[发明专利]基于虚拟分割的保拓扑的复杂薄壁件模型中面抽取方法

说明书

技术领域

本发明涉及CAD和CAE领域，具体涉及一种基于基于虚拟分割的保拓扑的薄壁件模型中面抽取简化方法。

背景技术

现代工业产品研发过程中，对设计产品进行有限元仿真分析是验证产品有效性的重要手段之一。在产品模型进行有限元仿真分析前，通常需要对其进行细节特征抑制和降维等简化操作以提高后续网格生成效率和质量，进而提高仿真分析效率。其中，薄壁件广泛应用于复杂且高精度的汽车、航空航天等产品模型中，其模型简化对薄壁件模型的性能分析至关重要。中面抽取作为针对薄壁件模型的最有效的降维简化方法被广泛应用，其重要性不言而喻。

然而，现有基于中面抽取的简化技术存在很多问题，无法顺利应用到实际工程中，主要表现在中面简化结果的几何精度和拓扑有效性这两个方面。尤其是针对具有复杂几何和拓扑结构的汽车、航空覆盖件等薄壁件模型，现有中面抽取方法无法有效抽取拓扑有效且几何精度高的中面模型。

除此之外，为了降低模型复杂度，通常使用模型分割的方式，而模型分割操作是建立在大量布尔操作基础上的，布尔操作本身的诸多缺陷如计算耗时、易出错、鲁棒性差等，会降低中面抽取方法的鲁棒性，影响其在复杂薄壁件模型上的适用性。本方法提出了基于虚拟分割的中面抽取方法来处理复杂薄壁件模型，以保证其中面结果模型的几何精度和拓扑有效性。

发明内容

本发明提供了一种基于虚拟分割的保拓扑的薄壁件模型中面抽取方法，以主流CAD软件和CAE软件为支撑，通过深度剖析具有复杂几何的薄壁件模型的特点，提出面组对的概念来代替传统方法中的面对，使得面对查找效率和成功率更高，并利用每个面组对将模型进行虚拟分割，降低模型复杂度；然后，利用曲面网格离散、差分和非均匀有理B样条（NURBS）曲面拟合的方式实现复杂自由曲面的中面拟合，从而支持具有复杂几何的薄壁件模型中面的高精度抽取；提出面属性邻接图的方法来确定中面模型的拓扑结构，达到保证中面模型拓扑有效性的目的。

基于虚拟分割的保拓扑的复杂薄壁件模型中面抽取方法，包括以下步骤：

步骤1面组生成：定义一个新的概念面组，查找薄壁件模型中的所有面组，用于后续的面组对匹配、虚拟分割等操作；

步骤2以面组对为单元的模型虚拟分割：根据面组来匹配对应的面组对，通过面组重叠来分割面组对使其一一对应，根据面组对来进行模型的虚拟分割，每个面组对分割为一个独立拓扑子区域；

步骤3中面拓扑生成：提出面属性邻接图的概念，利用面组对间相邻凹边所形成的二面角的角度值和数量来确定待生成中面的连接中面面片数，从而确定中面的拓扑连接结构；

步骤4中面几何生成：对步骤2中分割出的子区域模型采用表面网格离散、双向差分法和曲面拟合的方式来生成中面的几何，确保结果中面的高精度特性，查找薄壁件模型中的面组，代替传统方法中的单个曲面，从而支持后续的面组对匹配、虚拟分割等操作；根据面组间的相互关系来生成面组对并分割使其一一对应，通过面组对来实现薄壁件模型的虚拟分割，从而获得拓扑独立的模型子区域；根据面属性邻接图来构建中面结果模型的拓扑结构，确保中面拓扑有效性；通过表面网格离散、双向差分法和曲面拟合几种方法并用来生成高精度的中面几何。

作为优选方案，包括：

步骤1中的面组为一个筋特征中同侧侧面具有相同的底层集合，具体步骤如下：

步骤1-1曲面几何一致性识别：遍历模型曲面的几何，将拥有同样几何表示的曲面放置在一个潜在的面组集合中。

步骤1-2初步筛选：剔除潜在面组集合中距离大于阈值的曲面，计算集合中各面之间的最短距离，剔除距离大于薄壁件的厚度的面，形成新的面组；

步骤1-3二次筛选：剔除面组几何中法向不一致的曲面；

步骤1-4为查找到的面集构建一个完整的拓扑边界：包括补齐曲面外边界和去除无用内部边界两部分。

作为优选方案，步骤2具体包括：

步骤2-1面组对的生成：通过三个筛选条件为两个面组间的距离小于阈值、两面组法向近似相反和两面组互相投影时具有重叠区域，来判断两个面组是否能够形成面组对；通过投影将不能完全重叠的面组对进行虚拟分割，使所有面组对均为一一对应的；

步骤2-2基于面组对的虚拟分割：根据面组对间的虚拟连接边将薄壁件模型进行虚拟分割，为各个分割子区域添加虚拟侧面和虚拟拓扑结构；

作为优选方案，步骤4具体包括：

步骤4-1曲面网格离散：采用三角网格离散法对子区域表面网格进行离散，取得离散网格顶点作为曲面的离散点集；