拓撲關系
關注創建者：Sahariver 創建時間：2021-04-03
拓撲關系的視頻教程
HyperMesh_四面體幾何的建立_對號形狀拓撲關系構建_六面體網格的劃分Multi Solids
四面體幾何的創建； 拓撲關系構建方法； 對四面體進行六面體網格劃分。
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HyperMesh_圓球幾何體建立_銅錢形狀拓撲關系構建_六面體網格劃分Multi Solids
本期內容講解一種利用銅錢拓撲關系為球體創建六面體網格的方法。
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拓撲關系的實例教程
ANSYS輸出實體模型表面的節點信息
和單元拓撲關系
遇到一個問題，一個給定的實體模型，劃分了solid185的單元，假如實體模型單元劃分如下。需要提取實體模型外表面節點位置信息和單元拓撲關系（也就是每一個單元是由哪幾個節點組成的），目的是方便做其他分析，比如流體分析，提取外表面的節點可以施加溫度載荷。
圖1
對于此問題，在ansys里面很難直接提取所有外表面的節點和單元信息，因為外表面也是實體單元的一個單元面，不可能剝離出來。
因此，想要提取外表面的單元和節點，最好是需要外表面存在平面單元。
對于此，可以采用ansys里面的特殊單元mesh200，這個單元用于面網格的劃分，而且劃分后的單元不參與實際計算。
于是：
et,2,200 ！定義mesh200單元類型
asel,s,ext ！選擇所有的外表面
aatt,,,2 ! 設置劃分單元為mesh200
KEYOPT, 2, 1, 6 ! 4節點的四邊形單元
amesh,all ! 劃分所以的外表面
此時劃分的面網格和原來的實體網格的節點是一一對應的，這就保證了最后輸出的節點的坐標與原來實體模型的對應節點是一一對應的。
此時可以選擇刪除實體模型和實體單元。
展開 Step4:幾何清理3-拓撲關系修復
拓撲關系指的是相鄰面之間的連接關系，分為四種拓撲關系：自由邊，T型連續，共享邊以及壓縮邊。其中拓撲關系修復中，重點需要關注紅色自由邊，如果多個面相交，絞線為紅色自由邊，則需要對該處進行修復，直至變為黃色或綠色。通過調節視圖模式，可以方便顯示全局的拓撲關系，已確認是否完成全部修復。
Step5:網格剖分
網格剖分之前，需要先對模型進行分組，分組的目的主要是為了方便在CAE仿真軟件中為不同區域進行材料屬性的設置。對于面網格，材料的屬性主要取決于材料的前向-本體-后向分別是是么樣的屬性，這與體模型僅需要設置本體的材料屬性有所不同。（具體分組方法見視頻）
對于基于MOM/MLFMM算法的FEKO來說，剖分網格為三角面網格，至于網格的剖分尺寸的選擇可以參考往期文章。
展開 1.軟件基本介紹(引用論文)
參數化模型為隱式參數化模型，單個模型幾何形狀由3種類型參數控制，其中包括控制點位置、線曲率和截面形狀，系統級模型通過拓撲關系相連接，一旦修改上述的任一參數，與其相關聯的所有幾何體都會產生相應變化。
SFE CONCEPT軟件可以由其參數化幾何模型自動生成有限元模型，進而實施概念評估。新的有限元模型能根據每一輪新的設計變量自動快速生成。每一輪新的設計修改都能快速方便的提交仿真分析運算，來評估修改方案對各種重要性能的影響。
SFE CONCEPT的核心理念就是“CAE驅動設計"。它可以幫助實現大量的拓撲概念設計并且對設計方案進行各種關鍵工況下的評估，還可以通過形狀、尺寸和材料的優化來平衡車身設計。
其主要功能可總結如下：
a. 快速進行汽車結構初步方案設計。在設計初期階段缺乏CAD模型的情況下或在現有CAD/FEM模型的基礎上，采用拓撲驅動的方法快速方便地實現幾何模型建立和修改。
b. 在所有設計級別采用隱式全參數化描述，通過對模型拓撲關系的描述，自動計算生成所有幾何體，保持幾何和拓撲關系的兼容性。
c. 部件之間的裝配采用智能連接技術，快速實現對子裝配體，甚至系統級裝配體的建立和修改。
d. 采用獨特的自動網格劃分算法，根據幾何模型的變化，實時產生附帶連接關系(如鉚接、焊點、焊縫、膠粘、螺栓等)的高質量有限元模型。
e. 模塊化結構數據庫，確保了幾何模型和有限元分析模型的可重復利用性。
f. 能同時對多種設計方案進行快速結構拓撲布局與優化評估，通過對結構形狀、拓撲關系、材料、厚度等方面的優化來改善結構的重要特性。采用少數變量控制大量參數變化的技術，使得多參數優化后臺自動運行變為現實。
g.
