4. 导入与清理复合材料几何

复合材料前处理的第一道实质性工序，是把设计部门交付的 CAD 几何变成“适合划壳网格、适合铺层”的干净曲面。这一步做不好，后面无论铺层角度定义得多精确、求解器设置得多规范，结果都会被几何缺陷污染。本节按实际工作顺序展开：导入、修复、抽中面、简化、划分铺层区域，并给出每一步在 HyperMesh 中的判断依据。

一、CAD 导入：先定单位与格式，再谈几何质量

HyperMesh 通过 File > Import > Geometry 导入几何，支持 STEP、IGES、Parasolid（.x_t）、CATIA、JT、ACIS 等格式。选择原则很直接：优先用 STEP 或 Parasolid，它们对曲面边界和拓扑的记录比 IGES 完整，IGES 在转换中容易把一张曲面拆成多张碎面，或丢失面与面的共享边。若上游只能给 IGES，导入后要重点检查自由边数量。

导入面板里有两个必须确认的选项：一是 Import as，选 Geometry 而非 FE Model；二是单位。HyperMesh 本身无单位制，几何按数值原样读入，若 CAD 是毫米而模型按米建，导入后尺寸会差 1000 倍。判断方法很简单：导入后按 F 键适配视图，用 Geometric > Distance 量一段已知尺寸（例如典型件长 300 mm），数值对得上说明单位一致。常见做法是统一在毫米制下建模，导出给求解器时再通过材料与属性卡片换算。

二、几何修复：用自由边和重复面定位缺陷

导入后的几何缺陷主要有四类：自由边（free edge）、重复面（duplicate surface）、微小面/碎边（sliver）、间隙与重叠（gap/overlap）。HyperMesh 的 Geometry > Edge 面板可显示自由边，绿色为共享边、红色为自由边。对壳单元而言，铺层面必须是一张连续曲面，红色自由边意味着这里无法形成连续网格，必须处理。

修复顺序建议为：先 Geometry > Defeature 或 Quick Edit 删除重复面与微小面，再用 Edge Edit > Toggle 合并本应共享的边，用 Replace 把偏离的边替换到目标边上，最后用 Geometry > Autocleanup 做一次批量清理。Autocleanup 的容差（tolerance）是关键参数：设得过大（如 1 mm）会把本该保留的小圆角、小台阶一并抹掉；设得过小（如 0.01 mm）则清不掉实际间隙。经验上取模型最小特征尺寸的 1/10 左右，例如最小特征 2 mm 时取 0.1～0.2 mm，清理后再用自由边检查复核。

三、中面抽取：把实体变成铺层可用的壳

复合材料铺层通常建在壳单元上，因此需要从实体抽取中面。HyperMesh 提供 Geometry > midsurface 面板，常用三种方式：Auto Extract（自动识别等厚实体）、Solid Map 辅助的指定面抽取、以及 Offset 偏移生成。对等壁厚件，Auto Extract 效率最高；对变厚度或带加强筋的实体，需手动指定上下表面后抽取。

抽取后必须验证两件事：一是中面是否落在正确位置，可用 Distance 量中面到原表面的距离，应等于半厚；二是中面是否连续，若原实体有台阶，抽出的中面会断开，需要用 Edge Edit 缝合或补面。中面质量直接决定后续网格与铺层偏置方向，不能跳过验证。

四、特征简化：删什么、留什么

简化不是“能删就删”，而是按对结构刚度和铺层连续性的影响分级处理。小圆角（半径小于网格尺寸的 1/2）、小倒角、直径小于 3 倍网格尺寸的孔、高度小于 1 mm 的凸台，通常可以删除，因为它们对整体刚度贡献小，却会迫使网格局部加密、单元质量下降。但以下特征必须保留：铺层边界处的台阶、加强筋根部、连接接头、以及任何铺层角度或厚度发生变化的几何分界。

HyperMesh 中可用 Geometry > Defeature 面板批量处理圆角与孔，也可用 Quick Edit > Remove Point 删除小特征点。简化后要重新检查自由边，因为删除面可能引入新的边界。一个实用的判断标准是：简化前后用同一套网格尺寸试划一次，若单元数量下降超过 30% 而关键区域应力路径未变，说明简化是合理的。

五、铺层区域划分：让几何与铺层定义一一对应

铺层区域划分的本质，是把“铺层角度和层数相同的连续曲面”归为一个区域。做法是：先根据设计铺层表确定有几种铺层组合，再在几何上用 Geometry > Edit > Split 或 Trim 沿分界线切开曲面，使每个区域边界与铺层边界重合。例如某翼盒蒙皮有 4 种铺层：0/±45/90 的 8 层区、0/±45 的 6 层区、纯 0 的 4 层区、以及局部加强的 12 层区，就应切成 4 个独立曲面。

划分完成后，建议按“区域名_铺层角度_层数”命名 Component，例如 SKIN_A_0-45-90_8L，这样后续在 HyperLaminate 或 PCOMP 卡片中定义时不易混淆。最后一步是复核：每个区域的自由边应与铺层边界一致，区域之间不应有重叠面，也不应留有未覆盖的缝隙。若发现某条自由边既不是零件边界也不是铺层边界，说明划分有误，需要回到上一步重新切分。

整个流程可以概括为：导入时控单位、修复时控容差、抽中面时验半厚、简化时分级取舍、划分时对齐铺层。这五步的产出是一套干净、连续、区域明确的壳几何，它是后续网格划分与铺层定义的直接输入，也是复合材料前处理中返工率最高的环节，值得投入足够时间做扎实。