基于Pro/E建模的Visual-Mesh网格划分方法

罗继辉，陈焱慧

（长江师范学院材料科学与工程学院，重庆 408100）

关键字：Pro/E；Visual-Mesh；网格划分；ProCAST

ProCAST有限元数值模拟软件可对各种金属及合金的凝固成型过程进行分析，广泛应用在机械、材料加工等领域[1-3]。该软件主要由Meshing、Pre-CAST、DataCAST、ProCAST 以及 Visual-Viewer等部分组成，其模拟过程也按照上述模块逐一进行完成。其中Meshing是有限元分析的前期基础工作，包括建模和网格划分。ProCAST软件支持许多文件格式的建模，从而可以提高建模效率及准确度，目前采用较为广泛的是IGES格式[4]。许多研究人员在Pro/E软件中建立铸型及铸件的模型，然后将其保存为适合ProCAST处理的文件格式，再将该文件导入Meshing模块中进行面网格以及体网格的划分[5-8]。

采用上述方法能大大节约建模的时间，但是遇到重合曲面问题时，往往在体网格划分过程中会出现错误。原因是重合（或交叉）面同时被两种材料（铸件或铸型）的轮廓所拥有，无法将任何一个表面删除，在面网格划分时就产生了交叉网格，无法进行体网格的划分。因而需要不断进行面的合并、修改与删除，且编辑后的成功率较低，导致整个模型网格划分失败。为简化上述操作，提高模型网格划分的成功率，ProCAST软件提供了一种新的网格划分软件——Visual-Mesh。该软件具有强大的模型分析及网格划分功能，操作简单，容易上手，划分后的网格在ProCAST中具有较高的识别率。

基于此方法，本文重点讨论了Pro/E与Visual-Mesh之间传递接口形式，通过在Pro/E软件中完成实体模型的创建，在Visual-Mesh中进行网格划分工作，而后输出适用于ProCAST后续处理的文件格式。

1 模型建模过程

利用Pro/E软件首先完成实体模型的三维绘制，所建模型如图1所示。从图中可以看出铸件在圆弧形的铸型内成型，在建立模型时会出现铸件下底面与铸型圆弧形底面重合的情况。

图1 模型建立

Visual-Mesh所能识别的文件包括IGES、PRT、STEP、PNF以及 STL等格式，Pro/E与 Visual-Mesh之间存在通用接口。相比之下，用Pro/E完成的实体模型在网格划分时错误较多，而用曲面模型（IGES格式）时就很少出错。此外，Visual-Mesh对IGES文档具有更好的编辑功能。因而，将建立的模型输出为*.IGES，并将其导入Visual-Mesh中，如图2a）所示。

图2 模型重合表面处理

在Visual-Mesh编辑环境下，对重复的面进行选取，只需进行删除操作即可删除其中重合的任意表面。利用Visual-Mesh提供的分析工具可以进行检查，图2b）是经过面删除后的模型特征，图中箭头所指线条表示被删除的表面。此外，Visual-Mesh还提供面修复工具，点击“Repair”当中的“Check”功能即可对模型进行检查，点击“Auto Correct All”可进行更正，其操作界面见图3a）.同理，对重合面的修复，也可根据不同情况点击“Assembly”以及“Intersection”进行处理，其操作界面分别见图3b）及3c）.

图3 模型修复操作界面

2 网格划分

2.1 面网格划分

对完成修复的模型进行面网格划分，点击“Surface Mesh”功能，在网格大小（Element Size）中输入网格的尺寸“1”，然后点选“Mesh All Surface”，模型所有面的面网格即可划分完毕，如图4所示。点击“Check Surface Mesh”对网格划分质量进行检查，软件会自动显示网格划分的各类错误。

图4 Visual-Mesh面网格划分

2.2 体网格划分

点击“Tetra Mesh”功能中的“Mesh”键，完成整个模型的网格划分工作。最后将完成的网格进行输出，输出格式为*.mesh.图5是在ProCAST内看到的整个模型网格划分情况，图中箭头1所指部分表示铸件，箭头2所指部分表示铸型。可以看出，在导入ProCAST进行数值模拟时，系统能清楚辨识两部分不同的材料（铸型与铸件）。

图5 网格导入ProCAST

3 结 论

针对ProCAST数值模拟过程中网格划分存在很大困难，提出采用Pro/E建模并输出IGES格式文件，实现Pro/E与Visual-Mesh之间的数据交换。实践表明，利用Visual-Mesh的编辑功能，可有效解决模型中重复曲面的编辑问题，操作简单可靠，能实现适用于ProCAST文件格式的模型网格划分。