网格划分和处理

第4章网格划分的处理

内容提要

主要介绍模型网络的划分和网格缺陷的处理方法，为Moldflow分析的前处理打好基础。

学习重点

网格划分方法、网格缺陷诊断处理方法。

4．1 前言

Moldflow作为成功的注塑产品成型仿真及分析软件，采用的基本思想也是工程领域中最常用的有限元方法。

简单来说，有限元方法就是利用假想的线（或面）将连续介质的内部和边界分割成有限大小的，有限数目的，离散的单元来研究。这样，就把原来一个连续简化成有限个单元的体系，从而得到真实的结构的近似模型，最终的数值计算就是在这个离散花的模型上进行的。直观上，物体被划分成“网格”状，在Moldflow中我们就将这些单元称为网格（mesh）。如图4-1所示。

正因为网格在整个数值防真计算的基础，所以网格的划分和处理在整个Moldflow分析中占有很重要的地位。

4．2网格的类型

在Moldflow中，划分成网格主要有三种类型：中面网格（Midplane）,表面网格（Fusion）和实体网格（3D），如图4-2所示。

中面网格（Midplane）是有三节点的三角形单元组成的，网格创建在模型壁厚的中间处，形成单格网格。在创建中面网格的过程中，要实时提取模型的壁厚信息，并赋予相应的三角单元。

表面网格（Fusion）也是由三节点的三角形单元组成，与中面网格不同，他是创建在模型的上下两层表面上。

实体网格（3D）是有四节点和四面体单元组成，每一个四面体单元又是四个Midplane 模型中的三角单元组成的，利用3D网格可以更为精确地进行三维流动防真。

4．3 网格的划分

首先，在已经建好的项目中导入所用模型，如图4-3，选择Import命令后，在对话框

中打开模型文件，此时会弹出一个对话框4-4。

接着，在图4-4的对话框中，选择网格划分类型，包括Midplane，Fusion，和Solid （3D）三种，同时还要选择导入模型所采用的单位，包括Millimeter(毫米),Centimeter（厘米），Meter(米)和Inch(英寸)。选择完毕，单击OK按钮后，模型被导入，如图4-5，此时网格尚未划分，仅仅选择了网格的类型。

然后，在任务窗口中双击Create Mesh图标，或者选择Mesh菜单中的Generate Mesh命令，会弹出网络生成对话框。

单击Advanced按钮，在Global length 右侧文本框中输入合理的网络单元边长。对于导入格式为IGES的情况，还要输入IGES merge tolerance（合并容差）,其默认值一般是0,01mm。单击Preview(预览)按钮可以查看网络划分的大致情况，同时作为参考。

最后，单击上述对话框中的Generate Mesh按钮，生成网格，如图4-8。此时，任务窗口中的图标变成，显示表明：网格类型为Fusion，单元个数为2820。

4．4网格状态统计

在Moldflow中，系统自动生成的网格随着制件形状的复杂程度存在着或多或少的缺陷，网格的缺陷不仅仅对计算结果的真确性和准确性产生影响，而且在网格质量严重低下的情况，会使计算根本无法进行。因此，进行Moldflow分析之前需要对网格状态进行统计，再根据统计的结果对现有的网格进行修改。

网格划分完毕后，选择Mesh菜单中的Mesh Statistices命令，网格统计的结果就会以窗口的形式弹出，如图4-9。

Enity counts: 实体个数，统计网格划分后模型中各类实体的个数；

Surface triangles: 三角形单元个数；

Nodes: 节点个数

Beams：一维单元个数

Connectivity regions：连通域的个数，统计模型网格划分后模型内独立的连通域，其值为1，否则说明模型存在问题；

Edge details: 单元边的信息；

Free edges: 自由边的信息，自由边是指一个三角形或3D单元的某一边没有与其他单元共用，如图4-10（a），在Fusion和3D类型网格中不允许存在自由边；

Manifold edges: 交叠边，交叠边是指由两个三角形或者3D单元所共用的一条边，如图4-10（b）,在Fusion类型网格中，只存在交叠边；

Non-manifold edges: 非交叠边是指由两个以上三角形或3D单元所共用的一条边，如图4-10（b），在Fusion网格类型中，不允许存在非交叠边。

Orientation details: 单元定向信息；

Elements not details: 统计没有定向的单元数，该值一定要为0；

Intersection details: 单元交叉信息；

Element intersections: 互相交叉的单元数，表示不同平面上的单元互相交叉的情况，如图4-11所示，其中情况2）单元互相交叉穿过是不允许的；

Fully overlapping elements: 单元重叠单元数，表示单元重叠的情况，如图4-12所示，第2中情况为单元部分重叠，第3中情况为单元完全重叠，这两种情况都是不允许发生的；

Duplicate beams: 一维单元重叠信息；

Surface triangle aspect ratio: 三角形单元的纵横比信息；

三角形的纵横比是指三角形的长高两个方向的极限尺寸之比，如图4-13中的w/h。单元纵横比对分析计算结果的精确性有很大的影响。一般在Midplane和Fusion类型网格的分析中，纵横比的推荐极大值是6，在3D类型网格中，推荐的纵横比极大极小值分别是50和5，平均应该在15左右。

Minimum aspect ratio: 纵横比的极小值；

Minimum aspect ratio：纵横比的极大值

Mverage aspect ratio : 纵横比的平均值；

Match ratio: 单元匹配率信息（仅仅针对Fusion类型的网格），在表示模型上下表面网格单元的相匹配程度。对于Flow分析，单元匹配率应大与85%是可以接受的，低与50%根本无法计算。对于Warp分析，单元匹配率同样要超过85%。如果单元匹配率太低，就应该重新划分网格。

4．5网格处理工具

经过网格信息的统计，一般都会发现网络中存在问题，这时就需要利用Moldfolw提供的网络工具，对网格进行处理。在网格缺陷的处理过程中，要保持模型的几何形状。尽可能不发生大的改变。

选择Mesh菜单中的Mesh Tools命令，弹出网格处理工具对话框，如图4-14。

Moldflow共提供了18种网格处理的工具，下面介绍其中的主要内容。

4．5．1自动修补

自动修补（Auto repair）功能，此功能对Fusion模型很有效，能自动搜索并处理模型网格中存在的单元交差和单元重叠的问题，同时可以改进单元的纵横比，在使用一次该功能后，在次使用该功能，可以提高修改的效率，但是不能期待该功能解决所有网格中存在的问题。

4．5．2处理纵横比

处理纵横比（Fix Aspect Ratio)功能可以降低模型网格的最大纵横比，并接近所给出的目标值，如图4-15和图4-16。

4．5．3全部合并

全部合并（Global Merge)功能可以一次合并所有间距小与Merge tolerance(合并容差)的节点，如图4-17。

4．5．4 合并节点