幾何重構
關注創建者：USim 創建時間：2021-01-29
幾何重構的視頻教程
abaqus分享004-孤立網格逆向重構生成幾何實體-如何下載abaqus插件（2024-07-05）
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Altair官方專家團隊帶你深入學習 HyperWorks
直播免費報名鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/live/10516 課程內容： 第一講 （結束） Altair HyperWorks優化解決方案整體介紹；一個完整的拓撲優化案例演示（從CAD導入-拓撲優化-到幾何重構）。 第二講 （結束） 拓撲優化理論、方法與練習；制造約束的應用與優化結果的解讀。
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Evolve助力HyperMesh解決前處理中的若干重要問題
Evolve助力HyperMesh解決前處理中的若干重要問題 適用人群：HyperMesh用戶或者其他有限元前處理/優化軟件用戶 課程內容： 1、Evolve基本操作 2、使用Evolve為HyperMesh創建曲線和曲面 4、使用Evolve為HyperMesh創建網格變形控制體 5、使用Evolve為HyperMesh創建拓撲優化設計空間 5、使用Evolve對拓撲優化進行快速幾何重構
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幾何重構的實例教程
混凝土細觀模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后，通過ABAQUS插件直接轉化為有限元網格單元，并依據圖像顏色差異劃分材料相。本案例介紹混凝土細觀模型的幾何重構法，圖像映射法將在下篇文章中進行詳細說明。
首先對混凝土細觀的掃描圖像進行預處理，明確區分骨料（黑色）與水泥砂漿材料（白色），然后通過批量圖像邊界軟件提取界面過渡區（紅色）。在進行邊界提取時，提取維度選擇二維，邊界附著選擇黑色（即附著在骨料上），邊界顏色可設置為白色，方便下一步的CAD導入，本案例通過二次加厚處理兩次，將過渡區厚度設置為三個像素寬度。
采用CAD圖像導入插件分別導入邊界提取前后的圖片，形成ITZ外邊界及骨料邊界的CAD線條圖。插件導入CAD后的模型尺寸與圖片分辨率一致，需在CAD內進行模型縮放以達到實際的模型尺寸，例如圖片分辨率是500×500 px，實際的模型尺寸為150×150 mm，則需要進行的縮放比例為：150/500。
CAD模型處理完成后，將骨料、ITZ、砂漿圖分別另存為dxf格式文件，并以草圖的形式導入到ABAQUS內，然后在ABAQUS中使用導入的草圖建立相應的部件。
將各部件裝配，并采用EasyCDP Mortar&ITZ插件設置砂漿及ITZ的混凝土損傷塑性材料參數。
展開 a）方案一幾何重構
b）方案二幾何重構
圖7 兩種方案的幾何重構
5、強度校核及結果分析
將兩個方案重新進行靜力分析，載荷、約束、材料、屬性的設置不變，分析結果如圖8、圖9及表3所示。
3.1 Geometric Reconstruction方法
在幾何重構方法中，利用Fluent中的標準插值格式，在單元格完全填充某一相或另一相位，計算出面的通量。當單元靠近兩相之間的界面時，采用幾何重建方案。
幾何重構方法用分段逼近的方法表示流體間的界面。在Fluent中，該方案是最精確的，適用于一般的非結構網格。根據Youngs的工作，推廣了非結構網格的幾何重建方案。它假設兩種流體之間的界面在每個單元內具有一個線性斜率，并利用這個線性形狀來計算流體通過單元面的對流。
這個重構方案的第一步是根據體積分數及其在單元中的導數信息，計算線性界面相對于每個填充部分單元中心的位置。第二步是利用計算得到的線性界面表示法向和切向速度分布信息，計算各面流體的對流量。第三步是使用前一步計算的通量平衡計算每個單元的體積分數。
重要提示：當使用幾何重建方案時，必須計算一個時變的解。此外，如果使用共形網格(也就是說，如果網格節點的位置在兩個子域相交的邊界上是相同的)，則必須確保域內沒有雙面(零厚度)。如果有，你需要切開它們。
3.2 Donor-Acceptor
