搜索建模與網(wǎng)格劃分指南第六章
2013-06-19 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
作者: 安世亞太 來(lái)源: e-works
關(guān)鍵字: CAE 教程 網(wǎng)格劃分
第六章 輸入實(shí)體模型
本章討論ANSYS內(nèi)置的IGES轉(zhuǎn)換過(guò)濾器,它不是諸如ANSYS Connection Kit for SAT這樣的ANSYS接口產(chǎn)品。接口產(chǎn)品是獨(dú)立授權(quán)的,接口工具包是獨(dú)立的,獨(dú)立的文檔產(chǎn)品包括在ANSYS安裝CD盤中。若想獲得更多的信息,可參看《ANSYS Connection User’s Guide》。
用戶可以在ANSYS里直接建立模型,當(dāng)然,作為一種可供替換的方案,也可以先在用戶擅長(zhǎng)的CAD系統(tǒng)里建立實(shí)體模型,把模型存為IGES文件格式,然后把這個(gè)模型輸入到ANSYS中。一旦模型成功地輸入后,就可以象在ANSYS中創(chuàng)建的模型那樣對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
6.1從IGES文件中輸入實(shí)體模型
初始圖形交換標(biāo)準(zhǔn)(IGES)是一種被普遍接受的中間標(biāo)準(zhǔn)格式,用來(lái)在不同的CAD和CAE系統(tǒng)之間交換幾何模型。ANSYS的IGES輸入能力在工業(yè)界中是位于最強(qiáng)者之列。而且,因?yàn)檫^(guò)濾器程序可以輸入部分的文件,所以用戶至少可以輸入模型的一些部分。
對(duì)于輸入IGES文件,ANSYS提供了下面兩種選項(xiàng):
·SMOOTH (NURBS-based 或RV52)-- 這個(gè)選項(xiàng)使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS幾何數(shù)據(jù)庫(kù)。SMOOTH選項(xiàng)沒(méi)有自動(dòng)生成體的能力,而且通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入的模型還需要一些手工的修補(bǔ)。必須使用標(biāo)準(zhǔn)的PREP7 幾何工具來(lái)修改模型。但是,通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入的模型不能使用FACETED選項(xiàng)拓?fù)浜蛶缀涡薷墓ぞ摺?/P>
·FACETED(或RV53)──這個(gè)選項(xiàng)使用defeaturing數(shù)據(jù)庫(kù)。這種轉(zhuǎn)換包括自動(dòng)地合并和生成體,為模型劃分網(wǎng)格做準(zhǔn)備。如果FACETED選項(xiàng)在轉(zhuǎn)換IGES文件時(shí)遇到問(wèn)題,ANSYS會(huì)提示用戶并激活一組增強(qiáng)的拓?fù)浜蛶缀喂ぞ?這些工具是專門設(shè)計(jì)成采用交互方式修改輸入模型的。對(duì)大而復(fù)雜的模型建議不要采用這個(gè)選項(xiàng)。
確保在輸入或創(chuàng)建模型之前設(shè)置了輸入選項(xiàng)。一旦模型輸入或創(chuàng)建就不能改變這個(gè)選項(xiàng)了。如果必須改變輸入選項(xiàng),用/CLEAR清空數(shù)據(jù)庫(kù)(或離開(kāi)并重啟動(dòng)ANSYS),設(shè)置正確的選項(xiàng)并重新輸入或重新創(chuàng)建模型。改變輸入選項(xiàng)將導(dǎo)致混合模式的幾何模型,生成一個(gè)壞的數(shù)據(jù)庫(kù)。
6.1.1 使用SMOOTH選項(xiàng)
用SMOOTH選項(xiàng)的強(qiáng)大輸入及建模特性輸入模型并準(zhǔn)備分析,如果必要用FACETED選項(xiàng)的defeaturing功能。在下列情形也需要用SMOOTH選項(xiàng):
? 模型輸出為IGES文件。
? 在輸入模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建新的幾何圖元
首先應(yīng)嘗試用SMOOTH選項(xiàng)輸入模型。如果不能用可用工具修復(fù)模型,嘗試用FACETED選項(xiàng)輸入并修復(fù)模型。
6.1.1.1 用SMOOTH選項(xiàng)輸入IGES文件
設(shè)置輸入IGES文件的選項(xiàng):
命令: IOPTN
GUI: Utility Menu>File>Import>IGES
? 選擇SMOOTH選項(xiàng)
選擇IGES文件:
命令: IGESIN
GUI: 設(shè)置IGES選項(xiàng)之后拾取文件對(duì)話框,當(dāng)ANSYS問(wèn)是否執(zhí)行IGES命令時(shí)選擇YES。
6.1.1.2用SMOOTH選項(xiàng)的準(zhǔn)則
如果用SMOOTH選項(xiàng)輸入IGES文件,應(yīng)當(dāng)注意下列準(zhǔn)則。
6.1.1.2.1當(dāng)在CAD系統(tǒng)中建模
? 考慮模型的規(guī)劃、對(duì)稱及有限元分析要求細(xì)節(jié)的程度按照ANSYS實(shí)體建模過(guò)程進(jìn)行建模。例如對(duì)軸對(duì)稱模型ANSYS程序要求總體坐標(biāo)系的Y軸作為旋轉(zhuǎn)軸。參考§2。
