作者 | 張楊  仿真秀專欄作者

首發(fā) | 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）

人的生活不可能離開醫(yī)生，因?yàn)槲覀兛倳谀硞€時刻生??；而且絕大部分的病如果不及時治療，是會影響到工作和生活的。對于仿真的幾何也有類似的情況，那就是模型會“生病”。如果不治好這些“病”，那么我們的仿真就無法順利的進(jìn)行下去。

 圖1 FLuent仿真 需要“治療”的CAD“病人們”

當(dāng)然，幾何模型的“病”是相對而言的，并不是絕對存在的。類似于面間隙、缺失、錯誤等癥狀，也大多數(shù)是由于數(shù)據(jù)傳遞的原因造成的。因此可以這樣講，如果我們的幾何模型不用做仿真分析，那么他們就是健康的；假如傳統(tǒng)的CAD幾何模型需要用作Fluent仿真分析時，而此時恰好又出現(xiàn)了某些幾何的錯誤情況，這個時候我們才需要請出我們的“醫(yī)生”來對癥下藥，根治幾何中存在的“病癥”。

圖2 常見的CAD 錯誤

對于Fluent仿真中的醫(yī)生，其實(shí)就是SCDM軟件中的幾何修復(fù)工具（當(dāng)然可能還包含一部分Fluent Mehsing的功能，本文中暫不涉及）。

 圖3 妙手回春的醫(yī)生們

一、全科門診的青年醫(yī)生
 
在前處理工作中，有一類幾何問題最為常見，而且廣泛存在于各個導(dǎo)入的CAD模型之中。對于這部分幾何問題，檢索和定位相對容易，處理起來的難度也比較小，整個過程幾乎可以全自動完成。

我們將這些自動化的幾何修復(fù)工具稱之為“全科門診的青年醫(yī)生”，主要包括“拼接、間距、缺失的表面”。

圖4 全自動的修復(fù)工具

需要注意的是，F(xiàn)luent前處理中的“全科醫(yī)生”還兼職“檢驗(yàn)科醫(yī)生”的大部分職責(zé)，可以自動的探測幾何模型“生病”的位置。
 
幾位“青年醫(yī)生”的工作按照以下的方式展開：
 
●  拼接（Stich）：將多個面拼接成為一個（在結(jié)構(gòu)樹中）面

幾何數(shù)據(jù)在傳遞的過程中不可避免的會出現(xiàn)容差不一致的情況，這一類情況通常會導(dǎo)致實(shí)體幾何被拆散成多個面；當(dāng)然，這些面的位置關(guān)系通常還是可以保證的，因此，對于此類問題，拼接是一個有效的操作，能夠快速將單個實(shí)體復(fù)原。

圖5 拼接工具

●  缺失的表面（Missing Faces） 
 
如果數(shù)據(jù)傳遞的過程中出現(xiàn)了面缺失的情況，即使將多個面拼接成了一個面，也不會得到實(shí)體幾何，原因就是幾何不封閉、不水密，只能是一個大的面，而無法成為實(shí)體。

 圖6 缺失的表面工具

這個時候缺失的表面功能就派上用場了，他可以自動修復(fù)面缺失的情況，從而封閉幾何，得到實(shí)體。
 
●  間距（Gap）
 
間距的功能與缺失的表面類似，從一個簡單的角度來理解，就是大的面用缺失的表面修復(fù)，小的面用間距修復(fù)。因此缺失的表面功能通常需要輸入最小值，而間距功能需要輸入最大值。

圖7 間距工具

對于自動修復(fù)幾何的方法，通常按照以下規(guī)則組織進(jìn)行：
 
1. 首先使用拼接功能修復(fù)（高版本的軟件記得勾選”檢查重合”）；

2. 隨后檢查間距和缺失的表面，優(yōu)先修復(fù)數(shù)量少的問題；

3. 對于失敗的問題，進(jìn)行手動修復(fù)；

4. 對于主要特征面缺失的情況，建議另外導(dǎo)入包含該面的其他文件。

二、特病特治的專家醫(yī)生
 
除了通用的幾何問題，還有一些其他的個性化問題。這些“病癥“可能無法按照通用的思路進(jìn)行處理，因此就必須要請出我們的“專家醫(yī)生”。

 
常見的“特殊病情”有以下幾個方面：
 
★  特殊病情一：自動修復(fù)的面形狀問題較大。
 
如果采用缺失的表面（Missing Faces）進(jìn)行自動修復(fù)，會有一定的幾率出現(xiàn)修復(fù)的面形狀不對、或者讓工程師不滿意的情況，這樣的工作是無法滿足需求的。
 
