TWI275971B - Automated meshes creation method - Google Patents

Description

1275971 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 尤其是有關於 之方法。 本發明係有關於一種產生網袼的方法， 一種自動化產生網格，以供應用於模流分析 【先前技術】 -般而言’在電腦辅助工程分析CAE(computerAided 一繼ring)巾，如果要進行各種數值分析I法，例如有限 1分法㈣Μ)、有限元纽（聰）、有限體積法（觸）、 U元素法（FBM) ’必須Μ模擬的物件模型在電腦上進 行網格切割’以使這些網格趨近於模擬的物件模型。因 此’經由電腦所產生的網格的品質好壞將直接影響到數值 分析的準確性，從而影響分析結果的判讀。 在先前技術中，對於三次元立體模型而言，如要進行 分析，即要將模型切割成三次元的立體網格。通常，如圖 5所示’三次元的立體網格可分為四類，分別為：六面體 元素（hexa)51、角柱型元素、四面體元素㈣^ 以及金字塔型元素（pyramid)54。 先前技術之網格產生的方式可分為兩大類·· 第一類屬於非結構性網格型態，包含前述之四面體元 素53和金字塔型元素54這兩種元素。這類型網格的優點是 網格可以由任意的自由邊界產生，容易達到快速自動化產 生的效果，然而，其缺點為不易控制網格的層數，從而間 接影響分析結果的準確性。 θ 1275971 • 第二類屬於結構性網格型態，包含前述的角柱型元素 52和六面體兀素51這兩種元素。這類型網格的優點是網格 品質很好，層數也容易控制，但是產生過程不易是其最^ 的缺點，並且使用者需要花費相當長的時間，並且累積相 當多的知識及經驗才有能力完成這樣的工作。 在先前技術之相關專利（例如美國專利5,896,3〇3及 6,512,999)及相關文獻（例如 “B〇undary Layer Meshing for • Viscous Flows in Complex Domains, Rao V.Garimella and Mark S.

Sheptod’ Sdentifie Computation Research Center“）中都曾揭霖 層網格的產生方式，並應用在計算流體力學的== 而，先4技術並沒有揭露應用在模流分析的邊界網格產生 技術。 雖然，模流分析與一般的計算流體力學（CFD)類似， 都需要處理邊界層流動變化差異極大的問題，所以邊界層 三次元立體網格的產生有助於提高分析結果的準確性。但 .是，一般計算流體力學的分析均處理外流場的問題，而模 流分析處理的則是内流場的問題，這也間接的提高了模流 分析的網格產生的困難度。 因此，實在有必要發展出一種新的網格產生方法，整 合先前技術兩類不同型態網格的優點，而能自動產生三次 元立體網格，並可維持網格層數及品質的要求，並且可進 一步將產生的三次元立體網格應用在真實三維的模流分 析’例如溫度、壓力及應力的解析上。 1275971 【發明内容】 鑑於先前技術所存在的問題，本發明乃提供一種應用 於模流分析之自動化網格產生方法，用以自動化地產生一 物件（model)之網格，以供應用於模流分析。 本發明之方法包含以下步驟： 1·從一電腦辅助設計模型（CAD modeling)或一三角網格 格式（Stereol ithography，STL)產生模擬該物件之表面之複數 0 個表面網格； 2·修飾（ref ine)该複數個表面網格，以使其符合模流 分析之需要； ' 3·產生模擬該物件之邊界層之複數個邊界層實體網格 (boundary layer solid mesh)； 4·產生模擬該物件之内部之複數個内部體實體網格 (interior solid mesh)； 5·視需要選擇性地改善複數個邊界層實體網格或複數 ⑩ 個内部實體網格之品質； 6·根據所產生的複數個表面網格、複數個邊界層實體 網格以及複數個内部實體網格，進一步進行該物件之真實 三維之模流分析；以及 7·根據模流分析之誤差，視需要選擇性地調整並重新 產生複數個表面網格、複數個邊界層實體網格或複數個内 部實體網格。 在本發明之一實施例中，本發明所產生的複數個邊界 層實體網格係為複數個角柱體（prism)實體網格或複數個六 ‘1275971 ， =體（heXa)實體網格；並且，本發明所產生的複數個内部 貫體網格係為複數個四面體（tetra)實體網格或複數個金字 塔型（pyramid)實體網格。 “ 在本發明之一實施例中，本發明係根據該物件之厚度 或曲折情形來修飾由電腦辅助設計模型或三角網格格式ς 產生的複數個表面網格；並且，本發明係依據—預先決定 之品質標準來改善複數個邊界層實體網格或複數個内部每 體網格之品質。 貝 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 說明二文特舉出較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細 首先，本發明提供一種應用於模流分析之自動化 f生方法’用以自動化地產生一物件之網袼，特別是該‘ 件之邊界層網格，以供應用於模流分析。 κ 圖1顯示本發明之自動化網格產生 圖。如圖！所示，本發明之方法包含步驟S11^= S13、S14、S15、S16 以及 S17，甘曰、”μ 止 動化地進行。 & S17 i且廷些步驟皆是自 進行示’在本發明之方法開始之後，本發明首先 = ^S11，從電腦辅助設計模型（CADm〇 ， 二角網格格式於宏^QTT、+ , 或者 子“。式4田案（STL)產生模擬一物件 之複數個表面網格，用以取衣面成何形狀 用以取侍该項物件之幾何 1275971 如何由電腦辅助設計模型或STL格 技術係屬孰籴此頂姑氷太α 系取传表面網格之 蜀…。此項技*者所週知，在此不予瞽、十、 圖2即顯示在執行步‘驟sii後，本發明在^ 面上產生複數個表面 ^月在物件1之表 之示意圖。如圖2所示，在執物件1表面幾何形狀 在物件1的声而卜奢 執仃S11後，本發明可以 === 數個三角形的網格21，以取得物 明之以供進行下-步驟。或者，在本發 月之另貫施例中，在執行完步驟su後 = 物件1之表面建立起複數個四邊形 ^ /以在 取得之基本幾何形狀，以供進行下22)，以 不符在步驟S11中產生的複數個表面網格21都 理後刀析的需要’而必須經由表面網格修飾步驟處 理後才可使用。因此，在進 y冰地 即進行牛驟ςη伙故 仃兀S11後，本發明接著 格21 ’以使其符合模流分析之需要。于的複數個表面網 度來t步=12 Ιι本發明可以根據物件1各個部位的厚 又木進仃修飾；或者本發明可 各個網格的法後方γί』:硬數個表面網格21的 例而」If線方向疋否朝向-致的方向來進行修飾。舉

