結構仿真 優化 復雜網格劃分的案例
仿真干貨丨復雜結構六面體網格劃分實例詳解
文章來源：CAE仿真學社
ICEM CFD結構網格劃分處理復雜幾何(含操作視頻：包括劃分及調整質量、ICEM網格文件可供練習) ￥30
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復雜艙段結構的快速有限元網格劃分
摘 要：當前航天裝備承制周期較短，概念設計能力需求增強，仿真迭代設計工作增多，故需要提高結構的快速有限元建模能力，傳統型號研制中較多采用六面體實體單元建模，建模水平要求高，效率較低。本文首先利用MSC.Apex軟件對復雜結構進行二階四面體單元網格自動劃分，并驗證其建模有效性，可替代人工六面體建模；再介紹單元拼接建模，對某些結構進行二階四面體和六面體網格拼接，通過模態頻率和模態振型兩個方面驗證建模的工程實用性，該方式兼顧了四面體建模的快速性和六面體網格易于編輯的優點，具備較高的工程創新性，可推廣使用。
關鍵詞：有限元建模;復雜結構;二階四面體;模態;
1 引言
大型航天裝備結構由多個艙段連接組成，艙段包含主體結構、蒙皮、各類安裝支架和單機，當前隨著型號飛行樣式越來越新、飛行速度越來越高，艙段集成度也越高，結構也愈加復雜[1]。此外由于裝備研制周期要求縮短[2]，概念設計能力需求增強，仿真迭代設計工作增多，因此復雜艙段結構的快速有限元網格劃分技術有著廣泛的航天應用背景。當前各研究單位仍然是采用有限元法建立裝備動力學模型，通過該模型完成相關動力學特性預示和優化工作，作為顫振計算、穩定控制等計算輸入[3]，為提升相關工作計算精度，需建立較為準確的有限元網格模型。目前已被行業廣泛接納的是六面體網格建模，該方式具備單元規模相對少、變形特性好、收斂速度快、求解精度高和計算資源需求低等優點，是網格建模的首選方式[4]。但六面體網格具有復雜的拓撲關系且模型適應能力差，對于不規則外形結構，連續完整的六面體有限元模型網格生成比較困難。因此，研究復雜體的快速有效建模具有重要的工程價值。
展開 復雜結構的網格劃分方法比較
該方法的另外好處是：可以在小模型的基礎上優化（或任意改變）所關心的細小特征，如改變圓角半徑、縫的寬度等；總體模型和局部模型可以采用不同的單元類型，比如，總體模型采用板殼單元，局部模型采用實體單元等。
巧妙地利用結構的對稱性對實際工作大有好處，一是可以大大減少計算規模，二是可以便于施加準確的邊界條件，航空發動機渦輪盤的計算就是典型的例子。對于常規的結構和載荷都是軸對稱、循環對稱、平面對稱的問題，首先應利用其對稱性。
總之，對于復雜幾何模型，綜合運用多種手段建立起高質量、高計算效率的有限元模型就進行數值計算的最開始最關鍵的步驟，本文僅僅涉及到一些大的方向，實際問題涉及面廣，如網格過度與拓撲結構等相關處理都是網格劃分技術中經常遇到的問題，用戶只有在實際工作中不斷摸索、總結和驗證才能最終對復雜模型網格劃分計算掌握透徹，靈活運用。
來源：工程事
來源：模擬在線
展開 
ICEM CFD非結構網格劃分處理復雜幾何(操作視頻) ￥30
用ICEM CFD的非結構網格劃分方法處理了復雜幾何模型，并全程錄制了操作視頻（無聲但是視頻內含詳細字幕詳解），初始幾何模型及劃分完成后的網格如下所示，適合需要用icem處理復雜幾何的同學下載學習。
Moldex3D仿真分析之接觸面網格處理優化建構復雜模座與MCM網格
現代塑料產品設計為了追求功能集成與美觀，模具結構變得日益復雜。對嵌入件（Part Insert）而言，前處理—特別是網格制作—面臨巨大挑戰。多材質射出成型（Multi-Component Molding，MCM）模擬最困難的地方在于不同材質（如雙色模、金屬嵌件）之間的接觸面處理，其模擬的準確度往往取決于組件交界面的處理。
以往工程師常面臨兩難：選擇非匹配網格（Non-matching Mesh）以節省建模時間，抑或追求極致的物理連續性，但得忍受手動對齊網格的繁瑣過程。Moldex3D 2026新增分割復曲面功能，有利于處理接觸面的網格，從而順利產生所需網格。
幾何定義以及幾何分割
步驟1：準備模型
在模型頁簽中的模型簽中點選匯入幾何，并選取模型所需匯入的幾何檔案，選擇檔案后按下確認，塑件（多重曲面）以及流道（曲線）的幾何模型便會匯入，并于顯示窗口中顯示。
步驟2：模型設定
雙擊多重曲面開啟設定屬性的功能，將最外圍多重曲面設定為塑件；選取其他多重曲面，點擊模型頁簽中的屬性，并指定其為嵌件，點選關閉即完成設定。
步驟3：分割復曲面
點擊工具頁簽中的分割復曲面功能，選定全模型，并設定分割的容許值，確認后即可開始進行復曲面分割。
建構匹配網格
步驟1：網格撒點
在網格頁簽中，確認網格型態為Solid后，進行網格撒點，網格撒點須注意：
? 撒點密度不宜差異過大，應關閉曲面局部加密。
? 網格數量多時，建議關閉自動檢測網格缺陷，避免修復網格時持續自動更新Defect Tree。
步驟2：產生表面網格
MCM模型需要產生匹配網格，進入BLM Wizard，釘選在第一個步驟以產生表面網格。
步驟3：匹配表面網格
建構匹配網格前，須先規劃不同嵌件網格的匹配順序。
