經(jīng)典仿真案例教程 | 04 - 實(shí)體模型創(chuàng)建

斯姆勒數(shù)值仿真技術(shù)研究院

2020年7月10日 14:10

實(shí)體模型創(chuàng)建

介紹

實(shí)體建模教程將介紹可以在ANSYS中創(chuàng)建實(shí)體模型的各種技術(shù)。將詳細(xì)介紹圓角、拉伸/掃掠、復(fù)制和工作平面方向。本教程將創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)體模型。

問題描述A

我們將創(chuàng)建一個(gè)滑輪的實(shí)體模型，如下圖所示。

幾何圖形生成

我們將通過首先追蹤滑輪的橫截面，然后圍繞y軸掃掠該區(qū)域來創(chuàng)建此模型。

創(chuàng)建橫截面積

1. 創(chuàng)建3個(gè)矩形

主菜單>預(yù)處理器>（-Modeling-）創(chuàng)建>矩形>按2個(gè)角blc4，

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > Rectangle > By 2 Corners

BLC4, XCORNER, YCORNER, WIDTH, HEIGHT

您應(yīng)獲得以下信息：

2. 添加區(qū)域

主菜單>預(yù)處理器>（-Modeling-）操作>（-Boolean-）添加>區(qū)域添加，全部

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Boolean-) Add > Areas

AADD, ALL

ANSYS將聯(lián)合區(qū)域標(biāo)記為區(qū)域4，前三個(gè)區(qū)域?qū)⒈粍h除。

3. 使用圓創(chuàng)建圓邊

Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Circle > Solid circles

CYL4,XCENTER,YCENTER,RAD

幾何結(jié)構(gòu)：

Circle 1 Circle 2

WP X (XCENTER) 3 8.5

WP Y (YCENTER) 5.5 0.2

RADIUS 0.5 0.2

4. 從底邊減去大圓

Preprocessor > Operate > Subtract > Areas

ASBA,BASE,SUBTRACT

5. 復(fù)制頂部圓邊的較小圓 Preprocessor > (-Modeling-) Copy > Areas

單擊小圓，然后單擊“確定”。

{ 將出現(xiàn)以下窗口。它要求復(fù)制區(qū)域的x、y和z偏移。輸入y

偏移為4.6，然后單擊“確定”。

{ 現(xiàn)在用-0.5的x偏移量復(fù)制這個(gè)新區(qū)域

6. 把小圓圈加到大面積上。

預(yù)處理器>操作>添加>區(qū)域

Preprocessor > Operate > Add > Areas

AADD,ALL

7. 對(duì)區(qū)域預(yù)處理器>創(chuàng)建>（-Lines-）線圓角上半部分的內(nèi)邊緣進(jìn)行圓角

{ 選擇下面顯示的兩行，然后單擊“確定”。

Preprocessor > Create > (-Lines-) Line Fillet

{ 將出現(xiàn)以下窗口，提示輸入圓角半徑。輸入0.1

{ 按照相同的步驟，在以下直線之間創(chuàng)建半徑相同的圓角

8. 創(chuàng)建圓角區(qū)域

{ 如下圖所示，放大圓角半徑，并對(duì)線進(jìn)行打印和編號(hào)。

Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > By Lines，如下所示

{ 對(duì)另一個(gè)圓角重復(fù)此操作

9. 把所有的面積加起來

預(yù)處理器>操作>添加>區(qū)域

Preprocessor > Operate > Add > Areas

AADD,ALL

10. 繪制區(qū)域（實(shí)用程序菜單>繪圖-區(qū)域Utility Menu > Plot - Areas）

掃過橫截面積

現(xiàn)在我們需要在x=0和z=0處掃掠y軸周圍的區(qū)域，以創(chuàng)建皮帶輪。

1. 創(chuàng)建定義y軸的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

在（0，0,0）和（0，5,0）處創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，并分別為它們編號(hào)1001和1002。

K、 #，X，Y，Z

2. 默認(rèn)情況下，圖形現(xiàn)在將顯示所有關(guān)鍵點(diǎn)。Plot Areas

3. 沿y軸掃掠該區(qū)域

預(yù)處理器>（-Modeling-）操作>擠出>（-Areas-）關(guān)于軸

Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) About axis

{ 首先會(huì)提示您選擇要掃掠的區(qū)域，因此單擊該區(qū)域。

{ 然后將要求您輸入或拾取兩個(gè)定義軸的關(guān)鍵點(diǎn)。

{ 繪制關(guān)鍵點(diǎn)（實(shí)用程序菜單>繪圖>關(guān)鍵點(diǎn)Utility Menu > Plot > Keypoints）。然后選擇以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

