第三章 曲面网格划分.docx

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第三章曲面网格划分

第三章曲面网格划分

本章介绍2D网格的划分方法。

主要包括3部分内容：

划分三角形网格：

对曲面指定线性或者2次三角形单元；

曲面网格划分器：

对曲面进行网格划分，允许用户进入【SurfaceMeshing】（曲面网格划分）工作台；

高级曲面划分器：

曲面进行网格划分，允许用户进入【AdvancedSurfaceMeshing】（高级曲面网格划分）工作台。

3.1进入曲面网格划分工作台

本节说明如何进入曲面网格划分工作台，有两个方法：

●通过生成新的网格零件（使用曲面网格划分器的功能）；

●编辑已有的网格零件。

3.1.1生成网格零件

打开文件Sample06.CATAnalysis。

（1）点击【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏内的【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）按钮

，如图3－1所示。

图3－1【MeshingMethods】（网格划分方法）工具栏

（2）选择要划分网格的几何图形，如图3－2所示。

选中几何图形后，弹出【GlobalParameters】（全局网格参数）对话框，如图3－3所示。

图3－2选择要划分网格的几何图形图3－3【GlobalParameters】（全局网格参数）对话框

下面说明【GlobalParameters】（全局网格参数）对话框内各参数的含义：

●【Mesh】（网格）选项卡：

⏹【Shape】（形状）：

允许用户定义划分曲面网格的形状：

三角形或者

四边形。

⏹【Type】（类型）：

允许用户定义【Linear】（线性）或者【Parabolic】（二次单元）。

注意！

显示出的选项和选择的【Shape】（形状）有关。

●【TriangleMethod】（三角形）网格按钮

：

⏹【Meshsize】（网格尺寸）：

指定网格全局尺寸。

⏹【Absolutesag】（绝对垂度）：

网格与几何形状之间最大的差值，如图3-4所示。

⏹【Relativesag】（相对垂度）：

绝对垂度值与局部网格棱边长度的比值。

图3-4绝对垂度含义

注意！

绝对垂度和相对垂度可以改变局部网格棱边的长度。

可以同时定义绝对垂度和相对垂度，系统将使用两个值中控制严格的一个。

⏹【Minsize】（最小值）：

网格尺寸的最小值。

只有当使用相对垂度或者绝对垂度时，该选项才被激活。

⏹【Automaticmeshcapture】（自动网格捕捉）：

当该选项激活时，对于所有的约束元素（只有棱边，内部棱边，外部棱边），或者约束变化之后，网格捕捉将动态执行捕捉。

用户不必依次选择每个约束。

注意到可以定义捕捉公差值，用户可以决定是否对相邻的棱边强制增加一个限值，自动捕捉使用精简功能自动执行。

从几何形状上说，网格是从同一个CATAnalysis有限元文件中的网格零件中捕捉。

注意！

只能捕捉已经更新后的网格零件。

⏹【Tolerance】（公差）：

网格捕捉的最大距离。

⏹【MeshPartSelection】（网格零件选择）按钮

：

执行选择网格过滤功能。

●【QuadrangleMethod】（四边形网格方法）

：

⏹【Meshsize】（网格尺寸）：

指定网格全局尺寸。

⏹【Defaultmethod】（默认方法）：

允许用户选择网格划分方法应用到每次网格划分操作中。

如果选中该选项，则程序忽略【Meshsize】（网格尺寸）参数。

选中【Defaultmethod】（默认方法）选项后，对话框该部分显示有变化，会显示一个下拉列表框，如图3－5所示。

图3－5选中【Defaultmethod】（默认方法）选项

选中该选项后，可以进行下面的方法：

◆【Mappedfreemesh】（映射自由网格）：

采用映射自由网格划分方法。

◆【Minimalmesh】（最小网格）：

采用最小网格划分方法。

◆【Automaticmeshcapture】（自动网格捕捉）：

激活该选项后，当该选项激活时，对于所有的约束元素（只有棱边，内部棱边，外部棱边），或者约束变化之后，网格捕捉将动态执行捕捉。

用户不必依次选择每个约束。

注意到可以定义捕捉公差值，用户可以决定是否对相邻的棱边强制增加一个限值。

自动捕捉使用精简功能自动执行。

从几何形状上说，网格是从同一个CATAnalysis有限元文件中的网格零件中捕捉。

注意！

只能捕捉已经更新后的网格零件。

⏹【Tolerance】（公差）：

网格捕捉的最大距离。

⏹【MeshPartSelection】（网格零件选择）按钮

：

执行选择网格过滤功能。

●【Geometry】（几何形状选项卡）

⏹【Constraintsag】（控制垂度）：

在沿曲面棱边方向创建控制，避免在棱边方向创建单元（单元的垂度将高于指定的值）。

这项设置并不能保证整个网格划分过程均考虑垂度值，但会帮助生成控制。

对于给定的网格尺寸，垂度值越小，创建的控制数量越多，反之则反之。

下面举例进行说明：

当垂度值太高时，棱边未被控制，如图3－6所示的棱边。

（a）几何图形（b）划分的网格

图3－6棱边未被控制

垂度值足够低时，棱边被控制，如图3－7所示的棱边。