★  特殊病情二：自動修復(fù)失敗。
 
當(dāng)缺失的面本身較為復(fù)雜時，可能出現(xiàn)自動修復(fù)無法完成的情況，這樣會導(dǎo)致實(shí)體無法有效封閉。
 
★  特殊病情三：有一些孤立的線和點(diǎn)。
 
這一部分問題是不能通過拼接、缺失的表面、和間隙等自動工具有效處理的。
 
★  特殊病情四：需要依據(jù)某些特征對面做一些修改。
 
這些問題其實(shí)已經(jīng)超出了修復(fù)幾何的范疇，更偏向于更改幾何的內(nèi)容。

針對上述的疑難雜癥，幾位“專家醫(yī)生”通常按照以下的方式進(jìn)行分工與合作：

●  融合（Blend）

融合“醫(yī)生”是最為常用、最為重要的手動工具，可以修補(bǔ)缺失的表面。通常用于多個對應(yīng)的點(diǎn)、線、面之間，從而生成線、面、體，而且還可以根據(jù)不同的需求選擇生成的路徑。

Tips：先拼接、再融合會提高成功幾率。

圖8 融合工具

●  拉動（Pull）

拉動功能本身可以針對點(diǎn)、線、面進(jìn)行操作，從而生成線、面、體。和融合功能一樣，都是屬于幾何模型升維的操作。但是在修復(fù)幾何“病癥”的情況下，拉動“醫(yī)生”則通常作用于線，目的則是生成面或者修補(bǔ)面。

圖9 拉動工具

●  填充（Fill）

和拉動功能一樣，填充功能更多的應(yīng)用場景是對實(shí)體進(jìn)行操作，從而簡化幾何模型。在修復(fù)功能上，填充“醫(yī)生”只能針對封閉的環(huán)邊進(jìn)行“醫(yī)治”，可以認(rèn)為是快速、簡化版本的融合工具。

圖10 填充工具

●  壓?。↖mprint）

兩個（或多個）面相交也是經(jīng)常出現(xiàn)的問題，壓印“醫(yī)生”可以獲取相交位置的交線，隨后配合草圖工具、分割工具或面曲線工具，可以有效實(shí)現(xiàn)面的特征分割與刪除。

Tips：先分離、再壓印才能有效獲取交線，單個曲面的自相交不會被壓印工具檢測到。

圖11 壓印工具

●  面曲線（Face Curve）

面曲線“醫(yī)生”允許我們在三維實(shí)體上直接進(jìn)行“畫線”的操作，是非常靈活、強(qiáng)大的附加工具。在實(shí)際的產(chǎn)品前處理中，其主要的應(yīng)用場景是配合壓印進(jìn)行面的分割。

圖12 面曲線工具

●  替換（Replace）

替換“醫(yī)生”的任務(wù)是將一個面替換為另一個面。 可使用單個面替換多個面、以多個面替換單個面，或以多個面替換多個面。該“醫(yī)生”允許手動將復(fù)雜面及曲線簡化或?qū)R為平面、圓柱及圓錐。主要的應(yīng)用場景是根據(jù)特定的需求對幾何（面或線）進(jìn)行更改操作。

圖13 替換工具

●  延伸（Extend）

延伸“醫(yī)生”同樣兼職了部分檢查科醫(yī)生的工作，能夠自動檢測需要延伸的區(qū)域（即面之間存在縫隙），當(dāng)然，也可以自動的修復(fù)這些問題。

Tips：當(dāng)被延伸面是曲面時，自動操作容易失敗。

圖14 延伸工具

●  投影（Project）

投影“醫(yī)生”可通過延伸另一個實(shí)體、曲面、草圖或注解文本的邊，從而在實(shí)體面上創(chuàng)建邊。這是一個很好的方式，用來保留我們需要的幾何特征。

Tips：如果自動延伸失敗了，則可以先投影，再融合，通常會成功。

圖15 投影工具

三、以毒攻毒的資深中醫(yī)

