简化网格是关键的优化步骤，对于使复杂 3D 打印零件的模拟在计算上可行是必需的。通过减少表面网格中的三角形数量，此过程显著降低了文件大小和计算成本，从而使有限元分析 (FEA) 工具能够有效地处理几何形状。
虽然复杂的晶格结构提供了先进的机械性能，但其原始几何数据通常对于标准的模拟工作流程来说过于密集。网格简化通过在不影响准确刚度预测所需的结构特征的情况下减少数据量来弥合这一差距。
晶格几何体的挑战
管理过多的数据密度
先进的晶格结构，例如陀螺仪或施瓦茨单元，在数学上是复杂的。当这些形状为 3D 打印生成时，它们会产生由数百万个微小三角形组成的表面网格。
尝试将这种原始的、高密度的网格直接输入模拟软件通常会导致文件大小难以管理。这在分析开始之前就造成了瓶颈。
计算瓶颈
有限元分析依赖于将模型划分为更小的单元来计算物理响应。如果输入网格过于密集，求解器必须生成过多的单元。
这会呈指数级增加所需的计算资源。没有简化，模拟可能会因内存限制而崩溃，或者需要不切实际的时间才能收敛。
简化如何优化分析
减少开销，而非准确性
“按量简化网格”过程的目的是消除冗余。它针对的是三角形数量很高但对形状定义没有实质性贡献的区域。
通过优化三角形的分配，您可以显著降低计算负载。这确保了您的硬件资源专注于解决物理问题，而不是管理几何形状。
保留几何特征
有效的简化是智能的。它保持了定义结构机械行为的关键几何特征的完整性。
对于鞋底等应用，其中特定的晶格单元决定了性能，保留单元格的精确形状至关重要。这使得 FEA 模拟能够正确预测机械性能，例如刚度，尽管三角形数量较少。
理解权衡
平衡速度与保真度
网格密度和模拟速度之间存在固有的张力。激进的简化会产生最快的结果，但有使关键细节平滑的风险。
过度简化的风险
如果过度降低网格数量，可能会改变晶格的物理拓扑。例如，在陀螺仪结构中，过度简化可能会人为地加厚或变细支撑柱。
这会在模拟中引入错误。FEA 结果可能预测的刚度与实际打印零件不同，从而导致分析产生误导。
为您的模拟做出正确选择
为确保您的 FEA 结果既及时又准确，请将您的简化策略与您当前的工程目标保持一致。
- 如果您的主要重点是快速设计迭代：应用更高程度的简化以最大程度地减少计算时间，并快速比较不同晶格概念之间的相对刚度。
- 如果您的主要重点是最终验证：使用较低程度的简化以确保最大的几何保真度，接受更长的模拟时间以获得更高的精度。
通过战略性地降低网格复杂性，您可以将难以管理的数据集转化为可操作的模型，为工程洞察做好准备。
摘要表：
| 优化因素 | 高密度网格的影响 | 网格简化的好处 |
|---|---|---|
| 计算速度 | 极慢/崩溃风险高 | 处理时间显著减少 |
| 文件大小 | 大型、难以管理的数据集 | 简化的文件，便于数据传输 |
| 硬件负载 | 高内存和 CPU 消耗 | 优化的资源分配用于物理求解 |
| 几何保真度 | 精确，但细节冗余 | 智能保留关键机械特征 |
| 模拟目标 | 难以实现快速迭代 | 能够快速比较设计概念 |
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参考文献
- Mohammad Javad Hooshmand, Mohammad Abu Hasan Khondoker. Machine Learning Algorithms for Predicting Mechanical Stiffness of Lattice Structure-Based Polymer Foam. DOI: 10.3390/ma16227173
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .