《CAE几何建模》课件

CAE几何建模计算机辅助工程(CAE)是现代产品设计和制造的重要组成部分。几何建模是CAE的基础，为后续的分析和仿真提供基础数据。课程简介几何建模创建几何模型，用于模拟和分析各种工程问题。CAE计算机辅助工程，利用计算机软件进行产品设计和分析。软件使用专业的几何建模软件，例如ANSYS、SolidWorks等。课程目标掌握几何建模基础理解点、线、面等基本几何元素的概念和性质。熟练运用CAD软件创建各种几何实体模型。掌握网格划分原理学习网格划分的基本概念和流程。掌握不同网格划分方法的优缺点及应用场景。几何建模基础概念几何建模是CAE分析的基础。它涉及创建和表示物体几何形状的过程。准确的几何模型对于确保分析的可靠性至关重要。建模软件常用的建模软件包括SolidWorks、CATIA、Creo、UG等。这些软件提供了丰富的功能，可用于创建各种复杂形状的模型。参数化建模参数化建模使用参数来定义几何形状，允许用户轻松修改模型。它提高了建模效率并简化了模型更改。模型精度模型的精度直接影响分析结果的准确性。因此，需要根据分析需求选择适当的建模方法和精度。几何模型构建步骤1定义几何实体例如：点、线、面等2创建几何实体使用建模软件创建几何实体3组装几何实体将几何实体组合成完整模型4模型优化调整模型尺寸、形状等几何模型构建步骤是CAE分析的基础，确保模型准确完整是后续分析的关键。模型构建需要遵循设计规范，并根据实际情况进行调整优化。点、线、面的定义和性质11.点点是几何图形的基本元素，没有大小、形状和体积。点仅表示空间中的一个位置。22.线线是由无数个点连接而成的，具有长度，但没有宽度和厚度。线可以是直线、曲线或折线。33.面面是由无数条线连接而成的，具有面积，但没有厚度。面可以是平面或曲面。基本几何实体建模基本几何实体是构成复杂几何模型的基础，也是理解复杂模型的关键。掌握基本几何实体的建模方法是进行CAE分析的基础，能够有效提升模型精度和分析效率。1点几何模型的起点，代表一个位置2线连接两个点，具有长度和方向3面由线段围成，具有面积和法向量4体由多个面围成，具有体积和质量基本几何实体的建模过程通常涉及创建、修改和组合操作，例如创建点、连接点构成线、将线组合成面、将面组合成体等。掌握这些操作可以有效地创建各种复杂几何模型。复杂几何实体建模1参数化建模通过参数化的方式控制几何形状，方便修改和调整模型。2特征建模将复杂模型分解为一系列基本特征，并逐一创建和组合。3布尔运算使用布尔运算组合或分割基本形状，构建更复杂的几何实体。曲面建模方法扫描曲面扫描曲面方法是一种将二维曲线沿路径移动以生成三维曲面的方法。该方法适用于创建具有复杂形状和轮廓的模型。旋转曲面旋转曲面方法将二维曲线绕轴旋转以生成三维曲面。该方法适用于创建具有对称形状和轮廓的模型。自由曲面自由曲面方法允许用户创建不受限制的形状和轮廓的曲面。该方法适用于创建具有复杂几何形状和复杂轮廓的模型。曲面建模实例分析本节课将通过具体的实例演示，讲解如何利用各种曲面建模方法，创建复杂的几何模型。例如，汽车外形设计、飞机机翼设计等。我们将会学习如何运用不同的曲面建模工具，以及如何控制曲面的形状和特征，以满足不同的设计需求。网格划分基础网格划分概述网格划分是将连续的几何模型离散化为一系列有限元的过程，是有限元分析中关键的一步。网格类型常用的网格类型包括三角形、四边形、四面体和六面体等，不同类型网格适用于不同的分析场景。网格密度网格密度影响分析结果的精度和计算时间，需要根据具体问题选择合适的网格密度。网格划分准则网格尺寸网格尺寸应与模型的几何特征相适应，在高曲率区域或应力集中区域，需要使用更细密的网格。网格尺寸的选取应考虑计算精度、计算效率和计算时间等因素。网格形状网格形状应尽可能接近正方形或等边三角形，避免长条形、扭曲形等不规则形状的网格。网格形状的质量直接影响计算结果的精度和稳定性。网格划分方法结构化网格结构化网格是使用规则形状单元(如矩形、三角形或四面体)对几何模型进行划分。此方法易于实现，但对复杂几何形状的适应性有限。非结构化网格非结构化网格使用不规则形状单元(如三角形、四面体或六面体)来划分几何模型。这种方法适用于复杂几何模型，但处理起来可能更复杂。混合网格混合网格结合了结构化和非结构化网格的优点，在特定区域使用规则形状单元，而在其他区域使用不规则形状单元。混合网格是处理复杂几何模型的有效方法，但需要进行仔细的规划和控制。网格质量评价指标网格质量直接影响仿真结果的准确性和可靠性。有效地评估网格质量对于确保仿真结果的准确性和可靠性至关重要。网格质量评价指标是衡量网格质量的关键因素，它可以帮助我们判断网格是否满足仿真分析的精度要求。1正交性网格单元的边或面是否正交于相邻单元的边或面。