? 避免生成封閉曲線(即線開(kāi)始并終止于相同的點(diǎn))及封閉曲面(諸如表面起始并終止于同一個(gè)邊界)。ANSYS不能存儲(chǔ)封閉曲線或曲面(它要求至少兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn))。如果一個(gè)封閉曲線,封閉曲面或修剪的封閉曲面-當(dāng)讀入IGES文件遇到由IGES圖元120、144或128、144定義的表面時(shí),ANSYS將試圖將其分割為兩個(gè)或更多的圖元。
? 盡可能寫ANSYS需要的數(shù)據(jù)到IGES文件中(參見(jiàn)《ANSYS Commands Reference》中IOP TN命令的描述)。
6.1.1.2.2當(dāng)從CAD程序?qū)懗鯥GES文件
? 只傳遞分析需要的部分幾何模型,有限元分析并不需要CAD模型那樣多的細(xì)節(jié)。
? 對(duì)修剪表面的傳遞,在IGES文件中包括總體XYZ數(shù)據(jù)及UV數(shù)據(jù)。
? 對(duì)待分析的大模型,用CAD程序的選擇功能創(chuàng)建幾個(gè)IGES文件,每個(gè)包含模型的一部分。ANSYS將會(huì)給每個(gè)輸入的文件一個(gè)新的實(shí)體號(hào)碼?？梢岳们疤幚碇械暮喜?MERGE)特性(NUMMRG命令或菜單路徑Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items)合并重合的圖元。
? 以ASCII格式寫IGES文件,每條記錄80個(gè)字符。
? 對(duì)proeNGINEER程序用下列準(zhǔn)則:
-設(shè)置Config.pro 選項(xiàng)“iges_out_trim_xyz”為“yes”
-設(shè)置精度為1E-6并重新生成模型。
6.1.1.2.3當(dāng)將IGES文件讀入到ANSYS中:
? 關(guān)注ANSYS執(zhí)行的信息。警告信息給出未能傳遞的IGES圖元的細(xì)節(jié)及相應(yīng)ANSYS的體號(hào)。
? 如果IGES實(shí)體沒(méi)有傳遞,用ANSYS實(shí)體建模命令重新構(gòu)造。SMOOTH IGES過(guò)濾器能夠讀入任何小于或等于20度的有理B樣條曲線(類型為126)或有理B樣條曲面(類型128)。嘗試讀入大于20度的B樣條曲線或曲面將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤信息。
? 從IGES文件傳入有重復(fù)線或關(guān)鍵點(diǎn)的模型是允許的。因?yàn)榻５娜莶罴敖?jīng)驗(yàn)在CAD模型中常常出現(xiàn)。有些時(shí)候需要用ANSYS命令合并重復(fù)的圖元來(lái)清理實(shí)體模型(NUMMRG命令或菜單路徑Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge items)。
當(dāng)用ANSYS AUX15[IGESIN]讀入IGES文件是合并是自動(dòng)的。缺省容差用于確定關(guān)鍵點(diǎn)是否應(yīng)合并成為一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。有些時(shí)候缺省收斂容差不夠必須改變。
6.1.1.2.4當(dāng)從ANSYS寫出IGES文件
? 在寫IGES文件之前設(shè)定系統(tǒng)單位制[/UNITS]。IGES文件捕捉這個(gè)信息并被讀入IGES文件的很多程度讀入。(不能在GUI上直接使用/UNITS命令)。
? 在寫文件時(shí)選擇所有低級(jí)實(shí)體模型圖元。(ALLSEL,BELOW,ALL)或菜單路徑(Utility Menu>Select>Everything Below)。
? 如果要寫出模型的一部分(如面),在寫文件之前只選擇相應(yīng)的圖元及相應(yīng)低階的圖元(線和關(guān)鍵點(diǎn)),然后不選擇任何高級(jí)圖元(體)。
6.1.2用FACETED選項(xiàng)
用FACETED選項(xiàng)來(lái)defeature你的模型,并修復(fù)任何用SMOOTH選項(xiàng)的實(shí)體建模工具不能修復(fù)的缺陷。
? 在輸入模型之后不能在FACETED和SMOOTH選項(xiàng)間進(jìn)行切換,因此從下向上建模不允許。
? 該選項(xiàng)不能傳遞諸如標(biāo)注、文本、注釋圖元的數(shù)據(jù)。而且ANSYS將忽略任何該選項(xiàng)不能識(shí)別的IGES圖元。然而該選項(xiàng)將傳遞所有IGES拓?fù)浼皫缀螌?shí)體。
? 當(dāng)用FACETED方法輸入模型劃分網(wǎng)格時(shí),可以將模型用DB,GEOM,CM,MAT及LOAD選項(xiàng)歸檔模型(CDWRITE命令)。
? ANSYS不會(huì)合并關(guān)鍵點(diǎn)(NUMMRG,KP);在輸入操作中合并自動(dòng)進(jìn)行。
? ANSYS不會(huì)銜接線與面。然而可以合并面和線。
? 用FACETED選項(xiàng)輸入的曲面內(nèi)部表示為平的刻面的網(wǎng)格。對(duì)這些面(面內(nèi)部)劃分網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)將不會(huì)沿著原來(lái)的表面如關(guān)鍵點(diǎn)或線內(nèi)部一樣準(zhǔn)確,也不如SOOTH選項(xiàng)輸入的準(zhǔn)確。有些情況下將會(huì)影響分析的精度。