展開 CAD 軟件的曲面是面向設計和制造的，注重特征的精度，參數化，尺寸等方面，而 HyperMesh 中的曲面是面向網格劃分的，注重拓撲連接關系。
HyperMesh 中的幾何曲面的定義
根據操作的目的不同我們人為地將 HyperMesh 的幾何操作可以分為修復、清理和簡化三類 ，這期我們就來為大家一下介紹這三類~
第一部分：幾何修復
幾何修復的定義
幾何修復：就是把損壞的幾何修理好，讓曲面恢復到 CAD 軟件中的樣子。
在 HyperMesh 中我們需要特別注意曲面之間的拓撲關系。拓撲關系錯誤可能是因為 CAD 軟件創建的時候就包含了錯誤（比如重復曲面），也可能是在 CAD 模型在導入過程（需要轉化為 HyperMesh 內部的幾何格式）發生了錯誤。一旦拓撲關系發生錯誤我們就需要進行幾何拓撲關系修復的操作。
幾何的拓撲連接關系的錯誤
幾何的拓撲連接關系可能會發生多少種錯誤呢？答案是只有3種。
1、 相鄰面沒有連接
2、 曲面的重復
3、 曲面的缺失
如下圖所示：
相應的處理方法如下圖所示：
重復曲面
重復曲面可以從特征線的顏色判斷（面的周邊會有很多T型連接邊），HyperMesh 的 defeature 面板也有專門的工具進行搜索。
展開 當涉及幾何參數建模時，cfd仿真往往由于流體域隨固體域位置改變會發生幾何拓撲關系變化，使workbench參數化分析出錯。對此，查閱相關cfd文檔，主要是關于SpaceClaim腳本參數建模方面，進行了腳本編寫。實際上，固體區域通過其他CAD軟件建模完畢導入到SCDM里面進行流體域抽取，因此，腳本編寫也作出相應調整。這里，以特斯拉閥門為例，通過workbench參數化設置，得出相關幾何特征對閥門換向前后進出口壓差的作用程度。
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這類格式主要針對結構化道路設計，擅長描述車道拓撲、連接關系與路口結構（左車道是誰，右車道是誰，路口組成是怎樣的）。
道路編輯器示例
然而，當需要描述依山而建、邊緣不規則、表面存在隨機破損的土路時，現有格式往往顯得不足：
難點一：地形建模能力有限。
在節點生成之后，需要根據節點的拓撲關系定義單元連接。
每個四邊形單元由四個節點按照逆時針順序定義。單元的生成同樣采用分列處理的策略，先定義第一列的單元連接關系，然后通過節點編號的規律性偏移生成其他列的單元。
這種方法保證了單元編號的連續性和規律性，為后續按層分配單元提供了便利。二維網格生成完成后，可以通過繪圖功能將網格可視化，檢查網格質量和節點連接的正確性。
通過適配點云、網格等數據的空間特性（如相對坐標編碼、稀疏注意力），其在捕捉長距離依賴關系上的優勢，能有效識別網格拓撲的復雜空間關系，同時兼顧全局結構與局部細節。TNS 方法的優勢是預測的云圖較為光順，且具有網格尺寸不變性。如所示的車身表面壓力云圖預測對比，TNS 方法在后視鏡殼體上的壓力梯度過渡捕捉較好。
實際的拓撲關系變為，銷軸與灰色WingFrame部件固結，作動筒Retract Sleeve與銷軸之間定義轉動副。
基于Extrusion方法創建銷軸柔性體，需要點擊Ribbon菜單中的ViewFlex按鈕，如下圖所示：
圖2 導入網格設置
然后進行，中線、截面、網格屬性和外聯點等參數的指定。
一、OpenDRIVE：兼容多版本地圖標準
ASAM OpenDRIVE 是自動駕駛仿真中最常用的道路拓撲標準，用于描述路網結構、幾何形態及拓撲關系，采用 XML 格式，擴展名為 .xodr。
第二步：Matlab 讀入excel信息自動輸出命令流
命令流生成：
節點定義：*N命令自動排列，支持局部坐標系轉換；單元連接：*E命令智能重建拓撲關系，確保板梁節點無縫耦合；荷載與邊界：自動轉換集中力、均布荷載為APDL語法，約束條件100%還原。
它結合了代數方法和多重網格技術，不需要顯式的網格生成，而是直接在代數層面上操作，通過層次化拓撲關系的構建得到各層級的稀疏矩陣。這使得AMG方法具有較大的靈活性，可以適應不規則的幾何形狀和復雜的邊界條件。
但在建模過程中的人工選擇所指定的區域代碼，如果直接使用錄制的代碼，修改參數后極易出現錯誤，所以通常我們會根據所選對象的位置關系，或對象間的拓撲關系來定義這些區域。通過這部分講解，讓大家了解幾何與網格對象、它們之間的關聯，常用的區域定位函數、以及對象和對象集的區別。
在多體仿真中，所面臨的工況有很多種，不是簡單的規定一個時間，給定一個輸出步數就能滿足所有工況的仿真要求，經常面臨仿真過程中對系統拓撲關系的變化、模型參數的調整等需求。此時，Adams中的sensor（傳感器）就有了用武之處，通過sensor可以獲得某種狀態，再通過腳本展開后繼的模型修改，從而可以完成絕大多數變拓撲相關的任務要求。
S2---------------------5 6 7 8
S3---------------------1 2 6 5
S4---------------------6 2 3 7
S5---------------------4 8 7 3
S6---------------------5 8 4 1
注意：并不是所有的模型都會涉及到S1~S6，視模型的復雜程度而定，像幾何拓撲關系簡單的幾何模型
