三維實體模型的案例
基于catia的齒輪三維實體模型的簡便實現
將生成的齒輪二維圖形導入到catia軟件中,結合catia軟件的草圖功能,快速生成齒輪的三維實體模型。以往用漸開線公式在CAD中建立表達式,繪制漸開線齒廓的方法,不但工作量大而且精度低,該方法建模簡單方便,大大提高設計人員的工作效率。文章將這兩種制作齒輪方法進行對比來說明結合輔助設計軟件CAXA制作齒輪的優越性。
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件構建顱骨三維實體重建模型的研究
對Mimics軟件內構建顱骨三維實體重建模型的參數設置加以研究，以提高顱骨缺損區植入體設計的精確度。 利用GE 64排螺旋CT對21個正常頭顱和10個有顱骨缺損頭顱以層厚5mm，間隔5mm的方式進行掃描，隨后將獲得的1.25mm層厚的薄層圖像以Dicom格式導入Mimics軟件，基于三維實體重建獲得21個正常顱頂和10個缺損頭顱的三維模型，利用鏡像技術獲得缺損區植入體模型。
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ABAQUS基于切片圖像的混凝土細觀有限元實體模型三維重建
在混凝土細觀研究中，基于掃描數據的三維重建技術可精準還原混凝土中骨料、砂漿的分布及微觀結構特征，結合數字圖像處理與數值模擬方法，能夠量化分析材料非均質性對力學性能、裂縫擴展路徑及破壞模式的影響機制。
混凝土細觀模型三維重建的有限元模擬為優化混凝土配比設計、評估耐久性劣化行為及預測結構服役壽命提供關鍵數據支撐，同時推動細觀力學理論與先進成像技術的深度融合，具有重要的學術價值與工程應用前景。
本案例介紹通過CAD斷層掃描三維重建插件將混凝土切片掃描圖像在AutoCAD內進行骨料及水泥砂漿基體的三維實體模型重建，并導入Abaqus CAE軟件內分別建立Part部件，實現模型的裝配及網格劃分，后續可完成不同工況的混凝土細觀有限元模擬分析。
首先需要獲取混凝土的切片掃描圖像文件，并通過CAD斷層掃描三維重建插件建立AutoCAD實體模型。
在AutoCAD內將粗骨料及砂漿基體部件分別導出為iges格式文件后，以部件的形式導入到Abaqus軟件內。
對骨料及砂漿部件分別指派材料屬性，水泥砂漿部分采用混凝土損傷塑性模型（CDP），可采用EasyCDP插件快速生成不同強度的材料參數。
將骨料及砂漿部件進行裝配。
可對模型進行網格劃分，及完成后續的有限元仿真模擬。
展開 液壓支架三維建模與運動仿真
在科研人員到各煤礦和生產廠家進行方案匯報、項目招標的過程中，利用 Solid Edge軟件建立的支架三維實體模型和運動仿真分析，將支架的每一個部件結構，每一層裝配關系，各種運動軌跡都清晰、直觀的顯示出來，從視覺上帶給客戶更感性的認識，收到了很好的效果。
1、 支架三維實體建模軟件的選用
現階段比較有代表性、應用廣泛的三維CAD軟件有：美國PTC公司的Pro/E、DRC公司的I-DEAS、SolidWorks公司的 SolidWorks、EDS公司的Solid Edge、北航海爾的CAXA。其中Solid Edge是Windows平臺下基于特征的參數化造型技術和變量化造型技術的三維實體造型系統，具有杰出的機械裝配設計和制圖性能，能夠方便地與 Windows平臺下其它應用軟件進行數據轉換和鏈接操作。Solid Edge強大的建模功能可以完成任何復雜的造型設計和裝配設計，其工程圖模塊可以將零件環境、裝配環境中生成的各類零件、裝配件等實體進行投影，生成符合制圖標準的二維工程圖，極大地方便了液壓支架零部件的設計，因此確定采用Solid Edge軟件來進行液壓支架三維實體的建模。
2、 支架部件三維實體模型的建立
