Strand7 中的网格自动划分: 输入及修整CAD的几何形状数据

网格自动剖分

几何清理

Strand7 中的网格自动划分

输入及修整CAD的几何形状数据以IGES或SAT格式保存的CAD几何模型数据可直接输入到 Strand7中。然后利用Strand7的网格自动剖分工具生成有限元网格。网格生成器将自动识别文件中包含的各种常用实体属性。这些实体包括：二次曲线、三次曲线、平面、曲面、锥面、球面等。

这是摩托车轴的几何模型。先用CAD软件生成模型并保存为IGES格式，然后输入到Strand7中。上图显示了输入Strand7后的几何形状，它包含了平面、二次曲线和旋转面。

上图显示了输入到Strand7后的家用水龙头的几何模型。它的源文件为

ACIS(SAT)格式。模型含有平面、锥面和二次曲线。

上图为输入到Strand7后的网球拍框的几何模型。图中一半为输入的几何模型，另一半为剖分后的网格。拍头部分(水绿色)为面单元，握把部分(灰色)为体单元。

 

CAD模型常常是为了直观地了解一个物体的几何形状而生成的。尽管有限元模型看起来与其类似，但有限元模型的目的是用数学手段模拟物体的结构反应。因此在将CAD模型转换成有限元模型时必须考虑这一不同之处。Strand7有一系列的工具可以用于这种数据转换。它能确定CAD模型中不经意的内部几何缺口，能帮助消除和修复诸如缺口、裂缝、极小的面错动以及其它一些不规则的特性。下图就是显示Strand7是如何识别模型数据中的裂缝(红色的线)的。

上图显示被检查出的自由边并用两条红线来表示。如果在有限元模型里含有这些自由边，自动划分后的网格将出现一个缺口并导致了一个不合适的网格。可以通过几何清理工具清除这一缺口。

上图为输入的圆顶塔结构的几何形状。源数据为IGES格式。左图中显示了源数据的一些不合适的面。右图是利用几何形状清理工具将这些面连接在一起后的几何形状。

上图显示了一个典型的特征消除操作后的结果。左边是输入的几何模型，其中含有一个很小的面。右图是将小面消除后的图形。利用几何形状清理工具不仅将小面自动清除，而且连接了相邻面以免模型中含有不应有的裂口。

 

面网格划分

Strand7 中的网格自动划分

自动面网格生成利用CAD生成的几何模型数据，Strand7的表面网格自动剖分功能可生成高质量的有限元网格。可以生成三角形或四边形面元，而且单元可以具有中间节点。对面操作时并不局限于平面，也可以对三维空间中定义的面或曲面操作。因此，网格自动剖分工具能对具有很多内部特征的复杂几何模型进行剖分并且让用户来控制网格密度和光滑度。

上图为轭结构的表面网格。它包括四边形单元占优的1334个单元。

这个模型使用了网格自动划分和常规网格生成功能。首先，将楼板的几何模型从CAD输入到Strand7并作为楼板自动剖分（主要为四边形单元）的基础。用Strand7拉伸工具生成柱和电梯井。用自动镶嵌线功能很容易地生成外圈梁。

上图是一个支架的二维模型，显示了Strand7的面网格自动剖分工具用来在开孔周边生成光滑网格。

网球拍的面网格。

上图的照相机网格模型是利用AutoCAD的几何形模型生成的。共有四边形占多数的7822个单元。

用SolidWorks建立的金属片模型并作为IGES文件输入到Strand7。这里生成了5054个四边形单元占多数的表面网格。

出于研究各种环境问题的需要，用Strand7模拟生成了的意大利Venice Lagoon (Laguna di Venezia)岛的计算网格。

体网格划分

Strand7 中的网格自动划分

利用Strand7的体元网格自动剖分工具可以对Strand7面单元包围的任何内部实体进行网格剖分。这意味着不论是手动还是自动生成的面元网格所包围的封闭区域都可以剖分生成体元。生成的体元可以是线性四节点的或者二次十节点的四面体单元。

这是一个摩托车轴的模型. 几何模型用SolidWorks生成并存为IGES格式文件然后输入到Strand7。用体元自动剖分工具共生成了150704个四面体单元.

圆顶塔的原始几何模型为IGES格式文件。示图分别为塔的Strand7几何模型，面元网格及体元网格。

这是一个撬杠的Strand7模型。原始模型由SolidWorks生成并存为SAT格式文件。利用Strand7面网格生成器先生成2468个四边形面元然后生成16166个四面体单元。

上图为一座多拱桥的Strand7表面网格模型。原始数据来自AutoCAD SAT格式文件。计算时进一步生成实体单元。

上图网格共有109797个四面体单元，它的一个重要特征是在很薄的部分沿厚度方向只用了一层单元。

包括箱盖、内部轴和齿轮的完整变速箱模型。网格利用单元操作工具通过自动和手动而生成。所生成的网格有13182个梁元，6110个板元和393284个体元。

这是一个带升高进水口的水塔实体网格模型。共有276000个四面体单元。为了清晰起见，图中显示了表面网格。

上面左图为自动生成的7453个面元网格。右图为自动生成的27858个体元网格。

上图为一把钳子的实体网格模型。共包括三部分，有12681个四面体单元。

上图为铸造所用冲模模型的三部分，共有12074个四面体单元。