【正文】 高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡兩個(gè)因數(shù)綜合考慮。在靜力分析時(shí)如果僅僅是計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，則網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析，在應(yīng)力變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處）為了較好地反映應(yīng)力分布規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。因此網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)增加到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在次要部位增加網(wǎng)格是不必要的，也是不經(jīng)濟(jì)的。但高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多，因此在使用時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮計(jì)算精度和時(shí)間。不同階次單元之間要采用特殊的過渡單元連接，或采用多點(diǎn)約束等式連接。直觀上看，網(wǎng)格各邊長或各個(gè)內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、邊節(jié)點(diǎn)位于邊界等分點(diǎn)附近的 網(wǎng)格質(zhì)量較好。而 在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。即應(yīng)使網(wǎng)格形式滿足邊界條件特點(diǎn)，而不應(yīng)讓邊界條件來適應(yīng)網(wǎng)格。 (3) 有限元分析基本的線性代數(shù)方 程組求解過程的誤差，例如單元?jiǎng)偠染仃嚨臄?shù)值積分，迭代近似計(jì)算等。 當(dāng)客戶完成一項(xiàng)有限元分析時(shí)，花費(fèi)在建模上的時(shí)間可能占據(jù)總過程的 80%。 兩個(gè)軟件之間的 轉(zhuǎn)換精度的高低取決于接口程序的好壞 。另一種方式是通過標(biāo)準(zhǔn)圖形格式如 IGES、 STL、 Step、 Parasolid傳遞 ， IGES接口應(yīng)用比較廣泛， 然而近幾年來許多人提出 由于 IGES標(biāo)準(zhǔn)本身的不嚴(yán)格性，導(dǎo)致多數(shù)復(fù)雜模型的傳遞以失敗告終 。 拓?fù)滹@示的依據(jù)就是誤差值的設(shè)定。在圖中出現(xiàn)的紅黃藍(lán)三色線雜亂不堪，根本無法清晰地表示各個(gè)面之間的關(guān)系，甚至有的地方出現(xiàn)面重疊或面丟失的情況。但這并不意味著選擇最小的誤差值就能提高導(dǎo)入后模型的質(zhì)量。 (a)圖呈現(xiàn)了各類出現(xiàn)在模型中的 典型 間隙； (b)圖則從宏觀的角度表現(xiàn)了 間隙出現(xiàn)的位置與數(shù)量，當(dāng) 模型所有 面與黃線 被隱藏 后，圖片中出現(xiàn)的紅線和藍(lán)線表示該處模型需要得到修改，這些間隙全部都出現(xiàn)在離合器齒轂外殼末端，這也作為清理模型前的總體預(yù)覽圖?？傮w上，離合器齒轂被較完整地（特別是花鍵齒部分）導(dǎo)入 ANSA中。 修復(fù)第一類典型的間隙 圖 幾何 模型外殼末端線面關(guān)系的圖片，從圖中能夠發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別奇怪的現(xiàn)象，被畫過圈的線段雖然顯示為黃色，但是卻不見另外與之相交的一面。 圖 離合器齒轂 幾何 模型外殼末端 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 38 圖 “隱形面”的刪除 刪除該面后建立新的面，但由于間隙的存在，線與線的不連貫性導(dǎo)致無法整體建面，故 需要 針對不同的間隙，單獨(dú)建面。雖然“隱性面”的刪除并未對間隙造成影響，但圖中出現(xiàn)的藍(lán)色線段表示此處存在多余的面，按刪除面的指令選擇藍(lán)線后，有三個(gè)面可上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 40 被刪除，但由圖 ?？紤]到 ANSA具有“恢復(fù)面 ” 的功能，如果恢復(fù)“隱性面”，那么建立新面的界線便能找到。