處）5夂f物件1較平坦處（例如圖2所示之標號A 單位、^網格的法線皆一致朝向同一方向（亦即各 =法線向量的點積（dotproduct)為D，則表示置可視度 彻山ty)較佳，較不需進行修飾；而在物#1之曲折處 (例如圖2所示之標號β處），夂 一) 口個表面網格的法線並未 朝向同-方向（亦即各單位法線向量的點積小於1}， 1275971 .表示其可視度較差’則本發明可藉由產生更細密的表面網 格來改善可視度的不足。圖3即顯示在執行完步驟si2 後’本發明在物件1上建立經過修飾後的複數個表面網格 31之示意圖。 接著，在完成步驟S12後，本發明即進行步驟sn， 女圖4所示，在物件1之邊界層處產生複數個邊界層實體 ，格（boundary layer solid mesh)41 。其中，複數個邊界^ 籲貫體網格41可以是如圖5A所示的許多六面體（_)實體網 格51所構成；或者，是如圖5β所示的許多角柱體（卯丨挪）實 體網格52所構成。 、 接著，在完成步驟S13後，本發明即進行步驟S14， =圖4所示，在物件丨之邊界層之内部產生複數個内部體 實體網格（interi〇rsolidmesh)42。其中，複數個内部實體網格 42可以是如圖5C所示的許多四面體（tetra)實體網格兄所構 成；或者，是如圖5D所示的許多金字塔型（pyramid)實體 • 網格54所構成。 接著，本發明即選擇性地進行步驟S15，依據一預先 决疋之u口貝標準（例如根據品質表(quai办tabie))來改善複數 個邊界層貫體網格41或複數個内部實體網格42之品質。舉 例而言，本發明可以根據預定進行之模流分析之需求，根 據各個網格的高寬比（asPect rati〇)、扭曲性（skewness)、正 父性（orthogonality)以及網格大小的一致性（滿〇〇也此％)等 标準，來制定品質表的標準。當複數個邊界層實體網格41 或複數個内部實體網格42之品質不符合標準時，本發明即 1275971 · -可對這些網格進行改善；或者，本發明可以 叫修飾表面網格）、步驟S13(產生複數個邊界層實丁體= 秸41)或者步驟S14(產生複數個内部實體網格C)，以確 保產生品質良好的網格。然而，此處需注意的是，步驟 S15疋遠擇性的步驟，而非一定要實施的步驟。例如，當 預定進行的㈣分析的容忍度較大時，本發明可以不進二 步驟S15 ’而仍能達成本發明之目的。 • 接著，本發明即可執行步驟S16，根據前述步驟 S11〜S15所產生的複數個表面網格31、複數個邊界層實體 網格41以及複數個内部實體網格42，進一步進行物件 真實三維之模流分析。 最後，本發明還可以選擇性地執行步驟S17，利用自 調式網格（adaptivemeshing)的技術，根據步驟Sl6中模流分 析之為差，視貫際需要調整並重新執行步驟Sl2(產生複數 個表面網格31)、步驟S13(產生複數個邊界層實體網格 41)或者步驟S14(產生複數個内部實體網格42)。舉例而 如果物件1某處的複數個表面網格31、複數個邊界層 貝體網格41或者複數個内部實體網格42的密度太鬆，而導 致模析日守的溫度解析不足，則本發明即可進行步驟 S17，調整並重新產生該處的網格。 ^如此，本發明即可完成自動化產生網格之目的，並且 較先前技術具有以下優點： 1.本發明可減少所需產生網格的數目，而仍能達成進 行模流分析之目的。 11 1275971 · 2·本發明應用在劇烈溫度變化、

