復雜幾何形狀加工的案例
網格劃分復雜的海洋幾何形狀從未如此簡單！
隨著海洋幾何形狀變得更加先進，與網格生成相關的復雜性也隨之增加。網格劃分的復雜性與多種因素有關，例如單元類型、單元結構、幾何形狀、拓撲、用戶專業知識、應用程序和網格劃分算法的選擇。隨著工程師需求的提高，商業網格劃分軟件必須處理日益復雜的網格劃分配置。Cadence Fidelity CFD 平臺提供各種針對前緣或鈍邊、自由表面、邊界層、粘性層等的網格劃分技術。這篇博文概述了一些網格劃分策略，以簡化復雜海洋幾何形狀的網格生成。
網格劃分策略
體積比表面積
體到面 (V2S) 是一種強大的并行網格劃分方法，適用于復雜的幾何形狀。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，并且不需要事先進行表面網格劃分。Cadence V2S 網格劃分技術可以生成全六角形和六角主導的非結構化網格。全六面體網格使用懸掛節點來保持一致的六面體結構，而六面體主導網格使用四面體連接不同尺寸的六面體部分，而不引入懸掛節點。
V2S 全六角網格。
表面積與體積
表面到體積 (S2V) 網格生成器是用于高質量表面網格和粘性層的容錯網格生成器。因此，它需要相對干凈的幾何形狀。它在表面上生成非結構化的四方主導網格以及完全四面體或六面體主導的體積網格。
S2V 六芯網。
兩種網格劃分方法均與求解器無關。此外，Cadence Fidelity 平臺提供專用網格質量優化器，可以針對特定求解器調整網格。
表面細化
可選的表面和局部細化功能可以提高目標區域中網格的分辨率。網格均勻性、邊緣接近度和局部曲率都是決定表面網格是否進一步細化的因素。
全局設置
當處理具有多個表面的復雜幾何形狀時，細化每個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，全局設置有助于細化整個幾何體。
展開 加工形狀復雜的五金沖壓彎曲件如何安排其工序
五金沖壓件加工廠加工的五金沖壓件種類很多，五金沖壓件的形狀結構有較簡單的也是較為復雜的。不同的結構類型其加工工序的先后順序也有所不同。下面我們來了解下沖壓彎曲件的加工工序順序是怎么安排的。
彎曲件的工序安排應是在工藝性分析和計算后進行的一項工藝設計工作。安排彎曲件工序的先后順序時應根據零件的形狀、尺寸、精度等級、生產批量、以及材料的性能等因素進行綜合考慮。形狀簡單的彎曲件只需一次彎曲加工就能成形。而形狀復雜的彎曲件在五金沖壓件加廠也是經常會遇到。這種形狀復雜的彎曲件一般要經過多次彎曲加工才能成形。其加工工序的先后順序也是有規律可循的。一般先彎兩端，后彎中間，前次彎曲應考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次已彎成的形狀。對于非對稱的彎曲件，為避免彎曲時坯料偏移，應盡可能采用成對彎曲后再切成兩件的加工工藝。
實踐證明：在沖壓生產加工過程中，彎曲件工序安排的合理，可以簡化模具結構，也能提高彎曲件的質量和生產效率。
展開 看GE如何通過3D打印實現散熱裝置與電路卡共形的復雜幾何形狀
通過3D打印-增材制造技術來制造整個結構，使得散熱裝置實現與電路卡共形的復雜幾何形狀。而且芯結構可以實現沿厚度方向定向的不均勻芯。
圖片：3D打印的點陣結構
通過應用3D打印技術，降低了熱傳導路徑的熱阻，同時保持或降低了系統的重量。根據3D科學谷的了解，GE所開發的熱管理系統的技術特點包括重量輕、熱阻低、形狀不受限制，結構一體化等優點。在商業方面的突出優勢包括可實現定制化設計、更低的制造價格、更多的功能以及相同體積的更多熱元件。
3D科學谷Review
根據此前的3D科學谷的市場研究，不僅僅是GE在開發新的熱管理系統，另外一家企業Unison Industries也正在開發一種新型的散熱器，Unison Industries開發的散熱器包括第一流體入口的第一歧管和限定第二流體入口的第二歧管。
根據3D科學谷的市場研究，Unison Industries所開發的這款熱交換器是設置在飛機的航空電子設備底盤中。不過其設計原理理論上可以在任何需要或利用熱交換器或對流熱傳遞的環境中具有普遍適用性，例如在飛機的渦輪發動機內。此外，還可以拓展到非飛機的應用領域，以及其他移動應用和非移動工業，商業和住宅應用。
其設計的核心理念是通過復雜的幾何形狀提供了多達50％或更多的散熱效率。此外，雙曲線，分叉和相互纏繞的幾何形狀提供更大的傳熱系數，不僅改善了熱交換器的效率，同時使壓力損失最小化并改善了傳熱系數。
無疑，3D打印是實現復雜形狀制造的絕佳技術。熱交換器可以通過增材制造來制造，例如直接金屬激光熔融技術或直接金屬激光燒結技術。通過增材制造可以快速準確地制造設計中的阻擋結構。此外，可以將阻塞結構圖案化為與特定熱交換器組件所需的一樣大或小。
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清潔海洋幾何形狀從未如此簡單！
但 CFD 中的網格生成步驟通常需要專業知識和經驗，尤其是在處理復雜的幾何形狀時。此類復雜的幾何形狀可能具有空腔、重疊表面、擠壓和鞍角，這些都會妨礙高質量的網格劃分和精確的 CFD 解決方案。為了更輕松地劃分網格，Fidelity CFD 平臺具有各種幾何清理工具和功能，可幫助簡化網格生成并增強整體海洋 CFD 模擬。
CFD 模擬的第一步是創建或導入要測試的幾何體。可以將多種文件格式導入 Fidelity CFD 平臺，可接受的文件格式列表如下：
帕拉固體
CATPART/CAT產品
歐特克
ACIS
XML
NX
杰特
IGES
德國汽車工業協會
STL
步
扎實的作品
克里奧
產品生命周期管理
OBJ
可以從本地和遠程計算機并行導入幾何圖形。如下圖所示，CAD 樹可以在 12 核計算系統上同時導入汽車幾何形狀的 12 個部分。
DrivAer 配置在 12 個內核上并行導入。
Fidelity CFD 平臺導入幾何圖形后，將進行徹底分析以查找自由邊、非流形邊和特征曲線。細分后，將計算三角形的縱橫比和與原始 CAD 的距離。它提供了用于清理幾何體的工具，包括確保幾何體共形性、改進鑲嵌和封蓋孔。
拼接或縫制可確保幾何一致性（左），而重新三角化可改善鑲嵌效果（右）。
使用 AutoSeal 堵住孔洞
Fidelity CFD 平臺包括 AutoSeal，這是一種先進的幾何清理工具，利用并行算法生成 CAD 和 STL 格式的閉合曲面。
展開 復雜形狀海灘上的海嘯波爬高模擬
言歸正傳，我們來看看法國的開源軟件Gerris創始人-- Stéphane Popinet是如何模擬復雜形狀海灘的海嘯問題的。
圖1: 藻內地區海嘯水面（淺藍色）和岸底（白色）動畫