2扭曲度网格单元的形状是否接近理想的形状，如三角形或四边形。3长宽比网格单元的长度和宽度之间的比例，理想情况下应尽可能接近1。4单元大小网格单元的大小，通常需要根据模型的几何形状和仿真分析的要求来确定。网格优化方法网格简化减少网格节点和单元数，降低计算量。网格平滑改善网格形状，提高网格质量。网格重构重新生成网格，提高网格质量和计算精度。网格自适应根据计算结果调整网格密度，提高计算效率和精度。CAD/CAE集成建模数据交换CAD数据转换到CAE数据格式，实现模型数据共享和重用模型关联建立CAD模型和CAE模型之间的关联，确保模型的一致性和数据同步模型融合将CAD模型和CAE模型合并为一个统一的模型，以便进行综合分析和仿真模型优化基于CAE分析结果对CAD模型进行优化，提高产品性能和设计效率CAD-CAE模型转换技术1数据格式转换将CAD软件中的模型数据转换为CAE软件可以识别的格式。2几何信息提取提取CAD模型中的几何信息，例如节点、单元、材料属性等。3模型质量评估评估转换后的CAE模型质量，确保模型完整性和准确性。4模型修复修复转换过程中可能出现的模型缺陷，例如自相交、缝隙等。模型质量检查几何完整性检查模型是否有缺失或重叠的几何元素。比如，检查模型是否包含所有必要的曲面，以及曲面之间是否连接良好。几何精度检查模型的精度是否满足仿真分析的要求。例如，检查模型的尺寸是否精确，曲面的光滑程度是否符合要求。几何模型修复修复缺陷修复几何模型的缺陷，如孔洞、裂缝和自相交，确保模型的完整性和几何一致性。重建缺失部分通过插值、外推等方法重建缺失的部分，恢复模型的完整性和几何形状。平滑表面平滑几何模型的表面，消除模型中的噪声和不规则，提高模型的质量和美观度。CAD几何模型缺陷分析几何形状缺陷CAD模型中存在几何形状缺陷，如孔洞、裂缝、重叠等，这些缺陷会影响网格划分和仿真分析的准确性。拓扑缺陷拓扑缺陷指模型的拓扑结构错误，例如面之间存在自交、曲面连接不连续等，这类缺陷会影响模型的几何完整性。尺寸缺陷尺寸缺陷指的是模型尺寸不符合设计要求，例如尺寸精度不足、尺寸错误等，这些缺陷会影响仿真分析的准确性和可靠性。数据质量问题CAD模型数据质量问题会导致模型存在几何、拓扑、尺寸等方面缺陷，如模型文件格式不兼容、数据精度不足等。CAD几何模型优化重建模型诊断分析模型缺陷，如几何错误、拓扑错误、网格质量问题等。模型修复使用相关工具修复模型缺陷，确保几何模型的完整性和准确性。模型简化去除不必要的细节，优化模型的复杂度，提高计算效率。模型重建根据优化后的模型数据，重新构建模型，生成最终的分析模型。CAD和CAE模型融合问题11.几何差异CAD模型关注外观，CAE模型关注功能，几何精度要求不同。22.数据格式CAD和CAE软件使用不同的数据格式，无法直接相互识别。33.拓扑结构CAD模型以表面为主，CAE模型需要体积信息，拓扑结构不一致。44.数据一致性模型在转换过程中可能会出现数据丢失或错误，影响仿真结果。CAD和CAE数据交换标准标准概述数据交换标准确保CAD和CAE软件之间数据的互通性，避免数据格式不兼容导致的错误。几何信息标准涵盖几何模型、拓扑结构、材料属性等关键信息，确保信息完整性。行业标准常见标准包括IGES、STEP、Parasolid，确保模型在不同软件间无缝衔接。CAD和CAE信息共享11.数据集成CAD和CAE软件之间建立数据桥梁，实现模型和数据的互通。22.协同工作工程师可以同时访问和编辑CAD和CAE模型，提高工作效率。33.优化设计通过共享信息，可以进行更有效的优化设计，减少设计周期的迭代次数。44.降低成本减少重复工作，提高设计效率，最终降低产品开发成本。几何模型的应用案例分析几何模型在各行各业中得到广泛应用，例如：汽车、飞机、轮船、电子产品、建筑等。几何模型可以帮助工程师更好地理解产品结构、优化产品设计、预测产品性能，并为生产制造提供准确的指导。通过案例分析，可以更直观地了解几何模型的应用方法和优势，并激发学习兴趣。课程小结几何建模课程介绍了CAE几何建模的基础知识、方法和应用。网格划分课程涵盖了网格划分的基本概念、准则和方法。模型集成课程探讨了CAD/CAE集成建模、模型转换和数据交换。问答交流课程结束后，欢迎大家提出问题，老师将尽力解答。我们可以探讨课程内容、建模技巧、软件应用等相关问题。积极提问，促进学习，共同提升。学习体会知识提升课程内容丰富，学习了CAE几何建模的理论和实践知识，对CAE几何建模有了更深入的理解。技能提升掌握了常用的几何建模软件和建模方法，能够独立完成简单的几何模型构建。应用拓展了解了CAE几何建模在工程领域的应用，能够将所学知识应用于实际问题解决中。课程评价课堂参与学生积极参与课堂讨论，提出问题，并进行互动交流，有效提升学习效果。实践操