《有限元仿真實(shí)踐原理》HyperMesh中的幾何

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

HyperMesh幾何術(shù)語(yǔ)

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

處理幾何問(wèn)題必須熟悉相關(guān)術(shù)語(yǔ)。CAE項(xiàng)目通常由導(dǎo)入CAD模型開(kāi)始,例如CATIA、STEP、UG、IGES、solidThinking等等。導(dǎo)入模型數(shù)據(jù)時(shí)常常伴隨細(xì)微的偏差,有諸多偏差細(xì)節(jié),HyperMesh提供了廣泛的幾何修復(fù)工具,應(yīng)用廣泛。CAD模型通常不是CAE分析人員需要的模型,比如,對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)者而言,一個(gè)簡(jiǎn)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(méi)有相連
存在非常細(xì)小的面
面之間有間隙、重疊或者未對(duì)齊
幾何是薄壁實(shí)體結(jié)構(gòu)時(shí),抽中面用2D網(wǎng)格劃分效果更好
面之間有穿透,但沒(méi)有體現(xiàn)
幾何模型細(xì)節(jié)太多
其他更多….

HyperMesh幾何清理

拓?fù)湫扪a(bǔ):策略

可以根據(jù)以下所列大致的策略進(jìn)行拓?fù)湫扪a(bǔ)。雖然這只是一個(gè)籠統(tǒng)的策略,你可能需要根據(jù)你的模型作適當(dāng)調(diào)整,但它提供了一個(gè)很好的切入點(diǎn)以著手進(jìn)行拓?fù)湫扪a(bǔ)。

1、理解模型的尺寸和規(guī)模

對(duì)于計(jì)算機(jī)屏幕上的模型,從完整尺寸的船舶到包含所有細(xì)節(jié)的電子元器件,有時(shí)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(píng)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(dāng)網(wǎng)格尺寸確定下來(lái),就要制定清理的容差。清理的容差表明拓?fù)湫扪a(bǔ)中將被封閉的最大間隙。這個(gè)尺寸一定不要超過(guò)全局網(wǎng)格尺寸的15-20%。超過(guò)這個(gè)極限的取值將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格的扭曲。

3、使用拓?fù)滹@示工具來(lái)確定需要修改的地方。比如說(shuō),使用By 2D Topo顯示2D幾何的拓?fù)潢P(guān)系。

可視化模式:By Comp(使用component的顏色)

《有限元仿真實(shí)踐原理》HyperMesh中的幾何hypermesh技術(shù)圖片2

可視化模式:By 2D Topo
可視化模式:Mixed組合使用component的顏色和拓?fù)湫畔?/span>

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4、找出重復(fù)面并刪除。

為了刪除重復(fù)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(gè)功能時(shí),注意觀察確認(rèn)沒(méi)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(bǔ)缺失的曲面。

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

為了進(jìn)入QuickEdit面板,可以從主面板選擇Geometry> Quick Edit。

拓?fù)湫扪a(bǔ):工具和面板

曲面的周界定義成邊。邊總共有四種類(lèi)型:

1、自由邊

2、共享邊

3、被抑制的邊

4、重復(fù)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(duì)待的。邊的連接關(guān)系組成了幾何的拓?fù)潢P(guān)系。下圖所示的四種邊分別表達(dá)了不同的幾何拓?fù)潢P(guān)系(注意:模型在HyperMesh中使用2D Topo模式顯示)。

《有限元仿真實(shí)踐原理》HyperMesh中的幾何hypermesh技術(shù)圖片5

自由邊

自由邊表示一條只屬于一個(gè)曲面的邊。自由邊默認(rèn)顯示成紅色。

一個(gè)清理完畢的曲面2D模型,自由邊應(yīng)當(dāng)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(gè)相鄰的曲面之間表示這兩個(gè)曲面之間存在間隙。自動(dòng)網(wǎng)格劃分的功能將會(huì)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(gè)相鄰曲面共享的邊。共享邊默認(rèn)顯示成綠色。

當(dāng)兩個(gè)曲面之間的邊是共享邊時(shí)(通常這就是你想要的),這兩個(gè)曲面之間就沒(méi)有間隙或者重疊——它們幾何上連續(xù)。網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具總是沿著共享邊放置節(jié)點(diǎn),從而生成沒(méi)有間隙的網(wǎng)格。網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具不會(huì)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(gè)曲面共享的,但是它被網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具忽略了。被抑制的邊默認(rèn)顯示成藍(lán)色。