在donor-acceptor方法中，使用Fluent中使用的標準插值格式來獲得當單元完全充滿某一相位或另一相位時的面通量。當單元靠近兩相之間的界面時，使用“donor-acceptor”方法來確定流過面的通量。該方法將一個單元標識為來自某一相的一定量的流體的供體，而另一個(鄰近的)單元標識為相同數量流體的受體，并用于防止界面上的數值擴散。來自一個相的流體可以通過一個單元邊界進行對流，其數量受兩個值的限制:供體單元的填充體積或受體單元的自由體積。
界面的方向也用于確定面通量。界面的方向要么是水平的，要么是垂直的，這取決于單元內q相位的體積分數梯度的方向，以及相鄰單元共享的面。
展開 </strong></p><p>梁單元可以通過GUI界面功能create wire→point to point還原為幾何線</p><p>二維網格參考本貼方法2，結合草圖功能在GUI界面操作就能還原為幾何面！</p><p><br></p><p>附件為插件，有兩個版本，捐助打賞此貼、即可獲得贈送下載~</p>
3、右前下后擺臂的幾何重構
對上文進行的拓撲優化結果進行幾何重構，獲得最終的輕量化設計模型，與原模型對比結果如下圖3.1、3.2所示。
圖3.1 右前下后擺臂原模型
圖3.2 右前下后擺臂優化后模型
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幾何重構的最新內容
上篇文章介紹了基于圖像進行混凝土細觀模型的幾何重構法，詳細步驟可查看下面的連接。
本案例介紹混凝土細觀模型的幾何重構法，圖像映射法將在下篇文章中進行詳細說明。
首先對混凝土細觀的掃描圖像進行預處理，明確區分骨料（黑色）與水泥砂漿材料（白色），然后通過批量圖像邊界軟件提取界面過渡區（紅色）。
之后用 Rebuild 功能，基于這份基礎網格，按預設的網格質量標準和幾何清理標準重構高質量網格，還能實現網格類型轉換、局部網格流向優化。比如網格面不平，就以兩個參考面為基準讓它對齊；局部網格質量差，刪掉后補幾根特征線，Rebuild 就能重新構建網格。
當然，如果是鈑金件這類容易抽中面的零件，還是建議直接抽中面，畢竟中面質量高，后續網格質量也更有保障。
之后用 Rebuild 功能，基于這份基礎網格，按預設的網格質量標準和幾何清理標準重構高質量網格，還能實現網格類型轉換、局部網格流向優化。比如網格面不平，就以兩個參考面為基準讓它對齊；局部網格質量差，刪掉后補幾根特征線，Rebuild 就能重新構建網格。
當然，如果是鈑金件這類容易抽中面的零件，還是建議直接抽中面，畢竟中面質量高，后續網格質量也更有保障。
以下幾組作品均采用 Altair Inspire 軟件開展巡檢機器人輕量化設計，通過拓撲優化方法，通過手動幾何重構或者自動幾何重構，開展零件的光順化處理，在滿足設計要求的前提下，零件減重均超過75%。
圖1. 中南大學1組
圖2.
CT2Model3D Multi-Material插件有效解決了復雜異質結構的幾何重構難題，顯著提升了三維數字孿生模型的構建效率與材料表征精度。
插件生成的模型單元總數與掃描圖像的總像素數量保持一致。
我們工作流程先是通過多體動力學軟件提取副翼作動器上的載荷，將載荷施加到作動器支架上，然后設置優化的應力約束，開始優化得到優化設計結果，對優化后的結果在Inspire軟件中進行幾何的重構，將傳力路徑傳構造出來。再對重構模型做一次仿真驗證，驗證一下它的性能是否滿足我們期望目標。
優化問題
以構建的KCS船參數化模型的8個變形參數為設計變量，當設計變量改變時，CAESES軟件會自動重構船體幾何，生成新的船型方案，通過內部接口將模型自動提交給SHIPFLOW軟件計算設計工況下的總阻力系數，在滿足排水體積和浮心縱向位置的變化范圍分別在±0.5% 和±1.0% 以內的約束條件下，對總阻力系數進行最小值優化，得到阻力性能最優的設計變量組合，即最優型線優化設計方案
例如若我們想為具有特定纖維取向狀態和體積分數的微觀結構，訓練DMN模型，可以基于給定的微觀幾何結構重構RVE數值模型。針對這一RVE幾何結構，可以利用實驗設計方法（DOE）生成400種不同材料屬性的樣本，其中每一個材料樣本都擁有不同的基體材料剛度，與纖維材料剛度。接下來對RVE模型開展線彈性有限元計算，為每一個材料樣本預測其宏觀復合材料剛度。
例如若我們想為具有特定纖維取向狀態和體積分數的微觀結構，訓練DMN模型，可以基于給定的微觀幾何結構重構RVE數值模型。針對這一RVE幾何結構，可以利用實驗設計方法（DOE）生成400種不同材料屬性的樣本，其中每一個材料樣本都擁有不同的基體材料剛度，與纖維材料剛度。接下來對RVE模型開展線彈性有限元計算，為每一個材料樣本預測其宏觀復合材料剛度。
