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ANSYS实体建模

实体建模概述

    ·直接输入几何实体来建模很方便,但有些情况下需要在ANSYS中来建立实体模型。例如:
    –需要建立参数模型时，—在优化设计及参数敏感性分析时建立的包含包含变量的模型.
    –没有ANSYS能够读入的几何实体模型时.
    –计算机上没有相关的绘图软件时（与ANSYS程序兼容的）.
    –在对输入的几何实体需要修改或增加时，或者对几何实体进行组合时.

A. 定义

    ·实体建模可以定义为建立实体模型的过程.
    ·首先回顾前面的一些定义：:
    –一个实体模型有体、面、线及关键点组成。.
    –体由面围成，面由线组成,线由关键点组成.
    –实体的层次从底到高: 关键点→线→面→体. 如果高一级的实体存在，则低一级的与之依附的实体不能删除.
    ·另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体.

    ·建立实体模型可以通过两个途径:
    –由上而下
    –由下而上
    ·由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状.

    ·由下而上建模；首先建立关键点，由这些点建立线.

    ·可以根据模型形状选择最佳建模途径.
    ·下面详细讨论建模途径。

B. 由上而下建模

    ·由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状.
    –开始建立的体或面称为图元.
    –工作平面用来定位并帮助生成图元.
    –对原始体组合形成最终形状的过程称为布尔运算.
    ·图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形和球体.
    ·二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形.

    ·三维图元包括块体, 圆柱体, 棱体，球体,和圆锥体.

    ·当建立二维图元时，ANSYS 将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。
    ·当建立三维图元时，ANSYS 将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。
    ·图元可以通过输入尺寸或在图形窗口拾取来建立。.
    –例如建立实心圆:
    ·前处理> -建模-生成> -面-圆>

    –生成块体:
    ·Preprocessor > -Modeling-Create > -Volumes-Block >

    ·工作平面—一个可动的二维参考平面，用来定位确定图元。缺省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，但可以把工作平面移动或旋转到任意位置.
    –利用显示格栅，在工作平面上作图就象在方格纸上作图。
    –除了格栅的设置外，工作平面是无限的。

    ·所有的工作平面命令菜单均在Utility Menu > WorkPlane.
    ·工作平面控制菜单（WP Settings）控制下列内容:
    –WP display -只显示三个坐标轴(缺省),只显示格栅，或两者均显示。
    –Snap -便于在工作平面上拾取格栅上的点.
    –Grid spacing –栅距.
    –Grid size -显示的工作平面大小(大小无限制).

    ·用Offset和Align菜单可以把工作平面移到期望的任意位置.
    –通过增量移动工作平面
    ·用按扭实现(通过指针滑动实现).
    ·或输入希望的增量值.
    ·或使用动态方式(类似移动-缩放-转动).

    –Offset WP to >
    保持其当前方向，简单地平移工作平面到期望的位置:
    ·已经存在的一个或多个关键点. 若拾取多个关键点，则工作平面移到这些关键点的平均位置处.
    ·已经存在的一个或多个结点.
    ·通过坐标值指定的一个或多个位置.
    ·总体坐标系原点.
    ·激活坐标系的原点.

    –Align WP with >此命令用于定位工作平面.
    ·例如, Align WP with Keypoints命令提示拾取三个关键点-一个为原点一个定义X-轴, 一个定义X-Y 平面.
    ·把工作平面移动到其缺省位置（总体坐标系原点，X-Y 平面内)时, 点击Align WP with > Global Cartesian.