液壓支架三維實體模型的建立應采用自上而下的方法，即先在Solid Edge軟件的零件環境中通過特征造型來生成支架的所有部件模型，然后在裝配環境中按裝配關系逐個進行支架部件的裝配。這種建模方法的優點是：支架各部件模型的設計是獨立的，其重建、修改方法很簡單，與其它部件不存在相互關聯。
特征是幾何體的參數化表示。創建支架部件三維實體模型，首先需要創建部件的特征。在Solid Edge軟件的零件模塊中，特征命令非常多，通過特征操作簡單靈活，同時便于修改，可以生成任何復雜的零件。第一個創建的特征稱為基礎特征，只能用拉伸命令來創建。
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CAD三維模型Voronoi劃分插件 ￥2999
插件介紹
CAD三維模型Voronoi劃分插件可對AutoCAD中自建的任意三維實體模型進行Voronoi劃分。
插件使用方法簡單，首先需要在AutoCAD內手動建立需要進行劃分的三維模型，然后在CAD中將模型導出為iges格式，在插件中選擇模型路徑及設置相應的參數，運行即可將CAD中的模型進行Voronoi劃分。
插件可設置Voronoi晶粒的粒徑尺寸。
且可分別設置內部晶粒及表面晶粒的粒徑，同時插件會基于模型局部尺寸自適應晶粒粒徑。
插件可設置晶界的厚度，當晶界厚度設置為0時無晶界。需要注意插件在模型表面生成完整的晶界，如需觀察模型內部需要設置透明度或對模型進行進行截面剖切。
插件內置多種Voronoi劃分模式，可應對復雜三維模型的晶粒劃分。
使用須知
1、插件使用需注冊，售價為單機許可價格；
2、插件兼容Windows系統，運行需要安裝AutoCAD（2010~2026及以上版本均可使用）。
3、售后及技術支持請聯系作者。
樣圖實例
可下載插件生成的模型樣圖，并進行其他軟件的導入測試及模擬。（CAD2010文件）。
CAD三維模型Voronoi劃分插件樣圖.rar
展開 Moldex3D模流分析之結合三維Moldex3D模流與二維LS-DYNA應力分析
Moldex3D的三維實體模型，可獲得較準確的射出成型模擬結果；但在結構分析中，通常為了省時，會以二維的薄殼模型來進行分析。因此Moldex3D提供將三維射出成型的實體模型映像到LS-DYNA的二維的薄殼模型的功能，以利結構分析之進行。以下將說明操作步驟。
步驟1：準備LS-DYNA結構分析所用之薄殼模型，與Moldex3D射出成型分析所用的三維實體模型。
步驟2：在Moldex3D中，輸入三維實體模型，并完成射出成型分析。然后開啟Moldex3D FEA接口，準備將數據映像到薄殼模型。
步驟3：在Moldex3D FEA接口中，選擇LS-DYNA為求解器。在輸出網格的選項中，選擇 3D mapping to shell。指定被映像網格的檔案，并在功能列表中選擇要輸出的項目。
步驟4：點擊檢視/編輯模型定位。接著點擊3點定位，利用相對應的3個點，來校正和對齊薄殼模型與三維實體模型。最后指定輸出位置，即可輸出映像后之薄殼模型。
步驟5：在LS-DYNA中輸入映像后之薄殼模型，并執行結構分析。下圖為考慮射出成型效應后，結構分析之應力分布結果。
展開 三維實體模型能不能用殼單元
為了容易裝配，模型全部建的實體模型，請問還能運用殼單元嗎？
如果想使用該如何操作？
案例14-基于Nelson-Vaugh轉子代表模型的軸組件轉子動力學
以下輸入片段顯示了執行坎貝爾圖分析的步驟：
非平衡響應分析
在0至100000 rpm的速度范圍內對二維軸對稱模型進行諧波分析（頻率范圍為0至1666.67Hz），使用200個子步。激勵該頻率范圍內的前七個模態。
在該分析中，非平衡被看作是載荷。考慮結構阻尼系數為1%。（DMPSTR）
