基于hypermesh的发动机零部件网格划分
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｓｏｌｉｄ
凸轮轴和曲轴都是由多个拉伸体组成的，而且
都是由一个相同的结构，通过旋转一定的角度组合 在一起的。如对于凸轮轴而言这个重复的相同结构 通常是由一或两个凸轮和一个轴颈组成的。对凸轮 轴和曲轴的六面体网格划分应先将重复的相同结构 逐个切分，然后再将其分割成一个个简单的拉伸体。 凸轮轴重复结构的分割如图４所示。之后对拉伸体 的拉伸起始面进行四边形网格划分，最后通过这些 ２Ｄ网格生成３Ｄ六面体网格。凸轮轴和曲轴重复结 构的网格划分如图５和图６所示。以上操作所用的 ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中的功能与气门网格划分相同。
ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ中还可对网格进行质量检查，清除掉不合 格网格，对不满意的网格进行重新划分。
ｔｅｔｒａ按钮，直接对气缸盖和机体模型进行四
面体网格划分。在网格划分之前可在该面板下选择 单元形状．勾选Ｕｓｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ和Ｕｓｅ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ选项 对曲率较大处和细小特征处进行网格细化和优化控 制。以气缸盖所划分的网格为例，进行细化和优化 之前的网格如图１１所示．细化和优化后的网格如图 １２所示。还可在Ｔｅｔｒａｍｅｓｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ面板中控制四 面体网格的最大尺寸以及网格的生成速度和生成方
个或多个拉伸、旋转和扫掠体构成的。如气门通常可 认为是一个截面绕着中心轴线旋转３６０。而成的旋 转体。这些零部件在工作时都要经受高速的往复运 动，丁作条件恶劣，受到的载荷比较复杂［３］，因此需 要对这些零部件进行复杂工况下的有限元分析。为 了提高分析精度一般都将其网格划成六面体网格。 对气门划分网格，若直接在其截面上划分２Ｄ 网格，然后通过旋转生成３Ｄ网格，则在旋转中心附 近的网格质量会变得非常差，这些网格的雅可比、长 宽比及扭曲等指标都会不合格。若要保证旋转中心 附近的六面体网格质量，就要将气门模型进行切割。 首先根据对称平面将模型分为四份，保留其中的四 分之一模型，然后以气门旋转轴线的端点为圆心生 成一个圆环．使圆环沿着气门模型的旋转轴线扫掠
图１３对不同直径的孔进行分类
式。网格生成速度越慢．生成方式由网格质量为主 导，生成的网格质量就越高，数量也越多。
图１１细化和优化前的网格
图１２细化和优化后的网格
划分四面体网格还可通过在下拉式菜译中选择
图１６机体的四面体网格划分
万方数据
任润国
尉庆国
樊卓闻：基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
２Ｄ ａｎｄ ３Ｄ ｍｅｓｈｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ａｔ
ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ，ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ａｎｄ ２Ｄ ｑｕａｄｒｉｌａｔｅｒａｌ ｍｅｓｈ ｗｈｉｃｈ ａｉｍ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ，ｐｉｓｔｏｎ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｈｅａｄ，ｅｎｇｉｎｅ ｂｏｄｙ ｍｅｔｈｏｄｓ
３ｌ
５壳结构的网格划分
一般而言．如果构件的边长是其厚度的５倍以 上，就可按板壳来处理【５｜。发动机零部件中油底壳和 气缸盖罩在划分网格时都可按壳结构来处理。在进 行２Ｄ四边形网格划分前，应使用Ｇｅｏｍ面板下 ｍｉｄｓｕｒｆａｃｅ子面板进行模型的中面抽取，然后进入 到２Ｄ面板的ａｕｔｏｍｅｓｈ子面板中．选择网格形状为 四边形．最后进行网格划分。为了使生成的网格更 加均匀和整齐，形状更接近于矩形，可将抽取的中面 划分成大小不同的四边形区域后，再进行网格划分。
２８
内燃机与配件
２０１４年第１期
基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ
Ｍｅｓｈ
ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｐａｒｔｓ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
任润国尉庆国 （中北大学）
樊卓闻