然而FACETED選項(xiàng)的defeaturing數(shù)據(jù)庫(kù)提供了強(qiáng)大的簡(jiǎn)化模型的功能,應(yīng)該利用SOOTH選項(xiàng)輸入及建模的功能來(lái)輸入并修復(fù)模型的任何缺陷。如果需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化幾何模型,可以用FACETED選項(xiàng)的defeaturingCAD修復(fù)工具來(lái)defeature模型:
1.從SMOOTH狀態(tài)輸入IGES文件。
2.通過(guò)重新生成幾何體素及利用布爾運(yùn)算修復(fù)并增強(qiáng)模型。不要對(duì)模型劃分網(wǎng)格。
3.保存輸入創(chuàng)建的或生成模型的數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.輸出ANSYS IGES文件模型。
5.用/CLEAR命令清空數(shù)據(jù)庫(kù)(或離開(kāi)并重新啟動(dòng)ANSYS)。
6.設(shè)置IOPTN到FACETED。
7.輸入你生成的IGES文件。
注意—一旦輸入了文件就不能恢復(fù)到SMOOTH模式了。確保在用FACETED選項(xiàng)輸入之前使用ANSYS標(biāo)準(zhǔn)幾何數(shù)據(jù)庫(kù)完成了所有建模工作。
8.簡(jiǎn)化模型(defeature)從模型中去掉有問(wèn)題的特征。
9.嘗試給模型劃分網(wǎng)格。如果在劃分網(wǎng)格時(shí)遇到問(wèn)題,需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化模型。
下面幾節(jié)詳細(xì)覆蓋了上述任務(wù)。
6.1.2.1修復(fù)并增強(qiáng)模型
在SMOOTH模式時(shí),用幾何增強(qiáng)工具創(chuàng)建額外實(shí)體或增強(qiáng)。這些工具設(shè)計(jì)用來(lái)同布爾運(yùn)算一起用于增加通孔或增強(qiáng)幾何體素的模型。這些工具是ANSYS可用的標(biāo)準(zhǔn)幾何工具的一個(gè)子集,參見(jiàn)5更多的內(nèi)容。
6.1.2.2用FACETED選項(xiàng)輸入IGES文件
通過(guò)SMOOTH選項(xiàng)IGES文件的輸入,主面網(wǎng)格劃分器(Riemann空間網(wǎng)格劃分器)是缺省的網(wǎng)格劃分器。如果對(duì)給定模型主網(wǎng)格劃分器網(wǎng)格劃分失敗,ANSYS會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到替代的面網(wǎng)格劃分器而不需要用戶的干預(yù)。
為輸入IGES文件設(shè)置選項(xiàng):
命令:IOPTN
GUI : Utility Menu>File>Import>IGES
·選擇缺省選項(xiàng)。
·合并重合關(guān)鍵點(diǎn)選項(xiàng)設(shè)置為YES(缺省)
·如果可用則生成實(shí)體的選項(xiàng)設(shè)置為YES(缺省)
選擇IGES文件:
命令:IGESIN
GUI :在設(shè)置IGES選項(xiàng)之后出現(xiàn)文件拾取對(duì)話框。
當(dāng)希望設(shè)置輸入選項(xiàng)不同于上面所述的時(shí)候,如果出現(xiàn)以下幾種情況,就不應(yīng)當(dāng)合并關(guān)鍵點(diǎn)或生成實(shí)體了:
·模型中存在一些已知的幾何圖元并且在轉(zhuǎn)換后要將其刪掉。
·模型中包含了一些已知沒(méi)有進(jìn)行適當(dāng)修整的表面。在合并之前,應(yīng)當(dāng)在ANSYS中刪除這些表面。
·IGES模型是非常大的。在這種情況下,下面的方法是一個(gè)很好的策略,即在試圖合并關(guān)鍵點(diǎn)和生成實(shí)體之前不必激活這些選項(xiàng)而把模型輸入到ANSYS中去。
·模型包含一些不共享邊界的表面。在這種情況下,用戶可能希望分別對(duì)這些表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
·輸入的模型不是一個(gè)實(shí)體模型。
注意:如果模型不能成功地輸入的話,使用GTOLER選項(xiàng)可能會(huì)有幫助。具體地說(shuō),設(shè)置大的因子值可以刪除模型的一些小的細(xì)節(jié)。相反,如果模型丟失了一些小的細(xì)節(jié)特征(但是重要的),使用小的因子值就可以恢復(fù)它們。大多數(shù)情況下,不推薦使用GTOLER選項(xiàng)。
FACETED選項(xiàng)比SMOOTH選項(xiàng)輸入IGES文件時(shí)需要更多的內(nèi)存,對(duì)于沒(méi)有干凈地輸入的模型或需要更多手工修復(fù)來(lái)生成的模型更是如此。下面是一些建議。
1、輸入模型時(shí)打開(kāi)自動(dòng)合并和生成體的開(kāi)關(guān)選項(xiàng)(缺省的條件)。
2、模型需要手工清理時(shí)的一些指示包括進(jìn)行合并時(shí)發(fā)生失敗,或ANSYS發(fā)出一些不合理的內(nèi)存要求。通常情況下,如果文件包含一些不必要(或無(wú)限制的)的圖元,則自動(dòng)合并就會(huì)失敗或要求更多的內(nèi)存。用戶可以逐步進(jìn)行拓?fù)湫薷囊詣h除那些圖元,然后繼續(xù)進(jìn)行合并。否則必須:
·輸入文件時(shí)不必進(jìn)行合并和體的生成。
·通過(guò)拓?fù)浜蛶缀涡拚绦騽h除不想要的圖元。
·合并模型。
·生成線和面以取代丟失的圖元。