成本、時間、 人為誤差等因素的干擾。 —雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限f本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 ^範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 暑範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 化、速度變化、應力變化 了、准持真貝二維的模流分析的南準確度。 之步驟係全自動化進行，減少人工進行所需 【圖式簡單說明】 圖1為依據本發明之方法之步驟流程圖。 圖2為依據本發明所產生之複數個表面網格之示意圖。 圖3為依據本發明所產生之修飾後複數個表面網格之示意 固4為依據本發明所產生之複數個邊界層實體網格及複數 個内部實體網格之示意圖。 圖5為依據本發明所使用的各種網格種類。 【主要元件符號說明】 物件1 表面網格21、31 邊界層實體網格41 内部實體網格42 六面體元素51 12 1275971 * .角柱型元素52 四面體元素53 金字塔型元素54

Claims (1)

1275971 · *十、申請專利範圍： 1· 一種應用於模流分析之自動化網格產生方法，用以自 動化地產生一物件（model)之網格，以供應用於一模流分 析，該方法包含以下步驟： 從一電腦輔助設計模型（CAD model ing)或一三角網格格式 (Stereol i thography，STL)產生模擬該物件之表面之複數個表 面網格； φ 修飾（refine)該複數個表面網格； 產生模擬該物件之邊界層之複數個邊界層實體網格 (boundary layer solid mesh)； 產生模擬該物件之内部之複數個内部體實體網格（_加 solid mesh)； 改善該複數個邊界層實體網格或該複數個内部 品質； 、，。 根據所產生的該複數個表面網格、該複數個邊界層實體網 格以及該複數個内部實體網格，進一步進行該物體之直無 二維之模流分析；以及 〃、 二‘杈：Γ:之决差，调整亚重新產生該複數個表面網 數個邊界層實體網格或該複數個内部實體網格。 請專利範圍第1項所述之方法，#中該複數㈣ 界層貝體網格係為複數個条沐主辦（· 丄面Μ、Α 角柱體（pnsm)貫體網格或複數個 A面體（hexa)實體網格。 3.如申請專利範圍第！項所述之 部實妒絪坆总&I 具中该稷數個内 …]。㈣複數個四面體（te㈣實體網格或複數個金 (8 14 1275971 字塔型（pyramid)實體網格。 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，甘士… /ΓΊ 士 清其中修飾該複數 個表面網格之步驟係根據該物件之厚度來進行佟飾 5. 、如申料利範圍第！項所述之方法，其中改善該複數 個邊界層實體網袼或該複數個内部實體 乂 丨貝版凋格之品質之步驟 係依據一預先決定之品質標準來進行改善。 6. 一種應用於模流分析之自動化網格產生方法，用以自 動化地產生模擬-物體之網格’以供應用於模流分析，該 方法包含以下步驟： Χ 從一電腦輔助設計模型（CAD m〇deling)或一三角網格格式 «tereol i thography，STL)產生模擬該物體之表面之複數個表 面網格； 根據該複數個表面網格，產生模擬該物體之邊界層之複數 個邊界層實體網格； 產生杈擬該物體之内部之複數個内部實體網格； 根據所產生m复數個表面網格、該複數個邊界層實體網 格以及該複數個内部實體網格，進一步進行該物體之真實 三維之模流分析。 7」如中請專利範圍第6項所述之方法，其中在產生模擬 該物體之邊界層之複數個邊界層實體網格（bQundary㈣打 solid mesh)之步驟前，進一步包含以下步驟： 修飾（refine)該複數個表面網格。 \如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該複數個内 邛貫體網格係為複數個四面體實體網格或複數個金字塔型 15 (S 1275971 、實體網格。 •=申凊專利範圍第6項所述之方法，其中該複數個邊 界層貫體網格係為複數個角柱體實體網格或複數個六面體 實體網格。 10.=請專利範圍第6項所述之方法，其中在根據所產 ㈣二稷數：表面網格、該複數個邊界層實體網格以及該 分析2部實體網格進—步進行該物體之真實三維之模流 刀、刖，進一步包含以下步驟： 個表面網格、該複數個邊界層實體網格或該複 數個内部實體網格之品質。 戏碌複 u.如申請專利範圍第6項所述 步驟： 7 /左進步包含以下 根據該模流分析之誤差，調整並 實體網格或該複數個内部實體網袼該複數個邊界層 12. 如申請專利範園第7項所述之方 個表面網袼之步驟係根據該物 # /、中修錦該複數 13. 如申請專利範園第10項所述之=進行修飾。 個邊界層實體網格或該複數個内部每辨’其中改善該複數 係依據一預先決定之品質標準來進行改2格之品質之步驟