复杂汽车饰件结构体网格生成方法
随着计算机技术的发展和有限元分析算法的日益成熟，有限元分析技术在现代汽车开发中已显示出其越来越重要的地位。有限元分析技术的基本流程是：前处理，分析计算和结果后处理。其中前处理往往要占用整个过程的大部分时间。另外，一个合理而且有效的有限元模型对于分析进度和结果往往起到决定性的作用。为了获得更加准确的计算结果，许多复杂结构的分析要采用体网格。本文基于 HyperMesh 的有限元前处理功能结合工程实例，针对复杂的汽车饰件结构生成六面体或五面体网格的方法，进行了一些分析和总结。 ' h* y" h9 @1 v" p% r6 o
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2 HyperMesh 中六面体或五面体网格的生成方法
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HyperMesh 软件中主要提供了拉伸（Drag）、旋转（Spin）、沿线拉伸（Line Drag）、单元偏移（Element Offset）、线性近似（Linear Solid）和映射（Solid Map）等六面体和五面体网格的生成工具。这些工具基本上只是针对简单的结构体，而且要求几何体是可映射的。可映射是要求有两个对立面，一个起始面和一个目标面，还有连接起始面和目标面的路径，可以是线、面或向量。因此，在 HyperMesh 中六面体网格的生成基本思路是：先将复杂的结构体分割成多个区域，这些区域在 HyperMesh 中可以直接生成体网格，需要注意的是过渡区域之间的网格对应。 9 [& P, ^1 j. e/ @" z9 P; e
/ v! R- N' M! H; L/ S3 汽车饰件结构体网格生成实例 ( W5 X( k' h( h4 ^) n% O- b+ X
5 H' P f2 [: p! f这里通过汽车仪表板上出风口挡板为对象，通过六面体网格生成过程总结一下六面体网格生成流程和其中应注意的事项。 * m* `' ~/ m# j7 p( ~
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3.1 理解结构的几何关系 ' u' ?/ o& n6 ? a
/ l6 U4 ?7 d3 ]8 Q" y针对一个结构，首先要对其有一个全面的认识，其次是要看清每一个特征，决定哪些是重要特征，哪些次要的并且可以忽略的特征。在实际的工程项目中，还要考虑如何将一个复杂结构分解，以便可以分给不同的人完成以缩短工期。
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) A/ r+ S- R- _如图 1 所示的出风口挡板结构，从大特征上可以分成三部分：a、小风门；b、大风门；c、转轴。其中小风门和大风门的结构类似，都由上下两层泡沫和中间塑料层构成，如图 2所示。转轴可以分成左右两个有部分对称特征的结构，如图 3 所示。. r, A# M v2 y: f& e/ }5 }
9 S6 y! r" N2 r图1 出风口挡板: Z, P: O: T5 R, x& {' `
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3 ?3 n4 B0 W1 S8 h4 I图2 风口结构分解
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, u2 [5 X. q' n& c4 _+ \! B图3 转轴结构分解9 Q7 v) i4 S) a# a1 n7 g: k5 n3 d' y
- y$ ~! v) I1 V5 P' x0 D! K/ E3.2 结构分解成可以使用体网格生成工具生成体网格的特征块
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) k4 M# V" b& Q: \) e在这一步里，要对结构体进一步的特征分解，以使每个特征体可以用 HyperMesh 软件中 的体网格生成工具直接生成。分解结构时要利用特征的对称或映射，还要注意各特征的连接、交界面。对于每一个特征体要考虑是否能用不同的网格生成工具生成。对于生成体网格的初始面网格应该有一定要求，主要是要考虑到面网格的形式是否会影响相邻特征体的生成，同时还要考虑网格的尺寸和质量。 + {) o8 }- B: `! S# L% I
* X4 [" F& i& }4 N% y对于风门结构，上下两块泡沫层是直接可以生成六面体的可映射特征体。对于中间塑料层，通过截面图发现通过特征的上下映射可以分解成简单的长方体，如图 4 所示。& S* a7 g0 ]2 j0 e3 c- b& U
! M6 G) h+ i3 |) _* h* x图4 风门塑料层的截面
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由图 3 可以看出，对于转轴左右两侧中有部分可以对称的花纹特征体。对于花纹特征体，只需生成一组，其余可以通过映射的方法生成。一组花纹特征体可以分成若干个具有映射特征的个体，如图 5。与花纹特征体相邻的可以分成若干个圆环体.
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& R6 T x+ D7 z图5 转轴花纹特征体3 M# s# v" ^& a$ e, U/ x( x# x9 L
S7 o0 e' x+ v4 \ ]/ c/ C3.3 决定各个特征块的生成顺序 7 b* t. K- H! R: V- ^
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在具体做网格之前，应决定特征块生成顺序，一般的原则是从最复杂的特征开始，由里往外生成。在生成大特征体的网格时应考虑到小特征。对于风门，应先生成中间的塑料层，再利用其上下表面网格生成比较简单的泡沫层。对于转轴，先生成中间的花纹特征体，再分别向两端的圆环特征体扩展，如图 6 所示。
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+ `$ w T) t6 j# c% w* D3.4 划分网格时的细节处理 $ M2 F, W5 _% }' J) M* y
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首先要考虑做适当的几何清理，去除小孔和小圆角，但有时圆角的保留更有利于网格的生成并保证可靠的质量。 ) u4 x/ R5 H7 Z4 L* A6 }
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考虑起始面和目标面，不要几何和尺寸相差悬殊，容易产生畸变的网格。 7 R1 p3 s6 S' U6 [2 K5 |. w
3 A. }" G& {& m ^ x [生成的初始面网格，要保证网格质量和尺寸，并且要考虑到是否利于后续特征体的生成。从已有的体网格提取面网格。
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& s% u. C+ X% Z( n3 }2 J# c每一个特征体的体网格生成后，都应检查和已有体网格的是否连续，网格内部不应出现自由面，检查与几何是否贴合。生成的体网格质量不应太差，并且检查网格形式是否可以被调整以生成剩余的特征体所需的初始面网格。 / E: _0 K2 k! Z, T
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4 结论 % u# G& O- [# J; C# C
3 V a& {1 D. t. w7 ]% H从上述的六面体网格生成过程中可以看出，一个周密而完善的计划是能生成体网格的起点和关键。在开始进行第一个网格生成时，其实就应该要预见到最后一个网格的生成。虽然最终的目标是体网格，但生成面网格所花的时间要远远大于体网格的生成时间。面网格其实就决定了是否可以生成体网格，并且决定了体网格的质量。当遇到一个无所适从的对象时，不断的尝试是最好的办法
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