实体建模技术

1、第8章 实体建模技术,第8章 实体建模技术(续,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 ANSYS有一组很方便的几何作图工具,8.1 定义,实体建模：建立实体模型的过程。 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,体,面,线及关键点,8.1 定义(续,实体的层次从低到高是: 关键点

2、线 面体。关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。 注：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,8.1 定义(续,这个层次的顺序与模型怎样建立无关。 ANSYS不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体,8.2 实体建模的途径,建立实体模型可以通过两个途径: 由顶向下 由底向上 可以根据模型形状选择最佳建模途径,8.2 实体建模的途径(续,由底向上建模：关键点线面体,由顶向下建模，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,8.3 由顶向下建模,由顶向下建模：首先建立体(或面)，对这些体或面按一定规则组合得到最终

3、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布尔运算,8.3.1 图元,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，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,8.3.1 图元(续,三维图元包括块体、圆柱体、棱体、球体和圆锥体，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,8.3.1 图元(续,体 (3D模型) 由面围成，代表三维实体 面 (表面)由线围成。代表实体表面、平面形状或壳(可以是三维曲面) 线 (可以是空间曲线)以关键点为端点

4、，代表物体的边 关键点 (位于3D空间)代表物体的角点,Areas,Volume,Keypoints,Lines,Area,四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系： (即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用ANSYS建模工具修改传入的模型) 下图示意四类图元,8.3.1 图元(续,例如：下图的空心球由1个体, 4个面, 10条线 和8个关键点组成。在ANSYS中可由下面操作完成 Main Menu: Preprocessor Create Sphere By Dimensions,一个功能即可创建空心球,8.3.1 图元(续,图元可以通过输入尺寸或在图形窗口拾取来建立。 例如

5、建立实心圆,在图形窗口拾取中心及半径或在这里输入数值,8.3.1 图元(续,生成块体,在图形窗口拾取期望的位置或在这儿输入值,8.3.1 图元(续,要绘制体、面、线或关键点: Utility Menu: Plot Keypoints or Lines or Areas or Volumes,8.3.1 图元(续,打开面编号的结果,在图形窗口中区分图元：当多个图元同时在图形窗口中显示时，可以通过打开某种图元类型编号来区分它们，这些图元以不同的标号和颜色显示,8.3.1 图元(续,打开编号显示: Utility Menu: PlotCtrls Numbering,选取需要的项目，然后选择OK,控制

6、是否编号和颜色同时显示 (缺省), 只显示编号, 或只显示颜色,8.3.1 图元(续,编号显示在图元的“热点”上,对于面或体，热点为图形中心. 对于线，有三个热点,为什么这一点非常重要: 需要在图形窗口拾取取图元时，应该点取图形的热点，确保拾取所需要的图元。这对于有多个图形重叠的情况非常重要. （如上图,8.3.1 图元(续,ANSYS缺省的编号字体比较小，可进行放大： 要放大编号字体: 1. Utility Menu: PlotCtrls Font Controls Entity Font . 2. 选择需要的字体、尺寸等 3. 选择 OK. 4. Utility Menu: Plot Re

7、plot,8.3.1 图元(续,只删除面，保留面上的线及关键点,删除面以及面所包含的低阶图元（线，关键点,当删除图元时，ANSYS提供两种选择： 可以只删除指定的图元，保留这个图元所包含的低阶图元 也可以连这个图元包含的低阶图元一块删去,8.3.1 图元(续,要删除一个或多个图元 : Main Menu: Preprocessor -Modeling- Delete,在图形窗口中拾取一个或多个图元(本例中为面)，然后选择OK,选择图元(注意前页所述两种方式,8.3.1 图元(续,使用 Multi-Plots 功能, ANSYS将在图形窗口同时显示显示所有数据(包括体、面、线、关键点，以及节点、

8、单元) 要使用 multi-plot: Utility Menu: Plot Multi-Plots 根据编号对话框中的设置，显示编号及颜色,8.3.2 工作平面,定义：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,8.3.2 工作平面(续,工作平面的命令菜单：Utility Menu WorkPlane,在绘图窗口上显示工作平面,查看工作平面的状态,工作平面设置,偏移工作平面,改变工作平面,8.3.2 工作平面(续,工作平面设

9、置,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,WP display:只显示三个坐标轴 (缺省)，只显示格栅，或两者均显示,8.3.2 工作平面(续,通过增量移动工作平面,或使用动态方式(类似移动-缩放-转动,用按扭实现(通过指针滑动实现,或输入希望的增量值,8.3.2 工作平面(续,保持当前方向，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,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,8.3.2