激勵頻率規定為與轉速同步（SYNCHRO）。旋轉速度（CMOMEGA）僅確定旋轉部件的旋轉速度方向矢量。轉子的旋轉被自動計算（HARFRQ）。
以下輸入片段顯示了執行非平衡響應分析的步驟：
結果和討論
評估了無旋轉的二維軸對稱模型的固有頻率，并與下表中三維實體模型的結果進行了比較。
旋轉的二維軸對稱模型（50000 rpm）的固有頻率也與三維實體模型結果顯示出良好的一致性，如下表所示。
/POST1結果的坎貝爾圖分析如下圖所示：
借助坎貝爾圖分析，我們可以識別正向（FW）和反向（BW）渦動，以及可能的不穩定頻率（盡管本例中沒有）。在下表中，將二維軸對稱模型在最大轉速（100000 rpm）下的渦動和固有頻率與三維實體模型結果進行了比較。
坎貝爾圖分析有助于確定旋轉結構（PRCAMP）的臨界速度。臨界速度在下表中進行了比較。對于同步激勵，臨界速度對應于頻率曲線和1.0斜率線之間的交點。二維軸對稱和三維實體模型的臨界速度顯示出很強的一致性。
在/POST26中進行后處理的非平衡響應分析結果如下圖所示。對數圖顯示了兩個選定節點的位移振幅相對于激勵頻率的變化。第一個節點位于剛性盤附近，它對應于淺藍色曲線。第二個節點位于軸承位置附近，它對應于紫色曲線。
臨界頻率出現在振幅最大的地方，并對應于臨界速度。
展開 基于CATIA的舵桿CAD/CAE一體化設計
為分析舵桿內徑對舵桿結構的影響，通過在CAD模塊中對舵桿內徑進行參數定義(見圖2),驅動CAE模塊自動更新舵桿有限元模型，實現對不同內徑舵桿的應力和變形結果的批量計算。在CAD模塊中建立的舵桿三維模型包含舵桿結構的所有信息，如外形尺寸、材料屬性、鍵槽和開孔等。圖3為舵桿三維實體模型。
圖1 舵桿CAD/CAE一體化設計流程圖
圖2 舵桿內徑參數化設計
通過工程數據鏈接將舵桿三維模型輸入CAE模塊中，后期三維模型的修改可自動同步傳遞到有限元模型中。采用CATIA的有限元處理工具對網格規格進行設置，如元素類型、網格尺寸和網格形狀等。對于主要受力部位、曲面彎曲或收縮部位，應以較小的網格尺寸劃分，這樣分析的結果會更精確[5]。整個舵桿有限元模型包含17 083個四面體單元和28 700個節點。圖4為劃分好網格的舵桿有限元模型。
圖3 舵桿三維實體模型
圖4 劃分好網格的舵桿有限元模型
3 強度計算及優化設計
舵桿有限元模型上施加的舵力、扭矩和邊界約束如圖4所示，其中在舵桿與舵承接觸區域約束舵桿的位移。舵桿材質選用屈服強度為260 MPa的船體結構用鍛鋼，參照《鋼質海船入級規范》的規定，當采用直接計算法校核舵桿強度時，舵桿的等效應力應不超過118/K,其中K為舵桿材料系數，其值為0.927,舵桿的許用應力[σ]為127 MPa。
圖5為實心舵桿等效應力云圖，最大應力出現在舵桿與下舵承連接區域，大小為114 MPa; 圖6為舵桿變形云圖，舵桿根部的最大變形為10.4 mm, 實心舵桿強度滿足規范的要求。[5]通過在CAD模塊中更改舵桿內徑參數，舵桿三維模型的修改可自動傳遞到有限元模型中，快速批量得到不同內徑舵桿的應力和變形計算結果，見表1。
展開 基于ANSYS的文物遺址防止土堆脫落支架受力分析
摘要：利用UG軟件對某處土堆文物遺址現存支架建立三維實體模型，并利用ANSYS軟件對該支架進行受力分析，得到該支架的受力變形云圖和應力云圖，從而為某處土堆文物遺址保護提供有力的數據依據。
關鍵詞：文物遺址；支架；有限元；受力分析
0 引言
某處土堆文物遺址古跡由于年代悠久，土堆根部已經脫落，土堆頂部隨時有塌陷的可能，需用支架支撐。若支架強度或穩定性不夠，無法保證土堆頂部完好保存。本文首先利用UG軟件建立土堆支架的三維實體模型，然后導入ANSYS中進行有限元受力分析，得到該支架的受力變形云圖和應力云圖，為其文物保護提供有力的數據依據。
1 文物遺址土堆及支架使用的現狀
