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CAE工程师必备技能3 完美网格(Ⅲ)按图索骥

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投我以木桃,报之以琼瑶,非报也,永以为好也。——请大家多多关注点赞。

———————————我是分割线—————————————

在不分割模型的前提下,怎么能尽量划分出较好质量的网格了,这就要说到网格划分方法,它们都是有规律可循的。本文主要介绍如何通过扫掠、多区域、映射面等功能,优化网格质量。


1 扫掠

网格划分方法在局部网格控制中,用于生成六面体或棱柱,插入方法后,即可在属性中设置扫掠(Sweep)。

扫掠对模型要求比较高,需要通过简单拉伸、扫掠等方法生成的简单模型才能使用扫掠网格。

如何知道几何体哪些部位能被Sweep?

右键树形窗中的 Mesh——Show——Sweepable Bodies(可被扫掠体)”满足条件的部位会变成绿色,如下图所示。注意:虽然我们通过 Show ——Sweepable Bodies 可能显示没有部位可以被Sweep的体。但我们仍旧可以手动设置来找到源面和目标面,另外源面和目标面不必是平面或平行面,也不必是等截面的。

20之后新版本的Meshing比老版本增强了许多,支持旋转扫掠,旋转扫掠无法通过Show预判。

程序会自动识别旋转轴线,中心网格可以选择六面体或棱柱(锲形)。

工程师们惊奇地发现,以往书上说的古币法切分(O-Grid)圆形而划分全六面体网格的操作居然被软件就这么轻松地实现了,再也不需要工程师去切分圆柱了。如果不是旋转生成的体,而是通过将圆截面扫掠曲线路径生成的曲轴,如何鸡贼地划分O-Grid呢,这将在文末介绍。

除了对厚实体进行扫掠外,还可以对薄壁零件扫掠。比如在Src/Trg选择中可选自动薄或手动薄。自动薄可自动识别实体的最大连续面为源,这个方法常用来给薄壁零件划分2~3层网格。这个功能要求零件厚度均匀且没有尖角。

扫掠方法还可以同时为多个体划分网格,下图为两个共享拓扑(From New Part)的几何体,建立扫掠方法,几何结构中选择两个体,设置手动源面为两个面,即可划分。

膨胀层经常在网格细化中使用,特别是流体网格。为扫掠体创建膨胀层也很简单,右击结构树的扫掠方法——放大这种方法(这里是汉化错误,应该是:在此方法上建立膨胀),基于扫掠的膨胀方法的前提是这个扫掠的源面是手动指定的。

几何机构选项默认为扫掠的源面,无需修改,边界选择孔边线,设置膨胀层数,便可在孔周围生成膨胀层。

2 多区域

其特点是提供几何图形自动分解为映射(可扫描)区域和自由区域。所有区域都使用尽可能生成纯六面体网格。如下图,用扫掠方法,这个元件要被切成 3个体来得到纯六面体网格,而使用多区域,软件会自动在每部分生成六面体。

多区域的Src/Trg选择可以设置自动或者手动源,设置为手动源时,可以选择每个体的一个或多个源面,这点和扫掠不同,扫掠只能选择每个体的一个面作为源或目标。

映射区网格类型默认设置为全6面体,可以修改为棱柱。

默认为不允许自由网格,即全部生成六面体,用户可以设置自由网格为四面体、六面体、四面体/金字塔等等。

比如以下几何体,使用多区域默认设置无法划分网格。

使用多区域+四面体自由网格后效果如下。在能生成映射网格的两端圆柱和中间正方体中生成了六面体网格,在过渡的圆角处生成了四面体/金字塔/棱柱等单元。

使用多区域+四面体/金字塔自由网格后效果如下。在过渡的圆角处生成了四面体/金字塔等单元。

使用多区域+六面体主导(Hexa Dominant)自由网格后效果如下。在能生成映射网格处均生成了六面体,在不能映射处生成以六面体主导的网格(含少量四面体/金字塔/棱柱等过渡单元)。

使用多区域+六面体核心自由网格后,在能生成映射网格处均生成了六面体,在不能映射处以笛卡尔分割方式先生成内部六面体,在向外通过四面体/金字塔/棱柱单元推进。使用这个模型不大明显,通过帮助文件的一个模型来说明,如下图。

2022之后的版本还可以对薄壁零件进行多区域划分,适应性比扫掠方法划分薄壁零件更强,允许零件厚度变化,可以用户对复杂的薄壁零件划分2~3层单元。

基于多区域的膨胀方法与基于扫掠的一样,而且不要求手动指定源面,功能更强大。

3 面网格

面网格控制使您能够在选定面上生成映射网格,得到方向一致,分布均匀的高质量网格。Meshing 应用程序会自动为边界面上的边确定合适的分割数。如果您使用Sizing控件指定边上的分割数 ,Meshing 应用程序会尝试强制执行这些分割。

但如果因为某些原因不能进行映射面网格划分,网格划分仍将继续,这时将在 Outline Tree中出现。

如何知道几何体哪些部位能被映射?

右键树形窗中的 Mesh——Show——Mappable Faces(可被映射的面)”满足条件的部位会变成绿色。

选择一个面后,在高级选项中可以设置端点(End),侧面顶点(Side),拐点(Corner),同一个图形,使用不同设置后划分出的映射网格是有差别的,为什么我们使用时一般不设置呢,因为程序会自动指定这些顶点。

不同的指定方法 会产生不同的映射网格效果,其中H是程序为了划分映射网格自行创立的端点。

最后探讨下如何使用面网格给面划分指定份数。要激活等分菜单,必须选择环形封闭面,比如圆柱面、圆孔、椭圆孔、圆管端面等。这个功能常用来给薄壁管分2~3层网格。


4 圆柱与球的自动O形网格划分

Meshing支持对对圆柱或球进行O形划分,需要工程师选择一定的方法。

先以一个球体为例,使用多区域+膨胀来进行O形划分。

设置多区域方法后网格如下:

在对球表面施加膨胀,调试适当的参数,便实现了0形划分。

最后说说圆柱体的O形划分方法:多区域+面映射网格+膨胀。

如下图,一个通过曲线路径生成的曲轴,一端是圆截面,另一端是椭圆截面。使用程序控制或者扫掠方法生成的网格是这样的,并不能实现O型划分。

对体使用多区域方法,自由网格选择六面体主导,对其中一个端面使用面网格映射。

再对外曲轴外侧面施加膨胀算法,调试适当的参数,效果变成这样,完成了O型划分。

这一操作在SpaceClaim中操作更简单,这将在下一篇文章中探讨,敬请关注。

以上均是抛砖引玉,更多功能等待您的发掘,由于图惜水平有限,文中难免纰漏百出,敬请指正,下一篇文章和大家一起探讨下简单体的切割思路。

来源:CAE中学生
SpaceClaimMeshing控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-05-09
最近编辑:1年前
CAE无剑
硕士 | 仿真工程师 CAE中学生
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