《实体建模技术》PPT课件.ppt

第8章 实体建模技术,四种创建模型的方法：总共有四种途径创建ANSYS模型(包括几何实体模型和有限元模型)，如下表所示：,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，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 Replot,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、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 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: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OK2.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“Keypoint 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 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,8.4.3.6 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VOFFSTXYZ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,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 inlocalcylindricalCS,Create outerareas byskinning,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。通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并。,Merge or gluerequired,Reflect,Subtract frombase 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,Createfillet,Createarea,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ANSYS2.打开等视图方位:Utility Menu PlotCtrls 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:/PREP7BLOCK,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,2.25,1.25,0.75WPROT,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,-1.5,6.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 OKDZ=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置:Utility Menu WorkPlane Align WP with Global Cartesian或用命令:WPCSYS,-1,0VPLOT,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 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,-0.75,12.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=0WP Y=0Depth=1深=-0.1875,按 ApplyWP X=0WP Y=0Rad=0.85Depth=-2,按 OK或用命令:CYL4,0,0,1,-0.1875CYL4,0,0,0.85,-2,13.挖掉两个实体柱，形成轴承座和套筒的孔:Main Menu Preprocessor-Modeling-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 between KPs+在基础上拾取两个位于正上方拐角处的关键点，按 OKRATI=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.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,ALL17.打开体号的显示开关并画体:Utility Menu PlotCtrls Numbering 设置 Volume numbers选项为on,按 OK或用命令:/PNUM,VOLU,1VPLOT,18.保存并退出 ANSYS:Utility Menu File Save as shaft.dbPick 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ANSYS2.创建两个圆形面:Main Menu Preprocessor-Modeling-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:/PREP7PCIRC,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,1APLOT4.创建两个矩形面:Main Menu Preprocessor-Modeling-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:WPAVE,6.56.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 PCIRC,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,1,2,3,4AOVLAP,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-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,2.5,0.5K,3.25,0.4K,4.0,0.33K,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:CSYS,112.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,5,6,7,21,24,22,1,135,1,45,13.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OKUtility Menu Plot Lines或用命令:/PNUM,LINE,1LPLOT,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+拾取线 36 和 40,然后选择Apply输入RAD=.25,然后选择Apply拾取线 40和 31,然后选择Apply按Apply拾取线30和39,然后选择OK按OKUtility Menu Plot Lines或用命令:LFILLT,36,40,0.25LFILLT,40,31,0.25LFILLT,30,39,0.25LPLOT,18.以预先定义的圆角为边界，创建一新的面:Main Menu Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Arbitrary By Lines+拾取线 12,10,和 13,然后选择Apply拾取线 17,15,和19,然后选择Apply拾取线 23,21,和24,然后选择OKUtility Menu Plot Areas或用命令:AL,12,10,13AL,17,15,19AL,23,21,24APLOT,19.把所有的面加起来:Main Menu Preprocessor-Modeling-Operate Add Areas+拾取Pick All或用命令:AADD,ALL20.选择Fit 使整个模型充满图形窗口:Utility Menu PlotCtrls Pan,Zoom,Rotate 按Fit,21.关闭线号和面号:Utility Menu PlotCtrls Numbering.设置线号和面号为“off”,然后选择OKUtility Menu Plot Areas或用命令:/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0APLOT22.激活总体笛卡尔坐标系:Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian或用命令:CSYS,0,23.以X-Z平面(在Y方向)为对称面，对面进行镜面反射:Main Menu Preprocessor-Modeling-Reflect Areas+拾取Pick All选择 X-Z平面,然后选择OK或用命令:ARSYM,Y,13,24.把所有的面加起来:Main Menu Preprocessor-Modeling-Operate Add Areas+拾取Pick All或用命令:AADD,ALL25.关闭工作平面:Utility Menu WorkPlane Display Working Plane或用命令:WPSTYLE,26.存储并退出 ANSYS:Utility Menu file save aslink.db在工具条中拾取“QUIT”选择“Quit-No Save!”按OK或用命令:SAVEFINISH/EXIT,NOSAVE,