［摘要］使用ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件对发动机主要零部件进行网格划分。根据发动机不同零部件自身
ｃａｎ
ｅｎｇｉｎｅ ｖａｌｖｅ，ｃａｍｓｈａｆｔ，
ａｎｄ ｏｉｌ ｐａｎ ｗｅｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｔｈｅｓｅ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｐａｒｔｓ． Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｓｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｇｉｎｅ
１
前言
随着计算机辅助工程（ＣＡＥ）技术的发展及日益
２
气门、凸轮轴和曲轴的网格划分
气门、凸轮轴和曲轴在结构上都可看成是由一
广泛的运用，以有限元法为代表的ＣＡＥ技术正越来 越快地融入到发动机及其零部件的设计流程中Ｉｌｌ。 在设计发动机零部件时，会根据其所起的作用及工 作条件，使用商业ＣＡＥ软件对零部件进行相关的结 构强度刚度分析、模态分析、动力学分析、疲劳及可 靠性分析、振动噪声分析和热结构耦合分析等各种 有限元分析。有限元分析的应用可有效地缩短发动 机零部件的设计周期和降低发动机零部件的开发成 本。鉴于有限元分析在发动机零部件开发设计的流 程中所起的重要作用，有限元分析结果的准确性和 可靠性就显得尤其重要。而网格划分质量的好坏是 影响分析结果准确性的主要因素之－－Ｉ２１，因此针对 不同发动机零部件的高效的网格划分方法对于发动 机零部件的开发和设计有着重要的意义。
的结构特点，结合ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件提供的各种二维和三维的网格划分工具，总结出针对发动机气 门、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞、气缸盖、机体和油底壳的六面体、四面体及二维四边形网格划分的思
路和方法，从而提高发动机主要零部件网格划分的效率和网格的质量。
［关键词］发动机；有限单元；网格划分；ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ；
能．总结出针对不同发动机零部件的网格划分方法 有利于提高有限元分析的效率与准确性，还可帮助 从事相关有限元分析的人员快速掌握发动机主要零 部件的网格划分技巧。 参考文献
【１】谭继锦，张代胜．汽车结构有限元分析【Ｍ】．北京：清华大学出
版社，２００９：１５６．
【２】杜平安，于亚婷等．有限元法原理、建模及运用［Ｍ】．北京：国
ｍａｐ子面板中的ｍｕｌｔｉ ｓｏｌｉｄｓ功能对模型进行
网格预划分，以检查所切分的体块是否能逐个完成 六面体网格的划分．同时判断各个体块网格映射的 顺序，对映射网格起始面的２Ｄ网格进行质量控制。
之后可用ｓｏｌｉｄ ｍａｐ子面板中的ｇｅｎｅｒａｌ功能分别对
３连杆和活塞的网格划分
一～
圈５凸轮轴重复结构的网格划分 图６曲轴重复结构的网格划分
６
总结
未来发动机零部件的设计与优化会更加广泛和
深入地运用有限元分析技术．网格划分是有限元分 析的关键环节，依靠ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件的网格划分功
作者简介：任润国（１９８４一），男，Βιβλιοθήκη Baidu北大学硕士研究生，研究 方向为汽车结构建模与仿真。
（上接第２５页）
【１３】李铁军．柴油机电控技术实用教程【Ｍ】．北京：机械工业
图８四分之一活塞模型分块
一～
图３镜像后完墨的模型网格 图４凸轮轴重夏结构的分割
对连杆和活塞划分六面体网格，首先应根据对 称平面将模型切分为四部分，然后选择其中的四分 之一进行分块处理。每一个切分出来的部分都应该 满足ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件六面体网格划分的映射条件， 即每个分块都应该是一个拉伸、旋转或扫掠体，每个 分块都至少有一对可进行网格映射的面，其中进行 网格映射的起始面可由多个面组成，但目标面只能 由一个面组成。因此分块方式可能不止一种，四分之 一连杆体模型的局部分块和四分之一活塞模型的分 块如图７和图８所示。在进行模型分块时可打开 ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件可视化工具栏上Ｍａｐｐａｂｌｅ功能进行 模型映射检查。模型分块完成后可利用３Ｄ面板下
万方数据
任润国
尉庆国
樊卓闻：基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
２９
切割．在气门模型上切出一个四分之一圆柱体，保留 的四分之一的气门模型就成了由一个拉伸体和旋转 体组成的模型，如图ｌ所示。以上对实体模型的编 辑操作可用ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中的Ｇｅｏｍ面板下的ｓｏｌｉｄ ｅｄｉｔ子面板里的功能完成。