10、 工作平面(续,定位工作平面,把工作平面移动到总体坐标系原点(X-Y平面内,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,8.4 由底向上建模,与首先定义体素不同，由底向上建模首先定位关键点，然后用这些关键点、线、面、体最终构成几何模型。 应用当不适用体素方法创建几何模型时要应用由底向上技术建模。 当然，你可以任意交替使用两种方法（由顶向下和由底向上）进行建模,8.4 由底向上建模(续,由底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,8.4.1 关键点,定义关键点

11、: Preprocessor -Modeling- Create Keypoints 或者用K命令组立的命令:K, KFILL, KNODE, 等,生成单个关键点 指定某线上生成关键点 在节点处生成关键点 在两关键点间生成关键点 在圆弧的中心生成关键点,8.4.1 关键点(续,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,8.4.1.1 在工作平面上建立关键点,8.4.1.2 在两个关键点之间建立关键点,1. 拾取起始和终止关键点，然后单击拾取菜单中的OK

12、2. 选择中分比例(ratio) (d1-dnew)/(d1-d2)，或者距离(dist)方式 3. 指定比例或距离值 4. 单击OK,8.4.1.3 修改一系列关键点,1.拾取将要移动的关键点，然后单击拾取菜单中的OK键 2. 指定拾取关键点的终点坐标 3. 单击OK,8.4.1.4 修改单个关键点,拾取将要移动的关键点，然后单击拾取菜单中的OK键,指定拾取关键点的终点坐标。 修改关键点将自动清除与之相连的任何单元网格，并且在当前激活坐标系下重新定义与之相连的高级图元。 只要已经存在的节点是“自由的”(不与线或网格相连)，就可以通过重新定义新坐标值的方法修改其位置。否则，你必须使用“Keyp

13、oint modify”功能,8.4.1.5 计算已知两关键点之间的距离,1. 拾取两个关键点，它们之间的距离就显示出来 2. 然后单击拾取菜单中的OK键 3. 选择菜单File Close,8.4.1.6 复制关键点,8.4.2 线,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,8.4.2.1 生成直线,注： 线的形状由激活坐标系决定。 笛卡儿坐标系中将产生一条直线。 圆柱坐标系，随关键点的坐标不同可能产生直线、圆弧线或螺旋线,8.4.2.2 生成样条曲线,8.4.2.3 修改直线,切分,相加,8.4.2.3

14、 修改直线(续,指定被切分的线号,指定分成线段的数目,选择修改方式或者重新生成方式,如果线是“自由的”，你就可以修改它，在某些情况下，即使它与其它图元连在一起，你也可以修改它。如：将一条线分成更小的线段（即使有面与之相连也可以,8.4.3 面,用由底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,8.4.3.1 通过关键点生成面,8.4.3.2 通过边界线生成面,8.4.3.3 沿路径“拖拉”线段生成面,8.4.3.4 绕轴线旋转线段生成面,8.4.3.5 在两个面之间生成过渡面,注：原有面将被保留,8.4.3.

15、6 通过蒙皮(skinning)生成曲面,8.4.4 体,用由底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,8.4.4.1 通过顶点生成几何体,通过关键点生成几何体时，首先沿体下部依次定义一圈连续的关键点，再沿上部依次定义一圈连续的关键点,8.4.4.2 通过表面生成几何体,8.4.4.3 沿路径拖拉面生成几何体,8.4.4.4 绕轴旋转面生成几何体,8.4.4.5 沿面的法向偏移面生成几何体,8.4.4.6 指定起始与终止面比例拖拉面生面几何体,8.4.4.7 复制已有实体,指定复制份数,指定坐标偏移量,指定复制内容,8.4.5 拖拉,利用已经存在的面快速生成体(或由线生成面或由关

16、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,8.4.6 缩放,从一种单位系统转到另一种单位系统时特别方便,1.Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上选择相应的实体部分,使用Pick All拾取整个体) 2.键入想要的比例系数(对 RX, RY, RZ 的

17、比例系数)，设置 IMOVE 为 “Moved”，取代 “Copied” 3.或使用 VLSCALE 命令: vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1,8.4.7 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,8.4.7 移动(续,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,

18、LTRAN, KTRAN,从csys,0向csys,11转换,8.4.8 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,Copy in local cylindrical CS,Create outer areas by skinning,8.4.9 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,8.4.10 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