同時(shí)，“隱形面”在被恢復(fù)及修補(bǔ)后，第一類間隙自動(dòng)修復(fù)完成，這也表明面的修復(fù)相當(dāng)于面的新建。這些細(xì)節(jié)往往不是基于結(jié)構(gòu)的考慮，保留這些細(xì)節(jié)，單元數(shù)量勢必增加，甚至?xí)谏w問題的主要矛盾，對分析結(jié)果造成負(fù)面影響。CAE 中最直接的辦法是依靠軟件具有的 “ 重構(gòu) ” 功能，即剔除細(xì)部特征、縫補(bǔ)面和將小面 “ 融入 ” 大曲面等。 (a) 結(jié)構(gòu)簡化前 (b) 結(jié)構(gòu)簡化后 圖 結(jié)構(gòu)簡化前后三角帶處模型 圖 的離合器齒轂有限元模型，除三角處的簡化之外，圓盤上三處凹槽、花鍵槽上腰孔，花鍵筒邊緣的倒角都被去除。 (2) 映射網(wǎng)格劃分 映射網(wǎng)格劃分是對規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法，其原始概念是：對于面，只能是四邊形面，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)需在對邊上保持一致，形成的單元全部為四邊形；對于體，只能是六面體，對應(yīng)線和面的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)保持一致；形成的單元全部為六面體。 當(dāng)然 為保證網(wǎng)格的連續(xù)性，生成的內(nèi)部輔助面必須屬于兩個(gè)相鄰的子塊?；旌暇W(wǎng)格劃分方式要在計(jì)算精度、計(jì)算時(shí)間、建模工作量等方面進(jìn)行綜合考慮。針對花鍵轂、不存在圓孔的圓盤、存在圓孔的圓盤、過渡大圓角和花鍵槽的不同特點(diǎn)采取相適應(yīng)的網(wǎng)格劃分法。 圖 對邊上網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)的一致 性 首先對圓盤進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因?yàn)閳A盤體的厚度不變，故采用拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 48 圖 圓盤的面網(wǎng)格 帶圓孔的圓盤（圖 ）的網(wǎng)格劃 分仍可采用 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 法。所謂掃略線表示原始面偏移方向與偏移量。選擇上圓盤面邊線上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，投影到下圓盤面的邊線上，連接兩節(jié)點(diǎn)，掃略線的建立完成。利用 MAP準(zhǔn)則生成圓角處的面網(wǎng)格。從圖 ，圓角處的體網(wǎng)格和花鍵 筒 的體網(wǎng)格相交面的節(jié)點(diǎn)之間是無關(guān)聯(lián)的，這 種情況是不符合有限元分析的前提的。如圖 。對于上半部的花鍵轂 可 任意選擇花鍵齒上的豎邊線作為掃略線，掃略層數(shù)設(shè)置為 10。 (a) (b) (c) 圖 花鍵轂原始面的生成 圖 花鍵轂體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 54 由于離合器齒轂外殼的過渡大圓角（圖 ）的不規(guī)整性，故適合應(yīng)用自由網(wǎng)格劃分法。將交面的上邊線的網(wǎng)格劃分投影到下邊線，不僅網(wǎng)格對邊劃分?jǐn)?shù)一致，而且所劃分出的網(wǎng)格與圓盤體網(wǎng)格的最外面 是 完全一致的，這樣就保證了模型體網(wǎng)格的整體性了。這樣，在體網(wǎng)格生成時(shí)，幫助減少四面體的數(shù)量，而出現(xiàn)更 多過渡金字塔體單元，提高體網(wǎng)格的質(zhì)量。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 56 圖 過渡圓角的體網(wǎng)格 花鍵槽的生成非常簡單，采用掃略網(wǎng)格劃分法，利用 GLIDE指令，選擇在過渡圓角中已經(jīng)劃分好的交面的面網(wǎng)格作為原始 面，任意 選擇 花鍵高度的豎線為掃略線。由此發(fā)現(xiàn)，對于結(jié)構(gòu)非常規(guī)整的 模型，選擇掃略網(wǎng)格劃分法，不僅不用進(jìn)行對各個(gè)面的網(wǎng)格劃分，而且也減少了結(jié)構(gòu)簡化的工作量。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低?？