圆角、倒角、孔特征及不规则的曲面，对连杆和活塞 模型进行六面体网格划分的难度比凸轮轴和曲轴要 大得多。由于连杆和活塞是发动机非常重要的部件， 对它们进行有限元分析时，应尽可能地对连杆和活 塞划分六面体网格而不是四面体网格，这有利于提 高分析精度。
◆／一
图１气门分割后的四分之一模型
圈２起始处的２Ｄ网梧
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ＯＵＳ
ｗａｓ
ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
ｔｏ
ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｉｌ－
为了控制生成的六面体网格质量，可先在拉伸
图７连杆体局部模型分块
体的拉伸起始面和旋转体的旋转起始面用２Ｄ面板 的ａｕｔｏｍｅｓｈ功能划出２Ｄ四边形网格，之后以这些 网格为基础使用３Ｄ面板中的ｓｏｌｉｄ ｍａｐ功能生成 ３Ｄ六面体网格，如图２所示。生成四分之一的体网 格后使用Ｔ００１面板的ｒｅｆｌｅｃｔ功能镜像生成剩下四 分之三的体网格．如图３所示。
各体块进行网格划分．也可用ｍｕｌｔｉ ｓｏｌｉｄｓ功能对各 体块进行自动网格划分。连杆和四分之一活塞模型 的网格划分如图９和图１０所示。
连杆和活塞在结构上并不是由一些拉伸、旋转 和扫掠体简单地组合在一起构成的，而且还有许多
一一
万方数据
３０
内燃机与配件
２０１４年第ｌ期
４气缸盖和机体的网格划分
气缸盖和机体的结构非常复杂，要对它们进行 六面体网格划分需要耗费大量的人力和时间。一般 情况下会选择对气缸盖和机体进行四面体网格划 分，而非六面体。在进行大变形和碰撞分析时更是如 此。 在ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件中划分四面体网格一般有两 种方式。一是先用２Ｄ面板下的ａｕｔｏｍｅｓｈ子面板对 气缸盖和机体的表面进行２Ｄ网格划分。并对表面 网格进行质量控制．然后进入到３Ｄ面板下的ｔｅ． ｔｒａｍｅｓｈ子面板中的Ｔｅｔｒａ ｍｅｓｈ功能按钮．软件会根 据已有的２Ｄ网格自动划分３Ｄ四面体网格。第二种 方式是进入到３Ｄ面板下的ｔｅｔｒａｍｅｓｈ子面板中的
防工业出版社．２０１１：１９１．
【３】陈家瑞．汽车构造【Ｍ】．北京：人民交通出版社，２０１０：４０－－１０４． 【４】王钰栋，金磊等．ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ＆ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ应用技巧与高级实 例［ＭＪ．北京：机械工业出版社，２０１２：１４３．
【５】葛彦竹．基于Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的某中型货车车架仿真分析与改 进设计『Ｄ１．长春：吉林大学，２０１０：２７．
Ｖｏｌｕｍｅ
Ｍｅｓｈ。点击ｃｒｅａｔｅ进入ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ
ｐｒｏ．
对复杂模型进行四面体网格划分。ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
ｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ提供了基于流程自动化的复杂模型四
ｐｒｏｃｅｓｓ
面体网格划分解决方案ｆ４１，运用ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
Ｍａｎａｇｅｒ可对机体等复杂模型进行高效的几何清 理，对孔、圆角、倒角等特征及重要表面进行手动或 自动的分类，对其表面网格进行尺寸和形状的控制。 机体不同直径的孔的分类如图１３所示，孔表面网格 的划分如图１４所示．机体顶面和气缸表面的网格控 制如图１５所示。对以上重要表面划分完２Ｄ网格 后，在对其它表面划分２Ｄ网格，最后根据面网格生 成四面体网格，如图１６所示。在ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
京：北京交通大学，２００８．
『１５１孙伟，张云龙，袁大宏．基于ＣＡＮ总线的电控发动机标 定系统的研制【Ｊ】．汽车技术．２００４（９）：ｌ】一１４． 【１６】张翔．ＶＩＳＩＯＮ软件在汽车发动机标定中的应用【Ｊ］．上海
出版社．２０１２． 【２３】庄继晖，谢辉，朱仲文．基于模型的电控柴油机自动标定
平台的开发【Ｊ】．汽车工程．２０１３，３５（７）：６２４－６２８．
【２４］张跃涛，王绍光，张云龙．发动机自动化性能试验及标定
［１４】李岩．基于ＸＣＰ协议的标定系统设计与实现【Ｄ】．长春：
