基于HyperMesh實體單元網(wǎng)格劃分

1、基于 hypermesh 實體單元網(wǎng)格劃分運(yùn)用 hypermesh 中的 3d 實體單元網(wǎng)格劃分的多種功能，介紹了幾種典型幾何特征的劃分思路，為以后進(jìn)行類似網(wǎng)格劃分工作提供參考，同時也驗證了hypermesh 在劃分實體網(wǎng)格方面的強(qiáng)大功能。1 概述計算機(jī)輔助工程 (cae)在汽車行業(yè)應(yīng)用已有很多年了，許多有限元理論及軟件都得到了成熟運(yùn)用。 在眾多軟件中美國 altair公司的 hypermesh是其中的佼佼者。像在板殼單元、實體單元、焊接單元等的創(chuàng)建，以及與其它軟件的接口等方面，都能表現(xiàn)出良好的性能。其中尤其是在實體單元的劃分方面有其獨特的優(yōu)勢，以下將通過幾個比較典型的實例來詳細(xì)說明，同時也可

2、以為以后再進(jìn)行類似工作提供解決思路。2 實例描述2.1 座椅墊實體幾何的網(wǎng)格劃分本例將通過一套座椅墊實體網(wǎng)格劃分來介紹在hypermesh8.0 中新增加的處理實體幾何的功能。如圖 1 所示是一套座椅墊， 原始幾何只有外表面的一層殼幾何，而且?guī)缀涡螤钜膊灰?guī)則， 在以前不能處理實體幾何的時候，一般處理方法是首先幾何清理，然后通過添加一些輔助面構(gòu)成封閉殼體，再根據(jù)經(jīng)驗把大塊兒體分成相對較規(guī)則的若干小塊兒，最后可以運(yùn)用 3d子面板中的 solid map-general 或 linear solid等工具先把各個小塊兒劃分網(wǎng)格，然后再把各個小塊縫合到一起。 這樣做的不足是一方面需要做大量的輔助面，另

3、一方面在劃分各個小塊兒時需要考慮最后縫合時的節(jié)點對應(yīng)問題。 通過觀察幾何模型發(fā)現(xiàn)， 雖然座椅墊幾何形狀不規(guī)則，但它沒有局部突出或相貫的幾何特征， 所以可以考慮把板殼幾何封閉后生成實體幾何， 再通過幾何清理后得到如圖2 所示的幾何體，運(yùn)用 3d子面板中的 solid map- volume 工具，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后就可以自動劃分出以六面體為主五面體為輔的實體網(wǎng)格。而且軟件自動劃分的網(wǎng)格能夠完全與幾何貼合，網(wǎng)格質(zhì)量還比較好，只需稍微調(diào)整一下后就可以全部達(dá)到網(wǎng)格質(zhì)量要求?，F(xiàn)在整個過程所花費的時間比以前要節(jié)省 70% 以上。2.2 考慮油道特征的連桿實體網(wǎng)格劃分以下將通過某發(fā)動機(jī)連桿的實體網(wǎng)格劃分實例，

4、簡單介紹一下不連續(xù)特征處的過渡處理方法。如圖 3 所示是某發(fā)動機(jī)連桿總成劃分后的實體網(wǎng)格圖，連桿本身體積很小但其上布置的幾何特征卻很多，考慮到該連桿大部分特征都是對稱的，所以確定劃分思路為， 先取連桿帶油道特征的四分之一部分劃分實體網(wǎng)格，然后把不對稱的局部特征重新修改，最后把四塊兒縫合到一起。取出四分之一連桿后再觀察其特點發(fā)現(xiàn)， 兩頭特征比較復(fù)雜中間過渡比較平緩，所以決定把四分之一連桿從中間斷開，由中間斷面先向大頭部分劃分， 之后用中間斷面已存在的面網(wǎng)格向小頭 部分劃分。在由中間斷面向大頭部分劃分的過程中，如圖4、5 所示需要經(jīng)過油道特征的過渡，即要考慮連桿外表面的平滑過渡又要保留油道特征的完

5、整，所以此處的順利過渡將是本次連桿實體網(wǎng)格劃分工作的最大難點。圖 6 顯示了一種劃分思路，如圖所示先把連桿外表面的特征曲線投影到對稱中面上，在被分割的對稱中面上劃分殼網(wǎng)格， 然后在劃分好的面網(wǎng)格上割出油道平面特征線，最后在中間斷面上劃分合適的殼網(wǎng)格，注意在劃分殼網(wǎng)格時要考慮到在經(jīng)過油道時要切割許多六面體網(wǎng)格成五面體網(wǎng)格以得到油道特征，所以在劃分殼網(wǎng)格時最好不要出現(xiàn)三角形單元， 如果必須出現(xiàn)時也要避開需要切割的六面體單元的切割通路，這樣就 既可以實現(xiàn)所有單元都能夠節(jié)點對應(yīng)，又可以保證不出現(xiàn)四面體單元。連桿其它不連續(xù)特征處的劃分思路跟以上所述基本一致。2.3 離合器殼相交特征實體網(wǎng)格劃分以下將通過

6、某離合器殼的實體網(wǎng)格劃分實例，簡單介紹一下彼此相交特征處的連接處理方法。如圖 7 所示是某變速器總成中的離合器殼實體網(wǎng)格完成圖，通過觀察該離合器殼可以發(fā)現(xiàn)，其上的主要幾何特征是彼此相交的。 像這種幾何特征在實體幾何中也是比較典型的， 處理的主要思路是先把兩個相交特征體各自獨立完成實體網(wǎng)格劃分，然后在相交截面上通過切割六面體為五面體來實現(xiàn)特征交接處的節(jié)點對應(yīng) 連接。如圖 8 所示是離合器撥插口與主壁面垂直相交的特征圖，可以先把撥插口主特征面沿自己的主方向拉伸出規(guī)則的六面體單元，然后在撥插口與主壁面交接線上通過切割六面體單元為五面體單元來實現(xiàn)相交特征。圖9、10、11 中的相交特征處理方式與圖8

7、所示特征處理方式類似。如圖 12 所示是離合器殼壁面不等高連接且圖，按常規(guī)方法可以把交接面處六面體單元通路對角線切割成五面體單元通路，但是現(xiàn)在該處還有突起幾何特征需要保留，不可能在壁面上找出全六面體單元的切割通路，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)該螺栓按裝座孔凸起特征是對稱的，如圖中圈 1 所示沿特征底邊切割一圈六面體單元到殼壁頂面如圖中圈 2 所示，這樣即可以保證不等高壁面連接的順利過渡又可以滿足螺栓按裝座孔凸起特征的需要。3 結(jié)論通過以上三種比較典型零部件的實體網(wǎng)格劃分方法，可以總結(jié)出一些有代表性的幾何特征的處理思路：如果實體幾何如圖1 所示座椅墊、 頭枕等，沒有不連續(xù)特征也沒有相交、相貫復(fù)雜特征的時候， 可以把實體幾何做幾何清理，只保留主要特征曲線， 最后運(yùn)用 3d子面板中的 solid map-general-volume工具一次性自動生成實體網(wǎng)格; 如果實體幾何如圖5 所示連桿油道處存在不連續(xù)特征時， 可以先把不連續(xù)特征填充掉， 如假設(shè)油道不存在， 在劃分實體網(wǎng)格所必須的輔助殼網(wǎng)格時，把不連續(xù)特征保留下來， 等到最后實體網(wǎng)格劃分好之后， 再從實體網(wǎng)格上把不連續(xù)特征挖出來 ; 如果實體幾何如圖7 所示離合器殼存在許多相交特征的時候，可以先把相交兩實體幾何