面切割
關注創建者：海ing 創建時間：2019-07-02
面切割的視頻教程
Hypermesh網格劃分從入門到精通系列課程
第二課：通過卡箍劃分案例，重點學習如何快速處理質量較差的幾何模型，通過編輯面，高效刪除細小特征并講解補面技巧，合理切割幾何模型運用solidmap進行網格劃分。 第三課：講解四面體網格與六面體網格聯合使用技巧，將關鍵部位劃分為質量較好的六面體，非關鍵部位劃分為四面體，保證網格連續。 第四課：錐齒輪網格劃分課程，綜合運用各種技巧，完成較復雜幾何體的高質量六面體網格劃分。
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面切割的實例教程
切割面
（cut-face）的存儲 切割面是由若干個節點構成的平面多邊形，它是從輸入
面網格中的某個三角形被正 方體切割得到的。
對于每個切割面，我們只需
要記錄構成它
的所有節點，以及它所在平 面的法向量即可。
切割面（cut-face）的存儲切
割面是由若干個節點構成的平面多邊形，它是從輸入面網格中的某個三角形被正 方體切割得到的。
對于每個切割面，我們只需要記錄構成它的所有節點，以及它所在平面的法向量即可。
網格單元（cut-cell）的存儲
每個網格單元由一個正方體和若干切割面構成，在需要時可以將其轉化為多面體單 元。由于自動細分機制，一個單元若被細分，則存儲其 8 個子單元的地址（下標），因 此全部網格單元構成一個八叉樹結構。
如圖，這個網格單元中包含 4 個切割面，每個切割面由面網格中的一個三 角形和正方體相交得到。它們將正方體切割成兩個多面體。只要記錄這些 切割面和立方體，就可以在需要的時候計算出切割后形成的兩個多面體。
4. 計算方法
這里我們重點討論第一步（切割）中用到的計算方法。細分和組裝的部分我們這里先不 詳細討論（如有需要后面可以為此另寫一篇專題）。切割三角形的計算可分為三步：
1） 對于每條三角形邊，計算其與正方體平面的交點，放入節點列表中；
同時，將節點 有序插入到這條邊的節點列表中。
這里“有序”指的是每個節點的前，后節點為幾何上與其相 鄰的節點。
展開 4、第二種情況：導入兩個幾何，設定分界面
這種情況其實沒什么好說的，分別設置分界面為單獨的part，然后進行網格組裝就可以了
5、第三種情況：一個幾何切割成多個幾何，獨立劃分網格
這其實和第二種情況是相同的，所不同的是幾何切割放在ICEM中進行而已。也需要獨自命名進行網格組裝。
6、第四種情況：一個幾何切割成多個域，設定切割面為interface
這種方式比較復雜，但是可以用上面三種方式進行替換。這種時候可分為三種情況：（1）兩部分均為四面體（2）一部分為四面體，一部分為六面體（3）兩部分均為六面體。下面就以這種方式進行詳細解說。
7、兩部分均為四面體
這種情況要處理的部分為：需要將切割面設置為part，然后在Mesh > Part Mesh Setup中將切割面的intwall選中，這樣切割面導入到求解器中會自動生成相對應的面，我們設置為interface，然后創建meshinterface就好了。
8、一部分為四面體，另一部分為六面體
這其實特別簡單，就是按要求將相應的block放入part中，以及創建相應的body后，直接生成網格，記住：不要進行網格節點合并。導入到求解器中會生成shadow面。
9、切割成的兩部分均劃分六面體
默認情況下只有一個interface，是不能夠創建interface對的，可以在導出模型的位置設置interface為interior，如果實在需要創建兩個interface面，則只有在外部軟件中將其分割成兩個獨立的體，再進行網格組裝了。
展開 插件采用球體隨機切割方法，實現任意面數的多面體（碎石）骨料模型構建算法；采用空間三角網格碰撞算法，實現多面體的無干涉投放。插件詳情可查看公眾號【淵魚科技】。
3.1多面體骨料生成
單個凸多面體骨料的生成采用球體隨機切割算法，算法的基本原理為首先在球體表面隨機生成點位，通過點位的空間順序構建切割面，對球體進行切割操作，以構建單個凸多面體骨料模型。
隨機點位生成：在球體的表面隨機選擇點。通過在球坐標系統中隨機選擇角度來實現，然后將其轉換為笛卡爾坐標。確保生成的點位分布相對均勻，以避免在后續步驟中產生過于復雜或不均勻的切割面。
構建切割面：根據生成的點位，采用空間排序算法，確定切割面的空間順序。通過檢查切割面的法線方向，確保切割面的法線均指向球體外部。
