第五章 三维实体网格划分.docx

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第五章三维实体网格划分

第五章三维实体网格划分

本章讲述三维实体网格划分。

包括三部分内容：

●

生成四面体网格零件：

对实体指定线性或者2次四面体网格。

●

四面体网格填充器：

通过从曲面网格生成四面体网格来对实体划分网格。

●

扫描实体网格：

通过从曲面网格生成六面体或者楔形网格对实体划分网格。

5．1生成3D零件网格

本节说明如何使用四面体网格划分方法生成3D网格。

在【GenerativeStructuralAnalysis】（通用结构分析）工作台和【AdvancedMeshingTools】（高级网格划分工具）工作台都有本命令。

根据用户安装的产品不同，显示的选项是不同的：

●【GenerativeStructuralAnalysis】（通用结构分析）或者【FEMSurface】（曲面网格划分）系列产品。

●【FEMSolid】（有限元实体划分）系列产品。

5.1.1【GenerativeStructuralAnalysis】（通用结构分析）或者【FEMSurface】（曲面网格划分）系列产品

在通常的用户中，一般安装的是第一种情形。

在这种设置下，无论是在通用结构分析工作台还是高级划分工具工作台，定义3D网格的零件时，弹出的对话框只有两个选项卡。

（1）点击【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】（四面体网格划分器）按钮

，如图5－1所示。

如果用户在【GenerativeStructuralAnalysis】（通用结构分析）工作台，则需要点击【ModelManager】工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】（四面体网格划分器）按钮

，如图5－2所示。

图5－1【OctreeTetrahedronMesher】（四面体网格划分器）按钮图5－2

（2）在图形区选择要划分网格的实体零件。

选择后弹出【OCTREETetrahedronMesh】（四面体网格划分器）对话框，如图5－3所示。

注意！

只能选择属于【PartBody】下的元素。

●【Global】选项卡：

可以修改网格全局参数。

●【Local】选项卡：

创建局部网格参数。

（3）在对话框的选项内输入相应的数值。

在本例中，在【Size】（尺寸）数值栏内输入20mm。

（4）点击对话框内的【确定】按钮，生成新的网格零件，并且在模型树上显示出新的网格零件名称，如图5－4所示。

图5－3【OCTREETetrahedronMesh】（四面体网格划分器）对话框

图5－4模型树上显示出新的网格零件名称

注意！

3D网格可以手动删除或者添加。

5.1.2【FEMSolid】（有限元实体划分）系列产品

下面说明安装【FEMSolid】（有限元实体划分）系列产品时的情况。

在这种设置下，无论是在通用结构分析工作台还是高级划分工具工作台，定义3D网格的零件时，弹出的对话框有4个选项卡。

（1）点击【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】（四面体网格划分器）按钮

。

如果用户在【GenerativeStructuralAnalysis】（通用结构分析）工作台，则需要点击【ModelManager】工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】（四面体网格划分器）按钮

。

（2）在图形区选择要划分网格的实体零件。

选择后弹出【OCTREETetrahedronMesh】（四面体网格划分器）对话框，如图5－5所示。

注意！

只能选择属于【PartBody】下的元素。

●【Global】选项卡：

可以修改网格全局参数。

⏹【Size】（网格尺寸）：

允许用户定义网格的尺寸（以mm为单位）。

⏹【Absolutesag】绝对垂度：

网格和几何图形之间的最大间隙，如图5－6所示。

图5－5【OCTREETetrahedronMesh】（四面体网格划分器）对话框

图5－6绝对垂度示意图

⏹【Proportionalsag】比例垂度：

局部绝对垂度与局部网格长度的比例。

比例垂度值＝局部绝对垂度值/局部网格棱边长度值

注意！

绝对垂度和比例垂度可以修改局部网格棱边长度值。

用户可以使用绝对垂度和比例垂度两个值，在实际应用中，程序采用两个数字中约束严格的一个值。

⏹【Elementtype】单元类型：

允许用户选择单元的类型（Linear线性单元，或者Parabolic二次单元）

●【Local】局部选项卡

用户可以添加局部网格参数，例如垂度、尺寸或者在零件上的分布参数。

为了添加局部参数，先在【Availablespecs】（可使用的特定参数栏）点击选择希望添加的参数，如图5－7所示，然后点击【Add】（添加）按钮。

⏹【Localsize】（局部尺寸）：

用户可以修改名称、支承和数值，如图5－8所示。

图5－7【Availablespecs】（可使用的特定参数栏）内的选项

图5－8【LocalMeshsize】（局部网格尺寸）对话框

⏹【Localsag】（局部垂度）：

用户可以修改名称、支承和数值，如图5－9所示。

⏹【Edgesdistribution】（棱边上的分布）：

允许用户定义在某一特定棱边上局部节点分布。

为完成该功能:

