Autodesk Simulation. Переделка конструкторской модели в расчетную. Поверхности

Шестое  сообщение из серии. Сегодня Как обещал объясню более подробно откуда при разбивке поверхностных моделей в Autodesk Simulation на оболочечную сетку  возникают некоторые несовместности сетки, которые были описаны в прошлых публикациях (Проект "Опоры", Проект "Канистра")

Читать далее...

На рисунке ниже можно увидеть пять поверхностей, сориентированных в пространстве и по отношению к друг другу различным образом, а также сетку которая получилась при их разбиении.

Выделенные цветом кромки поверхностей на обоих частях рисунка служат единственной цели - подсветить кромки, дабы было проще ориентироваться и понимать о чем идет речь.

Итак, на рисунке у нас обозначены белым цветом и присутствуют:

1. большая "горизонтальная поверхность" (1), с которой пересекаются три других  (2, 3, 4)
2. вертикальная плоскость расположенная в левой части модели. Начинается с горизонтальной плоскости 1, края первой и второй плоскости пересекаются.
3. большая вертикальная плоскость. Пересекается с 1, 5. Границы поверхности (кромки) пересекаются с поверхностью 1, но пр этом поверхность 3 "проходит сквозь" поверхность 1.
4. Вертикальная поверхность в правой части модели. Начинается с поверхности 1, однако не доходит до ее границ
5. Пространственная плоскость, которая пересекается с 3 и 4, но не пересекается с границами поверхностей. Начинается и заканчивается не с какой-то из плоскостей, а "в пространстве"

Что же у нас получается? Результат отмечен фиолетовыми цифрами:

1. Совместная сетка. Т.к. поверхность 2 начинается с 1, программа нашла пересечение и создала совместную кромку. 
2. Сетка по большей части не совместная. Не смотря на то, что поверхности 1 и 3 пересекаются, они не имеют общих кромок, и не имеют кромок, которые лежат на другой поверхности. По этому Simulation не определяет пересечения. В то же время у поверхностей пересекаются кромки, поэтому у них есть два совместных узла в местах их пересечения.
3. Совместная сетка. Не смотря на то, что кромки поверхностей 1 и 4  не пересекаются и границы поверхности 4 существенно меньше поверхности 1, да еще и 4 повернута на угол сетка совместна, т.к. одна из кромок поверхности 4 лежит на поверхности 1
4. Сетка не совместная. Т.к. поверхность 5 пересекает "насквозь" поверхность 3, но при этом не пересекается кромками, и не имеет "совместных кромок"
5. Сетка не совместная Т.к. поверхность 5 частично пересекает "насквозь" поверхность 3, но при этом не пересекается кромками, и не имеет "совместных кромок".

Итак, как видно из примера, алгоритм создания оболочечных сеток для поверхностной геометрии в Autodesk Simulation создает совместную сетку только в случае когда считает, что у поверхностей пересеклись кромки, или "уверен" в том, что кромка одной поверхности лежит на поверхности другой.
В случае плоских поверхностей - обычно проблем нет, в случае когда поверхности криволинейны, и кромки представлены не прямыми линиями, то даже в случае если Вы уверены в том, что одна поверхность доходит ровно до другой (например, если Вы именно так строили эти поверхности в CAD системе), то AS может иметь мнение отличное от Вашего.
Хоть это и происходит в следствие численных погрешностей импорта экспорта... Увы придется считаться именно с мнением AS.

Так как сейчас мы с Вами не ограничены временем доклада, то давайте рассмотрим еще несколько случаев, которые могут возникнуть в жизни.

Итак, у нас снова "куча" поверхностей. Снова у нас есть одна большая горизонтальная поверхность, и 8 других. Визуально кажется, что дополнительных поверхностей всего 6, но на самом деле их 8. Впрочем раз не сразу понятно почему их 8-мь, опишем их исходя из того что видят глаза. 

• Первая поверхность просто проходит сквозь нашу горизонтальную и по сему сетка не совместна
• "Вторая" кажется полной аналогией первой, но у нее сетка почему-то  вдруг стала совместной. Причина такого поведения заключается в том, что на самом деле это не одна а две поверхности, которые заканчиваются аккуратно на горизонтальной поверхности. Они являются аналогом первой поверхности, только разрезанной "напополам"
• Третья поверхность это круг, который пересекается своей кромкой с кромкой с кромкой горизонтальной поверхности. В наличии имеется совместный узел. При этом он там не оказался не просто так, а именно в связи с работой алгоритма создания совместной сетки. Доказательством тому служит деформация сетки в районе второго круга,  который расположен в той же плоскости.
• Четвертая поверхность это малый круг, который касается одной точкой нашу горизонтальную поверхность. кроме деформации сетки вдоль длинной стороны горизонтальной поверхности (совпадает с осью ОХ), можно заметить и другую деформацию. На рисунке ниже видно, что для данной окружности AS попытался создать три совместных узла, но все же два из трех (боковые без центрального) не слил, но разместил близко друг к другу. Подобное может помочь при решении разного рода контактных задач, но само по себе является интересной особенностью. 

• Пятая поверхность (треугольник) тоже касается одной точкой горизонтальной плоскости, и там тоже есть совместная сетка.
• Шестая поверхность пересекает кромку горизонтальной - и у нас снова совместная секта.

Итак, под видом шести поверхностей, мы перечислили семь. Где же восьмая? Для этого посмотрим на рисунок ниже:

специально, для улучшения понимания, горизонтальная поверхность выделена желтым цветом, а оставшаяся восьмая - фиолетовым. В связи с тем что она полностью лежит на горизонтальной поверхности, то визуально догадаться сложно. Тем не менее AS создал там совместную сетку для обоих поверхностей, но следует отметить, что хоть узлы и одинаковые, элементов там два комплекта. Это можно использовать, для задания, например, разных толщин. Подобное часто бывает нужно при моделировании деталей сваренных внахлест.

И раз уж мы описали, что происходит с сетками поверхностей, которые совпадают полностью, не лишним будет описать что происходит, когда поверхности совпадают не полностью.

Итак, сверху у нас две поверхности которые имеют одну совместную кромку, но расположены друг к другу под углом в 0.1 градус.

Снизу у нас поверхности, которые созданы в одной плоскости, но имеют частичный нахлест. Для нижних поверхностей характерно то, что уже было описано выше - т.е. там где есть нахлест - узлы совпадают, но два комплекта элементов.

А вот с поверхностями, которые под малым углом все хуже - сетка там частично совместна, частично нет. Причем разделяется она где-то на середине наклонной поверхности. В этом можно убедиться если рассмотреть картинку вверху, и нижнюю картинку, которая показывает ту же сетку но с "изнаночной стороны."

Таким образом, необходимо учесть, что AS может не только создать "несовместную сетку", там где она должна быть совместной, но и создать совместную, даже там, где по идее должно быть две отдельных сетки, с разными и узлами и элементами. Естественно, что это происходит в следствие ограничения в численной точности, но это нужно учитывать

Васильев Антон, для adsk.tmm-sapr.org