汽車飾件結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格生成方法

2013-06-15 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和有限元分析算法的日益成熟,有限元分析技術(shù)在現(xiàn)代汽車開發(fā)中已顯示出其越來越重要的地位。有限元分析技術(shù)的基本流程是:前處理,分析計算和結(jié)果后處理。其中前處理往往要占用整個過程的大部分時間。另外,一個合理而且有效的有限元模型對于分析進度和結(jié)果往往起到?jīng)Q定性的作用。為了獲得更加準確的計算結(jié)果,許多復雜結(jié)構(gòu)的分析要采用體網(wǎng)格。本文基于 HyperMesh 的有限元前處理功能結(jié)合工程實例,針對復雜的汽車飾件結(jié)構(gòu)生成六面體或五面體網(wǎng)格的方法,進行了一些分析和總結(jié)。

    2 HyperMesh 中六面體或五面體網(wǎng)格的生成方法

HyperMesh 軟件中主要提供了拉伸(Drag)、旋轉(zhuǎn)(Spin)、沿線拉伸(Line Drag)、單元偏移(Element Offset)、線性近似(Linear Solid)和映射(Solid Map)等六面體和五面體網(wǎng)格的生成工具。這些工具基本上只是針對簡單的結(jié)構(gòu)體,而且要求幾何體是可映射的?？捎成涫且笥袃蓚€對立面,一個起始面和一個目標面,還有連接起始面和目標面的路徑,可以是線、面或向量。因此,在 HyperMesh 中六面體網(wǎng)格的生成基本思路是:先將復雜的結(jié)構(gòu)體分割成多個區(qū)域,這些區(qū)域在 HyperMesh 中可以直接生成體網(wǎng)格,需要注意的是過渡區(qū)域之間的網(wǎng)格對應。

    3 汽車飾件結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格生成實例

這里通過汽車儀表板上出風口擋板為對象,通過六面體網(wǎng)格生成過程總結(jié)一下六面體網(wǎng)格生成流程和其中應注意的事項。

    3.1 理解結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系

針對一個結(jié)構(gòu),首先要對其有一個全面的認識,其次是要看清每一個特征,決定哪些是重要特征,哪些次要的并且可以忽略的特征。在實際的工程項目中,還要考慮如何將一個復雜結(jié)構(gòu)分解,以便可以分給不同的人完成以縮短工期。

如圖 1 所示的出風口擋板結(jié)構(gòu),從大特征上可以分成三部分:a、小風門;b、大風門;c、轉(zhuǎn)軸。其中小風門和大風門的結(jié)構(gòu)類似,都由上下兩層泡沫和中間塑料層構(gòu)成,如圖 2所示。轉(zhuǎn)軸可以分成左右兩個有部分對稱特征的結(jié)構(gòu),如圖 3 所示。

    3.2 結(jié)構(gòu)分解成可以使用體網(wǎng)格生成工具生成體網(wǎng)格的特征塊

在這一步里,要對結(jié)構(gòu)體進一步的特征分解,以使每個特征體可以用 HyperMesh 軟件中的體網(wǎng)格生成工具直接生成。分解結(jié)構(gòu)時要利用特征的對稱或映射,還要注意各特征的連接、交界面。對于每一個特征體要考慮是否能用不同的網(wǎng)格生成工具生成。對于生成體網(wǎng)格的初始面網(wǎng)格應該有一定要求,主要是要考慮到面網(wǎng)格的形式是否會影響相鄰特征體的生成,同時還要考慮網(wǎng)格的尺寸和質(zhì)量。

對于風門結(jié)構(gòu),上下兩塊泡沫層是直接可以生成六面體的可映射特征體。對于中間塑料層,通過截面圖發(fā)現(xiàn)通過特征的上下映射可以分解成簡單的長方體,如圖 4 所示。

汽車飾件結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格生成方法ansys分析案例圖片4

由圖 3 可以看出,對于轉(zhuǎn)軸左右兩側(cè)中有部分可以對稱的花紋特征體。對于花紋特征體,只需生成一組,其余可以通過映射的方法生成。一組花紋特征體可以分成若干個具有映射特征的個體,如圖 5。與花紋特征體相鄰的可以分成若干個圓環(huán)體.

汽車飾件結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格生成方法ansys結(jié)果圖圖片5

    3.3 決定各個特征塊的生成順序

在具體做網(wǎng)格之前,應決定特征塊生成順序,一般的原則是從最復雜的特征開始,由里往外生成。在生成大特征體的網(wǎng)格時應考慮到小特征。對于風門,應先生成中間的塑料層,再利用其上下表面網(wǎng)格生成比較簡單的泡沫層。對于轉(zhuǎn)軸,先生成中間的花紋特征體,再分別向兩端的圓環(huán)特征體擴展,如圖 6 所示。

汽車飾件結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格生成方法ansys結(jié)果圖圖片6

    3.4 劃分網(wǎng)格時的細節(jié)處理

首先要考慮做適當?shù)膸缀吻謇?去除小孔和小圓角,但有時圓角的保留更有利于網(wǎng)格的生成并保證可靠的質(zhì)量。

考慮起始面和目標面,不要幾何和尺寸相差懸殊,容易產(chǎn)生畸變的網(wǎng)格。

生成的初始面網(wǎng)格,要保證網(wǎng)格質(zhì)量和尺寸,并且要考慮到是否利于后續(xù)特征體的生成。從已有的體網(wǎng)格提取面網(wǎng)格。

每一個特征體的體網(wǎng)格生成后,都應檢查和已有體網(wǎng)格的是否連續(xù),網(wǎng)格內(nèi)部不應出現(xiàn)自由面,檢查與幾何是否貼合。生成的體網(wǎng)格質(zhì)量不應太差,并且檢查網(wǎng)格形式是否可以被調(diào)整以生成剩余的特征體所需的初始面網(wǎng)格。

    4 結(jié)論

從上述的六面體網(wǎng)格生成過程中可以看出,一個周密而完善的計劃是能生成體網(wǎng)格的起點和關(guān)鍵。在開始進行第一個網(wǎng)格生成時,其實就應該要預見到最后一個網(wǎng)格的生成。雖然最終的目標是體網(wǎng)格,但生成面網(wǎng)格所花的時間要遠遠大于體網(wǎng)格的生成時間。面網(wǎng)格其實就決定了是否可以生成體網(wǎng)格,并且決定了體網(wǎng)格的質(zhì)量。當遇到一個無所適從的對象時,不斷的嘗試是最好的辦法。

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