选择【Edgesdistribution】（棱边上的分布）选项，然后点击【Add】（添加）按钮。

弹出【Edgesdistribution】（棱边上的分布）对话框，如图5－10所示。

图5－9【LocalMeshsag】（局部网格垂度）对话框

图5－10【Edgesdistribution】（棱边上的分布）对话框

在图形区选择指定节点分布的棱边，然后输入要分割的棱边数量。

【EdgesDistribution.1】特征出现在模型树上，同时所选择棱边上出现节点，如图5－11所示。

点击【LocalMeshDistribution】局部网格分布对话框内的【确定】按钮。

⏹【Imposedpoints】强制点：

允许用户选择一些点，在划分网格时强制考虑这些选择的点。

注意！

在此种情况下，用户选择的点必须是在形状设计工作台或者零件工作台创建的点。

只有在曲线上或者曲面上的点，才能够选择使用。

点所在的支承元素必须是所划分的几何的一部分。

为完成该功能:

选择【Localimposedpoints】局部强制加点选项，然后点击【Add】（添加）按钮。

弹出【ImposedPoints】强制点对话框，如图5－12所示。

图5－11选择棱边上出现节点图5－12【ImposedPoints】强制点对话框

从模型树（在OpenBody组下面）选择点，作为划分网格上强制添加的点。

点击【ImposedPoints】强制点对话框内的【确定】按钮。

为了编辑已经创建的局部网格分布，用户需要双击模型树上的【LocalNodesDistribution】对象，然后从弹出的【LocalMeshDistribution】（局部网格分布）对话框中修改参数。

●【Quality】（质量）选项卡

⏹【Criteria】（标注）：

允许用户选择一个标准（Shape形状、Skewness偏斜度、Strech伸展）

⏹【Intermediatenodesparameters】（中间节点参数）：

只有在选择【Parabolic】（二次）网格时，才可以使用本选项。

该选项允许用户选择二次网格中间节点的位置（Jacobian雅可比，Warp翘曲）。

几何图形和中间节点之间的距离值是雅可比值或者是翘曲值。

图5－13【Quality】（质量）选项卡显示内容图5－14几何图形和中间节点之间的距离值

●【Others】（其它）选项卡：

图5－15【Others】（其它）选项卡显示内容

⏹【Detailssimplification】（简化的细节）：

允许用户移除小的网格。

⏹【Geometrysizelimit】（几何尺寸限值）：

允许用户指定由网格划分器忽略的最大单元尺寸值。

注意！

如果所有曲面的棱边都小于几何尺寸限值，该曲面将被划分器忽略。

⏹【Meshedgessuppression】（网格棱边抑制）：

移除小的棱边（在划分网格之后）

没有网格棱边抑制采用网格棱边抑制

图5－16不采用和采用网格棱边抑制的比较

注意！

有时会发生网格棱边抑制导致违背约束条件。

⏹【Globalinteriorsize:

】（全局内部尺寸）：

允许用户指定网格最大内部尺寸。

注意！

如果全局内部尺寸小于在【Size】（尺寸）栏定义的数值，【Size】（尺寸）栏的数值将降低到全局内部尺寸值。

⏹【Min.sizeforsagspecs】（指定垂度的最小值）：

允许用户指定由于垂度指定值产生的网格优化中的最小网格尺寸。

⏹【Max.numberofattempts】（最多尝试次数）：

对于复杂的几何形状，如果在划分网格时，需要进行多次尝试，允许用户强制指定一个最多尝试次数。

1.选择需要的参数。

在本例题中，保留默认的参数。

2.点击【Apply】（应用）按钮。

弹出【ComputationStatus】（计算状态）对话框，并在零件上生成网格。

为了更好地显示网格，可以将几何体隐藏起来。

在左边的模型树上右击【LinksManager.1】对象，然后在弹出的快捷菜点中选择【Hide/Show】（隐藏/显示）选项。

最终生成的网格如图5－17所示。

在模型树上出现【OCTREETetrahedronMesh.1:

Part.1】对象，如图5－18所示。

图5－17最终生成的网格图5－18【OCTREETetrahedronMesh.1:

Part.1】对象

3.点击对话框内的【OK】（确定）按钮

为了编辑网格模型，可以双击模型树上的【OCTREETetrahedronMesh.1:

Part.1】对象，双击后，弹出【OCTREETetrahedronMesh】（OCTREE四面体网格）对话框。

5.2四面体网格填充器

本节说明如何从表面网格创建生成四面体网格。

四面体网格过滤器从曲面网格（三角形壳单元或者四边形壳单元）创建生成体积网格（线性四面体网格或者二次四面体网格）。

本项功能必须在FEMSolid（FMD）产品下执行。

在创建实体网格前，有两个必要条件：

（1）要确保曲面网格是封闭且连续的。

（2）要确保曲面网格没有交叉干涉。

用户可以使用【检查干涉】功能，先对曲面网格进行检查。

●3D网格的质量依赖于2D网格的质量。

在创建3D网格前，要确保2D网格质量是好的。

●使用本功能前，必须先有一个曲面网格。

曲面网格可以与几何形状关联，也可以不关联。

如果曲面网格是与几何形状关联的，几何形状可以是一个实体结构，也可以是一组连接的面。

（1）打开文件sample40.CATAnalysis。

在本例题中，已经创建了曲面网格，如图5－19所示。

（2）点击【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏内的【TetrahedronFiller】（四面体填充器）按钮

，如图5－20所示。

图5－19创建的曲面网格图5－20【TetrahedronFiller】（四面体填充器）按钮

点击后弹出【TetrahedronFiller】（四面体填充器）对话框，如图5－21所示。

图5－21【TetrahedronFiller】（四面体填充器）对话框

●【MeshParts】（网格零件）栏：

允许用户选择用于创建3D网格的2D网格。

注意！

可以同时选择多个2D网格。

用户可以选择【SurfaceMesh】方法划分的曲面网格、【AdvancedSurfaceMesh】方法划分的曲面网格、【Coating2DMesh】抽取的2D网格、以及使用【Transformation】功能创建的各种2D网格。

●【Remove】（移除）：

允许用户移除所选择的网格零件。

●【Removeall】（移除所有）：

允许用户移除所有选择的网格零件。

●【ElementType】（单元类型）：

允许用户选择要创建的实体单元类型。

他们与曲面网格单元的类型无关。

⏹【Linear】（线性）：

单元没有中间节点，对于只有直的棱边的实体非常好。

⏹【Parabolic】（二次）：

单元有中间节点，对于有曲线棱边的实体非常好。

（a）线性单元（b）二次单元

图5－22单元类型比较

●【Sizeprogression:

】（尺寸传递）：

允许用户在内部进行网格稀疏化处理。

（如果系数为1，内部网格棱边的尺寸由表面棱边尺寸确定。

）

（3）在图形区选择划分的曲面网格。

在本例题中，选择【AdvancedSurfaceMesh.2】网格，如图5－23所示。

【TetrahedronFiller】（四面体填充器）对话框更新显示。

注意！

对于多个曲面网格的情况，用户要选择多个曲面网格，直到网格封闭为止。

当所选网格未封闭时，自由棱边显示为绿色。

（4）在对话框内选择【ElementType】（单元类型）选项和【Sizeprogression:

】（尺寸传递）系数。

在本例题中，选择【Linear】（线性）选项，在【Sizeprogression:

】（尺寸传递）系数数值栏内输入2.

