織物結構化網格生成的兩種思路

首先介紹一下什么是結構化網格。這個結構不是力學里面結構的概念，在流體網格講的比較多。所謂結構化，指的是生成網格的基本型面和節點布置，由明確的映射關系，可以得到符合規律的網格（一般指的四邊形、六面體）。

我們在前面文章介紹了三維機織（2.5D）復合材料的基本概念，以及我們自研的網格生成軟件。那個文章介紹的方法可以得到連續光順的紗線結構化網格，它嚴格遵循了紗線的幾何。

靜界有限元連續光滑紗線網格技術

之所以能達到這個效果，是因為我們開發的截面掃掠生成網格模塊，是從網格技術最基本的思路出發。

除此之外TexGen采用的是體素網格思路。簡單理解就是先在空間內堆積足夠的均勻網格，然后根據紗線軌跡和截面，把屬于紗線區域的網格定義為紗線，剩下的就是基體。這種思路得到纖維網格是不光滑的，當網格密度低的時候，還會出現纖維不連續的現象。

前面的方法，算法難度高，但是網格量可控，纖維網格質量高。體素方法，算法難度低，對開發人員來說友好，但是網格量巨大，纖維網格質量差，不適用于宏觀尺度。

一般來說，容易開發的算法，用起來都不好用。但是由于TexGen名氣實在太大，很多人比較認可，我們決定也基于體素思想，寫一版三維機織復合材料建模軟件。

  

靜界有限元體素網格技術

體素思路的實現

我們之前已經能夠得到光滑的纖維網格了，所以體素方法對我來說很簡單。我只需要從均勻的基體網格中判斷，哪些單元被已有的纖維網格包裹了，就可以得到纖維的體素網格。

實際上，體素方法本身并不高端，它本質是一直暴力搜索的方法。從技術上來說，沒有什么美感。

唯一需要注意的是，為了保證纖維足夠的特征，我們需要先創建大規模的基體單元。我目前測試下來，對于單胞級的，最好也要有100W網格。暴力搜索方法就會很慢。我想這也是不少人反映TexGen網格生成慢的原因之一。

當然可以有一些加速方法，比如先做預處理，構建八叉樹提升檢索速度，或者使用并行等等。但這也改變不了體素方法本身慢、且不適應于大尺度模型的特點。

除此之外，在檢索的時候，還要做局部材料坐標系匹配。在生成inp文件的時候，需要自動定義兩種材料和set以區分纖維和基體。

軟件集成

將上述方法集成為體素版軟件，效果如下：

導入ABAQUS

用100W網格做一個模型，導入ABAQUS后效果如下：

定制開發

我們目前掌握的這兩種技術，可以應用到其他立體織物結構，如果各課題組和院所有需要，可以聯系我們，一起聯合開發新的參數化建模與網格生成軟件。