類(lèi)似于共享邊,被抑制的邊表明兩個(gè)曲面幾何上連續(xù)。但不同于共享邊,網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具將會(huì)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(dòng)劃分工具不會(huì)沿著被抑制的邊放置節(jié)點(diǎn),所以網(wǎng)格將會(huì)跨越它。通過(guò)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(fù)邊

重復(fù)邊是屬于三個(gè)或多個(gè)曲面的。重復(fù)邊默認(rèn)被顯示成黃色。

它們通常出現(xiàn)在曲面的T型連接,或者當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)重復(fù)面存在的時(shí)候。網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具總是沿著它們放置節(jié)點(diǎn)以生成沒(méi)有間隙的連續(xù)的網(wǎng)格。網(wǎng)格自動(dòng)劃分工具不會(huì)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(duì)象,可以用來(lái)自動(dòng)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(gè)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?fù)潢P(guān)系,同時(shí)描述了組成體的三種曲面。為了激活3D拓?fù)淠Ｊ降囊晥D,請(qǐng)從下圖中選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)置。

邊界面

邊界面是單個(gè)體的外表面。邊界面默認(rèn)顯示成綠色。

邊界面是獨(dú)一無(wú)二的,不被其它任何體共享。單個(gè)體的體積完全由邊界面圍成。

鰭面

鰭面的每一側(cè)對(duì)應(yīng)的都是同一個(gè)體。即它類(lèi)似于一個(gè)體內(nèi)部的鰭。鰭面默認(rèn)顯示成紅色。

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

完整切割面

完整切割面是被兩個(gè)或多個(gè)體共享的曲面。完整切割面默認(rèn)顯示成黃色。

完整切割面可能會(huì)在切分體或者使用布爾操作連接多個(gè)體時(shí),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(shí)點(diǎn)

綠色邊——兩個(gè)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(diǎn)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(méi)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(gè)面連在一起;有限元網(wǎng)格是正確的。

藍(lán)色邊——被抑制的綠色邊。曲面融合在一起。換句話說(shuō),網(wǎng)格劃分工具看不見(jiàn)這個(gè)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(guò)切換By 2D Topo(曲面變成灰色,邊顯示成對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(kāi)一個(gè)非常全面的面板,使得你可以執(zhí)行上述命令(當(dāng)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(dǎo)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(duì)象是否可以導(dǎo)入以及細(xì)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(duì)象:

節(jié)點(diǎn)
自由硬點(diǎn)
固定硬點(diǎn)
線
表面
曲面
體

節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)是最基本的有限元實(shí)體。一個(gè)節(jié)點(diǎn)描述了創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)上的一個(gè)物理位置,并被單元用來(lái)定義位置和形狀。它也可以被用來(lái)當(dāng)作臨時(shí)輸入以創(chuàng)建幾何對(duì)象。

一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能包含一個(gè)與其他幾何對(duì)象相關(guān)的指針,并直接與它們關(guān)聯(lián)。比如說(shuō),一個(gè)節(jié)點(diǎn)沿著某個(gè)曲面移動(dòng),它必須先與這個(gè)曲面關(guān)聯(lián)。

節(jié)點(diǎn)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(diǎn)使用Geometry > Create > Nodes,然后選擇一種創(chuàng)建的方法。

自由硬點(diǎn)

自由硬點(diǎn)是空間中零維的幾何對(duì)象(更多內(nèi)容請(qǐng)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(gè)小的叉,顏色由它所在的component決定。這種類(lèi)型的硬點(diǎn)通常用來(lái)描述焊接和焊點(diǎn)的位置。

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

固定硬點(diǎn)

固定硬點(diǎn)是空間中零維的幾何對(duì)象,它與某個(gè)曲面關(guān)聯(lián)。它的顏色由與他關(guān)聯(lián)的曲面決定。

它被顯示成一個(gè)圓圈。網(wǎng)格劃分工具在各個(gè)固定硬點(diǎn)上放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)通常被用來(lái)描述焊接和焊點(diǎn)的位置。