·生成體。
3、如果ANSYS檢測(cè)到模型中包含有多個(gè)連接在一起的體,程序就會(huì)將生成體的開(kāi)關(guān)關(guān)掉,而用戶必須自己生成這些體。
產(chǎn)生輸入問(wèn)題的一些原因
·CAD程序可能用一種不完全一致,帶有特殊格式的方式來(lái)定義圖元。
·CAD文件是用一種看起來(lái)正確但對(duì)有限元分析工具卻會(huì)引起問(wèn)題(例如兩個(gè)面之間的間隙,重疊等)的方法生成的。
·CAD文件可能包含難以進(jìn)行網(wǎng)格劃分的物理細(xì)節(jié),例如“細(xì)長(zhǎng)”面。
6.1.2.3使用幾何簡(jiǎn)化工具
幾何簡(jiǎn)化工具用來(lái)消除不成比例的小幾何圖元(如很小的線或環(huán))、額外特征或面的某一方向比例失調(diào)(細(xì)長(zhǎng)面)。這些圖元在對(duì)模型劃分網(wǎng)格時(shí)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。當(dāng)體已經(jīng)生成簡(jiǎn)化工具才最有效。建議在簡(jiǎn)化之前完成體創(chuàng)建的工作。
警告:用這些工具編輯圖元時(shí)會(huì)除去任何已添加的載荷和邊界條件。因此,應(yīng)當(dāng)在添加載荷和邊界條件之前進(jìn)行簡(jiǎn)化模型的工作。
ANSYS提供了繪出小的面,線和環(huán)的功能。許多這些細(xì)節(jié)特征可以用目視檢查模型的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)。也可以通過(guò)先進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分然后檢查錯(cuò)誤記錄和結(jié)果網(wǎng)格來(lái)確定這些問(wèn)題。
簡(jiǎn)化工具只能在還未進(jìn)行網(wǎng)格劃分的圖元上使用。如果想在網(wǎng)格劃分后還使用這些工具,必須先清理目標(biāo)圖元的網(wǎng)格。
6.1.2.3.1目視檢查有問(wèn)題的細(xì)節(jié)
下面的插圖(圖6-1)顯示了多種可能在網(wǎng)格劃分時(shí)引起問(wèn)題的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。
圖6─1網(wǎng)格劃分問(wèn)題
圖6-2顯示了上面圖6-1中模型網(wǎng)格劃分的結(jié)果。請(qǐng)注意,從大單元到小單元的迅速過(guò)渡和網(wǎng)格的不規(guī)則性。
圖6─2 網(wǎng)格劃分結(jié)果
6.1.2.3.2對(duì)微小細(xì)節(jié)進(jìn)行定位
小的細(xì)節(jié)會(huì)導(dǎo)致很差的網(wǎng)格劃分結(jié)果。ANSYS有一組繪圖和列表命令來(lái)幫助定位這些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。每一個(gè)定位命令都有不同的選項(xiàng)設(shè)置,可用它們來(lái)定義“小”細(xì)節(jié)的組成。查閱《ANSYS Commands Reference》可得每個(gè)命令和它的選項(xiàng)的完整描述。
定位微小的線:
命令:SLSPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Detect/Display-Small Lines
定位微小的環(huán):
命令:SLPPLOT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Detect/Display-Small Loops
定位微小的面:
命令:SARPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Detect/Display-Small Areas
下面的圖示例對(duì)不同的微小細(xì)節(jié)繪圖命令的輸出。圖6-3顯示了一個(gè)面,它在一個(gè)方向上過(guò)長(zhǎng)。圖6-4顯示小線。圖6-5對(duì)一個(gè)剖面顯示了幾個(gè)微小的環(huán)。
圖6─3 SARPLO命令的輸出
圖6─4 SLSPLOT命令的輸出
圖 6─5 SLPPLOT 命令輸出
在將有問(wèn)題的圖元定位后,就可以使用幾何簡(jiǎn)化工具除去這些圖元。下面的章節(jié)概括了除去這些圖元的技術(shù)。
6.1.2.3.3合并線
當(dāng)可行時(shí),應(yīng)該合并短線形成更長(zhǎng)的線。
只有滿足下面條件時(shí),兩條線才能合并在一起:
·它們彼此是相連接的。
·沒(méi)有其它的線連接在它們的公共點(diǎn)上。
當(dāng)用選擇列表工作時(shí),命令自動(dòng)確定可以合并在一起的線(只能有一條線連接在端點(diǎn)),形成可能的合并集,然后合并這些線。但是為了保持模型的規(guī)則性,建議一次只合并兩條線。
將多條線合并成一條線:
命令:LNMERGE
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Merge Lines
圖6-6的例子線合并操作的結(jié)果顯示了一個(gè)模型(a)線可以合并以形成一個(gè)簡(jiǎn)單得多的模型。(b)對(duì)于這樣一個(gè)有規(guī)則形狀和面數(shù)有限的模型,可以使用LNMERGE,ALL命令合并所有的線。但是,通常情況應(yīng)該“一次只合并兩條線”。
圖6─6 線合并操作的結(jié)果
