎng)格劃分。它的顏色由它所在的component決定。

曲面由一個或多個表面組成。各個表面都包含部分曲面和邊的信息,如果需要的話,可用于剪切曲面。當一個曲面包含多個表面時,HyperMesh把這些表面當作一個曲面對象。對這個曲面的操作影響組成這個曲面的所有表面?？偠灾?HyperMesh會自動使用適當數(shù)量和類型的表面來表達幾何。

創(chuàng)建曲面使用Geometry > Create > Surfaces,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

體

體表示曲面圍成的封閉空間,可以是任何形狀。體是三維的對象,可以用來自動劃分四面體和六面體網(wǎng)格。它的顏色由它所在的component決定。

組成體的曲面可以屬于多個component。體以及它的邊界曲面僅由體所在的component決定。

創(chuàng)建體使用Geometry > Create > Solids,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

導入幾何

使用Import Geometry里面的ImportBrowser導入幾何。

使用Import Browser,用戶可以從主流的CAD軟件導入數(shù)據(jù),比如:

Unigraphics (NX2,NX3,NX4,NX5)
支持導入.prt文件
提供一個UG零件瀏覽器
要求安裝UG,本地或遠程都可以
CATIA (V4,V5)
支持.model (V4)文件
導入.catpart (V5)文件需要一個許可證
Pro/Engineer (Wildfire 2.0 &3.0)
支持導入.prt和.asm文件

另外HyperMesh還支持導入以下中間格式:

IGES (.igs & .iges)
STEP (.stp)

同時,HyperMesh也支持以下CAD軟件的幾何導入:

ACIS
DXF
JT
Parasolid
PDGS
VDAFS

高級導入選項

cleanuptolerance用于決定是否兩個邊是相同的以及是否兩個曲面的頂點是一樣的。cleanup tol控制以下項目:

是否兩個曲面的邊靠得足夠近以至于合并成一個共享邊(綠色邊)
是否曲面被破壞并且應該被刪除

如果你使用Automatic清理容差選項,曲面和邊的復雜性將被考慮,最終確定一個能夠最優(yōu)化共享邊(綠色邊)的容差。Automatic清理容差默認為轉(zhuǎn)換器內(nèi)定值的100倍。

如果你想指定一個不同的值,使用Manual清理容差選項,必須大于默認值。只有當數(shù)據(jù)小于原始數(shù)據(jù)容差時,轉(zhuǎn)換器才會修改數(shù)據(jù)。增大容差可能會引起嚴重的問題。一旦這個值被設定,任何等于或小于這個值的特征將被消除。轉(zhuǎn)換器不會留下任何小于容差的邊;如果這些邊對某個曲面很重要,則這個曲面將會被破壞,或者不能被正確剪切。小于這個容差的曲面可能不會被導入。如果你讀取的文件中包含很多極小的邊,也許最好使用一個較大的容差重啟讀取。這個做法同樣適用于曲面被顯示得完全不正確的情況。這個容差不能設置得大于用于網(wǎng)格化分的節(jié)點容差(在Option面板中設置)。這個選項的面板在下拉菜單Preferences > Geometry Options。

如果你讀取一個Catia文件,你可能需要忽略文件中的容差;根據(jù)我們的經(jīng)驗,文件中的容差通常很小(至少差一個數(shù)量級)。