幾何形狀
關(guān)注創(chuàng)建者：上海安世亞太 創(chuàng)建時(shí)間：2021-03-10
幾何形狀的視頻教程
HyperMesh_圓球幾何體建立_銅錢形狀拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建_六面體網(wǎng)格劃分Multi Solids
本期內(nèi)容講解一種利用銅錢拓?fù)潢P(guān)系為球體創(chuàng)建六面體網(wǎng)格的方法。
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HyperMesh_四面體幾何的建立_對號形狀拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建_六面體網(wǎng)格的劃分Multi Solids
四面體幾何的創(chuàng)建； 拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建方法； 對四面體進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。
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適合設(shè)計(jì)工程師使用的無網(wǎng)格極速CAE軟件——SimSolid介紹
在SimSolid中，裝配零件連接非常容許間隙（不接觸的幾何形狀）和穿透（重疊的幾何形狀）。它的裝配連接在處理不規(guī)則的接觸面方面是業(yè)界最佳的，并且設(shè)置快速簡便。 SIMSOLID獨(dú)特的技術(shù)完全消除了幾何簡化和網(wǎng)格劃分，這是傳統(tǒng)FEA中最耗時(shí)，專業(yè)，廣泛且容易出錯(cuò)的兩項(xiàng)任務(wù)。使用SIMSOLID，可在幾分鐘內(nèi)完成模型準(zhǔn)備。
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幾何形狀的實(shí)例教程
隨著海洋幾何形狀變得更加先進(jìn)，與網(wǎng)格生成相關(guān)的復(fù)雜性也隨之增加。網(wǎng)格劃分的復(fù)雜性與多種因素有關(guān)，例如單元類型、單元結(jié)構(gòu)、幾何形狀、拓?fù)洹⒂脩魧I(yè)知識、應(yīng)用程序和網(wǎng)格劃分算法的選擇。隨著工程師需求的提高，商業(yè)網(wǎng)格劃分軟件必須處理日益復(fù)雜的網(wǎng)格劃分配置。Cadence Fidelity CFD 平臺提供各種針對前緣或鈍邊、自由表面、邊界層、粘性層等的網(wǎng)格劃分技術(shù)。這篇博文概述了一些網(wǎng)格劃分策略，以簡化復(fù)雜海洋幾何形狀的網(wǎng)格生成。
網(wǎng)格劃分策略
體積比表面積
體到面 (V2S) 是一種強(qiáng)大的并行網(wǎng)格劃分方法，適用于復(fù)雜的幾何形狀。它支持不干凈的幾何形狀，例如具有相交或非共形表面的幾何形狀，并且不需要事先進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分。Cadence V2S 網(wǎng)格劃分技術(shù)可以生成全六角形和六角主導(dǎo)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。全六面體網(wǎng)格使用懸掛節(jié)點(diǎn)來保持一致的六面體結(jié)構(gòu)，而六面體主導(dǎo)網(wǎng)格使用四面體連接不同尺寸的六面體部分，而不引入懸掛節(jié)點(diǎn)。
V2S 全六角網(wǎng)格。
表面積與體積
表面到體積 (S2V) 網(wǎng)格生成器是用于高質(zhì)量表面網(wǎng)格和粘性層的容錯(cuò)網(wǎng)格生成器。因此，它需要相對干凈的幾何形狀。它在表面上生成非結(jié)構(gòu)化的四方主導(dǎo)網(wǎng)格以及完全四面體或六面體主導(dǎo)的體積網(wǎng)格。
S2V 六芯網(wǎng)。
兩種網(wǎng)格劃分方法均與求解器無關(guān)。此外，Cadence Fidelity 平臺提供專用網(wǎng)格質(zhì)量優(yōu)化器，可以針對特定求解器調(diào)整網(wǎng)格。
表面細(xì)化
可選的表面和局部細(xì)化功能可以提高目標(biāo)區(qū)域中網(wǎng)格的分辨率。網(wǎng)格均勻性、邊緣接近度和局部曲率都是決定表面網(wǎng)格是否進(jìn)一步細(xì)化的因素。