某處文物遺址土堆及防止土堆頂部塌陷所使用支架的現狀如圖1所示。該處文物遺址土堆的現實狀況是側壁部分土堆有脫落的可能性，所脫落的土堆經過測量其重量大約為60 kg～70 kg。
圖1 文物遺址土堆及防止土堆頂部塌陷所使用支架的現狀
2 支架有限元模型的建立
2.1 支架實體模型的建立
UG軟件以其參數化、全相關的特點在零部件造型方面表現突出，本文通過UG軟件建立支架模型，建立的支架實體模型如圖2所示。支架采用45#普通方鋼及圓鋼，即1號材料為150 mm×150 mm×4.5 mm，2號材料為100 mm×100 mm×4 mm，3號材料為Φ12 mm×2.5 mm，通過焊接或螺栓緊固連接而成。該支架體積大約為5.9×107 mm3，質量大約為460 kg。
2.2 支架有限元模型的建立
各類繪圖軟件雖與有限元軟件ANSYS具有數據導入、導出接口，但由于導入、導出格式的不同將關系到模型文件能否導入ANSYS軟件，以及導入后模型修補工作量的大小。
展開 薄膠黏劑有限元建模方法總結-COMSOL ￥20
如果用詳細的三維實體建模，要想準確地表征膠層的剛度，要求膠層必須足夠的劃分密度（厚度方向至少4層以上）。如果劃分單元過于細密，那么很難和鄰近的粘結元件位移模型統一起來，整個模型網格數量也大，計算量也非常大。并且，沿著薄膠層厚度方向劃分幾個單元，這將導致劃分單元產生不可接受的面形比，容易不收斂。本文總結三種薄膠黏劑有限元建模方法。1. 粘結面等效為彈簧模型。 2. 膠的本構方程—胡可定律進修修正，使膠層厚度方向只需劃分一個單元，但仍能有效地表示膠層自由平面的變形， 該方法稱為“等效剛度建模方法”。 3. 三維實體模型。 為更好理解等效剛度建模方法，先對彈性模量、體積模量、泊松比、剪切模型概念、應力、應變張量等基本概念進行介紹。
本章框架：
1. 彈性模量、體積模量、泊松比、剪切模型的概念介紹
2. 應力、應變張量基本概念及材料的本構方程介紹
3. 彈簧模型建模方法原理介紹
4. 等效剛度建模方法原理介紹
4. 基于COMOSL的 彈簧模型、三維實體模型、等效剛度方法 薄膠黏劑建模方法案例介紹
可學習軟件操作技能：
1. COMSOL 使用方程視圖，自定義材料本構方程的方法
2. COMSOL 薄彈性層的使用
總共：18頁
展開 
利用ANSYS動力學仿真技術研究行波管結構設計
[/p][p=22, null, left]2 動力學分析[/p][p=22, null, left] 2.1 問題分析[/p][p=22, null, left] 某行波管整管結構需要作隨機振動環境試驗，由于結構本身的特點和各種特性指標，需要在整管模型的關鍵部件窗結構（應力較大）設計一個能夠起到支撐保護的支架結構，分析支架設計前后關鍵部件處的應力、加速度和位移等響應的變化，提高行波管整管結構的可靠性。[/p][p=22, null, left] 2.2 模型的建立[/p][p=22, null, left] 首先利用 Pro/E軟件建立三維實體模型，優化模型后將三維實體模型通過ANSYS軟件與Pro/E軟件的模型連接接口導入ANSYS Workbench軟件中，底座與振動臺通過12個螺釘固定。[/p][p=22, null, left] 2.3 模態分析[/p][p=22, null, left] 由于結構的振動特性決定結構對于各種動力載荷的響應情況，所以在準備進行隨機分析之前首先要進行模態分析，使結構設計避免共振或以特定頻率進行振動，本文分析中首先通過模態求解出整管模型的振動特性，分別求出有支架和無支架整管模型的固有頻率。[/p][p=22, null, left]2.4 隨機振動分析[/p][p=22, null, left] 為了進一步證明有支架模型抗振動性強的特點，在模態分析的基礎上對兩種模型分別進行了隨機振動分析，根據實際行波管的隨機振動試驗條件，將載荷定義為隨機載荷，采用ANSYS軟件中的Random Vibration模塊進行分析。