（5）点击【Apply】（应用）按钮。

对应的四边形网格使用最短的对角线，切割为两个三角形网格。

本操作只是四面体网格填充的一个步骤，原始的四边形网格仍然保留在网格模型中，并没有被三角形网格替换。

现在已经填充出四面体网格，并且在左边的模型树上显示出新的网格单元【TetrahedronFillerMesh.1】，如图5－23和5－24所示。

图5－23选择【AdvancedSurfaceMesh.2】网格图5－23创建的填充四面体网格

（6）点击【确定】按钮，关闭对话框。

用户可以使用【CuttingPlane】（切割平面）功能可视化实体网格，具体操作方法如下：

右击【AdvancedSurfaceMesh.2】元素，在弹出的右键快捷菜单中选择【Hide/Show】（隐藏/显示）选项。

点击【MeshVisualizationTools】（网格可视化工具）工具栏内的【Cuttingplane】（切割平面）按钮

。

弹出【CuttingPlaneDefinition】（切割平面定义）对话框，选择【z】选项，点击【Reverse】（反向）按钮。

不激活【Exactmeshcut】（精确网格切割）选项，显示切割后的网格如图5－25所示。

图5－24新的网格单元【TetrahedronFillerMesh.1】图5－25显示切割后的网格

当在【TetrahedronFiller】（四面体填充器）对话框内选择【Parabolic】（二次）时，创建的网格将含有中间节点，即四面体网格是二次网格。

5.3扫描创建3D网格

本节说明如何从曲面网格创建六面体网格（HE8和HE20）、楔形网格（WE6、WE15）。

扫描3D网格提供了从曲面网格到体积网格的一种方法。

当需要的时候，临近的棱边和表面网格会被捕捉到，作为3D实体网格的一部分，而不产生干涉现象。

本项功能必须在FEMSolid（FMD）产品下执行。

●为创建扫描的网格，体积形状必须类似于一个柱体结构，有一个顶和一个底。

●必须存在一个曲面网格，它可以与几何形状关联，也可以不关联。

如果曲面网格是与几何形状关联的，这个几何图形可以是一个曲面，也可以是一组链接的曲面。

●为了创建六面体网格，推荐使用【GenerativeShapeDesign】（创成式形状设计）工作台内的【Split】（分割）命令。

（1）打开零件Sample25.CATAnalysis。

在本例题中，已经创建了一个曲面网格。

（2）点击【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏内的【Sweep3D】（扫描3D）按钮

。

点击后弹出【Sweep3D】（扫描3D）对话框，如图5－26所示。

●【Geometry】（几何）选项卡：

⏹【SweepLimits】（扫描限值）选项区

◆【Bottom】（底部）：

允许用户选择扫描创建3D网格所需要的曲面网格。

可以进行多选。

点击右侧的【FaceSelector】（面选择器）按钮，进行多个选择。

◆【Top】（顶部）：

允许用户选择目标域，可以选择多个面。

⏹【GuidesParameters】（导向参数）：

导向是在顶部和底部之间控制三维网格形状的线。

◆【Angle】（角度）；允许用户指定在由两条曲线计算导向线的时候角度公差。

角度参数代表的是两条曲线之间最大的不连续值。

默认值是由底面法向与候选曲线的第一个顶点之间确定。

◆【Guides】（导向）：

给出计算的导向线数量。

◆【Compute】（计算）按钮：

启动导向线的计算过程，由程序找出导向线。

◆【Remove】（移除）按钮：

允许用户移除计算结果中的导向线。

◆【ImposeGuides】（强制导向）按钮

：

允许用户选择一条或者多条棱边包括在计算的导向线中。

如果点击本按钮，会弹出【ImposeGuides】（强制导向）对话框，如图5－27所示。

图5－26【Sweep3D】（扫描3D）对话框图5－27【ImposeGuides】（强制导向）对话框

◆【ExcludeGuides】（排除导向）按钮

：

允许用户选择一个或者多个棱边不包括在导向计算中。

如果点击本按钮，会弹出【ExcludeGuides】（排除导向）对话框，如图5－28所示。

●【Mesh】（网格）选项卡

图5－28【ExcludeGuides】（排除导向）对话框图5－29【Mesh】（网格）选项卡显示

⏹【Elementtype】（单元类型）选项区

◆【Linear】（线性）：

允许创建线性单元（HE8或者WE6）。

◆【Parabolic】（二次）：

允许创建二次单元（HE20或者WE15）。

注意！

如果曲面网格是线性单元，用户无法创建二次实体网格。

⏹【Smoothing】（平滑）选项区：