吉林大学，２０１２．
系统［Ｊ１．清华大学学报．２００１，４ｌ（８）：９４—９６． 【２５】刘野．气体燃料发动机电控系统优化标定的研究【Ｄ］．北
凸轮轴和曲轴都是由多个拉伸体组成的，而且
都是由一个相同的结构，通过旋转一定的角度组合 在一起的。如对于凸轮轴而言这个重复的相同结构 通常是由一或两个凸轮和一个轴颈组成的。对凸轮 轴和曲轴的六面体网格划分应先将重复的相同结构 逐个切分，然后再将其分割成一个个简单的拉伸体。 凸轮轴重复结构的分割如图４所示。之后对拉伸体 的拉伸起始面进行四边形网格划分，最后通过这些 ２Ｄ网格生成３Ｄ六面体网格。凸轮轴和曲轴重复结 构的网格划分如图５和图６所示。以上操作所用的 ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中的功能与气门网格划分相同。
ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ中还可对网格进行质量检查，清除掉不合 格网格，对不满意的网格进行重新划分。
ｔｅｔｒａ按钮，直接对气缸盖和机体模型进行四
面体网格划分。在网格划分之前可在该面板下选择 单元形状．勾选Ｕｓｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ和Ｕｓｅ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ选项 对曲率较大处和细小特征处进行网格细化和优化控 制。以气缸盖所划分的网格为例，进行细化和优化 之前的网格如图１１所示．细化和优化后的网格如图 １２所示。还可在Ｔｅｔｒａｍｅｓｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ面板中控制四 面体网格的最大尺寸以及网格的生成速度和生成方
个或多个拉伸、旋转和扫掠体构成的。如气门通常可 认为是一个截面绕着中心轴线旋转３６０。而成的旋 转体。这些零部件在工作时都要经受高速的往复运 动，丁作条件恶劣，受到的载荷比较复杂［３］，因此需 要对这些零部件进行复杂工况下的有限元分析。为 了提高分析精度一般都将其网格划成六面体网格。 对气门划分网格，若直接在其截面上划分２Ｄ 网格，然后通过旋转生成３Ｄ网格，则在旋转中心附 近的网格质量会变得非常差，这些网格的雅可比、长 宽比及扭曲等指标都会不合格。若要保证旋转中心 附近的六面体网格质量，就要将气门模型进行切割。 首先根据对称平面将模型分为四份，保留其中的四 分之一模型，然后以气门旋转轴线的端点为圆心生 成一个圆环．使圆环沿着气门模型的旋转轴线扫掠
图１３对不同直径的孔进行分类
式。网格生成速度越慢．生成方式由网格质量为主 导，生成的网格质量就越高，数量也越多。
图１１细化和优化前的网格
图１２细化和优化后的网格
划分四面体网格还可通过在下拉式菜译中选择
图１６机体的四面体网格划分
万方数据
任润国
尉庆国
樊卓闻：基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
２Ｄ ａｎｄ ３Ｄ ｍｅｓｈｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ａｔ
ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ，ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ａｎｄ ２Ｄ ｑｕａｄｒｉｌａｔｅｒａｌ ｍｅｓｈ ｗｈｉｃｈ ａｉｍ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ，ｐｉｓｔｏｎ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｈｅａｄ，ｅｎｇｉｎｅ ｂｏｄｙ ｍｅｔｈｏｄｓ
３ｌ
５壳结构的网格划分
一般而言．如果构件的边长是其厚度的５倍以 上，就可按板壳来处理【５｜。发动机零部件中油底壳和 气缸盖罩在划分网格时都可按壳结构来处理。在进 行２Ｄ四边形网格划分前，应使用Ｇｅｏｍ面板下 ｍｉｄｓｕｒｆａｃｅ子面板进行模型的中面抽取，然后进入 到２Ｄ面板的ａｕｔｏｍｅｓｈ子面板中．选择网格形状为 四边形．最后进行网格划分。为了使生成的网格更 加均匀和整齐，形状更接近于矩形，可将抽取的中面 划分成大小不同的四边形区域后，再进行网格划分。
２８
内燃机与配件
２０１４年第１期
基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ
Ｍｅｓｈ
ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｐａｒｔｓ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
任润国尉庆国 （中北大学）
樊卓闻