首先來看圖1的動畫：模擬了海灘的幾何形狀以及海嘯隨時間演變的過程，水深數據和海灘幾何形狀與實驗所用的造波水池一致。實驗過程中在水面的開放邊界處施加波動（圖1右側畫面外）。在動畫中可以清楚地看到圖中央部谷地在開始時的干涸狀態和之后海嘯波爬高至極值的狀態，以及邊界處的波浪反射和由于水下渦旋而引起的水面淺凹。
圖2:該過程的另一個視圖以及用于計算流場的自適應網格。
圖2 自由表面高度（左列）和相應的自適應網格的演變（右列）。圖中給出了地形輪廓等高線，左列圖中白色區域是沒有水的，有水區域根據自由面高度（相對于未受干擾的水面）著色。用于對比驗證的實驗數據包括了在多個位置不同時間的自由面高度（見圖3，t = 18 s）。
圖3,4和5給出了各個時刻實驗和數值計算結果的比較。
展開 耳機夾模具看似形狀簡單，其實結構挺復雜！
產品：耳機夾
材料：PC
穴數：1X1
產品特點：形狀簡單，結構復雜盡量減少夾線。
1. 首先進行斜率分析，從下圖可以看出此模具有4個倒扣。
2. 從下圖可以看出這套模具還有3個倒扣，合起來一共是共7個倒扣。
3. 通過厚度分析，可以得了產品基本壁厚為2.3mm。
4. 確立出倒扣1與倒扣6處做兩個小滑塊(滑塊1與滑塊2)。
5. 倒扣2與倒扣5處是處在產品內部，所以只能做成內滑塊，模架加承板,二次頂出。
6. 倒扣4與倒扣7確定用滑塊5與滑塊6出模。
7. 滑塊7處是沒有倒扣的，做成滑塊是為了滿足減少夾線的需求。
8. 倒扣3處采用斜頂方式出模，由于四周都是滑塊,所以包夾力小，頂出就由這支斜頂承擔。
整體再來看一下這套模，得出結論如下：這是一個很簡單的產品，但結構并不簡單，總共采用了7個滑塊，一支斜頂。
展開 形狀復雜的拉伸沖壓件怎樣進行拉伸模具設計
拉伸件有旋轉體、盒形以及復雜曲面三種幾何形狀。對于形狀復雜且不對稱沖壓件拉伸要比一般拉伸考慮的問題要復雜許多。能否設計制造這類沖壓件的成形模具，拉出合格拉伸件，也是衡量沖壓加工廠制模水平的標準。
對于輪廓尺寸大，結構形狀復雜深度不均勻又不對稱的拉伸件，在拉伸時，毛坯在模內變形較復雜，在工藝安排上，一般要經過多道拉伸工序才能完成，要求在拉伸過程中材料各部位都受到均勻的拉伸應力，拉伸應力大小要超過材料屈服極限（σｓ），而低于材料的強度極限（σｂ），使零件不產生彈性畸變且不破裂。所以能否滿足上述要求，是決定拉伸工序成敗的關鍵。
由于零件形狀復雜且不對稱，在拉伸時，壓料板下毛坯流動速度極不一致，為了調節坯料流動情況，使拉伸過程中各部位流動阻力均勻，使材料流入模腔內的材料適合沖壓件需要，防止多則皺、小則破的現象，為避免這些現象的產生，一般要合理采用拉伸筋的辦法來進行調節，同時確定正確的毛坯形狀、合適的壓邊力均需到位才能拉出合格的拉伸沖壓件。
展開 15招專門對付復雜形狀的工件：圖說非標量具的測量
但遇到測量復雜形狀的工件時，如曲面或狹窄的溝槽等，標準的通用量具可能就難以到達準確的測量位置，選擇專用的非標量具則相對更簡便、更經濟。
01
管壁厚度的測量
建議使用 壁厚千分尺 ：
理由：圓柱型測砧可深入管材內進行壁厚測量。
建議使用 管壁厚度卡尺 ：
理由：主尺的量爪為圓柱型，可準確測量管壁厚度。
建議使用 管材厚度表 ：
理由：測砧呈90°角，可測量管壁厚度或彎板厚度。
02
管內徑的測量
建議使用 內徑卡尺 ：
理由：量爪為刀刃型，用于測量難以測量的內側位置。同系列量爪還有尖爪型和內凹槽型。
建議使用 卡尺型內徑千分尺 ：