6.1.2.3.4合并相鄰的面
當(dāng)可行時(shí),應(yīng)從模型中除去那些非常小的面。一種方法是把面與相鄰的面合并。這樣合并的面將保持規(guī)則形狀(一個(gè)面是另一個(gè)面的良好延伸)避免參數(shù)問(wèn)題。如果合并的完成會(huì)導(dǎo)致高度不正常的參數(shù)該命令將會(huì)失敗。圖提供了一個(gè)保持四邊形形狀的簡(jiǎn)化的例子。
注意:當(dāng)面含有內(nèi)環(huán)時(shí)(多連接面),不能進(jìn)行面合并。
注意:由于較差的面參數(shù)而導(dǎo)致的面合并失敗或網(wǎng)格劃分失敗可以通過(guò)刪除面并用ARFILL命令重新生成它這一方法來(lái)消除。
合并相鄰的面:
命令:ARMERGE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Merge Areas
圖6─11 合并面時(shí)保持一個(gè)規(guī)則形狀
6.1.2.3.5收縮線
可以將一個(gè)被選定的線收縮到它的任意一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上(關(guān)鍵點(diǎn)必須包含在所選的線內(nèi))。對(duì)于消除多余的線,這是一個(gè)強(qiáng)有力的命令;但是它可能改變模型的幾何結(jié)構(gòu),應(yīng)該小心使用。特別是,線和面的收縮不檢查圖元相交,應(yīng)避免任何導(dǎo)致圖元互相貫穿的收縮操作。
收縮線到關(guān)鍵點(diǎn)上:
命令:LNCOLLAPSE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Collapse Lines
圖6-8的例子用LNCOLLAPSE命令顯示了消除一般微小的線并使周圍的面變成更規(guī)則形狀的結(jié)果。圖只顯示了面周圍的一部分。
圖6─8 LNCOLLAPSE命令的使用
6.1.2.3.6收縮面
通過(guò)收縮面,可以改變模型的幾何結(jié)構(gòu)以刪除可能在網(wǎng)格劃分時(shí)引起問(wèn)題的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。。收縮一個(gè)面不同于合并面,ANSYS會(huì)將最小的線拉長(zhǎng)延長(zhǎng)到相鄰的面以填補(bǔ)收縮面所留下的空間。因此,除了參數(shù)改變外,收縮面也改變模型的形狀,以便完成去除不必要的細(xì)節(jié)這一工作。圖6-9顯示這一工作是如何進(jìn)行的,詳細(xì)敘述了將一系列面壓縮成線。注:可以通過(guò)合并前面面上所留下的兩個(gè)面來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)化這個(gè)模型(如圖〔d〕所示)。
圖6─9 對(duì)模型進(jìn)行了一系列的面收縮操作
當(dāng)收縮一個(gè)面時(shí),必須先拾取這個(gè)面,然后拾取這個(gè)面將要收縮到的線。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),試著將一個(gè)面收縮到一個(gè)較長(zhǎng)(相對(duì)于較短的而言)的線,同時(shí)避免收縮帶有很多線的面。有時(shí)在收縮面之前先收縮線比較有利。而且,面收縮命令不能對(duì)帶有內(nèi)環(huán)的面(多連接面)進(jìn)行收縮。
收縮一個(gè)面:
命令:ARCOLLAPSE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Collapse Areas
6.1.2.3.7分割線
可以往任何線上加一個(gè)附加的關(guān)鍵點(diǎn),把這條線分割成兩條線,這兩條線以此新的關(guān)鍵點(diǎn)作為共同的端點(diǎn)。新的關(guān)鍵點(diǎn)將被賦以下一個(gè)可用的關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)。
這個(gè)工具最普遍的用法是定義一對(duì)可用來(lái)分割一個(gè)面的新關(guān)鍵點(diǎn)。
分割一條線
命令:LNSPLIT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Simplify>-Toolkit->Split Lines
6.1.2.3.8分割面
可以通過(guò)選擇一對(duì)面內(nèi)的可生成平分線的關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)分割一個(gè)面。線是兩個(gè)面內(nèi)已存在的關(guān)鍵點(diǎn)之間的最短距離。如果在面邊界線的合適位置上并不存在關(guān)鍵點(diǎn),可以用LNSPLIT命令生成它們。
注意:這個(gè)命令允許用戶生成一條落在面外邊的分割線,應(yīng)該避免生成這樣的線。
下列情況時(shí)應(yīng)該考慮分割面。
·除去一個(gè)“細(xì)長(zhǎng)面”。實(shí)際上,除掉細(xì)長(zhǎng)面,還需執(zhí)行一些附加的步驟(這些步驟在本章后面“將命令組合起來(lái)”里有敘述)。
·把一個(gè)多邊形面簡(jiǎn)化成一個(gè)四邊面(規(guī)則幾何形狀)。
分割面:
命令:ARSPLIT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Split Areas
Removing Area Loops
6.1.2.3.9刪除面環(huán)
