本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)械零件的六面體有限元網(wǎng)格生成方法，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第50卷第15期 2014年8月

機(jī) 械 工 程 學(xué) 報(bào)

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.50 No.15 Aug. 2014

DOI：10.3901/JME.2014.15.113

復(fù)雜機(jī)械零件的六面體有限元網(wǎng)格生成方法

曹華軍 舒林森 許 磊 李 浩

(重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400030)

摘要：為了解決復(fù)雜機(jī)械零件有限元仿真效率與計(jì)算精度難以保證的問(wèn)題，提出一種面向復(fù)雜外形機(jī)械零件的全六面體有限元網(wǎng)格生成方法。通過(guò)引入有限元網(wǎng)格誤差估算理論對(duì)關(guān)注區(qū)域的誤差特性及其導(dǎo)致因素進(jìn)行分析；基于復(fù)雜外形機(jī)械零件的幾何特征與物理特性建立模型關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別準(zhǔn)則，并研究模型計(jì)算域虛擬規(guī)劃策略給出其算法及其實(shí)施步驟；以模型計(jì)算域虛擬規(guī)劃為基礎(chǔ)，提出了六面體網(wǎng)格生成算法與結(jié)果網(wǎng)格的質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。算例應(yīng)用驗(yàn)證表明，該方法能將復(fù)雜機(jī)械零件進(jìn)行全六面體有限元網(wǎng)格劃分，生成的結(jié)果網(wǎng)格具有關(guān)鍵區(qū)域特征表達(dá)準(zhǔn)確、全局網(wǎng)格分布合理且單元質(zhì)量高等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)械零件；六面體網(wǎng)格；關(guān)鍵區(qū)域；虛擬規(guī)劃模型 中圖分類號(hào)：TP273；O24

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Hexahedral Mesh Generation Method for Complex Mechanical Structure

CAO Huajun SHU Linsen XU Lei LI Hao

(The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400030)

Abstract：An all hexahedral finite element mesh (FEM) generation method is proposed for complex mechanical structure, with the purpose to guarantee finite element simulation efficiency and precision in complex mechanical structure. The error characteristics and its cause in focus local mesh are analyzed by the finite element mesh error estimation. Based on the geometrical features and physical properties of the complex mechanical structure, the recognition criteria of critical region are established. Hexahedral mesh generation algorithm and implementation steps are presented based on the virtual planning model of structure calculation domain and the mesh quality evaluation criterion is also build. Numerical examples show that this method has the ability to generate all hexahedral finite element mesh for complex mechanical structure and critical regions are expressed accurately, and global mesh is distribution with rationality and high quality.

Key words：complex mechanical structure；hexahedral-mesh；critical region；virtual planning model

0 前言

諸如飛行器、艦船、車輛及機(jī)床等重大機(jī)械裝備的關(guān)鍵零部件多為復(fù)雜非規(guī)則結(jié)構(gòu)，因此復(fù)雜機(jī)械零件的有限元網(wǎng)格生成有著廣泛的工程應(yīng)用背景。優(yōu)良的網(wǎng)格是高效、高精度有限元物理場(chǎng)分析

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的關(guān)鍵，其生成方法備受關(guān)注。與四面體網(wǎng)格相比，六面體網(wǎng)格具備求解精度高、收斂速度快、變形特性好、單元數(shù)量少、計(jì)算機(jī)資源成本低等優(yōu)點(diǎn)

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是數(shù)值分析的首選網(wǎng)格。但六面體網(wǎng)格具有復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系且模型適應(yīng)能力差，對(duì)于不規(guī)則外形機(jī)械零件，連續(xù)完整的六面體有限元模型網(wǎng)格生成比* 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃，2011CB013400-05)和教育部博士點(diǎn)基金(20110191110005)資助項(xiàng)目。20130902收到初稿，20140520收到修改稿

較困難。目前的劃分方法包括映射法、區(qū)域分解法、

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柵格法和推進(jìn)波前法等，均無(wú)法將任意外形的復(fù)雜機(jī)械零件自動(dòng)生成高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格。因此，研究復(fù)雜機(jī)械零件六面體網(wǎng)格生成方法具有重要的意義與工程價(jià)值。

復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)的六面體網(wǎng)格自動(dòng)生成方法是三維網(wǎng)格生成的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不少研究者對(duì)復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)的六面體網(wǎng)格生成方法進(jìn)行了卓有成效的研究和探索。RUIZ-GIRONÉS 等提出了基于子映射法的表面多聯(lián)通結(jié)構(gòu)的六

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面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成算法；SHIVANNA等提出了基于特征的六面體多域網(wǎng)格自動(dòng)生成方法及其質(zhì)量

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優(yōu)化算法；SU等研究了基于柵格有限元的三維

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六面體網(wǎng)格劃分方法及其應(yīng)用準(zhǔn)則；肖周芳等研究了多源多目標(biāo)的體結(jié)構(gòu)全六面體有限元網(wǎng)格劃分

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SHEPHERD等方法；提出針對(duì)自適六面體網(wǎng)格

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  本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)械零件的六面體有限元網(wǎng)格生成方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。