2. CAE前处理模板自动套用

为什么“模板套用”不能靠复制粘贴

系列化产品的几何拓扑一致，但尺寸、位置和命名会变化。手工前处理时，工程师通常重复做三件事：按同一套规则划网格、赋同一组材料、加同一类边界条件。问题在于，几何一旦重建，面/边/体的编号和坐标都会变，直接复制旧模型的网格与边界会错位。因此自动化套用的核心不是“复制”，而是用稳定的选择规则重新定位几何对象，再把模板参数重新绑定上去。

模板套用的对象映射关系

把模板拆成三类可复用资产：网格控制模板、材料属性模板、边界条件模板。每类模板都需要一个“锚点”来定位到新几何上。常用锚点包括：命名面（Named Selection）、几何特征（圆柱面、平面、边）、坐标范围、以及拓扑邻接关系。下图给出模板资产与新几何之间的映射链路，以及套用失败时的回退判断。

模板套用的关键实现步骤

以下以 Python 驱动 CAE 前处理为例，展示模板套用的核心逻辑。假设几何已通过命名面（Named Selection）保留了锚点信息，模板以 JSON 格式存储。

import json

# 模板定义：锚点名称 → 模板参数
TEMPLATE = {
    "mesh": {
        "global_size": 2.0,
        "local_refine": {"MountFace": 0.5, "LoadFace": 0.8},
        "boundary_layer": {"EdgeSym": {"layers": 3, "growth": 1.2}}
    },
    "material": {
        "Body": {"name": "Steel_AISI_1045", "E": 205000, "nu": 0.29, "rho": 7.85e-9}
    },
    "boundary": {
        "MountFace": {"type": "fixed"},
        "LoadFace": {"type": "force", "magnitude": 1500, "direction": [0, -1, 0]}
    }
}

def apply_template(geo, template):
    """将模板套用到新几何上，返回映射日志"""
    log = []
    # 1. 网格控制
    mesh = template["mesh"]
    geo.set_global_mesh_size(mesh["global_size"])
    for face_name, size in mesh["local_refine"].items():
        face = geo.get_named_face(face_name)
        if face is None:
            log.append(f"[WARN] 网格锚点缺失: {face_name}")
            continue
        geo.set_local_mesh_size(face, size)
        log.append(f"[OK] 网格加密: {face_name} -> {size}")

    # 2. 材料赋值
    for body_name, mat in template["material"].items():
        body = geo.get_named_body(body_name)
        if body is None:
            log.append(f"[WARN] 材料锚点缺失: {body_name}")
            continue
        geo.assign_material(body, mat)
        log.append(f"[OK] 材料赋值: {body_name} -> {mat['name']}")

    # 3. 边界条件
    for face_name, bc in template["boundary"].items():
        face = geo.get_named_face(face_name)
        if face is None:
            log.append(f"[WARN] 边界锚点缺失: {face_name}")
            continue
        geo.add_boundary_condition(face, bc)
        log.append(f"[OK] 边界条件: {face_name} -> {bc['type']}")

    return log

# 执行套用
# geo = load_geometry("variant_003.step")
# log = apply_template(geo, TEMPLATE)
# for line in log:
#     print(line)

套用结果验证

套用完成后，不能只看脚本是否跑通，还要验证三件事：网格是否覆盖全部体、材料是否赋到正确体、边界条件是否落在正确面上。建议输出一份映射日志，逐条记录“锚点名称 → 匹配结果 → 参数值”。若某条记录为 WARN，则该模型需人工介入。