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靠软件具有的“重构”功能,即剔除细部特征、缝补面和将小面“融入”大曲面等。有些专用接口在模型传递过程中甚至允许自动完成这种工作,并且通过网格剖分器检验模型的“完整性”,如发现“完整性”不能满足要求,接口程序可自动进行“完整性”修复。当几何模型距CAE分析的要求相差太大时,还可利用CAE程序的造型功能修正几何模型。“布尔运算”是切除细节和修理非完整特征的有效工具之一。
目前数据传递一般可通过专用数据接口,CAE程序可与CAD程序“交流”后生成与CAE程序兼容的数据格式。另一种方式是通过标准图形格式如IGES、SAT和ParaSolid传递。现有的CAD平台与通用有限元平台一般通过IGES、STL、Step、Parasolid等格式来数据
f交换,早期IGES接口应用比较广泛,但由于该标准本身的不严格性,导致多数复杂模型的传递以失败告终,如图1所示为某汽车覆盖件在UGII中以IGES格式输出时产生的信息,可以看出其包含大量有限元分析不必要的几何信息。而SAT与ParaSolid标准较为严格,被多数CAD程序采用。由于典型通用有限元软件(如MSCPATRAN、MSCMARC、ANSYS、ABAQUS、ADINA等)的建模功能都不是很强,尤其是在面对包含复杂空间曲面的产品结构时表现出明显的不足,同时不利于建立后续的单元网格划分模型。因此,利用现有CAD平台(如CATIA、UGII、PROE)完成网格划分工作,或借助专业网格划分软件HyperMesh、AIE
virome
t等来完成任务是比较好的方法。下面分别以包含大量空间自由曲面的汽车覆盖件产品和宇航业中常用的大型整体网格筋壳体为对象,简述有限元网格划分的基本原理方法和应用。
图1IGES文件输出的图素信息分页二、有限元网格划分方法与基本原理1.有限元网格划分的指导思想有限元网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划,包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解时,做到先简单后复杂,先粗后精,2D单元和3D单元合理搭配使用。为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征,由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点,采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。利用轴对称或子结构时要注意场合,如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时,则应采用整体模型,同时选择合理的起点并设置合理的坐标系,可以提高求解的精度和效率,例如,轴对称场合多采用柱坐标系。有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系,按照相应的误差准则和网格疏密程度,避免网格的畸形r
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