19、射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并,Merge or glue required,Reflect,Subtract from base area,8.4.11 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,Create fillet,Create area,8.5 自顶向下实体建模：轴承座,说明 建立轴承座的半个对称实体模型。 见shaft.txt,1.进入ANSYS 2.打开等视图方位: Utility Menu PlotCtrls

20、 Pan, Zoom, Rotate 按ISO 或用命令: /VIEW,1,1,1,1,3.创建轴承座的基础 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Block By Dimensions . 输入 X1 = 0, X2 = 3, Y1 = 0, Y2 = 1, Z1 = 0, Z2 = 3,然后按OK 或用命令: /PREP7 BLOCK,0,3,0,1,0,3,4.将工作平面移到位置 X=2.25, Y=1.25, Z=.75: Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments 设

21、置 X,Y,Z Offsets = 2.25, 1.25, 0.75 设置XY, YZ, ZX Angles = 0, -90, 0, 然后按OK 或用命令: WPOFF, 2.25, 1.25, 0.75 WPROT, 0, -90, 0,5.创建直径为0.75 英寸深度为-1.5 英寸的实体柱 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Cylinder Solid Cylinder + 输入Radius = 0.75/2 输入Depth = -1.5, 然后按OK 或用命令: CYL4, , ,0.75/2, , , ,-1.

22、5,6.将实体柱考贝到DZ=1.5的新位置 : Main Menu Preprocessor Copy Volumes + 拾取柱体 (体号 2),按 OK DZ = 1.5, 按 OK 或用命令: VGEN,2,2, , , , ,1.5, ,0,7.从轴承座基础中挖出两个圆孔: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Subtract Volumes + 拾取轴承座基础的体 (体 1), 按 OK 拾取两个圆柱体 (体 2 和体3), 然后按 OK 或用命令: VSBV, 1, ALL,8.在整体坐标系中改变工作平面的相对位

23、置: Utility Menu WorkPlane Align WP with Global Cartesian 或用命令: WPCSYS,-1,0 VPLOT,9.创建套筒托架的基础: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Block By 2 Corners & Z + 输入WP X = 0 输入WP Y = 1 输入width = 1.5 输入height = 1.75 输入depth = 0.75, 然后按 OK 或用命令: BLC4,0,1,1.5,1.75,0.75,10.将工作平面移到套筒托架的正面: Utility

24、 Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints + 拾取正面左角顶部的关键点,按 OK 或用命令: KWPAVE, 16,11.创建套筒托架的拱: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Cylinder Partial Cylinder + 输入WP X = 0 输入WP Y = 0 输入Rad-1 = 0 输入Theta-1 = 0 输入Rad-2 = 1.5 输入Theta-2 = 90 输入Depth = -0.75, 然后按 OK 或用命令: CYL4,0,0,0,0,1.5,90,-0.75

25、,12.通过套筒托架的孔创建轴承座的柱: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Cylinder Solid Cylinder + WP X = 0 WP Y = 0 Depth = 1 深 = -0.1875,按 Apply WP X = 0 WP Y = 0 Rad = 0.85 Depth = -2, 按 OK 或用命令: CYL4,0,0,1, , , ,-0.1875 CYL4,0,0,0.85, , , ,-2,13.挖掉两个实体柱，形成轴承座和套筒的孔: Main Menu Preprocessor -Modelin

26、g- Operate -Booleans- Subtract Volumes + 拾取两个形成套筒托架拱和基础的体 按Apply 拾取轴承座柱 按Apply 拾取同样的两个基础的体 按Apply 拾取通过孔的圆柱 按OK,14.合并相同的关键点: Main Menu Preprocessor Numbering Ctrls Merge Items 设置标号 “Keypoints”,然后按 OK 或用命令: NUMMRG,KP,15.创建腹板: 15a.在基础正面顶边的中间建立一个关键点: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create Keypoints KP

27、 between KPs + 在基础上拾取两个位于正上方拐角处的关键点，按 OK RATI = 0.5, 然后按OK 或用命令: KBETW,7,8,0,RATI,0.5,15b.创建三角形面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Arbitrary Through KPs + 在轴承座基础和套筒托架基础相交的位置，拾取第一个关键点 X=1.5 在拱表面底部和套筒托架基础相交的位置，拾取第二个关键点 X=1.5 拾取在14a步骤中建立的位于X=1.5, Y=1, Z=3的第三个关键点 按Ok 或用命令: A,14,15,9,15c.

