四面体网格划分的艺术：HyperMesh宝典新篇

四面体网格划分在HyperMesh中可以说是非常简单的。基本思路是先划分外表面的三角形网格，然后由外向内生成四面体网格。

对外表面的三角形的基本要求有：

1、精确捕捉几何特征

2、形成封闭空间

3、单元质量不能太差

3、相邻单元的法向夹角不能太小

4、相邻两片外表面之间的距离不能太小

先用一个简单的结构四面体的例子来说明：

Step1、打开帮助文件中的manifold_surf_mesh.hm

Step2、检查自由边

因为该模型没有自由边，点击find edges后，屏幕左下角会显示

如果有自由边，那边使用几何/网格编辑工具修复。

再检查T型连接

因为该模型没有T型连接，点击find edges后，屏幕左下角会显示

如果有T型连接，那边使用几何/网格编辑工具修复。

Step3、生成四面体单元

如果是结构四面体，使用如下设置可以直接生成四面体，这里我们让程序自动将四边形切割成三角形。

或者先在split面板将四边形切割成三角形

如果是CFD分析用的体网格，需要先在CFD tetramesh面板生成边界层

对于复杂流体空间，可以使用1st cell height calc按钮计算第一层边界层的厚度。

在生成CFD体网格的面板里面需要分别指定有边界层和无边界层的2D网格

设置完毕后点击mesh按钮进行划分，结果如下：

CFD网格通常要求在几何突变处或者曲率较大的区域进行局部细化，automesh面板的surface deviation子面板可以满足这些要求，第三列绿色的refine按钮可以选择几何特征进行进一步地细化。

Tetramesh面板有几个比较重要的选项

1、速度/质量选项

通常选择质量优先，只有当单元数量极大（比如大于几千万或上亿）才采用速度优先

2、插值算法

网格质量要求较高时（或者想达到希望的质量要求有困难时）选择Interpolate算法

希望得到高质量流体边界层时可以采用Octree based算法

在拓扑优化设计空间定义时可以采用user Controlled方法得到内外大小一致的四面体网格，设置方法如下图：

和standard选项的对比如下：

接下来，我们说点实际中可能碰到的一些问题

问题1，模型没有自由边和T型连接，但是划分四面体失败。

这种情况通常在复杂的结构中出现，通常是因为2D网格的拓扑有错误或者单元之间的法向夹角过小。

模型如下：

模型中2D网格的质量良好而且也没有自由边和T型连接，但左侧区域有两排网格之间的夹角只有0.01度（基本上重合）

如果我们直接使用tetramesh面板去生成四面体网格，HyperMesh也可以成功生成（说明tetramesh面板确实非常强大），但是得到的四面体网格的质量是非常差的

要避免此类问题，可以使用tetramesh面板自带的2D网格检查工具

得到的结果如下：

找到问题部位后局部修改2D网格即可。

问题2、体的内部有孔

简单的情况如下，如果采用默认设置中间的球形区域不会生成网格，如果希望在两个区域同时都生成网格，可以这样处理：

Step1，划分2D单元

Step2，打开tetramesh面板的fill voids选项

生成的四面体网格如下：

问题3，体单元的局部细化

通常应该在2D网格上完成细化后在生成体网格，但是在一些情况下也可能需要对体单元进行局部细化。Tetramesh面板提供了相应的选项。

Step1，在tetramesh面板的Refinement box子面板创建一个refine box并提供希望细化到的单元边长（refinement size），输入相应参数后点击create按钮进行创建

如果希望再对该refine box进行编辑可以直接点击freehand edit按钮进行编辑

然后在tetramesh parameters子面板选中该refine box对应的comp

最后在tetramesh子面板进行四面体网格的生成，效果如下：

问题4、孔和圆角的特征捕捉

为了使圆角的单元呈规则排列，需要进行必要的几何清理，划分网格时使用mixed方法，结果如下图所示：

圆孔的处理方法类似，结果如下图所示：

实际上，四面体网格的绝大部分工作都在于生成表面网格，而生成高质量的表面网格可能会花费相当多的时间。对于动力总成、复杂注塑件等尤其如此。

如果对网格的要求不高，HyperMesh简单易用的四面体划分工具

打开后界面如下图：

一般只需要填好3个参数

Mesh Size：平均单元尺寸

Minimum edge Size: 最小特征边长一般取平均单元尺寸的1/5

Minimum elem Size: 最小单元边长一般取平均单元尺寸的1/5

然后选择components进行划分即可，如果遇到问题需要修复，方法同上。

该工具会自动完成几何清理-2D网格划分-2D单元清理-生成四面体单元整个过程。可能出现的主要问题是清理过程可能导致局部单元没有紧贴几何表面。

另外，HyperMesh的utility工具集中也提供了直接修正四面体单元质量的工具，请大家自己尝试使用。

打开后会先要求用户选择四面体单元（框选部分或全部单元即可）：

对于复杂模型建议选择Remesh选项，否则局部几何造成的问题单元可能无法修复。

以下是对四面体网格的一些常见要求：

1、对于圆角，希望得到大小匀称而且排列整齐的网格

2、对于特定半径范围的圆柱孔，希望固定圆周方向的单元个数和轴线方向的单元长度

3、大多数情况下希望圆柱面上的网格横平竖直，尺寸一致

4、四面体螺栓处有漂亮的washer

5、在重要部位希望增加体单元的层数

另外，我们有时希望软件能自动按照事先给定的要求生成体网格。

所有这些功能HyperMesh都可以通过几何清理或者tetramesh的控制实现。但是HyperWorks中还有更专业更自动化的四面体网格划分工具——SimLab。

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