Partycjonowanie geometrii w Abaqus/CAE

Partycje w Abaqus/CAE

Pojęcie partycji (partition) w Abaqus/CAE odnosi się do podziału geometrii (części/instancji) na podobszary. Ma ono wiele zastosowań, ale najważniejszym z nich jest przygotowanie geometrii do nałożenia siatki typu hexahedral (elementy sześciościenne). Większość dostępnych technik generowania tego typu siatek wymaga podzielenia części na prostsze kształty. W Abaqus/CAE jest to od razu widoczne dzięki domyślnemu kolorowaniu w module Mesh - pomarańczowy oznacza, że dany obszar nie nadaje się do nałożenia siatki typu hexahedral zaś zielony i żółty wskazują obszary meshowalne odpowiednio technikami structured i sweep.

Inne częste zastosowania partycji to:

• tworzenie podobszarów, do których można przypisać warunki brzegowe, obciążenia, interakcje, więzy, żądania wyników i inne cechy analizy,

• tworzenie geometrii do definiowania lokalnego zagęszczenia siatki (local seeds),

• podział części na obszary z różnymi materiałami,

• kontrola generowania siatki poprzez tworzenie dodatkowych wierzchołków, krawędzi, ścian i objętości, do których mesher musi się dostosować,

• przypisywanie różnych algorytmów generowania siatki do poszczególnych obszarów.

Partycje są wykonywane na 3 poziomach – dla krawędzi, ścian i objętości. Narzędzia służące do ich tworzenia można znaleźć na pionowym pasku narzędzi lub w menu Tools --> Partition. Podobnie jak inne cechy operujące na geometrii, partycje można zawsze wygasić lub usunąć z drzewa modelu.

Partycjonowanie krawędzi

Partycja na poziomie krawędzi dzieli krawędź na dwa segmenty wprowadzając między nimi dodatkowy wierzchołek (który sam w sobie może być przydatny do dalszych operacji). Dostępne są następujące techniki:

1. Specify parameter by location – dokonuje podziału krawędzi bezpośrednio w miejscu kliknięcia na niej kursorem – przydatne do szybkich, mniej precyzyjnych partycji gdy dokładna lokalizacja wierzchołka nie jest istotna.
2. Enter parameter – dokonuje podziału krawędzi w miejscu określonym przez wprowadzoną wartość parametru – ułamka znormalizowanej długości krawędzi - wartość od 0 do 1 (strzałka wskazuje w którą stronę wartość rośnie z 0 do 1). Przykładowo, 0.5 to partycja w środku krawędzi natomiast 0.25 to partycja w 1/4 długości od strony początku strzałki.

3. Select midpoint/datum point – dokonuje podziału w środku krawędzi lub w punkcie konstrukcyjnym, który na niej leży.
4. Use datum plane – dokonuje podziału w miejscu przecięcia krawędzi z utworzoną wcześniej płaszczyzną konstrukcyjną.

Partycjonowanie ścian

Partycja na poziomie ściany dzieli ją na mniejsze obszary tworząc dodatkowe krawędzie. Oprócz pracy na powłokach, jest to często przydatne do wydzielania obszarów dla warunków brzegowych/obciążeń lub innych cech analizy bądź jako baza do partycji na objętości. Dostępne są następujące techniki:

1. Sketch – bezpośrednie naszkicowanie partycji na ścianie (lub na innej ścianie/płaszczyźnie konstrukcyjnej i dokonanie rzutowania - konieczne dla ścian, które nie są płaskie lub nie leżą w tej samej płaszczyźnie). Pozwala na tworzenie nawet bardzo skomplikowanych partycji o dowolnych kształtach. Przydatne np. do wydzielania obszarów dla cech analizy. Jest to najczęściej stosowana metoda partycjonowania ścian.

2. Use shortest path between 2 points – dzieli ścianę wzdłuż najkrótszej ścieżki między dwoma wskazanymi punktami leżącymi na tej ścianie. Jeśli ściana jest zakrzywiona, powstała krawędź również będzie zakrzywiona. Jest to przydatna metoda, mogąca stanowić bazę partycji na objętościach.

3. Use datum plane – dzieli ścianę w miejscu jej przecięcia z wybraną płaszczyzną konstrukcyjną.

4. Use curved path normal to 2 edges – dzieli ścianę wzdłuż krzywej Béziera prostopadłej do dwóch krawędzi ściany. Krzywą można spozycjonować wybierając dwa punkty w dowolnym miejscu między dwiema krawędziami. Kąt rozwarcia krawędzi musi być mniejszy niż 180 stopni. Ta metoda jest rzadko używana w praktyce.

5. Extend another face – dzieli ścianę w miejscu jej przecięcia z przedłużeniem innej ściany.

6. Intersect by other faces – dzieli ścianę w miejscu jej przecięcia z jedną lub wieloma innymi ścianami (mogą one ją przecinać lub być do niej styczne). Jest to rzadko używana metoda.

7. Project edges – dzieli ścianę poprzez rzutowanie krawędzi - prostopadle od dzielonej ściany do krawędzi. Opcjonalnie można wydłużyć krawędź/krawędzie aby uzupełnić partycję ściany. Ta metoda również nie jest często wykorzystywana w praktyce.

W module Mesh dostępna jest jeszcze opcja Auto-partition. Przy generowaniu siatki z elementów quad (czworoboków) techniką free meshing, Abaqus wewnętrznie dokonuje podziału ściany na obszary z 3-5 bokami. Dzięki opcji Auto-partition można ten podział podejrzeć i ew. zmienić.

Partycjonowanie objętości

Partycja na poziomie objętości (“cell” w nomenklaturze Abaqusa) dzieli ją na mniejsze części tworząc dodatkowe ściany. Jest to najczęściej stosowane do umożliwienia nakładania siatki typu hexahedral, ale może się też przydać np. do podziału części bryłowej na obszary o różnych materiałach. Dostępne są następujące techniki:

• Point & Normal – punkt na płaszczyźnie i krawędź/oś definiująca jej kierunek normalny,
• Points – 3 niewspółliniowe punkty na płaszczyźnie,
• Normal To Edge – krawędź (prosta lub zakrzywiona), do której płaszczyzna jest normalna i punkt na tej krawędzi, przez który płaszczyzna przechodzi.

Jest to bardzo często stosowana technika (szczególnie z opcją Point & Normal), która w prostych przypadkach pozwala uniknąć konieczności osobnego tworzenia płaszczyzny konstrukcyjnej przed dokonaniem partycji jak w przypadku kolejnej metody.

3. Extend face – podział objętości poprzez przecięcie jej z rozszerzeniem wskazanej ściany (traktowanej jak nieskończona płaszczyzna). Jest to jedna z najczęściej stosowanych metod.

4. Extrude/Sweep edges – podział objętości poprzez wyciągnięcie (o nieskończonej długości) wskazanych krawędzi (profilu) w kierunku określonym przez wybraną krawędź lub poprzez przeciągnięcie krawędzi (profilu) wzdłuż wybranej ścieżki (prostej lub zakrzywionej). Ta metoda jest często wykorzystywana w praktyce.

5. Use n-sided patch – podział objętości poprzez przecięcie zamkniętym konturem złożonym z pętli połączonych krawędzi (mogą one być proste lub zakrzywione, ale muszą się łączyć i przechodzić całkowicie przez dzieloną część). Dostępne są dwie metody definiowania konturu:

• Select Edges – opcje loop (wskazanie pojedynczej krawędzi, Abaqus sam szuka pętli) i edges (ręczne wskazanie krawędzi tworzących zamkniętą pętlę),
• Select Corner Points – wybór 3, 4 lub 5 punktów definiujących narożniki pętli.

Ta metoda jest nieco rzadsza w praktyce, ale również może być przydatna w niektórych przypadkach (szczególnie z opcją Select Edges --> loop).

6. Sketch planar partition – podział objętości poprzez przecięcie szkicem. Zwykle jest to szkic na płaszczyźnie konstrukcyjnej przecinającej część, ale można też użyć istniejącej ściany. Ta metoda może być przydatna do tworzenia powierzchni pęknięcia w analizach z mechaniki pękania, ale poza tym jest to rzadko stosowane podejście.

Podsumowanie

Partycjonowanie jest w programie Abaqus kolejnym, po upraszczaniu i naprawie geometrii, kluczowym etapem przygotowania modeli do nałożenia siatki. W przypadku siatek typu hexa, do których uzyskania najczęściej dążymy, koniecznych może być wiele partycji. Muszą one być tak dobrane, aby uzyskać proste segmenty, na które da się nałożyć siatkę technikami sweep lub structured. Właśnie ten dobór sposobu podziału części na obszary jest najtrudniejszym aspektem, ale dobra znajomość dostępnych metod partycjonowania może w nim pomóc. Przy okazji warto wspomnieć, że platforma 3DEXPERIENCE posiada zautomatyzowane narzędzie do partycjonowania objętości.