手搓TexGen—机织蜂窝复合材料网格生成器

上一期提到，最近解决了纤维轨迹到三维网格生成技术。

熟悉我们号的朋友应该也发现了，如果说“静界有限元”有什么特色的话，那一定是围绕工程问题，具有系统性的解决方案和配套技术。我们在仿真、试验的同时，长期致力于各种配套软件工具的开发，做一个东西对应开发一套软件，让其他人也能用。

很多事的根源，都要追溯到开头。开头是怎么开的，很大程度会影响一个人的后续职业生涯。人如此，事业也是如此。北宋始于黄袍加身，整个大宋朝一直到灭亡都防着武将。大明以灭元立国，后又天子守国门，就是防着游牧民族。

扯远了。我读研究生的时候第一个项目就是写织物力学性能分析软件，工作以后搞气动、参加试飞，写了翼型结冰、试飞数据处理、冰风洞试验数据处理、图片曲线数据提取、UG翼型自动建模等等各种软件和工具。一直到现在几乎专门从事工业软件开发。

把力学、建模、前后处理、数据采集与分析等各类技术软件化、工具化，已经是我个人的科研风格了。不能用、不实用的虚幻研究热点和缝合怪课题，即便能做也宁可不做。

所谓科研的品味，就是你自己喜欢怎么做事情。比如有人擅用电镜，还自感发了一堆CNS十分的牛逼。有人喜欢所有东西AI化，用商业软件算点东西，再加点AI佐料，自感十分前卫。有人喜欢热点，纳米火的时候他搞纳米，石墨烯火的时候他搞石墨烯。

这就没办法，他品味就是那个样子。人间正道是沧桑，好路走起来难。

又扯远了。关于手搓TexGen这个问题也是一样。我们把机织蜂窝复合材料自动生成网格这个技术也软件化。

纤维材料方向的处理

我们知道纤维束是横观各向同性的，横观各向同性只是听起来像各向同性，它实质上还是个各向异性，需要根据其走向给单元赋材料方向。

由于我们事先建立了纤维轨迹的理论模型，三维网格也是通过截面贯穿轨迹得到的。这个技术方案天然地，就会在生成网格过程中，自然的得到局部材料坐标系，我们只需要在这个过程里把材料方向和网格数据一同储存，随后写入inp中即可。

基体的处理

我们在《机织复合材料细观损伤分析》一文中，已经阐明，可以采用嵌入式约束的方法将纤维和基体进行耦合，这样可以不对基体做布尔运算，简单的六面体网格进行基体单元的快速划分。

对于机织蜂窝复合材料来说，这里会增加一个难题，就是基体也是蜂窝状的，即它在空间中也是间断的，不是连续的。这就不好用一个大的六面体进行包裹，因此网格难度增加了。

但是我们采用了体素的思想，适当降低基体范围的精度，只在纤维区域进行基体创建。

软件开发

我们设计了一个简单的界面，左边输入基本织物参数，右边通过选项卡，可以逐步生成纤维三维轨迹、纤维网格、基体网格，网格结果导出为ABAQUS inp文件，可以直接导入ABAQUS。

 

有软件的好处就来了，想改什么参数，点几下就搞定了。

除此之外，我们还给每个视口放了三视图按钮，方便观察。

网格的密度也做参数化，可以调节网格数量和分布。

仿真效果

我们把模型导入到ABAQUS中，简单仿真一些工况。可以看到材料方向赋予正确，嵌入式约束可以完成耦合。

作为一个网格生成器来说基本功能是都有了。

封装

最后我们把软件做了加密和封装，方便你我他。