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

線

線表達(dá)空間中一個(gè)曲線,它不與任何曲面或者體關(guān)聯(lián)。線是一維的幾何對(duì)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(gè)線形對(duì)應(yīng)一個(gè)分割段。各個(gè)分割段的終點(diǎn)與下一個(gè)分割段的起點(diǎn)相連。連接處是兩個(gè)分割段共用的硬點(diǎn)。

必須搞清楚的一點(diǎn),線與曲面的邊是不同的。所以在HyperMesh中的操作有時(shí)會(huì)把它們區(qū)別對(duì)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(dá)的是實(shí)際存在的對(duì)象所對(duì)應(yīng)的幾何。曲面是二維幾何對(duì)象,可以用于自動(dòng)網(wǎng)格劃分。它的顏色由它所在的component決定。

曲面由一個(gè)或多個(gè)表面組成。各個(gè)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(dāng)一個(gè)曲面包含多個(gè)表面時(shí),HyperMesh把這些表面當(dāng)作一個(gè)曲面對(duì)象。對(duì)這個(gè)曲面的操作影響組成這個(gè)曲面的所有表面。總而言之,HyperMesh會(huì)自動(dòng)使用適當(dāng)數(shù)量和類(lèi)型的表面來(lái)表達(dá)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(duì)象,可以用來(lái)自動(dòng)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(gè)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(dǎo)入幾何

使用Import Geometry里面的ImportBrowser導(dǎo)入幾何。

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

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

另外HyperMesh還支持導(dǎo)入以下中間格式:

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

同時(shí),HyperMesh也支持以下CAD軟件的幾何導(dǎo)入:

ACIS
DXF
JT
Parasolid
PDGS
VDAFS

高級(jí)導(dǎo)入選項(xiàng)

cleanuptolerance用于決定是否兩個(gè)邊是相同的以及是否兩個(gè)曲面的頂點(diǎn)是一樣的。cleanup tol控制以下項(xiàng)目:

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

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

如果你想指定一個(gè)不同的值,使用Manual清理容差選項(xiàng),必須大于默認(rèn)值。只有當(dāng)數(shù)據(jù)小于原始數(shù)據(jù)容差時(shí),轉(zhuǎn)換器才會(huì)修改數(shù)據(jù)。增大容差可能會(huì)引起嚴(yán)重的問(wèn)題。一旦這個(gè)值被設(shè)定,任何等于或小于這個(gè)值的特征將被消除。轉(zhuǎn)換器不會(huì)留下任何小于容差的邊;如果這些邊對(duì)某個(gè)曲面很重要,則這個(gè)曲面將會(huì)被破壞,或者不能被正確剪切。小于這個(gè)容差的曲面可能不會(huì)被導(dǎo)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(gè)較大的容差重啟讀取。這個(gè)做法同樣適用于曲面被顯示得完全不正確的情況。這個(gè)容差不能設(shè)置得大于用于網(wǎng)格化分的節(jié)點(diǎn)容差(在Option面板中設(shè)置)。這個(gè)選項(xiàng)的面板在下拉菜單Preferences > Geometry Options。

如果你讀取一個(gè)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(yàn),文件中的容差通常很小(至少差一個(gè)數(shù)量級(jí))。

Automatic選項(xiàng)會(huì)考慮曲面和邊的復(fù)雜性,最終確定一個(gè)能夠最優(yōu)化共享邊(綠色邊)的容差。
Manual選項(xiàng)允許你指定一個(gè)容差。

1、Importblanked (no show) components選項(xiàng)允許你控制是否將IGES中的空白組件以及Catia組件中標(biāo)記為“NOSHOW”的對(duì)象導(dǎo)入HyperMesh。

2、選中Namecomponents by layer選項(xiàng)激活它。這個(gè)選項(xiàng)適用于Catia V4和CatiaV5。

對(duì)于CatiaV4,這個(gè)選項(xiàng)默認(rèn)是開(kāi)啟的,并且不能被關(guān)閉。
對(duì)于CatiaV5,這個(gè)選項(xiàng)默認(rèn)是關(guān)閉的,可以被開(kāi)啟。如果開(kāi)啟這個(gè)選項(xiàng),Catia文件中同一個(gè)層的對(duì)象將會(huì)被放進(jìn)同一個(gè)component。