    ·演示:
    –清除数据库
    –显示工作平面并通过拾取方式建立几个关键点，注意拾取时显示的坐标值.
    –打开格栅，改变间距，并激活捕捉.
    –建立更多的关键点.注意指针如何捕捉格栅上的点.
    –定义两个矩形—一个通过定义角点，另一个通过定义尺寸.
    –现在把工作平面平移到几个关键点的平均位置处, 然后在平面内将其转30o.
    –定义多于两个矩形—通过定义角点或通过定义尺寸生成。注意矩形方向的变化.
    –沿总体坐标原点调整工作平面，然后用拾取或输入尺寸的方法生成三维图元.
    ·布尔运算是对几何实体进行合并的计算。ANSYS 中布尔运算包括加、减、相交、叠分、粘接、搭接.
    ·布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过CAD输入的复杂的几何体。

    ·所有的布尔运算可以在GUI界面下获得Preprocessor > -Modeling-Operate.
    ·在缺省状态下, 布尔运算时输入的几何实体在运算结束后将删除.
    ·被删除实体的编号数被“释放”(即, 这些编号可以可以指定给新的实体，并从可以获得的最小编号开始）。

    ·加
    –把两个或多个实体合并为一个.

    ·粘接
    –把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界
    –当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材料组成的实体）

    ·搭接
    –类似于粘合运算，但输入的实体有重叠.

    ·减
    –删除“母体”中一块或多块与子体重合的部分。
    –对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便.

·叠分
    –把一个实体分割为两个或多个，它们仍通过共同的边界连接在一起.
    –“切割工具”可以是工作平面、面线甚至于体.
    –在用块体划分网格时，通过对实体的分割，可以把复杂的实体变为简单的体.

    ·相交
    –只保留两个或多个实体重叠的部分.
    –如果输入了多于两个的实体,则有两种选择: 公共相交和两两相交
    ·公共相交只保留全部实体的共同部分.
    ·两两相交则保留每一对实体的共同部分，这样，有可能输出多个实体.

    ·互分
    –把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。
    –若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示. (交运算可以找到交点但删除了两条线）

    ·演示:
    –通过在矩形中减去一个圆实现钻一个孔（或者在一个块体中减去柱体实现）
    –画两个相交的实体，并存储db, 然后作交运算. 现在恢复db并对实体进行相加. 注意比较两种运算的不同. (合运算类似交运算.)
    –模型:
    ·block,-2,2, 0,2, -2,2
    ·sphere,2.5,2.7
    ·vinv,all! intersection

C. 由下而上建模

    ·由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。
    ·如建立一个L-形时, 可以先下面所示的角点.然后通过连接点简单地形成面，或者先形成线，然后用线定义面.

    关键点
    ·定义关键点:
    –Preprocessor > -Modeling-Create > Keypoints
    –或者用K命令组立的命令: K, KFILL, KNODE, 等.
    ·生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据.
    –关键点编号的缺省值为下一个整数
    –坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z 坐标值确定.坐标值如何确定？它依赖于当前激活坐标系.

    激活坐标系
    ·缺省时是总体直角坐标系.
    ·用CSYS命令(或Utility Menu > WorkPlane> Change Active CS to) 可将其改变为
    –总体直角坐标系[csys,0]
    –总体柱坐标系[csys,1]
    –总体球坐标系[csys,2]
    –工作平面[csys,4]
    –或用户定义的局部坐标系[csys, n]这些坐标系将在下面介绍。

    总体坐标系
    ·模型的总体参考系.
    ·可以是直角坐标系（0）、柱坐标系（1）或球坐标系(2).
    –例如, 总体直角坐标系中的点(0,10,0)与总体柱坐标系中的点(10,90,0)是同一个点.

    局部坐标系
    ·用户在期望的位置定义的坐标系, 其ID编号大于或等于11. 位置可以在:
    –工作平面原点[CSWP]
    –位于特定的坐标位置[LOCAL]
    –位于已经存在的关键点[CSKP]或节点[CS]
    ·可以是直角坐标系、柱坐标系或球坐标系.
    ·可以绕X、Y、Z轴旋转.

    工作平面坐标系
    ·依附于工作平面上.
    ·主要用来确定实体图元的位置及方向.
    ·也可以通过在工作平面上拾取来定义关键点.
    ·可以定义多个坐标系，但任何时候只能有一个坐标系被激活.

    ·有些几何实体受定义时激活坐标系的影响[CSYS]:
    –关键点和节点位置
    –线的曲率
    –面的曲率
    –生成或填充的关键点和节点
    –等等.
    ·图形窗口标题显示了活动坐标系.