切割球體：使用構建的切割面對球體進行切割操作，并確保切割操作不會產生非凸的部分。
插件可通過控制切割面數目，根據用戶設定的面數，在三維球體上進行切割操作，從而生成具有不同面數的多面體骨料模型。
3.2多面體骨料的投放
多面體骨料的投放采用空間三角網干涉判別，與傳統的外接球碰撞檢測相比，該算法具有準確性高，能達到更高的填充率的優點，但也存在干涉判別計算量較大的不足。
混凝土中粗骨料的體積比是一個重要的設計參數，它影響著混凝土的強度、耐久性和工作性能。一般來說，在普通混凝土中，粗骨料的體積比通常在40%～60%之間，因此采用空間三角網干涉判別，使模型中多面體骨料達到更高體積比，是模擬工程實際的關鍵。下面借助二維模型簡要介紹三角網判別算法在隨機多邊形骨料模型建模中的優勢。
三角網是由多個三角形組成的，每個三角形的邊和頂點都可以用來進行精確的相交檢測。
展開 2、ICEM CFD中進行Iterface面處理，有以下幾種類型：
（1）從同一個幾何切割，但是仍然為一個域，切割的目的只是為了網格劃分的方便
（2）導入兩個幾何，建立它們的分界面
（3）一個幾何切割成多個幾何，但是網格劃分是獨個進行的，建立它們的交界面。
（4）從同一個幾何切割成多個域，設定切割面為interface
3、第一種情況：一個幾何體，一個區域
對于這種情況，是不需要interface面的，切割的目的只是為了劃分網格，比如劃分混合網格，或者進行并行網格劃分。切割出的中間面，我們有兩種處理方式：（1）我們可以將中間面上節點進行合并，然后在輸出的時候設定中間面類型為interior（2）設定interface對。這種方式是不用進行節點合并，直接導入到求解器中，求解器會自動進行識別，將中間面上網格識別為兩個面（會自動創建shadow），我們只需要在求解器進行gridinterface對的設定即可。
4、第二種情況：導入兩個幾何，設定分界面
這種情況其實沒什么好說的，分別設置分界面為單獨的part，然后進行網格組裝就可以了
5、第三種情況：一個幾何切割成多個幾何，獨立劃分網格
這其實和第二種情況是相同的，所不同的是幾何切割放在ICEM中進行而已。也需要獨自命名進行網格組裝。
6、第四種情況：一個幾何切割成多個域，設定切割面為interface
這種方式比較復雜，但是可以用上面三種方式進行替換。這種時候可分為三種情況：（1）兩部分均為四面體（2）一部分為四面體，一部分為六面體（3）兩部分均為六面體。下面就以這種方式進行詳細解說。
展開 2、ICEM CFD中進行Iterface面處理，有以下幾種類型：
（1）從同一個幾何切割，但是仍然為一個域，切割的目的只是為了網格劃分的方便
（2）導入兩個幾何，建立它們的分界面
（3）一個幾何切割成多個幾何，但是網格劃分是獨個進行的，建立它們的交界面。
（4）從同一個幾何切割成多個域，設定切割面為interface
3、第一種情況：一個幾何體，一個區域
對于這種情況，是不需要interface面的，切割的目的只是為了劃分網格，比如劃分混合網格，或者進行并行網格劃分。切割出的中間面，我們有兩種處理方式：
（1）我們可以將中間面上節點進行合并，然后在輸出的時候設定中間面類型為interior
（2）設定interface對。這種方式是不用進行節點合并，直接導入到求解器中，求解器會自動進行識別，將中間面上網格識別為兩個面（會自動創建shadow），我們只需要在求解器進行grid interface對的設定即可。
4、第二種情況：導入兩個幾何，設定分界面
這種情況其實沒什么好說的，分別設置分界面為單獨的part，然后進行網格組裝就可以了
5、第三種情況：一個幾何切割成多個幾何，獨立劃分網格
這其實和第二種情況是相同的，所不同的是幾何切割放在ICEM中進行而已。也需要獨自命名進行網格組裝。
6、第四種情況：一個幾何切割成多個域，設定切割面為interface
這種方式比較復雜，但是可以用上面三種方式進行替換。這種時候可分為三種情況：（1）兩部分均為四面體（2）一部分為四面體，一部分為六面體（3）兩部分均為六面體。下面就以這種方式進行詳細解說。
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這一處理方式使得所有纖維端面與基體表面具備一致的平齊度，避免了切割面階差對周期性網格對齊造成的影響。
圖 2.