可以通過(guò)刪除面環(huán)(例如孔)來(lái)簡(jiǎn)化一個(gè)二維模型。必須選擇定義面環(huán)的那一組線。
刪除一個(gè)面環(huán):
命令:ALPFILL
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Fill Loops
Removing Cavities and Bosses
6.1.2.3.10刪除內(nèi)腔和凸臺(tái)
在一個(gè)實(shí)體模型中,小內(nèi)腔(凹槽和通孔)和凸臺(tái)可能會(huì)引起網(wǎng)格劃分時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。用一個(gè)簡(jiǎn)單的操作,就可以從模型中把它們刪除掉并包括所有附著其上的面。在一個(gè)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)被刪除之前,必須選定所有和它相聯(lián)系的面,而且面的選擇順序是很重要的。但是,如果凸臺(tái)或內(nèi)腔連接在某一個(gè)面上,那個(gè)面就必須是選擇列表中最后一個(gè)選定的面。如果被連接的面不是選擇列表中最后一個(gè)面,那么這個(gè)命令就可能會(huì)使幾何模型發(fā)生畸變。
注意:如果命令的結(jié)果引起模型過(guò)大的畸變或無(wú)效的模型表示,ANSYS會(huì)忽略這個(gè)命令。
刪除一個(gè)內(nèi)腔或通孔:
命令:VCVFILL
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Fill Cavity
刪除一個(gè)凸臺(tái)
命令:VCVFILL
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Simplify>-Toolkit-Remove Boss
6.1.2.3.11將命令組合起來(lái)
修正或簡(jiǎn)化一個(gè)模型的幾何結(jié)構(gòu)時(shí),通常需要組合使用一些不同的幾何修改工具或簡(jiǎn)化工具。圖6-12(a)所示的例子詳細(xì)地?cái)⑹隽藦囊粋€(gè)面中除去一個(gè)“細(xì)長(zhǎng)面”的步驟,這個(gè)細(xì)長(zhǎng)面在網(wǎng)格劃分時(shí)會(huì)引起困難。刪除細(xì)長(zhǎng)面的程序包括下面的幾步:
1、通過(guò)分割線在面中生成兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(b)。
2、在兩個(gè)新的關(guān)鍵點(diǎn)處通過(guò)分割原始面生成一個(gè)新的只包含細(xì)長(zhǎng)的面(c)
3、將細(xì)長(zhǎng)面收縮到一條線上(d)。
4、將細(xì)長(zhǎng)面中剩余的線收縮到一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上(e)。
5、將左邊較低的那條線收縮到一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上(f)以創(chuàng)建一個(gè)四邊形的面(g)。
這只是一個(gè)如何將簡(jiǎn)化命令在一起使用的例子。
6.1.2.4在FACETED模式下建模
如果不能用SMOOTH選項(xiàng)可用的建模工具不能修復(fù)模型的缺陷,可以嘗試用FACETED選項(xiàng)修復(fù)模型。下面幾節(jié)描述用FACETED模式修復(fù)模型如何執(zhí)行。
6.1.2.4.1修改拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
通過(guò)菜單途徑Menu>Preprocessor>-Modeling->Topo Repair可以訪問(wèn)拓?fù)湫薷墓ぞ?。通過(guò)把相鄰圖元縫合在一起的方法,可以使用這些工具在模型中修改小的間隙。開(kāi)口邊界或線段必須合并到附近的面上以生成一個(gè)封閉的體。
當(dāng)拓?fù)湫蘩砉ぞ呒せ顣r(shí)其他幾何模型工具都不可用。輸入模型的很多問(wèn)題都可以用拓?fù)涔ぞ咝蘩怼?/P>
圖6─10 用VCVFILL命令刪除兩個(gè)通孔
圖6─11 用VCVFILL命令刪除一個(gè)凸臺(tái)
圖6-12移動(dòng)一個(gè)特征
6.1.2.4.1.1設(shè)置間隙繪圖和列表的選項(xiàng)
在對(duì)模型中的間隙定位之前,應(yīng)當(dāng)先設(shè)置繪圖和列表工具的選項(xiàng)?？梢酝ㄟ^(guò)下面的命令設(shè)置選項(xiàng):
命令:GAPOPT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Preferences
這里有兩個(gè)選項(xiàng)要進(jìn)行設(shè)置:
·TOLER─這個(gè)選項(xiàng)為GAPPLOT,GAPLIST,GAPMERGE等命令設(shè)置合并的公差因子。
·OESELE─這個(gè)選項(xiàng)設(shè)置被列表和繪圖命令所顯示的開(kāi)口邊界(間隙)的類型。
參見(jiàn)《ANSYS Commands Reference》對(duì)GAPOPT命令及其選項(xiàng)的設(shè)置。
6.1.2.4.1.2發(fā)現(xiàn)間隙
用以下方法,可以找出模型中的間隙,通過(guò)表格形式將它們列出或用繪線圖的方式把它們顯示出。
使用列表功能
列出在當(dāng)前公差設(shè)置下可以被合并的開(kāi)口邊界(間隙)。