28、沿面的法线方向拉伸面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate Extrude -Areas- Along Normal + 拾取在步骤14b中建立的三角形面,按 OK 输入DIST = -0.15, 然后按OK 或用命令: VOFFST,3,-0.15,16.组合体: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Glue Volumes + 拾取Pick All 或用命令: VGLUE,ALL 17.打开体号的显示开关并画体: Utility Menu PlotCtrls Numberi

29、ng 设置 Volume numbers选项为on, 按 OK 或用命令: /PNUM,VOLU,1 VPLOT,18.保存并退出 ANSYS: Utility Menu File Save as shaft.db Pick the “QUIT” button in the Toolbar 选择 “Quit - No Save!” 按OK 或用命令: FINISH /EXIT,ALL,8.6 由底向上实体建模：连杆,说明 用由底向上建模技术，建立汽车连杆几何模型 见link.txt,1. 进入ANSYS 2.创建两个圆形面: Main Menu Preprocessor -Modeling-

30、Create -Areas- Circle By Dimensions . 输入RAD1 = 1.4 输入RAD2 = 1 输入THETA1 = 0 输入THETA2 = 180, 然后选择Apply 输入THETA1 = 45, 然后选择OK 或用命令: /PREP7 PCIRC,1.4,1,0,180 PCIRC,1.4,1,45,180,3.打开面号: Utility Menu PlotCtrls Numbering . 设置面号为 “on”, 然后选择OK 或用命令: /PNUM,AREA,1 APLOT 4.创建两个矩形面: Main Menu Preprocessor -Model

31、ing- Create -Areas- Rectangle By Dimensions . 输入X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 1.2, Y2 = 1.8, 然后选择Apply 输入X1 = -1.8, X2 = -1.2, Y1 = 0, Y2 = 0.3, 然后选择OK 或用命令: RECTNG,-0.3,0.3,1.2,1.8 RECTNG,-1.8,-1.2,0,0.3,5.平移工作面位置(X=6.5): Utility Menu WorkPlane Offset WP to XYZ Locations + 回车后在输入窗口输入 6.5 ， OK 或用命令: WPA

32、VE,6.5 6.设置工作平面所在的坐标系为激活坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Working Plane 或用命令: CSYS,4,7.再创建两个圆形面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Circle By Dimensions . 输入RAD1 = 0.7 输入RAD2 = 0.4 输入THETA1 = 0 输入THETA2 = 180, 然后选择Apply 输入THETA2 = 135, 然后选择OK 或用命令: PCIRC,0.7,0.4,0,180 PCI

33、RC,0.7,0.4,0,135,8.在每一组面上分别进行布尔操作: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Overlap Areas + 先选择左边的一组面, 然后选择Apply 再选择右边的一组面, 然后选择OK 或用命令: AOVLAP,1,2,3,4 AOVLAP,5,6,9.激活总体笛卡尔坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian 或用命令: CSYS,0,10.定义四个新的关键点: Main Menu Preprocessor -

34、Modeling- Create Keypoints In Active CS 第一关键点, X=2.5, Y=0.5, 然后选择Apply 第二关键点, X=3.25, Y=0.4, 然后选择Apply 第三关键点, X=4, Y=0.33, 然后选择Apply 第四关键点, X=4.75, Y=0.28, 然后选择OK 或用命令: K, ,2.5,0.5 K, ,3.25,0.4 K, ,4.0,0.33 K, ,4.75,0.28,11.激活总体柱坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cylindrical 或用命令

35、: CSYS,1 12.创建一条线(由一系列关键点拟合一条样条曲线): Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Splines With Options Spline thru KPs + 顺序拾取如图形窗口所示的六个关键点, 然后选择OK,12.(续): 输入XV1=1(总体柱坐标系,关键点1处的半径) YV1=135 (总体柱坐标系，关键点1处的角度) XV6=1 (总体柱坐标系，关键点6处的半径) YV6=45 (总体柱坐标系，关键点6处的角度) 按OK 或用命令:BSPLIN,5,6,7,21,24,22,1,135,1,45,

36、13.通过关键点1和18创建一条直线 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Lines Straight Line + 拾取图形窗口所示的两个关键点, 然后选择OK 或用命令: LSTR, 1, 18,14.打开线号，显示线: Utility Menu PlotCtrls Numbering . 设置 Line numbers为 “on”, 然后选择OK Utility Menu Plot Lines 或用命令: /PNUM,LINE,1 LPLOT,15.以预先定义的线6, 1, 7, 25 为边界创建一个新面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Arbitrary By Lines + 拾取四条线 (6, 1, 7, 和 25), 然后选择OK 或用命令: AL, 6, 1, 7, 25,16.放大连杆左边部分: Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate 拾取Box Zoom,17.创建三个线与线的倒角: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Line Fillet + 拾取