（a）几何图形（b）划分的网格

图3－7棱边被控制

⏹【Constraintsindependentfrommeshsize】（控制与网格尺寸独立）：

如果本选项未被激活，【Meshsize】（网格尺寸）数值栏内定义的值将在形貌分组过程中作为参考值进行考虑。

如果激活本选项，用户要自己再定义一个参考值。

⏹【Constraintsrefsize】（控制参考尺寸）：

允许用户定义一个参考值。

◆将定义值设置未和网格尺寸值相同。

◆如果用户修改参考值，结果可能不可预测。

（所以该选项形同虚设！

）

⏹【Addsharpedges】（添加尖角棱边）：

计算轮廓上两条相切元素间的角度。

⏹【Minholessize】（最小孔尺寸）：

设置自动删除孔的直径。

⏹【Offset】（偏移值）：

根据几何形状简化和网格划分两个因素确定的偏移值。

◆【Automaticcurvecapture】（自动曲线捕捉）：

当本选项激活时，激活该选项后，当该选项激活时，对于所有的约束元素（只有棱边，内部棱边，外部棱边），或者约束变化之后，网格捕捉将动态执行捕捉。

用户不必依次选择每个约束。

注意到可以定义捕捉公差值，用户可以决定是否对相邻的棱边强制增加一个限值。

自动捕捉使用精简功能自动执行。

从几何形状上说，网格是从同一个CATAnalysis有限元文件中的网格零件中捕捉。

注意！

只能捕捉已经更新后的网格零件。

⏹【Tolerance】（公差）：

网格捕捉的最大距离。

⏹【MeshPartSelection】（网格零件选择）按钮

：

执行选择网格过滤功能。

（3）在【GlobalParameters】（全局参数）对话框内定义合适的全局参数。

（4）点击对话框内的【确定】按钮。

显示的几何形状如图3－8所示。

图3－8定义网格尺寸后的几何形状

同时，在左边模型树【NodesandElements】（节点和单元）组下面显示新的网格元素【SurfaceMesh.2】，如图3－9所示。

图3－9模型树显示新的网格元素【SurfaceMesh.2】

注意！

用户进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台后。

可以执行下面的操作：

a．在任何时候激活全局参数定义；

b．定义曲面网格划分器的局部参数；

c．执行网格划分操作；

d．执行手动修改；

e．任何时候离开【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

3.1.2编辑网格零件

打开零件Sample06.CATAnalysis。

零件的模型树显示如图3-10所示。

（1）更新【SurfaceMesh.1】网格零件。

右击模型树上的【SurfaceMesh.1】，在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】（更新网格）选项，如图3－11所示。

程序将执行网格划分功能。

（2）双击模型树上的【SurfaceMesh.1】，弹出【GlobalParameters】（全局参数）对话框，此时可以对全局参数进行修改。

（3）修改参数后，点击【GlobalParameters】（全局参数）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

注意！

用户进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台后。

可以执行下面的操作：

a．在任何时候激活全局参数定义；

b．定义曲面网格划分器的局部参数；

c．执行网格划分操作；

d．执行手动修改；

e．任何时候离开【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

图3-10零件的模型树图3－11选择【UpdateMesh】（更新网格）选项

3.2曲面网格划分器的局部参数定义

3.2.1忽略小孔定义

本小节说明如何定义在划分网格时想忽略的几何形状上的小孔。

（1）打开文件Sample03.CATAnalysis。

（2）进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

具体方法是在【AdvancedMeshingTools】（高级网格划分工具）工作台内点击【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）按钮

，选择要划分网格的几何图形。

选中几何图形后，弹出【GlobalParameters】（全局网格参数）对话框。

在对话框内点击【OK】（确定）按钮，关闭对话框，就进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

（3）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【BoundarySimplifications】（边界简化）按钮

，如图3－10所示。

弹出【HoleSuppression】（孔抑制）对话框，如图3－11所示。

图3－10【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏图3－11【HoleSuppression】（孔抑制）对话框