{ 將出現(xiàn)以下窗口，提示掃描角度。單擊“確定”。

現(xiàn)在您應(yīng)該可以在圖形屏幕中看到以下內(nèi)容。

創(chuàng)建螺栓孔

1. 更改工作平面

默認(rèn)情況下，ANSYS中的工作平面位于全局笛卡爾X-Y平面上。但是，為了定義螺栓孔，我們需要使用不同的工作平面。定義工作平面有幾種方法，其中之一是通過三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義它。

{ 創(chuàng)建以下關(guān)鍵點(diǎn)

{ 將視圖切換到俯視圖并僅打印關(guān)鍵點(diǎn)。

2. 將工作平面與關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊

工具菜單>工作平面>對(duì)齊WP與>關(guān)鍵點(diǎn)+

Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Keypoints +

{ 按順序選擇“Keypoints 2001”、“2002”、“2003”。第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（2001）定義工作平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（2002）定義x軸方向，而第三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（2003）定義工作平面的方向。當(dāng)在原點(diǎn)選擇關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)，將出現(xiàn)以下警告，因?yàn)榇宋恢糜卸鄠€(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

只需點(diǎn)擊“下一步”，直到選擇的是2001年。

{ 選擇3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)并單擊“確定”后，WP符號(hào)（綠色）應(yīng)出現(xiàn)在圖形窗口中。另一種確保活動(dòng)WP有移動(dòng)的方法是：

“工具”菜單>“工作平面”>“顯示W(wǎng)P狀態(tài)”

Utility Menu > WorkPlane > Show WP Status

注意工作平面的原點(diǎn)。默認(rèn)情況下，這些值為0,0,0。

3. 創(chuàng)建一個(gè)x=5.5 y=0 r=0.5深度=1的圓柱體（實(shí)心圓柱體），在圖形屏幕中應(yīng)該可以看到以下內(nèi)容

我們現(xiàn)在復(fù)制這個(gè)卷，以便每隔45度重復(fù)一次。請(qǐng)注意，在使用布爾運(yùn)算進(jìn)行減法之前，必須先復(fù)制圓柱體，因?yàn)闊o(wú)法復(fù)制空白空間。

4. 我們需要把活動(dòng)的CS改成圓柱形的Y

Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical Y

這將允許我們沿Y軸徑向復(fù)制

5. 創(chuàng)建8個(gè)螺栓孔

Preprocessor > Copy > Volumes

{ 選擇圓柱體體積并單擊“確定”。將出現(xiàn)以下窗口；如圖所示填充空白，

你應(yīng)該得到以下型號(hào)，

{ 從皮帶輪輪轂減去氣缸（布爾運(yùn)算）以創(chuàng)建螺栓孔。得到以下完整結(jié)構(gòu)：

解決方案的命令文件模式

上面的例子是用ANSYS的圖形用戶界面（GUI）和命令語(yǔ)言界面相結(jié)合來解決的。這個(gè)問題也已經(jīng)通過您可能想要瀏覽的界面得到了解決。打開文件并將其保存到計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到“文件>從…讀取輸入”，然后選擇該文件。

問題描述B

我們將創(chuàng)建一個(gè)主軸座的實(shí)體模型，如下圖所示。

幾何圖形生成

我們將通過創(chuàng)建底部和背部，然后創(chuàng)建肋供來創(chuàng)建此模型。

創(chuàng)建基礎(chǔ)

1. 創(chuàng)建基準(zhǔn)矩形

2. 創(chuàng)建曲線邊（使用關(guān)鍵點(diǎn)和線創(chuàng)建區(qū)域）

{ 創(chuàng)建以下關(guān)鍵點(diǎn)

得到：

創(chuàng)建連接關(guān)鍵點(diǎn)的圓弧

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Lines-) Arcs > By End KPs &

Rad

? 出現(xiàn)提示時(shí)，選擇關(guān)鍵點(diǎn)4和5（單擊它們或在命令行中鍵入4,5）。

? 出現(xiàn)提示時(shí)，選擇關(guān)鍵點(diǎn)7作為曲率中心。

? 在“弧按端點(diǎn)KPs和半徑”窗口中輸入圓弧的半徑（20）

? 重復(fù)此操作，從關(guān)鍵點(diǎn)1和6創(chuàng)建圓弧

（或者，在命令行中鍵入后跟）LARC，4,5,7,20 LARC，1,6,8,20

{ 創(chuàng)建一條從關(guān)鍵點(diǎn)5到6的線

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Lines-) Lines > Straight Line