命令:GAPLIST
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>-Lst Model Gaps-Open edges
列出所有的閉合邊界:
命令:GAPLIST
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>-Lst Model Gaps-
Closed edges
使用繪圖功能
可以使用繪圖功能對(duì)開(kāi)口和閉合邊界進(jìn)行定位。而且還可以區(qū)別在當(dāng)前合并公差下可以閉合的邊界及不能閉合的邊界。下面解釋不同的顏色在這個(gè)繪圖命令中的用法和它們的意義:
·藍(lán)─閉合邊界。
·紅─開(kāi)口邊界,如果在當(dāng)前GAPOPT公差設(shè)置下(注意GAPOPT公差必須單獨(dú)設(shè)置)發(fā)出GAPMERGE命令后,它仍然保持開(kāi)口狀態(tài)。
·黃─開(kāi)口邊界,如果在當(dāng)前GAPOPT公差設(shè)置之下(注意GAPOPT公差必須單獨(dú)設(shè)置)發(fā)出GAPMERGE命令之后,它將閉合。
可以使用繪圖命令進(jìn)行下面的工作。
畫出所有的在當(dāng)前公差設(shè)置之下能被合并的開(kāi)口邊界:
命令:GAPPLOT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>-Plt Model Gaps-Open Edges
畫出所有的閉合邊界:
命令:GAPPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Topo Repair>-Plt Model Gaps->Closed Edges
不管公差設(shè)置大小,畫出所有的開(kāi)口邊界和閉合邊界。
命令:GAPPLOT
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Topo Repair>-Plt Model Gaps->Opn & Closed
開(kāi)口和閉口繪圖顯示間隙(見(jiàn)圖6-13),表現(xiàn)為深色的線(圖上為紅色)。這些間隙十分狹窄并且以這種縮放水平表現(xiàn)為線。
圖6-13 張開(kāi)和閉合的圖示
6.1.2.4.1.3刪除幾何圖元
在拓?fù)湫薷牟藛沃羞€包括有刪除關(guān)鍵點(diǎn)、線和面的功能?？梢允褂脛h除功能完成下面的工作。
刪除不與線相連接的關(guān)鍵點(diǎn):
命令:KDELE
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Delete>Keypoints
刪除不與面相連接的線:
命令:LDELE
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Delete>Lines Only
刪除不與面相接連的線和所有只與此線相連接的關(guān)鍵點(diǎn):
命令:LDELE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Delete>Lines and Below
刪除面:
命令:ADELE
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Delete>Areas Only
刪除面和所有與此面相聯(lián)系的線和關(guān)鍵點(diǎn)(不包括與其它面共享的):
命令:ADELE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Delete>Areas and Below
6.1.2.4.1.4合并間隙
有兩種方法合并間隙:手工(指定一個(gè)公差)和自動(dòng)(使用迭代合并工具)。對(duì)于大多數(shù)的模型,應(yīng)當(dāng)使用自動(dòng)的方法。無(wú)論使用哪一種方法,都要先保存數(shù)據(jù)庫(kù),這樣如果得到一個(gè)不想要的結(jié)果時(shí),可以將合并操作取消。
使用自動(dòng)合并功能
自動(dòng)迭代合并工具試圖合并所有的間隙,它從最低的公差(缺省為1)開(kāi)始,逐漸增加并通過(guò)每一個(gè)公差等級(jí)直到最大(缺省值為10)。如果此項(xiàng)操作得到了所不希望的結(jié)果,那么事先保存數(shù)據(jù)庫(kù)可以“取消”自動(dòng)合并的操作。
在盡可能低的公差水平下自動(dòng)合并所有的間隙:
命令:GAPMERGE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>-Mrg
Model Gaps->Iterative
使用手工合并功能
如果希望使用手工合并功能,那應(yīng)使用盡可能低的公差設(shè)置來(lái)合并間隙。使用過(guò)高的公差值可能會(huì)導(dǎo)致曲面畸變。再一次重申,在每一次手工合并操作之前先保存一下數(shù)據(jù)庫(kù)是好習(xí)慣。這可以取消合并的結(jié)果。在合并之前,應(yīng)確信已經(jīng)通過(guò)GAPOPT命令(Main Menu>Preprocessor>- Modeling-Topo Repair>Preferences)設(shè)置了公差。
在所設(shè)置的公差值下合并間隙:
命令:GAPMERGE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>-Mrg Model Gaps-By Tolerance
如果不能將所有的間隙都合并掉該怎么辦?