全局設(shè)置
當(dāng)處理具有多個(gè)表面的復(fù)雜幾何形狀時(shí)，細(xì)化每個(gè)表面并檢查表面邊緣之間的接近度可能會很乏味。在這種情況下，全局設(shè)置有助于細(xì)化整個(gè)幾何體。
展開 因此，在進(jìn)行離心泵汽蝕性能的研究時(shí)，葉片進(jìn)口段形狀越接近流線型的泵抗汽蝕性能越好，加大葉片進(jìn)口段的曲率半徑對于泵汽蝕性能的改善有著十分重要的作用。
3 結(jié)束語
通過研究可以看出，離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過分析可知在離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀趨于流線型時(shí)，離心泵的抗汽蝕性能越好，汽蝕余量的降低可以通過增加離心泵葉片進(jìn)口段的曲率半徑，從而改善離心泵的汽蝕性能。加強(qiáng)對離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀與泵汽蝕性能的相關(guān)性研究，可以提高泵的效率，改善泵的汽蝕性能。
它可以處理帶有孔、間隙和空腔的臟幾何形狀。標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的處理時(shí)間從幾秒到幾分鐘不等，而復(fù)雜幾何形狀（例如完整的汽車）的處理時(shí)間長達(dá)一個(gè)小時(shí)。它不會修改初始幾何形狀；相反，它會生成一組三角曲面，使幾何體密不可分，確保其適合體積到曲面 (V2S) 網(wǎng)格劃分。
為了使幾何體防水并為網(wǎng)格生成做好準(zhǔn)備，用戶只需提供內(nèi)部和外部點(diǎn)。AutoSeal 將處理剩下的事情。在下面的渡輪圖像示例中，定義了 5 個(gè)內(nèi)部點(diǎn)和 1 個(gè)外部點(diǎn)。使用此輸入，Autoseal 在 90 秒內(nèi)創(chuàng)建了 250 多個(gè)曲面，成功覆蓋了幾何體中的所有孔。生成的幾何體現(xiàn)已完全密封并準(zhǔn)備好生成網(wǎng)格。
根據(jù)用戶輸入的 5 個(gè)內(nèi)部點(diǎn)和 1 個(gè)外部點(diǎn)，Autoseal 能夠在短短 80 秒內(nèi)快速生成超過 259 個(gè)曲面。
S2V 網(wǎng)格劃分的包裹
當(dāng)用戶計(jì)劃使用表面到體積 (S2V) 方法對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，確保幾何體干凈且與用于體積到表面 (V2S) 網(wǎng)格化的幾何體相比具有優(yōu)異的共形性至關(guān)重要。在這種情況下，包裹工具可以快速生成干凈的棋盤格表面，從而能夠快速生成 S2V 網(wǎng)格。
幾何圖形的自動(dòng)分組或分割
Fidelity CFD 平臺中的組曲面工具會掃描幾何圖形，并根據(jù)曲面相切和/或圓角半徑自動(dòng)將其分類為組。下面顯示的集裝箱船船體最初將每個(gè)表面都放在一個(gè)組中，沒有有用的組織信息。自動(dòng)重新分組后，幾何體被組裝成六個(gè)不同的組，允許用戶根據(jù)需要處理幾何體的各個(gè)部分。
最初，集裝箱船船體的所有表面都集中在一起（左）。經(jīng)過自動(dòng)重組后，幾何表面被分為 6 個(gè)不同的組（右）。
尖角可能會給網(wǎng)格劃分帶來問題，而 Fidelity CFD 平臺中的自動(dòng)剔除工具非常適合處理此問題。該工具可以識別并去除表面上的尖角或角度。通過將三角形與相鄰曲面局部合并，可以消除尖角。
展開 激光金屬沉積（送粉）
以功能梯度材料制造復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品
預(yù)混合不同的粉末，形成定制合金
零件尺寸精度高
仿真有助于粉末噴出速率和激光參數(shù)的工藝優(yōu)化
激光金屬沉積（送粉）FLOW-3D AM仿真
案例研究：應(yīng)用數(shù)值模擬和回歸分析于熔覆路徑幾何形狀預(yù)測
Shuhao Wang, et al. Multi-physics modeling and Gaussian process regression analysis of cladding track geometry for direct energy deposition, (2019), https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105950.
