CAE工程师必备技能2 完美网格(Ⅱ)美白祛斑
责任编辑:joker     时间:2023-05-21     来源:转载于:https://zhuanlan.zhihu.com/p/624875202
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从CAD软件导入的模型往往含有很多不可思议的细碎面,使用SC修复容易百密一疏,等到画网格时还是发现有细碎面。此时如果直接划分网格,便会在细碎面附近生成密密麻麻的单元,如何给它们美白祛斑呢,此时便可以使用Meshing中的网格特征清除、网格收缩、虚拟拓扑等功能,下文将一一探讨。

1、网格特征清除

网格特征清除功能在全局网格控制和一些局部网格控制功能中都有,在全局网格控制中,设置网格特征清除=是,便激活了特征清除尺寸选项,网格任意一个边长小于这个设置值,此网格便会被清除。此功能常被用来清除面上因为细碎特征(线/面)而生成的细小网格。

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如下图,一个长得很端正的长方体,本来应该很容易生成全六面体网格,因为某一面有一个细小的印记面,导致使用扫掠方法会报错,使用程序默认控制也无法生成六面体。在默认全局网格控制下,在印记面的边线处生成了细碎网格,最小边长为0.25mm。我们设置全局网格控制中特征清除尺寸为0.26mm,再次生成网格,便消除了细碎网格。

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注意,在逻辑上,局部网格控制的权限优先于全局网格控制,比如下图中,全局网格设置了特征清除值0.4,局部尺寸设置一个边的网格尺寸为0.2(硬),前者不会清除后者。

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所以当局部网格控制中有网格特征清除选项时,不管工程师有没有设置它,全局网格控制下的网格特征清除选项都会失效。还是以这个端正的但是长了麻子的正方体为例,设置局部网格控制——方法:多区+网格特征清除,便可得到端正的且没有麻子的六面体网格。

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2、网格收缩

Pinch被翻译为收缩,网格收缩是什么意思呢?其实就是吞并、淹没的意思,即用主元素(线/点)吞并次元素(线/点)。这个选项用于去除几何模型的细小特征如边、狭窄区等。收缩只对顶点或边起作用,对面和体不起作用。

收缩的容差需要小于最小网格边长,否则无法收缩,或者被收缩的单元会发生畸变。

网格收缩支持三角形或四边形的平面单元,支持四面体的体单元或由六面体主导方法生成的六面体单元,不支持扫掠方法或多区域方法生成的六面体单元(这就尴尬了)。图惜注:对于体单元,Pinch功能基本上用于六面体时无效或者效果不好,用于四面体、金字塔、菱形单元时效果较好。

比如以下实体,表面有一个圆形凹坑、一个圆形凸台和一个矩形凸台,凹坑的深度和凸台的高度都是1mm,不施加任何控制时,生成的网格如下图。

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右击结构树网格——插入——收缩,对圆形凹坑和凸台施加边——边收缩,主几何选择大平面上的原边,次几何选择凹坑和凸台的圆边,收缩容差必须大于深度,设置为1.1mm,如下图。

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顶点收缩同样,以矩形凸台为例。

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Pinch功能用在小凸台/凹坑时,虽然表面平整了,但是还是会留下痘印痕迹线(网格会在主几何上生成节点),但是如果将Pinch用在细碎边线的合并上,那效果就立竿见影了。如下图,以个立方体的两个边有两个细碎边,长度分别为1mm和0.7mm,使用四面体网格方法控制,生成的网格如下。

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添加Pinch,设置如下,容差设置为1.2mm,重新生成网格如下。

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对于导入的CAD几何模型,特别是中间格式的复杂零件/装配体,在零件边线上可能存在很多细小线段,采用手动收缩是不现实的,所以Mechaniacl提供了自动收缩功能。

首先在全局网格控制中设置高级——收缩容差,收缩容差必须小于最小网格边长。

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右击Mesh--Create Pinch Controls 程序将自动寻找并去除几何体上的小于收缩容差值的一些小特征,并生成pich列表。

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右键Mesh--Update或Generate Mesh,将重新生成网格,此时虽然和之前的网格外观看上去一样,但是单元却少了很多。可在用来移除碎片、短边、尖角。

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小结:其实网格收缩的优势就在于自动化,工程师们都知道,在自动化网格生成方面,六面体网格天生不如四面体网格有优势,所以网格收缩和四面体网格天生就是好搭档。

3、虚拟拓扑

虚拟拓扑简直是强迫症患者的救星。

虚拟拓扑用于合并细碎面,细碎边,但是需要手动操作。以如下模型为例,模型的一个面上有细小的印记面,如果不消除它,划分网格时便会识别这些细碎的印记面。

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虚拟拓扑使用方法如下:首先在结构树中插入虚拟拓扑。

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鼠标定位到结构树的虚拟拓扑选项上,再使用鼠标左键选择模型上需要合并的面,然后右击选择插入——虚拟单元。

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然后我们只需要潦草地使用多区域+自由六面体方法,便可得到较为规整的网格。

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4、其他隐藏功能

4.1 不识别表面印记

网格默认划分方法是先识别表面元素,然后再向体内生成,能不能反转这个设置呢,这样就不会识别便表面印记呢?

四面体方法是可以的,只需要把补丁适形改为补丁独立,再设置好最小单元尺寸就可以了。

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另外,采用笛卡尔网格方法也不会识别表面印记,笛卡尔网格方法相当于在笛卡尔坐标的XYZ三个方向上对模型分别切片,就像切萝卜丁一样,所以生成的网格都是六面体,对于复杂模型,在过渡处会有误差,误差由投影因子决定(默认0.98),所以这个方法在工程应用上不是很多。

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4.2 三角形网格剖分器

此项用于表面网格修补,使表面获得更光顺的三角形,主要用于对表面网格质量要求较高的流体网格。默认为程序控制,程序会根据模型表面形状,来确定是否使用三角剖分算法或高级前沿算法。如果设置为前缘(Advancing Front),则优先使用高级前沿算法,能为几何体提供更光滑的过渡。如果网格划分过程失败,则自动转换为三角剖分算法。

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