《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:互聯網

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。導入模型數據時常常伴隨細微的偏差,有諸多偏差細節,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
幾何是薄壁實體結構時,抽中面用2D網格劃分效果更好
面之間有穿透,但沒有體現
幾何模型細節太多
其他更多….

HyperMesh幾何清理

拓撲修補:策略

可以根據以下所列大致的策略進行拓撲修補。雖然這只是一個籠統的策略,你可能需要根據你的模型作適當調整,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的電子元器件,有時很難明確模型的整體規模。所以了解模型的整體尺寸以及確定將被用于評估網格的全局網格尺寸就顯得尤為重要。

2、基于上一步的全局網格尺寸確定清理的容差。

當網格尺寸確定下來,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格尺寸的15-20%。超過這個極限的取值將會導致網格的扭曲。

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

邊是有區別于曲線的,并且在HyperMesh不同的操作下是區分對待的。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,自由邊應當只出現在零件的外周界和內部圓孔的一周。注意:自由邊出現在兩個相鄰的曲面之間表示這兩個曲面之間存在間隙。自動網格劃分的功能將會在曲面間的間隙處留下網格的間隙。

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。網格自動劃分工具總是沿著共享邊放置節點,從而生成沒有間隙的網格。網格自動劃分工具不會生成任何網格跨越共享邊。

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。但不同于共享邊,網格自動劃分工具將會劃分網格跨越被抑制的邊,就像它不存在一樣。網格自動劃分工具不會沿著被抑制的邊放置節點,所以網格將會跨越它。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格的區域。

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。網格自動劃分工具總是沿著它們放置節點以生成沒有間隙的連續的網格。網格自動劃分工具不會生成任何網格跨越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

鰭面的每一側對應的都是同一個體。即它類似于一個體內部的鰭。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部曲面創建體時產生。

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,有限元網格是連續的(正確的),它們的節點沿著綠色邊排列。

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

黃色邊——最少三個面連在一起;有限元網格是正確的。

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

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,使得你可以執行上述命令(當然還有許多其它的操作)。

幾何創建與編輯

在HyperMesh中有很多種方法創建幾何,包括從外部CAD模型導入幾何,或者從草繪創建新的幾何。創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要求的水平。

以下所列為在HyperMesh中可以創建或者編輯的幾何對象:

節點
自由硬點
固定硬點
線
表面
曲面
體

節點

節點是最基本的有限元實體。一個節點描述了創建的結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建幾何對象。

一個節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。比如說,一個節點沿著某個曲面移動,它必須先與這個曲面關聯。

節點被顯示成圓環或球,取決于網格顯示模式。它的顏色總是黃色。

創建節點使用Geometry > Create > Nodes,然后選擇一種創建的方法。

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。

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

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。它的顏色由與他關聯的曲面決定。

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

創建固定節點使用Geometry > Create > Fixed Points,然后選擇一種創建的方法。

線

線表達空間中一個曲線,它不與任何曲面或者體關聯。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別對待。

創建線使用Geometry > Create > Lines,然后選擇一種創建的方法。

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。總而言之,HyperMesh會自動使用適當數量和類型的表面來表達幾何。

創建曲面使用Geometry > Create > Surfaces,然后選擇一種創建的方法。

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。

創建體使用Geometry > Create > Solids,然后選擇一種創建的方法。

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軟件導入數據,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化共享邊(綠色邊)的容差。Automatic清理容差默認為轉換器內定值的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。只有當數據小于原始數據容差時,轉換器才會修改數據。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格化分的節點容差(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;根據我們的經驗,文件中的容差通常很小(至少差一個數量級)。