L,5,6

{ 在線條邊界內(nèi)創(chuàng)建任意區(qū)域

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > By Lines

AL,4,5,6,7

{ 將2個(gè)區(qū)域合并為1（形成區(qū)域3）

Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Volumes

AADD,1,2

得到：

3. 在底部創(chuàng)建4個(gè)孔

我們將利用ANSYS中的“復(fù)制”功能創(chuàng)建所有4個(gè)孔

{ 創(chuàng)建左下角的圓（XCENTER=0，YCENTER=20，RADIUS=10）

{ 復(fù)制區(qū)域以創(chuàng)建右下角的圓（DX=69）

(AGEN,# Copies (include original),Area#,Area2# (if 2 areas to be copied),DX,DY,DZ)

{ 復(fù)制兩個(gè)圓以創(chuàng)建上部圓（DY=62）

{ 從主基減去三個(gè)圓

(ASBA,3,ALL)

得到：

4. 擠出底座

Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) Along Normal

選擇區(qū)域后，將出現(xiàn)以下窗口

{ 如圖所示填充窗口（擠出長(zhǎng)度=26mm）。注意，要在z軸負(fù)方向擠出該區(qū)域，只需輸入-26。

（或者，在命令行中鍵入 VOFFST,6,26）

創(chuàng)造后面

1. 更改工作平面

與前面的示例一樣，我們需要更改工作平面。您可能已經(jīng)注意到，只能在X-Y平面中創(chuàng)建幾何體。因此，為了創(chuàng)建主軸座的背面，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的工作平面，其中X-Y平面與背面平行。再次，我們將通過將其與3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊來定義工作平面。

{ 創(chuàng)建以下關(guān)鍵點(diǎn)

{ 將工作平面與3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊

回想一下定義工作平面時(shí)的情景：第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義原點(diǎn)，第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義x軸方向，而第三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義工作平面的方向。（或者，在命令行中鍵入KWPLAN，1、100、101、102）

2. 創(chuàng)建后面區(qū)域

{ 創(chuàng)建基矩形（XCORNER=0，YCORNER=0，WIDTH=102，HEIGHT=180）

{ 創(chuàng)建一個(gè)圓以獲得曲面頂部（XCENTER=51，YCENTER=180，RADIUS=51）

將兩個(gè)區(qū)域相加

3. 擠出該區(qū)域（擠出長(zhǎng)度=26mm）

Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) Along Normal

VOFFST,27,26

4. 把底座和背面加在一起

{ 把這兩卷書加在一起

Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Volumes

VADD,1,2

現(xiàn)在應(yīng)該有以下幾何體

請(qǐng)注意，兩個(gè)體積之間的平面區(qū)域沒有相加。

{ 把平面區(qū)域加在一起（別忘了另一邊！）

Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Areas

AADD, Area 1, Area 2, Area 3

5. 創(chuàng)建上圓柱體

{ 創(chuàng)建外圓柱體（XCENTER=51，YCENTER=180，RADIUS=32，DEPTH=60）Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Volumes-) Cylinder > Solid Cylinder

CYL4,51,180,32, , , ,60

{ 把這些卷加在一起

{ 創(chuàng)建內(nèi)圓柱（XCENTER=51，YCENTER=180，RADIUS=18.5，DEPTH=60）

{減去體積得到一個(gè)孔

現(xiàn)在應(yīng)該具有以下幾何體：

創(chuàng)建加強(qiáng)筋

1. 更改工作平面

{ 首先將激活的坐標(biāo)系改回全局坐標(biāo)系（這樣可以更容易地與新坐標(biāo)系對(duì)齊）

Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian

（或者，在命令行中鍵入WPCSYS，-1,0）

{ 創(chuàng)建以下關(guān)鍵點(diǎn)

{ 將工作平面與3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊

回想一下定義工作平面時(shí)的情景：第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義原點(diǎn)，第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義x軸方向，而第三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義工作平面的方向。

（或者，在命令行中鍵入 KWPLAN,1,200,201,202）

2. 更改活動(dòng)坐標(biāo)系

我們現(xiàn)在需要更新坐標(biāo)系統(tǒng)來跟蹤工作平面的變化（即

工作平面原點(diǎn)激活坐標(biāo)）

Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane

CSYS,4

3. 創(chuàng)建區(qū)域

{ 創(chuàng)建與肋骨頂點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)

{ 通過關(guān)鍵點(diǎn)200、203、204創(chuàng)建加強(qiáng)筋區(qū)域

Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > Through KPs

A,200,203,204

4. 擠出該區(qū)域（擠出長(zhǎng)度=20mm）

5. 把這些卷加在一起

得到：

解決方案的命令文件模式

退出ANSYS

要退出ANSYS，請(qǐng)從ANSYS工具欄中選擇“退出”，或選擇“實(shí)用程序菜單”/“文件”/“退出…”。在出現(xiàn)的對(duì)話框中，單擊“保存所有內(nèi)容”（假設(shè)您愿意），然后單擊“確定”。

-end-

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