［摘要］使用ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件对发动机主要零部件进行网格划分。根据发动机不同零部件自身
ｃａｎ
ｅｎｇｉｎｅ ｖａｌｖｅ，ｃａｍｓｈａｆｔ，
ａｎｄ ｏｉｌ ｐａｎ ｗｅｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｔｈｅｓｅ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｐａｒｔｓ． Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｓｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｇｉｎｅ
１
前言
随着计算机辅助工程（ＣＡＥ）技术的发展及日益
２
气门、凸轮轴和曲轴的网格划分
气门、凸轮轴和曲轴在结构上都可看成是由一
广泛的运用，以有限元法为代表的ＣＡＥ技术正越来 越快地融入到发动机及其零部件的设计流程中Ｉｌｌ。 在设计发动机零部件时，会根据其所起的作用及工 作条件，使用商业ＣＡＥ软件对零部件进行相关的结 构强度刚度分析、模态分析、动力学分析、疲劳及可 靠性分析、振动噪声分析和热结构耦合分析等各种 有限元分析。有限元分析的应用可有效地缩短发动 机零部件的设计周期和降低发动机零部件的开发成 本。鉴于有限元分析在发动机零部件开发设计的流 程中所起的重要作用，有限元分析结果的准确性和 可靠性就显得尤其重要。而网格划分质量的好坏是 影响分析结果准确性的主要因素之－－Ｉ２１，因此针对 不同发动机零部件的高效的网格划分方法对于发动 机零部件的开发和设计有着重要的意义。
的结构特点，结合ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件提供的各种二维和三维的网格划分工具，总结出针对发动机气 门、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞、气缸盖、机体和油底壳的六面体、四面体及二维四边形网格划分的思
路和方法，从而提高发动机主要零部件网格划分的效率和网格的质量。
［关键词］发动机；有限单元；网格划分；ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ；
能．总结出针对不同发动机零部件的网格划分方法 有利于提高有限元分析的效率与准确性，还可帮助 从事相关有限元分析的人员快速掌握发动机主要零 部件的网格划分技巧。 参考文献
【１】谭继锦，张代胜．汽车结构有限元分析【Ｍ】．北京：清华大学出
版社，２００９：１５６．
【２】杜平安，于亚婷等．有限元法原理、建模及运用［Ｍ】．北京：国
ｍａｐ子面板中的ｍｕｌｔｉ ｓｏｌｉｄｓ功能对模型进行
网格预划分，以检查所切分的体块是否能逐个完成 六面体网格的划分．同时判断各个体块网格映射的 顺序，对映射网格起始面的２Ｄ网格进行质量控制。
之后可用ｓｏｌｉｄ ｍａｐ子面板中的ｇｅｎｅｒａｌ功能分别对
３连杆和活塞的网格划分
一～
圈５凸轮轴重复结构的网格划分 图６曲轴重复结构的网格划分
６
总结
未来发动机零部件的设计与优化会更加广泛和
深入地运用有限元分析技术．网格划分是有限元分 析的关键环节，依靠ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件的网格划分功
作者简介：任润国（１９８４一），男，Βιβλιοθήκη Baidu北大学硕士研究生，研究 方向为汽车结构建模与仿真。
（上接第２５页）
【１３】李铁军．柴油机电控技术实用教程【Ｍ】．北京：机械工业
图８四分之一活塞模型分块
一～
图３镜像后完墨的模型网格 图４凸轮轴重夏结构的分割
对连杆和活塞划分六面体网格，首先应根据对 称平面将模型切分为四部分，然后选择其中的四分 之一进行分块处理。每一个切分出来的部分都应该 满足ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件六面体网格划分的映射条件， 即每个分块都应该是一个拉伸、旋转或扫掠体，每个 分块都至少有一对可进行网格映射的面，其中进行 网格映射的起始面可由多个面组成，但目标面只能 由一个面组成。因此分块方式可能不止一种，四分之 一连杆体模型的局部分块和四分之一活塞模型的分 块如图７和图８所示。在进行模型分块时可打开 ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件可视化工具栏上Ｍａｐｐａｂｌｅ功能进行 模型映射检查。模型分块完成后可利用３Ｄ面板下
万方数据
任润国
尉庆国
樊卓闻：基于ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的发动机零部件网格划分
２９