有時(shí)候不能把模型中的所有間隙都合并掉。這種情況下,應(yīng)當(dāng)從拓?fù)湫薷墓ぞ咄顺?然后使用建模工具來(lái)修改剩下的間隙。
退出拓?fù)湫薷?/B>
當(dāng)已經(jīng)合并完所有想要修改的間隙后(或發(fā)現(xiàn)有些間隙不能在這一步中合并掉),就可以從拓?fù)湫薷闹型顺隽恕Ｍ顺龊?就不能再回到拓?fù)湫薷牟藛位虬l(fā)出GAPMERGE命令,除非把模型通過(guò)FACETED IGES轉(zhuǎn)換器再重輸一遍,或從以前保存的模型中再恢復(fù)這個(gè)模型。
退出拓?fù)湫薷?
命令:GAPFINISH
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Topo Repair>Finish
6.1.2.4.2修復(fù)不完全的圖元
ANSYS提供了大量工具來(lái)修復(fù)輸入的幾何模型。用幾何模型修理工具填充大的間隙(太大或模糊不能自動(dòng)合并)。完成這些需要?jiǎng)?chuàng)建線完成連續(xù)的邊界并在這些邊界內(nèi)創(chuàng)建面。還可以從相鄰圖元分離不必要的線或面。如果拓?fù)湫蘩砗喜⒉僮鞑荒芡瓿伤械倪吔缧枰玫竭@些工具。
完成一個(gè)體需要如下步驟:
1. 發(fā)現(xiàn)模型中的孔及不完全的邊界(間隙)。
2. 逼近丟失的幾何圖元。
3. 用完全的面創(chuàng)建體。
6.1.2.4.2.1發(fā)現(xiàn)不完全的邊界
使用下面的方法來(lái)定位不完全的邊界。
列出開(kāi)口邊界:
命令:GAPLIST
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>-Lst Model Gaps-Open edges
列出所有的閉合邊界:
命令:GAPLIST
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>-Lst Model Gaps-Closed edges
畫出所有的開(kāi)口邊界(開(kāi)口的邊界用紅色繪出):
命令:GAPPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>-Plt Model Gaps- Open Edges
畫出所有的閉合邊界(閉合邊界用藍(lán)色繪出):
命令:GAPPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>-Plt Model Gaps-Closed Edges
畫出所有的開(kāi)口邊界(紅)和閉合邊界(藍(lán)):
命令:GAPPLOT
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>-Plt Model Gaps-Opn & Closed
6.1.2.4.2.2完成邊界
將不完全的邊界定位后,就可以生成線或完成環(huán)來(lái)生成邊界。可以通過(guò)在已存在的關(guān)鍵之間生成線來(lái)做到這一點(diǎn)。(不能在空間中生成關(guān)鍵點(diǎn)。)
在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間生成線:
命令:LNFILL
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>Fill Lines
圖6-14 開(kāi)口邊界
圖6-14顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)口邊界,它可以通過(guò)使用LNFILL命令和選擇兩個(gè)已設(shè)計(jì)好的關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)閉合。
6.1.2.4.2.3完成面
當(dāng)已經(jīng)完成了一個(gè)邊界后,就可以生成那個(gè)邊界的最小的面。用戶不必選取一組完成的線來(lái)定義邊界;如果它們存在,ANSYS會(huì)自動(dòng)找出這些連續(xù)線。如果邊界中的任意一條線是同時(shí)屬于一個(gè)以上的面,那么這個(gè)命令就會(huì)失敗。而且,如果這個(gè)命令應(yīng)用在多連接面(帶有內(nèi)環(huán)的面)上也會(huì)發(fā)生失敗。
從一組線中創(chuàng)建一個(gè)面:
命令:ARFILL
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>Fill Areas
6.1.2.4.2.4分離非拓?fù)鋱D元
非拓?fù)渚€是一些連接在某一個(gè)面上的線,但它們沒(méi)有用處,且如果它們存在就會(huì)在生成體時(shí)引起問(wèn)題。
圖6─15 依附于面上的非拓?fù)渚€
從面上分離出一個(gè)非拓?fù)渚€
命令:LNDETACH
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geom Repair>Detach Lines
刪除一個(gè)非拓?fù)渚€
命令:LDELE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>Lines Only
刪除一個(gè)非拓?fù)渚€并同時(shí)刪除所有屬于這個(gè)線上的關(guān)鍵點(diǎn):
命令:LDELE
GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>Lines and Below
同非拓?fù)渚€相似,非拓?fù)涿姹仨殢乃麄兿噜彽拿嫔戏蛛x出來(lái)然后再刪掉。
圖6─16 一個(gè)非拓?fù)涿?/P>
分離一個(gè)非拓?fù)涿?/P>
命令:ARDETACH
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Geometry Repair>Detach Areas
刪除一個(gè)非拓?fù)涿?/P>
命令:ADELE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>Areas Only
刪除一個(gè)已分離出來(lái)的非拓?fù)涿婧蛯儆谶@個(gè)面的線和關(guān)鍵點(diǎn)(不包括與其它面共享的)
命令:ADELE
GUI :Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>Areas and Below
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