圖14 局部初始化
圖15 計算設置
計算結果分析
PERA SIM Fluid提供了全面的后處理功能，可以提取點、線、切割面、切割體、流線、等值面、動畫等結果，也具有創建圖表、自定義函數等功能創建針對特定問題的物理量。
圖8 求解參數設置
3.計算結果分析
PERA SIM Fluid提供了全面的后處理功能，可以提取點、線、切割面、切割體、流線、等值面、動畫等結果，也具有創建圖表、自定義函數等功能創建針對特定問題的物理量。
定位剖面位置：根據需要確定橫斷面的切割位置，并繪制相應的參考線。
3. 使用切割或投影工具：根據參考線使用 CAD 中的切割或投影工具，生成剖面數據。你可以用命令 “SLICE” 切割三維對象，或使用 “SECTION” 生成剖面線。
方法三：從地形數據生成橫斷面
1. 導入地形數據：將地形數據導入 CAD。這些數據可能是從測量、GIS、或其他來源獲得的三維數據。
2.
構建切割面：根據生成的點位，采用空間排序算法，確定切割面的空間順序。通過檢查切割面的法線方向，確保切割面的法線均指向球體外部。
切割球體：使用構建的切割面對球體進行切割操作，并確保切割操作不會產生非凸的部分。
目錄：數據導入、數據清理、網格劃分、網格導出
1、 數據導入
在數據導入hypermesh之前確保一些大的清理步驟，比如塊的創建、切割、面的縫合等已經過專業的三維數模軟件處理（Hypermesh做這些操作不是很方便）。打開Hypermesh，User Profiles先選擇默認，按圖1的步驟點擊導入數據。
圖1 數據導入
這里可以運用的部分主要在于ICEM CFD的幾何創建功能，包括點、線生成以及面切割。
（2）part創建。這一步其實挺重要的。如果這一步工作沒做好，后面有的是糾結。在這一步中需要將體分解成多個部分分別放入不同的part中。同時畫四面體區域創建body。注意，這里我們需要創建面將四面體部分封閉，同時要將創建的面放到一個獨立的part中，因為后面的節點合并中需要使用到它。
圖13 體分割功能
(8)在模型樹節點中，取消勾選Enclosure，即隱藏包圍區域，然后左鍵選擇管道中部區域的出口面，作為本次體切割操作的切割面，如圖14所示。
圖14 切割面
(9)完成切割操作后，模型如圖15所示。
圖1：結合CAD技術系統所設計出的手表殼體塑件模型
在模具整體情況分析過后，可以結合CAD技術將塑件放置在坐標軸中，創建包容框來確定模具的整體大小，并在后續的操作過程中用其來切割分模面的輪廓，并依照線架來修改模具的排位。在模具排位修改過程中，不光要充分思考型腔的整體強度，還應該考慮到封膠的問題。
補充說明本方式生成多實體的一種重要的情況，使用曲面和基準面切割實體，同樣采用相交命令。我們注意到前面例子里的實體選擇列表可以是三維實體，可以是曲面實體，還可以是基準面。如下面例圖，我們在選擇列表里選擇了剛剛建立的曲面和任意一個基準面，對這些面所通過的實體的部分進行切分。這是我們經常會使用到的一種分割實體的方法，比如簡單地對一個實體分成幾段，采用這種方式切分特別高效。
