CAE Fidesys 9.0 Руководство пользователя

Учебные примеры по декомпозиции геометрических моделей

Создание пригодных для протяжки объемов путем выполнения разрезов

Для построения конечно-элементной сетки из гексаэдров многие объемные геометрические модели нуждаются в предварительном разделении на части (декомпозиции). Наиболее употребительным алгоритмом разбиения на гексаэдры является Протяжка. Она представляет собой процесс создания гексаэдрической сетки путем продвижения поверхностной сетки из четырехугольников от начальной поверхности (источника) к топологически похожей конечной поверхности (цели) вдоль связывающей их третьей поверхности. Поверхностная сетка на начальной поверхности создается с помощью подходящей схемы разбиения и может быть как регулярной, так и нерегулярной. Наиболее применимым для запуска алгоритма Протяжка является разбиение поверхности по схеме Неструктурированная сетка. Как правило, анализируемые геометрические модели не пригодны для автоматической протяжки, поэтому разделение их на подходящие для этой цели части является важной составляющей процесса построения сетки. Декомпозиция обычно включает в себя серию разрезов, булевых операций и операций для создания виртуальной геометрии, в результате которых исходная модель разделяется на компоненты, пригодные для протяжки. Такие действия занимают большую часть общего времени создания конечно-элементной модели. Цель данного пособия состоит в том, чтобы:

• Научить пользователя распознавать объемы, пригодные для протяжки.

• Дать понимание того, как разделять модель на соответствующие части.

• Привить навыки выполнения в модели необходимых разрезов, а также ознакомить с другими методиками декомпозиции.

• Помочь избежать проблем, свойственных декомпозиции и выполнению протяжки.

Почему именно Протяжка?

Из всех алгоритмов, или схем разбиения на гексаэдры, предусмотренных в Fidesys, Протяжка может считаться наиболее надежным способом создания элементов высокого качества. Хотя разделение модели на части, пригодные для протяжки, может быть затратным по времени, в ряде случав только его применение позволяет построить гексаэдрическую объемную сетку.

Что делает объем пригодным для протяжки?

Топологические структуры, пригодные для построения сетки по схеме Протяжка,, можно разделить на три основных типа в зависимости от числа начальных и конечных поверхностей протяжки.

Основные типы топологических структур с точки зрения протяжки

Один источник - одна цель: Объем с одной начальной и одной конечной поверхностями, Рис.1:

Рис. 1 - Примеры топологических структуры: один источник - одна цель.

Много источников - одна цель: Объем с множеством начальных поверхностей и одной конечной, Рис. 2:

Рис. 2 - Примеры топологических структуры: много источников - одна цель.

Много источников - много целей: Объем с множеством начальных и конечных поверхностей, Рис.3:

Рис. 3 - Примеры топологических структуры: много источников - много целей.

Аспекты, которые нужно учитывать при определении пригодности объема для протяжки

• Протяжка поверхностной сетки может быть выполнена через объем, полученный путем вращения или плоскопараллельного перемещения. Тем не менее, при резком изменении формы тела качество объемной сетки может оказаться невысоким.

• Объем с множеством конечных поверхностей и одной начальной поверхностью можно в ряде случаев инвертировать и рассматривать как объем второго типа (много источников - одна цель). В противном случае он обрабатывается как объем третьего типа (много источников - много целей).

• Проецирование привносит на поверхности новые топологические объекты. Поэтому объемы, первоначально пригодные для протяжки, могут оказаться непригодными после проецирования и слияния прилегающих поверхностей.

• Протяжка для топологических структур типа много источников - много целей находится в стадии незавершенной разработки и имеет ряд ограничений. Поэтому лучше разделить объем на части, относящиеся ко второму или первому типам.

• Fidesys не всегда автоматически распознает объем как пригодный для протяжки, даже если он является таковым. Иногда вам придется явно задавать начальные и конечные поверхности.

Основные направления (способы) протяжки

В дополнение к разным топологическим типам, объемы классифицируются и по отношению к направлению протяжки. Используются следующие направления (или способы): "сверху вниз", "изнутри наружу" и "по кругу" (вращение). Начиная декомпозицию модели, убедитесь, что вы рассмотрели все возможные способы протяжки. Выбранное направление должно быть совместимо с прилегающими объемами. Для совместимости перекрывающиеся поверхности должны быть одного и того же вида: образовывать связывающую поверхность или поверхность, разбитую на элементы по схеме Неструктурированная сетка. Объем, показанный в таблице 1, разбит тремя разными способами, отличающимися направлениями протяжки. Обратите внимание на различия в размерах и ориентации элементов. В качестве упражнения попробуйте разбить эту модель, используя другие направления протяжки.

Таблица 1. - Примеры влияния различных направлений протяжки на вид объемной конечно-элементной сетки.

Сверху вниз	Изнутри наружу	По кругу (для этой модели направление протяжки по умолчанию)
Много источников - одна цель	Много источников - одна цель	Один источник - одна цель

Принципы выбора стратегии для разделения модели

Определить, является ли объем пригодным для протяжки, - задача сложная сама по себе, однако предложить эффективные стратегии выполнения разрезов, булевых операций и построения виртуальных составных поверхностей, чтобы сделать объем пригодным, - еще более сложная проблема. Ниже приведены некоторые общие принципы, которым желательно следовать при декомпозиции модели.

• Выберите направление протяжки.

• Используйте наименьшее число разрезов из возможных.

• Если начальная и конечная поверхности не выбраны программой автоматически, задайте их сами.

• Если какой-либо из объемов не разбивается на элементы или сетка имеет нежелательный вид, попробуйте изменить порядок разбиения объемов. При этом переопределяются интервалы разбиения.

• Команда очистки объема (reset volume) удалит все ранее заданные схемы и интервалы разбиения.

• Если изменение порядка разбиения или очистка объемов не приводят к желаемому результату и вы по-прежнему получаете сообщение об ошибке: Matching Intervals Failed (Не удается подобрать интервалы), задайте интервалы явно для некоторых или всех кривых.

• При необходимости сделайте дополнительные разрезы.

• Проверьте наличие поверхностей или кривых малого размера, которые могли появиться в процессе декомпозиции, и удалите их с помощью заглаживания, стягивания или объединения в составной геометрический объект.

• Если необходимо придать сетке определенную конфигурацию, например, соответствующую схеме разбиения Регулярная сетка, измените надлежащим образом вершины, образующие поверхность.

• Используйте виртуальные геометрические операции, которые не оказывают влияния на исходную геометрию.

• Используйте, в рамках виртуальной геометрии, составные поверхности, чтобы преодолеть ограничения на построение сетки (без влияния на исходную геометрию).

• Постоянно сохраняйте результаты вышей работы. Для сложной модели процесс построения сетки может быть многоитерационным. Возможно, вам придется несколько раз начинать заново, пока не найдете приемлемое решение.

В таблице 2 представлен набор примеров по декомпозиции моделей различной степени сложности. Каждому примеру соответствует файл с данными о геометрии, находящийся  во вложенной папке
.../help/step_by_step_tutorials/decomposition, созданной при инсталляции программы (опционно).

Таблица 2. - Примеры по декомпозиции моделей различной степени сложности.