[发明专利]一种划分内燃机活塞六面体网格的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理领域，具体涉及一种划分内燃机活塞六面 体网格的方法。

背景技术

在现代内燃机设计过程中，为了提高设计的可靠性以节省时间及减小 实验失败率，常使用CAD(计算机辅助设计)及CAE(计算机辅助工程)技 术。CAD软件有CATIA，PRO/E，UG等，CAE软件有NASTRAN，ABAQUS等。通 过运用CAD软件建立数字三维几何模型，然后通过CAE的前处理软件对三维 几何模型进行离散化，建立有限元模型。

在运用过程中，由于活塞结构复杂，若采用四面体单元，将存在四面 体单元节点多，矩阵大，计算大且计算精度较差的缺陷，采用二阶四面体单 元，则计算量更大，计算成本高。采用六面体单元便成了非常理想的解决方 案。

专利申请号为CN200510121431、名称为“一种生成三维有限元网格的 方法”的专利文献公开了生成三维有限元网格的一种方法，具体包括以下步 骤：在对象实体三维模型的表面进行二维面网格划分，通过由投影轮廓线建 立起来的实体基本网格来产生包围三维模型的实体基本网格，将二维面网格 插入到实体基本网格之后，去除对象实体面网格之外的实体网格，得到最终 需要的实体三维网格。采用此方法来划分活塞六面体单元，由于活塞环槽厚 度尺寸很小，通常只有1～2mm，而专利申请号为CN200510121431的方法 中的可识别最小尺寸也在2mm以上，因此，若采用专利申请号为 CN200510121431的方法，对于小型汽油机活塞而言，其识别精度不足从而 影响网格质量。进而影响整个活塞六面体单元的划分。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明采用一种有效的方法处理活 塞环岸，以便快速、高效、高质量地划分活塞六面体单元。

本发明采用的技术方案是：

一种划分内燃机活塞六面体网格的方法，包括以下步骤：

1.1建立活塞的三维几何模型；

1.2去除活塞环岸；

1.3对经过1.2步骤处理的活塞初始拓扑，得到初始有限元模型，并使 初始六面体网格体积大于三维模型；

1.4对经过1.2步骤处理的活塞划分二维封闭面网格；

1.5对经过1.3步骤所得到的初始有限元模型及二维封闭面网格进行拓 扑计算，得到有限元模型；

1.6人工添加活塞环岸网格。

采用上述方法去构建划分活塞六面体网格，对环岸先行去除，最后在 构建环岸，方便地处理了活塞中不规则部位，提高了整个活塞六面体单元的 划分的工作效率。

附图说明.

图1本发明采用的方法中第一步得到的活塞的三维模型图；

图2本发明采用的方法中第二步得到的活塞的三维模型图；

图3本发明采用的方法中第三步得到的活塞拓朴后的效果图；

图4本发明采用的方法中活塞拓朴过程示意图；

图5本发明采用的方法中第四步得到的活塞二维封闭面网格图；

图6本发明采用的方法中第五步得到的拓扑后的活塞有限元模型；

图7本发明采用的方法中第六步得到的完整的六面体网格活塞。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明公开的划分内燃机活塞六面体网格的方法进行 具体的说明。

第一步，如图1所示，首先建立活塞的三维几何模型。该模型的建立可 以采用常用的商业三维软件，例如Pro/E、CATIA、UG。

第二步，如图2所示，去除活塞环岸。该步骤可以通过第一步中所提及 的三维软件来实现。由于型号不同，活塞环岸数也不同。无论何种型号，均 去除第一环岸和最后一个环槽之间的所有环岸。本实施例中去除的是第二环 岸和第三环岸。

第三步，如图3所示，对去除环岸的活塞初始拓扑，所述初始拓扑就是 采用最大包容原则使拓扑后的六面体网格容积大于被拓扑对象，并使初始六 面体网格体积大于第二步中去除活塞环岸后的活塞三维几何模型。该步骤可 以通过有限元前处理软件，如FAME，MENTAT来实现。在本实施例中本步骤优 选但并不局限于如下操作：

3.1如图4所示，判断销座以外可以沿方向①从活塞头部拉伸至活塞 裙端的部分1，包含内外销座的部分3、销座以上的部分2和销座以下的部 分4；