紤]到過渡圓角的體網(wǎng)格生成采用了自由網(wǎng)格劃分法，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞基于面網(wǎng)格的劃 分。在不改變邊節(jié)點(diǎn)的前提下， 檢查各單元法向來判定各區(qū)域的曲率變化情況，在曲率較大變形劇烈的區(qū)域單元，進(jìn)行網(wǎng)格加密重新劃分，如此循環(huán)直到滿足網(wǎng)格單元的曲率要求為止。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 60 圖 網(wǎng)格 質(zhì)量較差的單元分布圖 圖 網(wǎng)格質(zhì)量較差的單元集中圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 61 圖 網(wǎng)格重新劃分后質(zhì)。圖 呈現(xiàn)了網(wǎng)格重新劃分后質(zhì)量較差單元的分布情況，質(zhì)量不佳的面網(wǎng)格數(shù)量減小為 30。圖 中左下角的數(shù)據(jù)中，第五行 OFF 后的數(shù)字表示過渡圓角面網(wǎng)格劃分質(zhì)量較差的單元數(shù)量。 如圖 中所示，圖中的 紅 色網(wǎng)格都是 ANSA 軟件中檢查出的質(zhì)量較差的體單元，圖中左下角的一排數(shù)據(jù)中， OFF 后的數(shù)字表示質(zhì)量較差單元的數(shù)量。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 58 圖 離合器齒轂體網(wǎng)格 圖 去掉過渡大圓角后的體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 59 網(wǎng)格質(zhì)量的檢查 在第二章節(jié)中已經(jīng)提到，網(wǎng)格 質(zhì)量好壞將影響計(jì)算精度，質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。 由于 GLIDE指令只考慮原始面和掃略線，如果在結(jié)構(gòu)模型簡化時(shí)對三角帶部分不做處理，不修補(bǔ)腰孔，掃略后生成的體網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)簡化前是一致的 ,如圖 。 圖 過渡圓角的面網(wǎng)格 在 ANSA中，有基于面網(wǎng)格自由生成體網(wǎng)格的指令，生成后的體網(wǎng)格雖然 基于 表面 的 是五面體，但大多還是四面體。所以采用分割上下花鍵筒 的方法，將圓角的外面與平面的交線投影到內(nèi)側(cè)花鍵槽，建立規(guī)則的交面（圖 ） 。過渡大圓角分別與帶圓孔的圓盤、花鍵槽連接。生成的體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與 CAD模型差別不大，并且也保證了各體單元之間的連貫性。由于此面 的建立依據(jù)于圓角邊線，并且它既可作為下半部花鍵轂劃分體網(wǎng)格的原始面，又可作為上半部 花鍵轂劃分體網(wǎng) 格的原始面，實(shí)現(xiàn)了中間體系的作用。 圖 體單元節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)位 所謂的中間體系必須做到既要與圓角體網(wǎng)格有關(guān)聯(lián)，又要和花鍵轂有關(guān)聯(lián)，就能保證兩體的相關(guān)性了。這樣即能夠保證圓角處與圓盤體網(wǎng)格 銜接節(jié)點(diǎn)的重疊， 又對計(jì)算 結(jié)果 影響不大，生成后的體網(wǎng)格如圖 。在確認(rèn)原始面與掃略線的基礎(chǔ)上，將圓盤體的掃略設(shè)定為兩層，其體網(wǎng)格生成如圖 。雖然 掃略網(wǎng)格劃分 法無需要求模型的封閉性， 但掃略線必須建立在面的基礎(chǔ)上。兩圓孔中間的連接面保證對邊上的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)一致。建立掃略方向的線是拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法中的一個(gè)要素。 