●【Support】（支撑）：

允许用户定义在网格划分过程中想忽略的孔或者想考虑进来的孔。

注意！

可以选择多个孔。

●【Mode】（模式）：

用户定义选择的孔是忽略还是要考虑进来。

●【Activate】（激活）：

划分网格时考虑用户定义选择的孔。

●【Inactivate】（锁定）：

划分网格时忽略用户定义选择的孔。

●【Browse】（浏览）：

⏹【AutoFocus】（自动聚焦）：

对激活的孔进行缩放。

⏹【Diameter】（直径）：

提供用户所选孔的直径值。

（4）在几何图形上选择一个孔，如图3－12所示。

（5）在【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Inactivate】（锁定）选项。

（6）点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

几何图形上选择的孔将亮显为蓝色，如图3－13所示，这些孔在划分网格时将忽略。

图3－12选择一个孔图3－13选择的孔亮显

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【SuppressHole.1】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－14所示。

（7）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【BoundarySimplifications】（边界简化）按钮

，弹出【HoleSuppression】（孔抑制）对话框。

（8）在几何图形上选择一个孔，（这个孔是上面的操作步骤选择的孔之一），如图3－15所示。

在本例题中，在选择时，要把孔的两个半圆都选择才可以。

图3－14模型树出现一个新的元素【SuppressHole.1】图3－15几何图形上选择一个孔

（9）在【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Activate】（激活）选项。

（10）点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

几何图形上选择的孔将亮显为绿色，如图3－16所示，这个孔在划分网格时将考虑进来。

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【SuppressHole.2】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－17所示。

图3－16选择的孔亮显为绿色图3－17模型树出现一个新的元素【SuppressHole.2】

（11）点击【Execution】（执行）工具栏内的【MeshThePart】（划分零件网格）按钮

，如图3－18所示，零件被划分为网格，同时显示出忽略和考虑进来的孔，如图3－19所示。

图3－18【Execution】（执行）工具栏内图3－19零件划分的网格

（12）点击【MeshThePart】（划分零件网格）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

3.2.2控制棱边

本小计说明如何对选择的棱边增加或者移除控制。

（1）打开文件Sample06.CATAnalysis。

（2）进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台（方法见3.2.1节，不在此处进行详细叙述）。

（3）为了更好地显示控制的棱边，可以改变零件的颜色。

右击模型树下面的LinksManager.1→Part1→GeometricalSet.1→【曲面.1】，如图3－20所示。

在弹出的快捷菜单中选择【属性】，在弹出的【属性】对话框内点击【Graphic】（图形）选项卡，选择合适的颜色，如图3－21所示。

点击【确定】按钮，关闭【属性】对话框。

图3－20LinksManager.1→Part1→GeometricalSet.1→【曲面.1】

图3－21【属性】对话框内修改颜色

（4）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【Add/RemoveConstraintsonEdge】（添加/移除棱边上的控制）按钮

，如图3－22所示。

弹出【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框和【TrapType】（捕捉类型）工具栏，如图3－23和图3－24所示。

图3－22【Add/RemoveConstraintsonEdge】（添加/移除棱边上的控制）按钮

图3－23【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框

图3－24【TrapType】（捕捉类型）工具栏

●【Support】（支撑）：

用户定义要增加或者移除的棱边。

注意！

可以对多个棱边进行同时选取。

●【Mode】（模式）：

用户定义选择的棱边是添加还是要移除。

⏹【Constrained】（控制）：

允许用户控制选择的棱边；

⏹【Unconstrained】（未控制）：

允许用户移除选择的棱边。

●【TrapType】（捕捉类型）工具栏允许用户进行多项选择。

（5）在图形区选择一个或者多个控制棱边作为【Support】（支撑）内的选项。

在本例题中，选择一个棱边，如图3－25所示。

（6）在【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框的【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Unconstrained】（未控制）选项。

（7）点击【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，选择的棱边亮显为蓝色，如图3－26所示。

图3－25选择的一个棱边图3－26选择的棱边亮显为蓝色

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【ConstrainEdge.1】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－27所示。

（8）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【Add/RemoveConstraintsonEdge】（添加/移除棱边上的控制）按钮

，弹出【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框和【TrapType】（捕捉类型）工具栏。

（9）在图形区选择一个或者多个控制棱边作为【Support】（支撑）内的选项。

在本例题中，选择一个棱边，如图3－28所示。

图3－27模型树出现一个新的元素【ConstrainEdge.1】图3－28选择的一个棱边

（10）在【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框的【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Constrained】（控制）选项。

（11）点击【EdgeConstraint】（棱边控制）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，选择的棱边亮显为黄色，如图3－29所示。

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【ConstrainEdge.2】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－30所示。

