总结|Hypermesh中几何清理命令汇总

在有限元分析中，由于三维模型中具有大量的圆角、螺栓孔、交叉面、微小曲面等特征，给前处理带来了极大的麻烦，因此前处理所占用的时间远远大于求解和后处理。通常，前处理包含几何清理和网格划分两个环节，如果能在几何清理环节将几何特征清理干净，后续的网格划分就简单的多了。

目前，主流的有限元前处理软件有Hypermesh、 ANSA、MSC APEX，专注于几何清理的软件有CADDoctor、SpaceClaim、designmodeler等。网上评价在复杂圆角清理和中面抽取上ANSA功能比Hypermesh更强大，对于CAD Doctor，MSC APEX等，看到有人在使用，不知道清理效果如何。鉴于Hypermesh的强大网格划分功能，本文总结一些Hypermesh几何清理的常用命令。

对于乘用车门板和后背门等钣金件，往往存在很多的交叉圆角、小孔，如果模型为实体，可以在ANSYS SpaceClaim中使用填充和圆角命令，批量删除圆角，也可以对复杂圆角进行一一打断，进而删除。我们有时会碰到一些非实体类结构，这类结构有一个特点：只有两层反映结构特征的面，内部处于空心化的状态。对于这类结构，三维结构设计软件在几何清理上就变得很鸡肋，无奈只能在前处理软件中进行清理。由于结构两层面都有圆角，先删除圆角再抽取中面的方式显然费时费力。因此，个人认为应先抽取中面再删除圆角。本文就Hypermesh中门板或后背门的前处理的几何清理和网格调整命令进行总结。

图1 汽车门板结构

    图2 Hypermesh中几何特征

1）批量抽取中面 geom-midsurface

一次性选取所有待抽取的面，软件自动识别相互平行的面，自动抽取并缝合中面。但是，中面往往会出现许多错误的面和线，需要进一步几何清理。

2）手动抽取中面。对于1中自动抽取后出现错误的面，使用surf1和surf2两个平行面手动抽取中面。

1）删除圆角。我们把只有两层表面的结构抽取了中面，圆角的数量也自然减少一半。使用圆角删除命令surf fillets，设定最小、最大查找半径，可查找出符合条件的圆角。

2）选定要删除的圆角面，也可以忽略复杂圆角中的边线、指定圆角的终止线等，让软件知道要删除那一段的圆角。

3）上图中执行pinholes可实现批量删除圆孔（不一定非是圆孔）

4）执行edge fillets批量删除线圆角，使之变为直角

5）执行duplicates可删除重复面

3.1 geom-surface面板  

1）下拉菜单选择nodes，由三个或三个以上节点生成面；用于缺失面的填充。

2）下拉菜单选择lines，由封闭曲线生成面，（类似于填充小孔）；用于圆孔或者封闭的非圆形孔的填充。

3）将线沿某个方向拖拽生成面；多用于生成一个面的垂直面。

3.2 geom-surface edit面板（用的最多的命令之一）

1）trim with lines沿着线切割面。

调整norma to surface可选择不同切割方向，比如面法向方向、坐标轴方向及自定义矢量方向。

2）trim with surfs/plane两个平面相互切割。

可实现两个交叉平面之间相互切割或者两个有交叉趋势的平面之间形成T形边。

3）extend延伸

执行to surface实现线延伸到面

执行by distance延伸到指定的距离

执行by filinggaps填充空隙

4.1geom-edge edit面板

1）toogle选项可实现按照一定的搜索间距把两个自由边合为一条共享边；

2）（un）suppress可实现共享边线的压缩和取消压缩；

3）repalce可将两条共享边合并；

4）equivlence可按照一定的搜索容差，一次性合并面上的所有自由边为共享边；

5）unsplit可取消使用共享边划分面（注意：能取消共享边就尽量不要用toogle命令压缩共享边，防止进行面的延伸操作时，压缩边干扰面的延展方向）

6）执行edge fillets设定搜索半径可实现删除边线上的倒角，如下图所示，也可以指定线圆角上的两点删除该圆角。

4.2快速编辑geom-quick edit或者快捷键F11（使用频率最高）如下图所示。

1） 激活split-surf-node，可以通过两点确定一条直线，获得几何面上的共享边（两点必须在同一个平面内）

2） 激活split-surf-node，可以从一个点作一条直线的垂线，获得一条共享边，用于分隔几何面（点和线必须在同一个平面内）

3） 激活washer split，设定偏移值（一般为圆孔半径的一半），可在圆孔周围形成一个圆，用于模拟螺栓头部区域

4） 激活unsplit surf，可删除用于分隔几何面的共享边

5） 激活toogle edge，设定好清理容差（根据两条自由边的最大间隙设定，不宜过大），可实现两条自由边的缝合为共享边；在此命令下左击A、B两条自由边中的A条，可使B条自由边缝合到A条上（注意是谁缝合到谁上），右击共享边可变为自由边，左击共享边可变为压缩边，右击压缩边可变为共享边(核心思想是左击合并、压缩，右击取消合并、压缩)

6） 激活Filler surf，可填充封闭曲线形成的缺失面

7） 激活adjust/set sensity，增加几何边线上单元划分的密度，每次单击增加一个单元

8） 激活replace point，可实现硬点之间的替换

9） 激活add/remove point，可实现在几何边线上增加（左击）一个或者取消(右击)一个硬点

10）激活add point on line，可实现在一条几何边线上等距离的增加指定个数的硬点（便于切分几何面）

11)激活relesase point，可将通过该硬点的所有共享边释放为自由边（自动抽取的中面某些几何面缝合的不合理，需要使用此命令将几何面还原到缝合前的样子）

12）激活project point，可实现一个节点在某条几何线上生成一个垂点（即使点和线不在一个平面上也可以生成，而命令2split-surf-node要求点和线必须在同一个平面内）

13）激活trim-intersect，可实现指定线圆角上的两个节点去删除该线圆角

通过以上的中面抽取、圆角删除、面清理、线清理，可用于网格划分的中面初见端倪。中面处理的过程中，难免会出现中面翘曲、圆角无法删除、线条紊乱等现象，一般我们将这些影响网格质量的几何特征予以适当删除，划分好周围区域网格后，通过网格创建来进行局部修补。