    ·有许多方法定义线，如：
    ·如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激活坐标系确定.
    ·在生成线时，关键点必须存在。

    ·用由下向上的方法生成面时，需要的关键点或线必须已经定义
    ·如果定义体，ANSYS 将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前激活坐标系确定.

    ·用由下向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义

    ·演示:
    –清除数据库
    –生成5个关键点(1,2), (3,2), (4,0), (1,1.5), (2.5,0)
    –转到CSYS,1 并在激活坐标系中关键点4和5之间生成线（“in active CS”）。
    –转回CSYS,0 并通过关键点生成面，注意其它需要的线将自动生成全部线都是直线.
    –定义两个圆:
    ·半径0.3R, 圆心位于(2.25,1.5)
    ·半径0.35R, 圆心位于(3.0,0.6)
    –从基本面中减去两个圆. (这里采用由上而下和由下而上的建模方式.)
    –存为r.db
    ·在由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算.
    ·除了布尔运算，还有许多其它操作命令:
    –拖拉
    –缩放
    –移动
    –拷贝
    –反射
    –合并
    –倒角
    拖拉
    ·利用已经存在的面快速生成体(或由线生成面或由关键点生成线).
    ·如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起拖拉
    ·有四种方法拖拉面:
    –法向拖拉—通过对面的法向偏移形成体[VOFFST] .
    –XYZ偏移—通过对面的总体XYZ方向偏移形成体[VEXT]. 可以锥形拖拉
    –沿坐标轴—绕坐标轴旋转面形成体(也可通过两个关键点旋转) [VROTAT].
    –沿直线—沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体[VDRAG].

    缩放
    ·从一种单位系统转到另一种单位系统时特别方便.
    移动
    ·通过增量DX,DY,DZ控制实体的移动或旋转.
    –DX,DY,DZ定义在激活坐标系中
    –平移实体时，令激活坐标系为直角坐标系
    –转动实体时，令激活坐标系为柱或球坐标系
    –可以使用下列命令VGEN, AGEN, LGEN, KGEN
    ·另一个选项是把坐标转换到另一个坐标系中.
    –转换发生在激活坐标系与指定的坐标系之间.
    –此命令在对一个实体的移动和旋转同时进行时很有用.
    –可使用下列命令
    ·VTRAN, ATRAN, LTRAN, KTRAN

    拷贝
    ·生成实体的多个拷贝
    ·通过复制的份数（2及其以上）及增量DX,DY,DZ 控制. DX,DY,DZ定义在激活坐标系中.
    ·对于生成多个孔、翼等特别有用.

    反射
    ·沿平面反射实体.
    ·修改反射方向:
    –X 关于YZ平面反射
    –Y关于XZ平面反射
    –Z关于XY平面反射
    所有的方向均定义在激活坐标系，且必须是直角坐标系.

    合并
    ·把两个实体合并，并删除重合的关键点.
    –合并关键点时，如果存在高一层次重合的实体，也将自动被合并.
    ·通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并.

    倒角
    ·线的倒角连接需要两条相交的线，且在相交处有共同的关键点.
    –如果共同的关键点不存在，则首先作互分的运算.
    –ANSYS不改变依附的面（如果有），因此，需要用加或减的命令修改倒角区域.
    ·面的倒角与此相似

    ·演示:
    –恢复r.db 文件(需要时)
    –在点(0,0) and (0,1)处生成两个关键点连成轴,然后绕轴把面旋转60o拉伸
    –重新调如r.db
    –绕Y轴径向复制rib:
    ·在整体坐标系原点建立局部柱坐标系，具有角度THYZ = -90
    ·复制7份(6份是新复制的）增量为DY=15
    –用ASKIN,P命令生成3个外部表面
    –重新调如r.db
    –以0.5R在上部和右边线之间倒角. (注意附着于面上的线已被修改.这在某些情况下是允许的.)
    –通过线生成三角形的面，然后从主面中减去它。