切割．在气门模型上切出一个四分之一圆柱体，保留 的四分之一的气门模型就成了由一个拉伸体和旋转 体组成的模型，如图ｌ所示。以上对实体模型的编 辑操作可用ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中的Ｇｅｏｍ面板下的ｓｏｌｉｄ ｅｄｉｔ子面板里的功能完成。
圆角、倒角、孔特征及不规则的曲面，对连杆和活塞 模型进行六面体网格划分的难度比凸轮轴和曲轴要 大得多。由于连杆和活塞是发动机非常重要的部件， 对它们进行有限元分析时，应尽可能地对连杆和活 塞划分六面体网格而不是四面体网格，这有利于提 高分析精度。
◆／一
图１气门分割后的四分之一模型
圈２起始处的２Ｄ网梧
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ＯＵＳ
ｗａｓ
ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ
ｔｏ
ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｉｌ－
为了控制生成的六面体网格质量，可先在拉伸
图７连杆体局部模型分块
体的拉伸起始面和旋转体的旋转起始面用２Ｄ面板 的ａｕｔｏｍｅｓｈ功能划出２Ｄ四边形网格，之后以这些 网格为基础使用３Ｄ面板中的ｓｏｌｉｄ ｍａｐ功能生成 ３Ｄ六面体网格，如图２所示。生成四分之一的体网 格后使用Ｔ００１面板的ｒｅｆｌｅｃｔ功能镜像生成剩下四 分之三的体网格．如图３所示。
各体块进行网格划分．也可用ｍｕｌｔｉ ｓｏｌｉｄｓ功能对各 体块进行自动网格划分。连杆和四分之一活塞模型 的网格划分如图９和图１０所示。
连杆和活塞在结构上并不是由一些拉伸、旋转 和扫掠体简单地组合在一起构成的，而且还有许多
一一
万方数据
３０
内燃机与配件
２０１４年第ｌ期
４气缸盖和机体的网格划分
气缸盖和机体的结构非常复杂，要对它们进行 六面体网格划分需要耗费大量的人力和时间。一般 情况下会选择对气缸盖和机体进行四面体网格划 分，而非六面体。在进行大变形和碰撞分析时更是如 此。 在ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件中划分四面体网格一般有两 种方式。一是先用２Ｄ面板下的ａｕｔｏｍｅｓｈ子面板对 气缸盖和机体的表面进行２Ｄ网格划分。并对表面 网格进行质量控制．然后进入到３Ｄ面板下的ｔｅ． ｔｒａｍｅｓｈ子面板中的Ｔｅｔｒａ ｍｅｓｈ功能按钮．软件会根 据已有的２Ｄ网格自动划分３Ｄ四面体网格。第二种 方式是进入到３Ｄ面板下的ｔｅｔｒａｍｅｓｈ子面板中的
防工业出版社．２０１１：１９１．
【３】陈家瑞．汽车构造【Ｍ】．北京：人民交通出版社，２０１０：４０－－１０４． 【４】王钰栋，金磊等．ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ＆ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ应用技巧与高级实 例［ＭＪ．北京：机械工业出版社，２０１２：１４３．
【５】葛彦竹．基于Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的某中型货车车架仿真分析与改 进设计『Ｄ１．长春：吉林大学，２０１０：２７．
Ｖｏｌｕｍｅ
Ｍｅｓｈ。点击ｃｒｅａｔｅ进入ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ
ｐｒｏ．
对复杂模型进行四面体网格划分。ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
ｃｅｓｓ
Ｍａｎａｇｅｒ提供了基于流程自动化的复杂模型四
ｐｒｏｃｅｓｓ
面体网格划分解决方案ｆ４１，运用ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
Ｍａｎａｇｅｒ可对机体等复杂模型进行高效的几何清 理，对孔、圆角、倒角等特征及重要表面进行手动或 自动的分类，对其表面网格进行尺寸和形状的控制。 机体不同直径的孔的分类如图１３所示，孔表面网格 的划分如图１４所示．机体顶面和气缸表面的网格控 制如图１５所示。对以上重要表面划分完２Ｄ网格 后，在对其它表面划分２Ｄ网格，最后根据面网格生 成四面体网格，如图１６所示。在ＴｅｔｒａＭｅｓｈ
京：北京交通大学，２００８．
『１５１孙伟，张云龙，袁大宏．基于ＣＡＮ总线的电控发动机标 定系统的研制【Ｊ】．汽车技术．２００４（９）：ｌ】一１４． 【１６】张翔．ＶＩＳＩＯＮ软件在汽车发动机标定中的应用【Ｊ］．上海
出版社．２０１２． 【２３】庄继晖，谢辉，朱仲文．基于模型的电控柴油机自动标定
平台的开发【Ｊ】．汽车工程．２０１３，３５（７）：６２４－６２８．
【２４］张跃涛，王绍光，张云龙．发动机自动化性能试验及标定
［１４】李岩．基于ＸＣＰ协议的标定系统设计与实现【Ｄ】．长春：
吉林大学，２０１２．
系统［Ｊ１．清华大学学报．２００１，４ｌ（８）：９４—９６． 【２５】刘野．气体燃料发动机电控系统优化标定的研究【Ｄ］．北