理由：卡尺形的測量面可實現通用千分尺無法實現的內徑測量。
建議使用 內徑表 ：
理由：可測量內孔底面的直徑，接上延長桿則可測量深孔內徑。
03
溝槽直徑的測量
建議使用 薄片型千分尺 ：
理由：測量面為薄片型，可簡單、準確測量窄槽直徑。
建議使用 薄片卡尺 ：
理由：量爪前端為薄片形，可輕松到達窄槽的測量位置完成測量。
建議使用 刀刃型厚度表 ：
理由：量爪前端為片狀，可簡單到達窄槽的測量位置完成測量。
展開 焊接接頭及其幾何形狀介紹
焊接接頭形式
焊接接頭共有五種形式，對接，角接，T形，搭接和端接接頭
焊接接頭主要術語
接頭根部（joint root）—被焊接頭彼此最靠近的部分
坡口面（groove face）—焊件的坡口內的表面
鈍邊（root face）—坡口面中靠近接頭根部的部分
底緣（root edge）—寬度為零時的鈍邊
根部間隙（root opening）—焊件根部間的距離
坡口面角度（bevel angle）—焊件的斜切面與焊件平面垂線之間的角度
坡口角度（groove angle）—焊件坡口之間的角度
焊縫類型
1、坡口焊縫
坡口焊縫定義為“在焊件之間的坡口中形成的焊縫”，坡口焊縫有八種類型：
（1）直邊坡口；（2）斜坡口；（3）V型坡口；（4）單邊坡口；（5）U型坡口；（6）J型坡口；（7）V型喇叭坡口；（8）單邊喇叭型坡口
2、角焊縫
在搭接，T形，角接接頭中連接兩個近似為直角的兩個面，而形成的截面近似為三角形的焊縫；角焊縫通常為單邊或雙邊的焊縫，它可能由單道焊或多道焊組成。
3、塞焊縫及槽焊縫
用于連接搭接組件的兩種類型的焊縫是塞焊和槽焊。塞焊是在接頭的一個元件上開圓孔通過焊接與另一組件熔合的焊接方式。槽焊則是在接頭的一組件上開橢圓孔通過焊接與另一組件熔合的焊接方式。
4、螺拄焊縫
在電弧螺柱焊中最常用的螺柱材料為低碳鋼，不銹鋼和鋁材。
5、點焊縫或凸焊縫
點焊是在疊加的組件之間或之上形成的，它的結合點有可能起始于結合面，也可能起始于某一組件的外表面；凸焊采用電阻焊方法，凸焊縫是通過電流的電阻產生的熱量成型的，焊縫成型在預定的凸出點，浮凸或相交點上。
6、縫焊縫
縫焊是在重疊組件之間或之上成型的連續焊縫
展開 案例解析|復雜形狀海灘上的海嘯波爬高模擬
言歸正傳，我們來看看法國的開源軟件Gerris創始人-- Stéphane Popinet是如何模擬復雜形狀海灘的海嘯問題的。
圖1: 藻內地區海嘯水面（淺藍色）和岸底（白色）動畫
首先來看圖1的動畫：模擬了海灘的幾何形狀以及海嘯隨時間演變的過程，水深數據和海灘幾何形狀與實驗所用的造波水池一致。實驗過程中在水面的開放邊界處施加波動（圖1右側畫面外）。在動畫中可以清楚地看到圖中央部谷地在開始時的干涸狀態和之后海嘯波爬高至極值的狀態，以及邊界處的波浪反射和由于水下渦旋而引起的水面淺凹。
圖2:該過程的另一個視圖以及用于計算流場的自適應網格。
圖2 自由表面高度（左列）和相應的自適應網格的演變（右列）。圖中給出了地形輪廓等高線，左列圖中白色區域是沒有水的，有水區域根據自由面高度（相對于未受干擾的水面）著色。用于對比驗證的實驗數據包括了在多個位置不同時間的自由面高度（見圖3，t = 18 s）。圖3,4和5給出了各個時刻實驗和數值計算結果的比較。
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連載4：對于復雜的幾何拓撲，我們可以很方便你在icem里面重新建立拓撲，忽略一些無足輕重的幾何。
