3. 几何清理与轻量化预处理
在完成模型导入与初步检查之后，真正决定后续网格规模与求解效率的环节，是几何清理与轻量化预处理。对于大规模CAD/网格混合模型，原始几何往往携带大量对结构分析无贡献、却会显著增加网格数量与求解自由度的细节特征，例如小圆角、小孔、微小台阶、logo、装饰性凸台与刻字。本节聚焦这些特征的处理策略，并讨论清理动作对后续网格质量与求解结果的影响。
一、先判断“该不该清”，再决定“怎么清”
几何清理不是把所有小特征一律删除。判断依据应围绕三个问题：该特征是否传递载荷或刚度、是否位于应力关注区、其尺寸是否小于目标网格尺寸。一个实用的经验判据是：当特征尺寸小于目标单元尺寸的1/2时，它很难被稳定离散，通常应简化；当特征尺寸接近或大于目标单元尺寸，且位于连接、传力或应力集中区域时，应保留或做等效处理。
以某支架类零件为例，目标网格尺寸设为3 mm，则小于1.5 mm的圆角、孔和台阶属于优先清理对象；而位于螺栓连接区、直径8 mm的安装孔必须保留，因为它直接参与连接刚度。清理前应先在HyperMesh中建立“特征清单”，记录特征类型、尺寸、位置与处理决策，避免清理过程不可追溯。
二、典型特征的处理策略
小圆角：圆角分为凸圆角与凹圆角。凸圆角通常不参与传力，可直接用Defeature面板中的Fillets功能按半径阈值批量移除；凹圆角若位于过渡区，可先尝试用Surface Fillets识别并压缩。对于半径小于0.5 mm的圆角，建议直接删除并缝合相邻面，避免生成畸形单元。
小孔：非连接用的小孔可用Defeature → Holes按直径范围批量填充。填充方式有“平面填充”和“圆柱面填充”两种：平面填充适合位于平面上的孔，圆柱面填充适合位于曲面上的孔。若孔用于走线或减重，且不影响刚度，可填充；若孔用于螺栓连接，应保留并保证孔周至少有两层单元。
微小台阶与凸台：高度小于0.3 mm的台阶通常由加工公差或倒角残留造成，可用Quick Edit中的Replace或Toggle Edge合并相邻面。凸台若为装饰性结构，可直接删除；若为加强筋，应保留其高度与走向。
logo与装饰特征：这类特征通常以刻字、浮雕或贴花形式存在，对结构刚度贡献极小，却会产生大量短边和碎面。建议在CAD端先抑制，或在HyperMesh中用Defeature → Logo按深度阈值识别并移除。深度小于0.2 mm的刻字可直接忽略。
三、清理操作的实际执行路径
在HyperMesh中，推荐按“先大后小、先面后边”的顺序执行。第一步，用Geometry → Defeature面板统一处理圆角与孔，设置半径阈值0.5 mm、直径阈值1.5 mm，勾选Preview逐项确认。第二步，用Quick Edit处理台阶与凸台，通过Replace将短边合并到相邻长边。第三步，用Edge Edit中的Toggle检查自由边与T型边，确保清理后曲面连续。第四步，对保留的连接孔，用Washer功能在孔周生成垫圈网格控制，保证孔周至少两层单元。
清理过程中应持续观察几何拓扑变化。一个常见问题是：删除圆角后相邻面出现缝隙或重叠，导致后续网格出现自由边。此时应使用Surface Edit → Trim with Surfaces或Edge Edit → Equivalence修复。另一个问题是：填充小孔后，孔周曲面曲率突变，网格在此处出现高翘曲单元。建议在填充后对该区域做局部网格细化，或改用圆柱面填充保留孔周曲率过渡。
四、清理对网格与求解的影响评估
清理效果不能只看几何是否“干净”，必须回到网格与求解指标上验证。以下是一组示例性对比数据（基于某支架模型，目标网格尺寸3 mm，示例数据用于说明趋势，非实测结果）：
| 评估指标 | 清理前 | 清理后 | 变化趋势 |
|---|---|---|---|
| 单元总数 | 约 42 万 | 约 28 万 | 下降约 33% |
| 最小单元尺寸 | 0.12 mm | 0.85 mm | 显著改善 |
| 翘曲度 > 0.3 的单元占比 | 4.7% | 0.9% | 明显降低 |
| 静力求解时间（示例） | 约 18 min | 约 11 min | 缩短约 39% |
| 最大位移偏差 | 基准 | +1.8% | 可接受范围 |
| 最大应力偏差 | 基准 | +3.2% | 需关注应力集中区 |
从示例数据可以看出，清理后单元数量与求解时间显著下降，但最大应力偏差达到3.2%，说明简化对局部应力场产生了影响。因此，清理后必须做一次对比验证：在相同边界条件与载荷下，比较关键测点的位移与应力。若偏差超过5%，应回退部分清理动作，尤其是应力集中区的圆角与孔。
Model Check快照，便于对比与回退。
五、面向大规模模型的批量处理建议
当模型包含数百个零件时，逐一手动清理效率极低。可利用HyperMesh的Batch Mesher或Tcl脚本实现批量特征识别与简化。例如，编写Tcl脚本遍历所有组件，对半径小于0.5 mm的圆角执行*defeature_fillets命令，对直径小于1.5 mm的孔执行*defeature_holes命令，并输出清理日志。脚本执行后，用Quality Index面板批量检查单元质量，筛选出翘曲度、雅可比、长宽比超标的单元，再针对性修复。
对于CAD/网格混合模型，还需注意网格部分与几何部分的交界处理。若交界处存在自由边或节点不匹配，应先做Equivalence或Node Merge，再执行几何清理，避免清理后交界关系断裂。清理完成后，建议用Edges → Free Edges检查全模型自由边数量，正常情况下应仅存在于模型外边界，内部自由边数量应为零。
- 清理前：记录特征清单，保存原始模型副本。
- 清理中：按“圆角→孔→台阶→logo”顺序执行，每步预览确认。
- 清理后：检查自由边、T型边、重复面与缝隙。
- 验证：对比清理前后关键测点位移与应力，偏差控制在5%以内。
- 批量：用Tcl脚本或Batch Mesher处理多零件模型，输出清理日志。
几何清理与轻量化预处理的本质，是在“计算精度”与“计算成本”之间寻找平衡点。清理不是目的，而是让网格更规整、求解更高效的手段。每一次删除或简化，都应以是否影响结构响应为判断依据，并通过网格质量指标与求解结果对比来闭环验证。只有把清理动作与后续网格、求解影响联系起来，才能真正做到“轻量化”而不“失真”。