展開 hypermesh復雜結構（錐齒輪）網格劃分從入門到精通
隨著CAE軟件的不斷發展，各軟件的網格劃分功能都在不斷增強，Abaqus、Ansys等軟件利用合理的切分設置，對于復雜程度一般的幾何體都能得到質量不錯的六面體網格，但是相對于專業網格劃分軟件（比如Hypermesh），這些有限元軟件的網格劃分能力還是稍弱。另外，工藝仿真軟件（比如Simufact）網格劃分能力就相對較弱了，因此為了保證仿真分析的精度，提高自己的仿真分析能力，很有必要掌握Hypermesh網格劃分技巧。
Hypermesh軟件的 solid map工具專門針對復雜結構網格劃分，首先對復雜結構幾何體進行清理并切分，得到一系列滿足map條件的solid，然后分別進行3d網格劃分。
solid map工具位置
以錐齒輪為例，第一步，先對幾何模型進行清理，運用toggle工具（快捷鍵F11）對一些不需要的特征線進行清理。
toggle面板
幾何清理
幾何清理完畢之后，進行切割。首先，運用Geom/solid edit工具將齒輪的齒與基體切割，然后依次完成基體切割操作，切割之后的形狀如下圖所示。
幾何體切割
切割之后，根據齒輪嚙合受力特點，判斷齒為關鍵部位，因此首先對齒進行六面體網格劃分，然后依次完成基體部分網格劃分。劃分過程中，為保證較高質量的六面體網格，首先生成面網格，然后通過map得到六面體網格。
畫分過程中，特別需要注意的是要保證各個幾何體之間的網格連續，掃略過程中要注意與相鄰幾何體的節點路徑重合，畫分過程中不斷通過 Shift+F3工具檢查網格是否連續，避免后續有限元計算結果失真。
最后的網格劃分效果如下圖所示。
網格最終效果
需要注意的是，體網格生成之后，需要刪除掉中間生成的2D網格，僅保留3D網格，避免后續計算設置出錯。
展開 ICEM結構網格劃分復雜幾何視頻教程，附幾何模型文件可供自己練習 ￥20
ICEM結構網格劃分復雜幾何視頻教程，附幾何模型文件可供自己練習
案例分享︱復雜仿真應用定制——ccxShapeOpt結構形狀優化APP
01 什么是結構優化設計？
結構優化設計 (optimumstructural design)在給定約束條件下（如結構體積、固有頻率），按某種目標函數(如結構剛度最大、質量最低)求出最好的設計方案，如以結構的重量最小為目標，則稱為最小重量設計。
結構優化按照改變結構原始狀態的程度分為：結構尺寸優化、結構形狀優化、結構拓撲優化。
1.結構尺寸優化
根據給定的設計目標和約束，確定結構參數的具體值的優化設計方法。例如，在給定的固有頻率和最大位移的條件下，優化車門的厚度這一結構參數達到重量最輕的目標。
2.結構形狀優化
根據給定的性能指標和約束條件，確定產品結構的邊界形狀或者內部幾何形狀的設計方法。
3. 結構拓撲優化
在固定的優化設計空間內，找到滿足各種性能條件的最佳材料分布。一般用于產品概念設計階段。
圖1 結構優化分類【1】
本文關注結構的形狀優化。形狀優化一般用于產品設計的中后期，即產品大體輪廓已經確定，只需進行較小的改動【2】。本文采用的自由形狀優化技術是一種基于網格節點自由變形的技術，該技術基于目標函數對設計域網格節點坐標的靈敏度分析以及每次迭代的移動控制策略，能夠自動地改變設計域的網格坐標，省去了設計人員手動對單元網格進行變形的步驟，設計人員只需要在結構上選擇節點集合再設定好移動控制參數即可等待優化結果報告。
02 ccxShapeOpt結構形狀優化APP
CalculiX是一個對標著名非線性結構分析商軟ABAQUS的免費、開源的3D結構非線性分析程序【3】。
展開 Altair SimSolid復雜裝配體無網格快速結構仿真研討會
Altair SimSolid是一款專為快速設計流程而開發的虛擬測試與結構仿真軟件。
不同于傳統有限元仿真，SimSolid 省去了幾何結構簡化和網格劃分這兩項最耗時和專業要求較高的工作，可以在幾分鐘內完成原始、未簡化CAD裝配體的結構分析。
借助 SimSolid 設計團隊可以輕松對其最復雜的零件進行多次迭代，并以驚人的速度探索大型裝配體的多種替代方案。
SimSolid帶來的仿真變革，將真正改變您和公司設計產品的方式。
2022年8月26日14:00， Altair 將攜手北京衡祖仿真軟件技術有限公司舉辦以【復雜裝配體無網格快速結構仿真】為主題的在線研討會，會議將以線上直播的形式進行，本次講師湯凱利是Altair SimSolid中國區技術主要負責人，從事仿真分析領域七年，擅長結構仿真分析，包括結構強度剛度、非線性、振動、熱等，主要從事Altair SimSolid、Altair HyperWorks、Altair Inspire等仿真軟件的技術咨詢工作。曾參與國內外知名汽車、航空航天、家電、重工等行業的仿真與優化項目。本次會議內容將對 Altair SimSolid的功能及真實用戶案例進行全面的講解與介紹。如果您正參與產品設計與開發，想了解并體驗全面的SimSolid設計，現在就搜索“衡祖仿真驅動設計”公眾號免費報名參加吧！
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