◆【Internalandtopmesh】（内部和顶部网格）：

允许用户根据需要提高网格的质量（但花费时间会相应增加）。

⏹【Distribution】（分布）选项区：

◆【Type】（类型）：

【Uniform】（均一）：

所有节点之间距离相同。

【Arithmetic】（算术）：

分布节点之间的距离由算术式计算出来。

【Geometric】（几何）：

分布节点之间的距离由几何分布定义。

◆【Layersnumber】（层数）：

允许用户指定层的数量。

这个值决定了扫描网格的尺寸。

按钮

允许用户初始化层数，使网格棱边的数量等于在导向线方向捕捉的棱边数量。

◆【Sizeratio】（尺寸比例）：

允许用户对【Arithmetic】（算术）分布指定一个公共差别，或者对【Geometric】（几何）分布指定一个公共差别。

注意！

只有在用户选择【Arithmetic】（算术）或者【Geometric】（几何）选项时，才能够选择【Sizeratio】（尺寸比例）。

◆【Symmetry】（对称）选项：

允许用户指定网格是否对称。

注意！

只有在用户选择【Arithmetic】（算术）或者【Geometric】（几何）选项时，才能够选择【Sizeratio】（尺寸比例）。

⏹【Capture】（捕捉）选项区：

允许用户捕捉更新后的底部、顶部和侧面网格以创建实体网格。

◆【Tolerance】允许用户指定捕捉时与网格捕捉间的最大公差值。

◆【Initialize】（初始化）：

允许用户自动初始捕捉公差值。

公差初始化采用在所有更新网格零件中的最小单元棱边比率。

◆【Preview】（预览）：

允许用户可视化捕捉的网格，在【CaptureCheck】（捕捉检查）对话框内创建一个捕捉面的报告。

（3）选择一个实体。

注意！

只能选择在左边模型树PartBody下面的3D几何图形。

在本例题中，选择模型树中的【VolumeSweep.1】，或者在几何图形区选择该元素，如图5－30所示。

图5－30在几何图形区选择的【VolumeSweep.1】

一旦选定几何体，【Bottom】（底部）栏被激活，同时出现【ToolsPalette】（工具调色板）工具栏。

（4）选择一个面作为底面。

注意，选择的面可以是划分网格的，也可以在网格零件的附近。

可以多重选择。

多重选择时要依次选择多个网格零件，组成一个完成的曲面。

在本例题中，选择的曲面网格如图5－31所示。

（5）激活【Top】（顶部）选项。

点击对话框内的【Top】（顶部）选项。

（6）选择一个曲面作为顶部。

注意，选择的面可以是划分网格的，也可以在网格零件的附近。

可以多重选择。

多重选择时要依次选择多个网格零件，组成一个完成的曲面。

在本例题中，选择的曲面网格如图5－32所示。

图5－31选择的曲面网格

图5－32选择的顶部曲面网格

此时【Compute】（计算）按钮处于激活状态。

（7）在【Angle】（角度）数值栏内输入45deg。

（8）点击【Compute】（计算）按钮。

显示出计算的扫描3D网格，如图5－33所示。

●计算出导向线，并以黄色亮显。

红色的箭头显示导向线的方向。

●几何图形被自动隐藏起来。

●蓝色线代表几何图形上根据给定的角度忽略的线。

图5－33计算的扫描3D网格

【Sweep3D】（扫描3D）对话框更新，显示出计算的导向线数量为3，如图5－34所示。

图5－34显示计算的导向线数量

（9）选择【Mesh】（网格）选项卡，修改网格参数：

在【ElementType】（单元类型）栏选择【Linear】（线性）；

不选中【Internalandtopmesh】（内部和顶部网格）选项；

在【Distribution】（分布选项）选择【Uniform】（均一）；

在【Layersnumber】（层数）栏内输入7；

在【Tolerance】（公差）栏内输入1mm。

（10）点击【Apply】（应用）按钮。

根据设定的参数，创建出扫描3D网格，如图5－35所示。

图5－35创建的扫描3D网格

（11）修改下面的网格参数

在【Distribution】（分布选项）选择【Arithmetic】（算术）选项；

在【Layersnumber】（层数）栏内输入12；

在【Sizeratio】（尺寸比例）栏内输入4；

勾选【Symmetry】（对称）选项；

（12）点击【Initialize】（初始化）按钮。

在【Tolerance】（公差）数值栏内显示新的公差值。

（13）点击【Preview】（预览）按钮。

捕捉到的用来创建3D网格的平面网格预览出来，如图5－36所示。

图5－36捕捉到的用来创建3D网格的平面网格

在本例题中：

●顶部和底部的单元都是有效的，他们以绿色亮显出来。

●侧面的单元在创建3D网格时被