图3－29选择的棱边亮显为黄色图3－30模型树出现一个新的元素【ConstrainEdge.2】

3.2.3控制顶点

本小节说明如何添加或者移除所选择的顶点控制。

（1）打开文件Sample06.CATAnalysis。

（2）进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

（3）为了更好地显示控制的棱边，可以改变零件的颜色。

右击模型树下面的LinksManager.1→Part1→GeometricalSet.1→【曲面.1】，在弹出的快捷菜单中选择【属性】，在弹出的【属性】对话框内点击【Graphic】（图形）选项卡，选择合适的颜色，点击【确定】按钮，关闭【属性】对话框。

（4）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【Add/RemoveConstraintsonVertex】（添加/移除顶点上的控制）按钮

，如图3－31所示。

弹出【VertexConstraint】（顶点控制）对话框，如图3－32所示。

图3－31【Add/RemoveConstraintsonVertex】（添加/移除顶点上的控制）按钮

图3－32【VertexConstraint】（顶点控制）对话框

●【Support】（支撑）：

用户定义要增加或者移除的顶点。

注意！

可以对多个顶点进行同时选取。

●【Mode】（模式）：

用户定义选择的顶点是添加还是要移除。

⏹【Constrained】（控制）：

允许用户控制选择的顶点；

⏹【Unconstrained】（未控制）：

允许用户移除选择的顶点。

（5）在图形区选择一个或者多个控制顶点作为【Support】（支撑）内的选项。

在本例题中，选择一个顶点，如图3－33所示。

图3－33选择一个顶点

（6）在【VertexConstraint】（顶点控制）对话框的【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Unconstrained】（未控制）选项。

（7）点击【VertexConstraint】（顶点控制）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，选择的顶点不再亮显为黄色。

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【ConstrainVertex.1】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－34所示。

图3－34模型树上出现一个新的元素【ConstrainVertex.1】

（8）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【Add/RemoveConstraintsonVertex】（添加/移除顶点上的控制）按钮

，弹出【VertexConstraint】（顶点控制）对话框。

原来选择的点被亮显为蓝色，如图3－35所示。

图3－35原来选择的点被亮显

（9）在图形区选择一个或者多个控制顶点作为【Support】（支撑）内的选项。

在本例题中，选择一个顶点，如图3－36所示。

图3－36选择的一个顶点

（10）在【VertexConstraint】（顶点控制）对话框的【Mode】（模式）下拉列表框内选择【Constrained】（控制）选项。

（11）点击【VertexConstraint】（顶点控制）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，选择的顶点亮显为黄色，如图3－37所示。

图3－37选择的顶点亮显为黄色

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【ConstrainVertex.2】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－38所示。

图3－38模型树上出现一个新的元素【ConstrainVertex.2】

3.2.4投影外部曲线

本小节说明如何投影外部曲线以便控制这些曲线。

（1）打开文件Sample28.CATAnalysis。

（2）进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

（3）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【ProjectExternalCurve】（投影外部曲线）按钮

，如图3－39所示。

弹出【ExternalCurveConstraint】（外部曲线控制）对话框，如图3－40所示。

同时弹出【ToolsPalette】（工具调色板）工具栏。

图3－39【ProjectExternalCurve】（投影外部曲线）按钮

图3－40【ExternalCurveConstraint】（外部曲线控制）对话框

●【Support】（支撑）：

用户定义要选择要投影的曲线。

注意！

可以对多个顶点进行同时选取。

●【GeometrySelector】（几何选择器）

：

对选择元素进行过滤。

●【Tolerance】（公差）：

允许用户定义公差值。

（4）在图形区选择一个或者多个几何曲线作为【Support】（支撑）内的选项。

在本例题中，选择左边模型树中的【几何图形集.1】，如图3－41所示。

（5）在【Tolerance】（公差）数值栏内输入公差值。

（6）点击【ExternalCurveConstraint】（外部曲线控制）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

在左边的模型树上【SurfaceMesh.1】网格零件下方出现一个新的元素【ProjectedCurve.1】，属于【GeometrySpecifications.1】，如图3－42所示。

图3－41选择模型树中的【几何图形集.1】图3－42模型树上出现一个新的元素【Projected

Curve.1】

选择的曲线亮显为黄色，控制曲线的交点显示为红色。

他们均被约束。

（7）点击【Execution】（执行）工具栏内内的【MeshthePart】（划分零件网格）按钮

。

划分后的网格如图3－43所示。

图3－43划分后的网格

（8）点击【MeshthePart】（划分零件网格）对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。

3.2.5投影外部点

本小节说明如何投影外部点以便控制这些点。

（1）打开文件Sample28.CATAnalysis。

（2）进入【SurfaceMesher】（曲面网格划分器）工作台。

（3）点击【LocalSpecifications】（局部参数定义）工具栏内的【ProjectExternalPoint】（投影外部点）按钮

，如图3－44所示。

弹出【ExternalPointConstraint】（外部点控