利用CADdoctor对CAE数模进行简化处理

业基科技   张延斌

一、   背景介绍

CAE分析在新产品开发过程中地位在不断提高，正在逐步的替换和减少传统物理样机的使用。通过产品开发过程中引入CAE，可以大大的缩短整个研发周期，加快产品上市时间。

随着CAE应用的普及，我们也越来越重视CAE本身的效率。影响CAE效率的因素有很多，除了CAE软件本身及使用人员的熟练程度外，跟CAE数模的本身也有很大的关系。像CAE数模的质量，CAE数模的简化等等，都对CAE分析效率有很大的影响。

二、   CAE模型的简化

对于CAE分析来说，最理想的结果是将完整的模型导入到CAE分析软件中进行分析，可以得到最接近真实的结果。但实际上完整的模型导入会带来一些效率上的问题,下面我们从两个方面来探讨这个问题。

如果不简化模型，在划分网格的时候，要适应模型的微小细节，就要划分尽量小的网格，而网格越小，整个CAE分析求解的时间就越长，有时候甚至导致计算机内存的爆满而死机，如果模型的本身就很大，网格的数量很可能就是天文数字。同时CAE求解时间是随着单元数量的增加而呈指数函数增加，这个时候的分析时间及硬盘存储的需求都会大大增加。如下图所示，在模型的圆角部位，可以发现网格的大小和数量与平缓部位的区别，我们应该尽可能的在不影响分析结果的情况下简化模型以减少网格数量和提高网格质量。

还有一个原因就是模型微小细节的地方，网格的质量往往不好，如果强行求解的话，得到的结果收敛性可能很差，反而降低了准确度。

一般需要对模型进行下列四种方式简化：

1、 对结构特性没有太大影响的小孔（通孔、填料槽等）。

2、 对结构没有太大影响的小圆角。

3、 可以合并到一起的小平面。

4、 小的边缘。

上面的四类简化，不会对结果有什么影响

三、   CADdoctor介绍

CADdoctor是美国Elysium的产品，Elysium公司是达索、西门子、欧特克和PTC等主流PLM、CAX公司的授权合作伙伴，与各PLM、CAX公司有着多年紧密的合作，可以保证3D数据在各个软件和高低版本之间的互换性。

CADdoctor可以提供高质量的三维数模检查和优化功能，软件提供简易的人机接口，让用户可以快速上手。在CADdoctor中，工程师可以对3D数模进行格式转换，并快速检查三维数模的问题，自动优化数模，还可以快速的简化和封装模型，对非等厚面进行中间面的抽取。同时也包括数模之间的几何比对、模型的开模检讨等强大的功能。

四、   CADdoctor简化功能

CADdoctor提供了高效的简化工具，可以快速的识别指定阈值内的圆角、孔、倒角等特征，并可根据需要进行选择性的或者批量的移除识别的特征。

1.   识别/删除圆角

CADdoctor不仅能识别常规的圆角，还可以识别可变圆角及圆角间过度区域（如下图白色区域）。下图左侧是原模型，右侧是简化后的模型。

2.   识别/删除孔

CADdoctor不仅可以识别简单的圆孔，也可以识别通用孔、盲孔和台阶孔。下图左侧为识别孔，右侧为删除孔后的模型。

3.   识别/删除凸台和加强筋

CADdoctor可以识别指定阈值内的凸台和加强筋，并可根据需要进行简化。下图左侧为模型上的凸台和加强筋特征，右侧为移除后的模型。

4.   识别/删除台阶

CADdoctor可以识别指定阈值的台阶，并可根据选择移除台阶。下图中左侧为有台阶的模型，右侧为移除台阶后的模型。

5.   合并面

一些小面可能导致模型划分网格失败，合并面功能可以在不改变模型几何的前提下，合并这些小面。下图左侧为CADdoctor识别到的可合并的面，右侧为合并面后的模型。

6.   抽取内流场

CADdoctor可以方便的识别腔体，并快速生成内腔实体，便于流体分析。下图左侧为识别腔体的模型，右侧为抽取的内腔实体。

五、   简化前后的网格对比

对模型进行简化，并分别在简化前后对模型进行网格划分，然后对网格数量进行对比，可以看到简化对网格划分的影响。

下图左侧是没有进行简化的模型，右侧是划分网格后的模型，网格数量是180212。

下图左侧是简化过的模型，去除了0-3mm的圆角，删除了文字和凸台，删除了台阶孔，用时约5分钟。右侧是划分网格后的模型，网格数量是74344。

简化后的模型的网格数量是未简化前的40%左右，分析时间为未简化的20%左右。

六、   总结

通过对相同模型简化前后的对比，我们发现在不影响零件结构的前提下，通过CADdoctor批量删除小圆角、凸台及台阶等特征，可以大大的减少网格数量，从而加快分析速度。

参考文献：