對于有一些疑難雜癥，可能會讓醫(yī)生和專家們束手無策，這個時候就必須要請出我們的資深老中醫(yī)，按照以毒攻毒的方法將問題解決。

所謂以毒攻毒，就是要在已經(jīng)存在的問題上新增額外的”問題”，其核心思想為“先分離（破壞）、后重建”。

毒藥劑一：面（全部）分離（Detach）

這位“老中醫(yī)”的工作可以簡單理解為拼接的“逆操作”。他可以將完整的實(shí)體分割成面，也可以將單獨(dú)的大面分割成多個小面。由于我們的幾何中出現(xiàn)問題的位置總是很小的區(qū)域，這就需要我們先把這個小區(qū)域分離出來進(jìn)行處理。

圖16 分離工具

毒藥劑二：（面）分割（Split）

分割醫(yī)生通常緊跟著分離醫(yī)生后面繼續(xù)下藥。大部分的情況下通過分離得到的面仍舊相對較大，錯誤位置僅為一條小的邊，所以通過繼續(xù)的分割操作，可以有效的定位到病癥的根源區(qū)域，而不影響其他健康的幾何位置。

圖17 分割工具

毒藥劑三：（面或線）刪除（Delete）

通過上兩位醫(yī)生的工作，通常我們就可以準(zhǔn)確定位到錯誤的區(qū)域了。對于這些錯誤的面、不需要的面（或線），通常直接刪除掉即可，方法是右鍵在GUI（或結(jié)構(gòu)樹）中點(diǎn)擊即可。需要注意的是，該刪除的方法只能針對面（線）幾何，不可以針對實(shí)體中的面進(jìn)行操作。

圖18 刪除工具

上述工作完成以后，老中醫(yī)們“不負(fù)責(zé)任“的工作就告一段落了?？梢院唵蔚睦斫鉃椋?jīng)過毒劑處理過的幾何，還得作為新的病人再送到醫(yī)生和專家手里進(jìn)行下一步的醫(yī)治。

四、為人低調(diào)的檢驗(yàn)醫(yī)生

最后不得不提的就是我們專職的檢驗(yàn)科醫(yī)生“檢查幾何體”。他的作用是檢查結(jié)構(gòu)樹中的實(shí)體或曲面，來發(fā)現(xiàn)所有可能存在的幾何錯誤，被檢查出來的錯誤會在單獨(dú)的窗口顯示。當(dāng)然，我們也可以選擇 Zoom to fit selection（將選定區(qū)域縮放至屏幕大?。┮宰詣臃糯笤O(shè)計窗口中的問題區(qū)域。

圖19 檢查幾何體工具

值得注意的是，有些通過“檢查幾何”發(fā)現(xiàn)的問題，是并不影響網(wǎng)格劃分的。但是我們?nèi)耘f推薦大家使用這一個功能。

有了這些“醫(yī)生”，我們就可以依靠他們解決導(dǎo)入CAD幾何的各種病癥，更加高效準(zhǔn)確的完成Fluent 仿真前處理的工作。

那么，有沒有什么有效的方式可以避免導(dǎo)入的CAD幾何出現(xiàn)錯誤呢？答案還是相對簡單的，就是要負(fù)責(zé)任的從CAD軟件中輸出幾何。

如果設(shè)計工程師把半成品直接輸出給我們，那實(shí)際上是會極大增加仿真工程師的工作量的。因此我們的建議在第一條就要求：設(shè)計工程師輸出的幾何必須是完整準(zhǔn)確的。

第二條建議：從CAD中輸出的幾何模型必須都是實(shí)體。很多時候設(shè)計工程師主要負(fù)責(zé)曲面建模和設(shè)計，這些曲面的特征是最為重要的。但是僅有這些重要的曲面也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要閉合成為實(shí)體。本身已經(jīng)是實(shí)體的幾何在數(shù)據(jù)傳遞的過程中都會存在離散成面的風(fēng)險，更不用提本身就是面的幾何了。

圖20 無論哪種CAD軟件，輸出實(shí)體幾何最重要

第三條建議：儲存CAD數(shù)據(jù)前，盡量調(diào)高數(shù)據(jù)精度。雖然無法保證高精度的幾何模型一定不會有問題，但是這樣做確實(shí)會降低出現(xiàn)問題的幾率，因此還是推薦的。

圖21 提高輸出CAD的數(shù)據(jù)精度

最后一條建議（最后播報）：任何的模型直接存成自身軟件的零件（.prt）或者裝配體（.asm）格式即可，SCDM都具備對應(yīng)的接口，直接讀取數(shù)據(jù)接口出錯的幾率是最低的；盡量不要選擇中立格式。

最后播報：我已經(jīng)傾其所有，請大家繼續(xù)前進(jìn)，祝你們成功！