3-matic 案例应用

使用3-matic 处理扫描的点云数据
 
  英国westland飞机制造公司(WHL)为了研究直升机的性能,需要进行风洞测试飞机模型。3-matic软件帮助他们流体动力学和环境工作小组解决了许多难题。由于没有直升机的3D数据模型,他们公司首先使用Gambit软件对扫描的点云进行逆向重建,进行手动曲面缩减和设计。但是在修复复杂的有大量细小特征的前视红外仪和底架模型的时候,由于扫描数据质量很差,许多的细节部分数据特征丢失而无法修复,并且有的曲面无法合成到一个壳体当中,许多曲面无法创建实体模型。因此他们借助Materialise3-matic软件,只用了几天的时间就为WESTLAND提供了一个高质量的直升机模型。

图 [1]

  使用3-matic软件分割红外仪和底架模型然后进行3维重建,并且轻松移除重叠和交错的三角片,然后逐步完整主体结构的重建修复。由于扫描数据缺失,特别是支架与机身的连接部位如图1,在3-matic软件中可以在扫描数据上轻松地重建圆柱模型,螺旋桨部分的扫描点云也比较差,Materialise公司工程人员使用3-matic软件只用了17个小时就完成了修复工作,这是其它CAD软件重建时间的1/3.

图 [2]

  3-matic的网格重划功能可以快速生成优良的质量网格(如图3a和图3b),从扫描零件或STL模型得到的曲面网格常常会带有大量的不规则三角片。为便于生成最优化的体网格,使用3-matic软件可以更快更轻松的修改曲面网格,以满足CFD软件的需要(这个案例数输出到Fluent软件的Gambit、Tgrid)。
图 [3a]    图 [3b]

  3-matic提供的高级自动曲面网格生成工具,你可以完全控制和修改网格,在3-matic软件中进行分割,输出优过化的网格到Fluent软件中(如图4),以前非常复杂的繁重的CFD前处理过程在3-matic中变得极其方便,在Fluent软件中生成网格用作分析空气流动,这整个过程只需要10个小时。
图 [4]

  最后westland飞机公司建这些曲面在Tgrid中转化成为体网格,经过后处理后的体网格直接输入到Fluent软件中将行CFD分析(如图5)。经过3-matic软件优化处理过的网格,在Fluent软件中进行CFD分析可以更快等到更精确的肥西结,正如westland公司Baverstock说的:Materialise提供的数据模型非常精确,例如设计的支架与风洞测试的评估值偏差不到4%。

图 [5]

 

使用3-matic汽车气缸的CFD前处理
 
  使用3-matic快速提取气缸水套模型并且做CFD网格优化,在3-matic软件中读入STL数据模型,直接标记选中水套出口区域,分割这些区域使气缸水套曲面从气缸整体部分中分离出来,得到一个独立的气缸水套模型结构,清除了多余的无效曲面,如下图: 
  
最初得到的气缸模型是由三角片曲面组成的,模型中包含了许多狭长并且大小不均匀的三角片。在CFD仿真分析中,三角片网格的形状越是接近等边三角形,仿真计算的结果就越接近真实情况。3-matic软件中Remesh模块可以快速将形状狭长的三角片重新划分成近似于等边的三角形德网格。

    对于气缸零件局部有薄壁结构区域,在3-matic软件可以进行薄壁厚度分析,薄壁厚度可以用色彩清晰的标识出来以便于观察和检测。然后对薄壁区域进行局部优化以获得最优CFD分析模型。

  最后输出经过优化的气缸水套的STL网格文件,就可以得到直接用作CFD软件进行仿真分析的模型,这整个过程只需要1-2个小时。从而省略了在CFD软件中繁杂的零件前处理工作。

3-matic大大缩减FEA前处理的时间
 

  Materialise公司3-matic软件提供了一种全新的工具。为你节约了大量的FEA/CFD 前处理时间,甚至原来不可行的项目现在也可以轻松实现。有些在生产过程原来无法使用的CAD数据或者零件属性(如形状或壁厚),3-matic也能轻松对零件进行处理。
    
3-matic提供了大量工具,可以轻松地将CAD文件的转化成为稳定、干净的供
FEA/CFD
分析使用的最优网格。大大缩减CAD模型仿真前处理的时间,你可以将不同类型文件几何模型合成到一个项目中而不需要逆向工程。STL文件修复在CAD软件中是非常耗费时间的工作,通过3-matic自动化的工具可以轻松快速地完成。通过在三角片网格上操作大大缩短了CAD分析的预处理时间。3-matic具有快速处理大型复杂的用作FEACAD数据的能力,应用高级CAD输入功能轻松将CAD几何模型转成高质量的封闭网格模型。自动修复CAD文件、去除小特征、创建仿真“边界条件盒”(如图3)、进行网格优化和检查等。

3-matic处理大型复杂的用作FEACAD数据的步骤:

自动CAD文件修复
图1:从不同类型文件得到的部件被合成到一个文件当中
轻松小特征去除(如图2)
快速的布尔操作(包括自动化的干涉去除)
创建“边界条件盒”只需几次鼠标点击(如图3)
网格优化和检查
   
    3-matic可以直接读取CAD几何模型和扫描数据,快速处理大型复杂的用作FEA的CAD数据,将各种格式的文件输入到一个项目中进行修改。例如,你可以把CAD模型文件导入到由扫描点云所产生的3D模型中进行操作,因此便可以节省你数周时间。3-matic的批转换模块提供了一个完整的自动化转换功能,可以一次性将上百个不同类型的几何(CAD、面体)文件转成一个封闭的实体模型,批处理转换过程包括了自动几何修复、清理以及网格清除,手动几何清理时间上加快2-5倍,并且减小了文件的大小。


图2:小特征去除,模型包络以便分析

图3:在汽车关键部位优化网格,进行空气动力模拟分析
 

3-matic快速将CAD模型和扫描数据合成至一个项目的步骤:

自动加载多个CAD文件并进行修补
将多种格式CAD文件合成为一个零件(如图1和4)
外部包络(如图9)
质量对话框选项保证将CAD文件转为好的网格
网格优化和检查
  
图4:由多种数据合成的6缸发动机零件   图5:零件修补并合成到一个零件(剖视图)
 
         图6:外部包络 (剖视图)  图7:最优化模型流体分析