這樣子可以很方便的生成高質量的網格！圖中紫色的部分就是被重新建立拓撲的時候隱含掉得邊線，對于這些被隱含掉的邊線我們可以通過restore很方便的重新提取回來！
基于參數化幾何建模的SiPESC形狀優化
形狀優化面臨的一些問題
SiPESC
形狀優化
(1) 形狀優化的幾何建模
所謂形狀優化的幾何建模，即是采用合適的方法來描述待優化的幾何形狀的邊界，而這一邊界在優化過程中是不斷變化的。幾何建模是形狀優化要解決的首要問題，因為幾何形狀的描述方式直接影響著設計變量的表達、結構有限元分析誤差、敏度分析及優化方法等這些形狀優化的關鍵問題。描述邊界形狀的常用方法有：使用結構離散模型邊界節點的坐標作為設計變量，利用這種設計變量的變化來描述邊界形狀;使用多項式函數來描述邊界形狀;使用樣條函數來描述邊界形狀以及在微分幾何的Frenet標架下來描述邊界形狀等。通過幾何建模，可以使可變形狀得到合理的描述，可方便地控制優化邊界單元的密度和重劃分，同時可減少形狀設計變量數目。
(2) 形狀敏度分析
形狀優化的算法大都需要獲得結構狀態響應對形狀設計變量的導數信息，這就需要進行形狀敏度分析。它涉及到單元剛度矩陣與設計變量之間的復雜非線性關系，因而其敏度分析及計算相對結構尺寸優化來說要困難得多，并且計算量也要大得多。形狀敏度分析直接影響結構狀態響應對形狀設計變量導數的數值計算精度和計算效率，而形狀優化敏度分析的計算量往往要占到整個優化過程的一半。因此，提高形狀優化敏度分析的計算效率和計算精度有著重要意義。
(3) 有限元網格自動重劃分
形狀優化迭代過程中，由于設計變量的變化，引起邊界形狀的相應變化，從而不可避免地引起已劃分好的有限元網格也發生變化。如果此時仍然維持原網格的劃分方案不變，必然會使網格發生畸變，甚至導致不合法的網格。
展開 Moldex3D仿真分析之粉末注射成型制程復雜形狀產品
粉末注射成型透過單一的加工制程直接做出復雜形狀的產品，適合大量制造，已經廣泛使用于各種產業。
挑戰
? 產品表面及外觀質量
? 有效的降低體積收縮、翹曲、黑線 (不均勻的粉末濃度)的效應，達到高燒結產品的質量需求
? 黑線現象和粉末與黏著劑的相分離以及低粉末濃度區域有關
Moldex3D 解決方案
? 模擬由粉末及黏著劑組成的流動行為
? 預測潛在的缺陷，例如翹曲或黑線等問題
? 評估在粉末濃度區域的剪切效應
? 評估粉末與黏著劑的最佳混合比例
? 計算原料的性質
? 成型條件優化，例如溫度及充填速度等
應用產業
? 汽車
? 機械
? 醫療
? 消費性產品
案例分享︱復雜仿真應用定制——ccxShapeOpt結構形狀優化APP
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】。基于我們現有的定制應用開發框架，ccxShapeOpt APP的前處理頁面中集成了CalculiX-cae【4】，目的是快速、準確無誤地生成求解器輸入文件，其以樹形結構的形式展現了CalculiX的求解器輸入文件，如下圖所示。用戶可以右擊進行屬性改變或增減操作。基于CalculiX的網格節點坐標靈敏度分析結果，我們開發了自由形狀優化的迭代控制程序【5】。
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