基于Pro/E建模的Visual-Mesh網(wǎng)格劃分方法

羅繼輝，陳焱慧

（長江師范學院材料科學與工程學院，重慶 408100）

關(guān)鍵字：Pro/E；Visual-Mesh；網(wǎng)格劃分；ProCAST

ProCAST有限元數(shù)值模擬軟件可對各種金屬及合金的凝固成型過程進行分析，廣泛應用在機械、材料加工等領(lǐng)域[1-3]。該軟件主要由Meshing、Pre-CAST、DataCAST、ProCAST 以及 Visual-Viewer等部分組成，其模擬過程也按照上述模塊逐一進行完成。其中Meshing是有限元分析的前期基礎(chǔ)工作，包括建模和網(wǎng)格劃分。ProCAST軟件支持許多文件格式的建模，從而可以提高建模效率及準確度，目前采用較為廣泛的是IGES格式[4]。許多研究人員在Pro/E軟件中建立鑄型及鑄件的模型，然后將其保存為適合ProCAST處理的文件格式，再將該文件導入Meshing模塊中進行面網(wǎng)格以及體網(wǎng)格的劃分[5-8]。

采用上述方法能大大節(jié)約建模的時間，但是遇到重合曲面問題時，往往在體網(wǎng)格劃分過程中會出現(xiàn)錯誤。原因是重合（或交叉）面同時被兩種材料（鑄件或鑄型）的輪廓所擁有，無法將任何一個表面刪除，在面網(wǎng)格劃分時就產(chǎn)生了交叉網(wǎng)格，無法進行體網(wǎng)格的劃分。因而需要不斷進行面的合并、修改與刪除，且編輯后的成功率較低，導致整個模型網(wǎng)格劃分失敗。為簡化上述操作，提高模型網(wǎng)格劃分的成功率，ProCAST軟件提供了一種新的網(wǎng)格劃分軟件——Visual-Mesh。該軟件具有強大的模型分析及網(wǎng)格劃分功能，操作簡單，容易上手，劃分后的網(wǎng)格在ProCAST中具有較高的識別率。

基于此方法，本文重點討論了Pro/E與Visual-Mesh之間傳遞接口形式，通過在Pro/E軟件中完成實體模型的創(chuàng)建，在Visual-Mesh中進行網(wǎng)格劃分工作，而后輸出適用于ProCAST后續(xù)處理的文件格式。

1 模型建模過程

利用Pro/E軟件首先完成實體模型的三維繪制，所建模型如圖1所示。從圖中可以看出鑄件在圓弧形的鑄型內(nèi)成型，在建立模型時會出現(xiàn)鑄件下底面與鑄型圓弧形底面重合的情況。

圖1 模型建立

Visual-Mesh所能識別的文件包括IGES、PRT、STEP、PNF以及 STL等格式，Pro/E與 Visual-Mesh之間存在通用接口。相比之下，用Pro/E完成的實體模型在網(wǎng)格劃分時錯誤較多，而用曲面模型（IGES格式）時就很少出錯。此外，Visual-Mesh對IGES文檔具有更好的編輯功能。因而，將建立的模型輸出為*.IGES，并將其導入Visual-Mesh中，如圖2a）所示。

圖2 模型重合表面處理

在Visual-Mesh編輯環(huán)境下，對重復的面進行選取，只需進行刪除操作即可刪除其中重合的任意表面。利用Visual-Mesh提供的分析工具可以進行檢查，圖2b）是經(jīng)過面刪除后的模型特征，圖中箭頭所指線條表示被刪除的表面。此外，Visual-Mesh還提供面修復工具，點擊“Repair”當中的“Check”功能即可對模型進行檢查，點擊“Auto Correct All”可進行更正，其操作界面見圖3a）.同理，對重合面的修復，也可根據(jù)不同情況點擊“Assembly”以及“Intersection”進行處理，其操作界面分別見圖3b）及3c）.

圖3 模型修復操作界面

2 網(wǎng)格劃分

2.1 面網(wǎng)格劃分

對完成修復的模型進行面網(wǎng)格劃分，點擊“Surface Mesh”功能，在網(wǎng)格大?。‥lement Size）中輸入網(wǎng)格的尺寸“1”，然后點選“Mesh All Surface”，模型所有面的面網(wǎng)格即可劃分完畢，如圖4所示。點擊“Check Surface Mesh”對網(wǎng)格劃分質(zhì)量進行檢查，軟件會自動顯示網(wǎng)格劃分的各類錯誤。

圖4 Visual-Mesh面網(wǎng)格劃分

2.2 體網(wǎng)格劃分

點擊“Tetra Mesh”功能中的“Mesh”鍵，完成整個模型的網(wǎng)格劃分工作。最后將完成的網(wǎng)格進行輸出，輸出格式為*.mesh.圖5是在ProCAST內(nèi)看到的整個模型網(wǎng)格劃分情況，圖中箭頭1所指部分表示鑄件，箭頭2所指部分表示鑄型?？梢钥闯觯趯隤roCAST進行數(shù)值模擬時，系統(tǒng)能清楚辨識兩部分不同的材料（鑄型與鑄件）。

圖5 網(wǎng)格導入ProCAST

3 結(jié) 論

針對ProCAST數(shù)值模擬過程中網(wǎng)格劃分存在很大困難，提出采用Pro/E建模并輸出IGES格式文件，實現(xiàn)Pro/E與Visual-Mesh之間的數(shù)據(jù)交換。實踐表明，利用Visual-Mesh的編輯功能，可有效解決模型中重復曲面的編輯問題，操作簡單可靠，能實現(xiàn)適用于ProCAST文件格式的模型網(wǎng)格劃分。