0前言

通常情況下，CAE前處理時需要對幾何實體模型進行簡化處理，否則即便是最簡單的物理問題，也很難仿真出滿意的結果。

結合工程實戰經驗，需要進行簡化處理的幾何特征大致有：

（1）對于桿、梁、棒、帶等長度尺寸遠大于截面尺寸的實體零件，經常將它們處理成一維線單元。

（2）對于筋、板、殼、管、套、筒等具有明顯薄壁特征的實體零件，經常將它們處理成二維面單元（片體）。

（3）對于無關緊要的細節特征，如凸臺、凹槽、沉孔、螺孔、退刀槽、越程槽、注膠槽、倒角、圓角等，經常需要做清除處理。

（4）對于無相對運動的幾何單元，進行合并、修剪等。

（5）將不重要的非線性曲線修改成線性直線。

（6）消除零部件之間的縫隙等。

雖然ANSYS、HYPERMESH、PRTRAN、ABAQUS等常用CAE軟件均具有相關的幾何建模和模型編輯功能，但是這些功能大多只適用于處理簡單幾何模型，對于復雜幾何模型卻顯得力不從心，特別是異形結構件、大型裝配體。這就需要運用Solidworks、UG、Pro/E等專業CAD軟件對幾何模型進行簡化處理，然后再將處理好的模型導入到CAE軟件中進行后續操作。 

鑒于此，本文以實例操作的形式，介紹一種基于UG的CAE前處理幾何模型簡化方法。 

1問題描述

如圖1所示的三維實體零件，具有明顯的薄壁特征，首先清除凸臺、沉孔、圓角等細節特征，然后將其處理成片體。這樣后續采用二維網格劃分方法對其進行網格劃分，不僅可以減少節點和單元數量，而且提高網格質量和計算效率。

圖1 

2簡化方法

2.1 將幾何模型轉化為體單元

（1）采用任意一款CAD軟件（本案例采用Solidworks）構建圖1所示的幾何模型，然后將其導出或另存為X_T格式文件，如圖2所示。

圖2

（2）打開UG軟件（本案例采用UG10.0版本），新建一個零件模型，并命名模型名稱、指定文件保存路徑，如圖3所示。

圖3

（3）進入UG主界面后，單擊菜單欄中的文件——>導入——>Parasolid——>選擇步驟（1）保存的X_T文件，如圖4所示。

圖4

（4）這時可以看到導入的幾何模型顯示為體，并不顯示具體的建模流程和零件名稱，如圖5所示。

圖5 

2.2 清理體單元中的細節特征

（1）清除沉孔。

點擊菜單欄中的插入——>同步建模——>偏置區域——>選擇所有沉孔底面（如圖6所示），點擊確定，得到圖7所示的效果。

圖6

圖7

（2）清除凸臺。

點擊菜單欄中的插入——>同步建模——>相關——設為共面——>首先選擇凸臺面為固定面（如圖8a所示），然后選擇所有槽面為運動面（如圖8b所示），點擊確定，得到圖9所示的效果。

圖8

圖9

當然也可以采用步驟（1）所述的方法清除凸臺。本步驟這樣操作僅僅是為了介紹UG的不同模型編輯功能。感興趣可以自行操作。

（3）清除圓角。

點擊菜單欄中的插入——>同步建模——>刪除面——>選擇所有的圓角（如圖10所示），點擊確定，得到圖11所示的效果。

圖10

圖11

（4）清除圓孔。

首先，點擊菜單欄中的插入——>曲面——>有界平面——>選擇圓孔邊線（如圖12所示），點擊確定，構造出如圖13所示的圓形平面；

圖12

圖13

其次，點擊菜單欄中的插入——>偏置/縮放——>加厚——>選擇剛剛造出的圓形平面（如圖14所示），點擊確定，得到一個圖15所示的圓形實體；

圖14

圖15

最后，重復上述步驟，將所有清除所有圓孔，得到圖16所示的效果。

圖16

當然也可以采用步驟（3）所述的方法清除圓孔。本步驟這樣操作也僅僅是為了介紹UG的不同模型編輯功能。感興趣也可以自行操作。

（5）移除參數。

點擊菜單欄中的編輯——>特征——>移除參數——>框選整個模型（如圖17所示），點擊確定，得到圖18所示的效果。

圖17

圖18

（6）合并體。

點擊菜單欄中的插入——>組合——>合并——>選擇原來的體和步驟（4）創建的圓柱體（如圖19所示），點擊確定，得到圖20所示的效果。

圖19

圖20 

（7）刪除面。

重復操作一下步驟（5）得到圖21所示的效果，這時模型中含有步驟（4）構造的圓形平面，直接在部件導航器中全部選中（如圖22所示），點擊鍵盤Delete刪除即可。

圖21

圖22

經過上述操作，得到清除細節特征的幾何模型，如圖23所示。

圖23

2.3 將清理后的體單元處理成片體

 （1）創建基準。

點擊菜單欄中的插入——>基準/點——>基準平面——>選擇模型下部凹面（如圖24所示），點擊確定，創建一個基準平面，如圖25所示；

圖24

圖25

 （2）智能切分。

點擊菜單欄中的插入——>修剪——>修剪體——>選擇幾何模型為目標體、新建平面為工具（如圖26所示），點擊確定，將幾何模型拆分成上下兩個子體，如圖27所示；

圖26

圖27

（3）抽取中面。

點擊菜單欄中的插入——>曲面——>中面——>面對——>選擇下部子體、設置策略為級進（如圖28所示）——>單擊自動創建面對后面的黃色按鈕，點擊確定，得到圖29所示的效果。

圖28

圖29

將上部子體也采用相同的操作，得到圖30所示的效果。

圖30

（4）移除參數。

點擊菜單欄中的編輯——>特征——>移除參數——>框選整個模型，點擊確定，得到圖31所示的效果。

圖31

（5）清除實體。

在部件導航器中選中原來的體單元（如圖32所示），點擊鍵盤Delete刪除，得到圖33所示的片體。

圖32

圖33 

（6）修補片體。

仔細觀察圖33所示的片體，上下片體之間存在間隙，并未連成一體，因此需要進行補片操作。

點擊菜單欄中的插入——>修剪——>延伸片體——>“邊”欄選擇下部片體的所有靠近上部片體的邊線、“限制”欄選擇直到選定并選擇上部片體（如圖34所示），點擊確定，得到如圖35所示的效果。

圖34

圖35 

觀察圖35可知，上下子體之間已經沒有間隙，連為一體了。

至此，實體單元已經全部簡化處理成了片體單元，導出或另存為x_t、stp、igs等格式，然后導入CAE軟件在幾何單元屬性環節賦予厚度，并進行后續相關操作即可。 

本案例所用模型較為簡單，實際遇到的工程問題千變萬化、復雜多樣，需要靈活應對、綜合應用。

文章來源：縱橫CAE ，作者小魚哥