圖 網(wǎng)格劃分前的模型分解 離合器齒轂體網(wǎng)格的生成 無論是對于面或體的網(wǎng)格劃分，為保證模型的整體性，必須確保每個(gè)面單元或體單元節(jié)點(diǎn)之間的連接，即保持兩個(gè)不同面單元或體單元在連接線或面上的一致性，網(wǎng)格之間不能發(fā)生錯(cuò)位，否則在進(jìn)行有限元分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)為兩個(gè)不同的面或體，對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生極大的影響，這也就是上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 47 實(shí)現(xiàn)映射網(wǎng)格劃分法中對邊上的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù) 的 一致 性 。 對 于 實(shí)在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域 ，在 ANSA中仍然可以執(zhí)行自由體網(wǎng)格劃分的指令，如果 在該區(qū)域與已進(jìn)行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域 存在 交界面， 那上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 46 么面上 會(huì)自動(dòng)形成金字塔過渡單元。通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式，對于復(fù)雜幾何實(shí)體，經(jīng)過一些簡單的切分處理，就可以自動(dòng)形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格，它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢和靈活性。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 45 但對 于體網(wǎng)格的劃分， MAP 準(zhǔn)則要求首先任意選擇兩組相對的面，稱為主面與從面，并且兩者之間具有諧調(diào)的網(wǎng)格，即主從面對應(yīng)邊的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)一致，使得到的兩面網(wǎng)格劃分圖比較相似，但同時(shí)也要求其它面（路徑面）上的網(wǎng)格必須全部都是四邊形。通常情況 下，對于復(fù)雜幾何模型而言，這種 網(wǎng)格劃分 方法省時(shí)省力，但缺點(diǎn)是單元數(shù)量通常會(huì)很大，計(jì)算效率降低。 因此，對離合器齒轂有限元模型結(jié)構(gòu)做如下簡化： (1) 忽略離合器齒轂外殼三角帶部分（圖 ） ，考慮到外殼為約束處，三角帶不影響對盤面及花鍵齒的應(yīng)力分析。一方面檢查模型的完整性，另一方面剔除對分析無用的細(xì)節(jié)特征。 (a) 恢復(fù)“隱性面” (b) 選擇白線為界線建面 (c) 新建的面 (d) 修補(bǔ)間隙 圖 修復(fù)第二類典型間 隙處的過程 離合器齒轂有限元模型的結(jié)構(gòu)簡化 在有限元分析過程中， 數(shù)據(jù)傳遞面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn) 就 是將導(dǎo)入 CAE程序的 CAD 模型改造成適合有限元分析的網(wǎng)格模型。 (a)刪除“隱性面”前 (b) 刪除“隱性面”后 圖 刪除“隱性面”后第二類典型間隙處的變化 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 41 圖 與藍(lán)線有關(guān)的可刪除的所有面 圖 刪除第一個(gè)面后的圖片 雖然恢復(fù)了“隱形面”，但該面仍不可見，且面的邊界線成紅色（圖(a)圖 ） 。由于第一個(gè)可刪除的面形狀不規(guī)則，不符合原來的平面位置，故選擇刪除 第一個(gè)面。建完面后如圖(a)所示，由于間隙尺寸較小且存在基面（圖 (a)中陰影部分），即間隙面與陰影面基于同一平面，此時(shí)只需利用 ANSA中的 TOPO指令，框選需要修補(bǔ)的地方，此面的修復(fù) 便 完成（圖 (b)圖）。但 從理論角度分析，黃線代表確實(shí)存在這些面，并且當(dāng)選擇刪除面的指令時(shí)，此面可被選中（圖 ） 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 36 (a) (b) 圖 基 于中間誤差等級(jí)的花鍵有限元 幾何 模型及間隙分布 圖 基于最小誤差等級(jí)導(dǎo)入后的離合器齒轂 幾何 模型 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 37 離合器齒轂 幾何 模型的清理 在此模型中，所謂的模