本案例由東北大學(xué) (Northeastern University) 與新加坡國立大學(xué)(National University of Singapore) 共同完成，研究目標(biāo)在于了解工藝參數(shù)對于熔覆路徑幾何形狀的影響。
在此研究中，工藝參數(shù)包含了
Laser Power（激光功率）
Powder feed rate（送粉速率）
Scan speed（掃描速度）
本研究采用方差分析法(Analysis of variance, ANOVA)進(jìn)行評估。
數(shù)據(jù)包含了
實(shí)驗(yàn)
數(shù)值模擬
高斯過程回歸模型(Gauss process regression (GPR) model)
研究中采用了24組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證仿真與GPR模型。
展開 通過物體形狀的設(shè)計(jì)來為各種空間創(chuàng)建聲學(xué)解決方案的應(yīng)用前景十分廣闊。而3D打印，非常適合針對這方面的問題創(chuàng)造出獨(dú)特和定制化解決方案。聲學(xué)深刻影響了我們對于空間的有意識意識或無意識的看法，并在同時(shí)構(gòu)成了建筑的重要性能指標(biāo)。辦公室、禮堂、房屋、公共空間，所有種類的空間設(shè)置都提供并需要擁有自己的一套獨(dú)特聲學(xué)參數(shù)。
而在這一點(diǎn)上荷蘭設(shè)計(jì)師Foteini Setaki可能已經(jīng)走在了前面，早在幾年前她就把具有特殊聲學(xué)功能的幾何形狀作為在代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）畢業(yè)設(shè)計(jì)的一部分。而且，她的研究結(jié)果表明，3D打印技術(shù)可用于優(yōu)化特定對象在家庭、辦公室和其他地方的聲音吸收特性。
Foteini Setaki開了一家名為StudioPhi的設(shè)計(jì)工作室，她的那些天馬行空的構(gòu)思和建筑方案就是在這里誕生的，她的每一件作品都代表著美學(xué)和工程之間的平衡。
Setaki研究各種形狀的聲學(xué)局限性。一開始進(jìn)行了一組物理測試，以便于衡量和理解不同的幾何形狀和材料特性所能夠?qū)е碌牟町悺Ｈ缓螅瑥膶y量結(jié)果的分析推導(dǎo)出聲音吸收裝置的設(shè)計(jì)規(guī)則，最后通過參數(shù)化建模將其融入到設(shè)計(jì)過程中。最終的目標(biāo)是要打造一個(gè)全新產(chǎn)品，它的幾何形狀、生產(chǎn)技術(shù)和聲學(xué)性能本身內(nèi)在相關(guān)，構(gòu)成設(shè)計(jì)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，從而能夠優(yōu)化房間聲學(xué)環(huán)境的無源結(jié)構(gòu)。
要等到真正的走進(jìn)人們的生活的話無疑還需要幾年的時(shí)間，但是可以肯定的是，將3D打印與美學(xué)和功能設(shè)計(jì)相結(jié)合所展現(xiàn)的未來將是奇妙而廣闊的。這些聲音吸收裝置就像是安置在空間里的有機(jī)結(jié)構(gòu)，“出現(xiàn)”在需要吸收聲音的地方，根據(jù)所處空間的聲學(xué)需求和標(biāo)準(zhǔn)用來調(diào)節(jié)聲學(xué)性能。
來源：3D造
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幾何形狀的最新內(nèi)容
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析14小時(shí)前
脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。
具體做法是：將損壞區(qū)域挖成一個(gè)規(guī)則的幾何形狀（如矩形或燕尾形），然后加工一個(gè)同樣形狀、由高強(qiáng)度材料（如淬火鋼或球墨鑄鐵）制成的鑲塊，采用過盈配合或螺栓加膠粘的方式嵌入，比較后再對鑲補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行銑削和刮研，使其與周圍軌道面齊平并達(dá)到精度要求。
與 STACK 求解器不同，RCWA 求解器適用于具有層幾何形狀周期性變化的結(jié)構(gòu)，例如光子晶體和衍射光柵。由于仿真時(shí)間通常遠(yuǎn)短于 FDTD，RCWA 求解器是分析這類周期性結(jié)構(gòu)的理想工具。
RCWA 方法原理
RCWA 方法是一種用于求解多層結(jié)構(gòu)中麥克斯韋方程的半解析技術(shù)。在該方法中，結(jié)構(gòu)沿傳播方向被劃分為一系列均勻的層。
RTM能夠生產(chǎn)具備高質(zhì)量、復(fù)雜幾何形狀，以及尺寸精度、機(jī)械性能良好且一致的零部件。
Moldex3D RTM可以讓使用者在Studio上依照現(xiàn)場纖維布之鋪排來進(jìn)行立體網(wǎng)格設(shè)計(jì)，也能從外部前處理軟件如Rhino、Hypermesh等輸入。
另一個(gè)關(guān)鍵方面是它的穩(wěn)健性：由于設(shè)計(jì)過程中假設(shè)的條件在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無法完美滿足，因此合乎邏輯的下一步是分析系統(tǒng)幾何形狀的微小偏差如何影響整體結(jié)果。
為此，VirtualLab Fusion 中的參數(shù)運(yùn)行允許用戶執(zhí)行參數(shù)掃描。作為一個(gè)例子，我們分析了設(shè)計(jì)良好的光纖耦合透鏡在不同公差因素下的耦合效率，例如光纖末端位置的橫向偏移和耦合透鏡的傾斜。
該零件幾何形狀典型，大小頭截面差異明顯，中間桿身較窄，圓角過渡區(qū)多，屬于對成形流線連續(xù)性、熱處理后尺寸穩(wěn)定性和組織均勻性要求都很高的關(guān)鍵鍛件。
脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。
這種多晶片協(xié)同工作的機(jī)制，賦予了聲波前所未有的靈活性，系統(tǒng)可以通過精確的延時(shí)法則，實(shí)現(xiàn)聲束的電子偏轉(zhuǎn)、聚焦和掃查，這意味著，檢測人員無需頻繁更換探頭或進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)械移動(dòng)，僅憑電子控制即可生成扇形掃描（S-Scan）圖像，這種能力不僅極大地提升了對復(fù)雜幾何形狀工件（如渦輪葉片、異形焊縫）的覆蓋效率，更通過電子聚焦功能，在特定深度優(yōu)化了聲束能量，顯著提高了信噪比和缺陷定量的精度。
超材料的特性源于其獨(dú)特的尺寸、形狀、幾何結(jié)構(gòu)和方向，使其能夠以新的有利方式彎曲、阻止、吸收或增強(qiáng)電磁波。超材料以重復(fù)模式排列，大小尺度小于其作用的波長。
在表面等離子體光子學(xué)超材料中，表面等離子體為這些材料賦予了獨(dú)特的屬性。在某些條件下，入射光與表面等離子體在金屬-電介質(zhì)界面處耦合，形成自維持，其傳播的電磁波被稱為表面等離子體激元（SPP）。
解決的問題：考慮刻蝕偏差及厚度變異性的幾何形狀一致性傳播，應(yīng)用于光學(xué)FDTD仿真及電-熱-光耦合。