展開 COMSOL三維Voronoi晶體結構模型
本案例介紹在COMSOL內建立任意形狀的三維Voronoi晶體結構實體模型。
三維模型需要在AutoCAD內建立，并通過CAD三維模型Voronoi劃分插件進行晶格劃分。
將劃分好的晶體結構導出為iges格式文件，并將其導入到COMSOL內，建立裝配體。
對模型中的Voronoi晶粒設置不同的材料屬性。
可劃分網格，并進行晶體結構有限元仿真分析。
基于UG的輪胎三維模型設計方法
摘 要：以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。UG軟件具有比較強大的曲面造型和實體造型功能，通過一些常用的特征命令可以生成輪胎的實體三維模型，滿足輪胎設計要求。
關鍵詞：UG;輪胎;三維模型;
輪胎三維模型設計是輪胎研發過程中重要的一步，可用于花紋設計、有限元計算、產品的宣傳等。目前有多款軟件可以進行輪胎的三維模型設計，常用的軟件有CATIA、UG、Pro/ENGINEER、Solidworks。其中UG具有豐富的曲面造型功能，能提高造型效率，深受設計人員歡迎。毛慧珍[1]綜合使用Pro/E軟件和UG軟件的功能，提出了一種高效實用的輪胎模具花紋造型方法。申玉德等[2]介紹了以UG NX2軟件進行的輪胎三維設計方法以及其使用效果。張勇等[3]介紹了利用立體繪圖程序繪制輪胎立體圖的方法和要點。梁文蘭[4]利用UG NX軟件設計了12.00R20礦用輪胎三維模型。
本工作以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹了一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。
1 草圖設計
草圖是三維模型設計的基礎，一般有兩種方法建立草圖。
一是直接繪制輪廓和花紋展開圖的草圖。例如設計輪廓，只需要粗略畫出輪廓的大致形狀，然后通過對草圖施加尺寸約束和幾何約束，從而控制其尺寸、形狀和位置，得到精確的輪廓圖形。草圖具有后參數化功能，便于設計和修改。
另一種方法，可以導入輪廓和花紋展開圖二維平面圖。此方法也是比較方便快捷的。在導入之前需要在Auto CAD中處理好該二維平面圖。首先刪除圖中的標注、氣眼等，僅保留輪廓曲線以及繪制必要的輔助線，將其輪胎中心移到原點，花紋展開圖僅保留半個節距的曲線，對稱中心也置于原點。其次，確保處理好的輪廓曲線和花紋展開圖曲線分別是連續的封閉的。
展開 SolidWorks2007簡介
例如模具企業，由于在三維模型的圖紙中包含了詳細加工公差信息，模具的生產與加工效率就會更高，并且廢料/廢品率就會大大降低。
以四個專家系統為核心的SWIFT技術是SolidWorks 2007中最大的技術創新，這會使設計變得更方便、高效和輕松。
二、 Scan to 3D，SolidWorks2007最值得期待的功能
在SolidWorks2007中最值得期待的功能非Scan to 3D（從掃描到三維建模技術）莫屬，通過該功能，工程師可以實現，將實物模型通過掃描技術準確的形成可編輯的三維實體模型，從而可以大大地提高設計的效率，縮短設計周期，并提高設計的質量。例如設計一個游戲機的手柄，現在的設計方法是先手工做一個手柄模型（即從實物模型開始），通過掃描技術快速形成可編輯的三維實體模型，在三維系統中進行修改和優化設計，再通過快速成型等技術形成新的實體模型，如果發現問題，再掃描，建模、修改、再建模，并進行設計循環，最終滿足客戶的要求。傳統的該設計流程是很一個漫長而煩瑣的過程，現在通過SolidWorks的Scan to 3D技術，問題就變得非常簡單。
要實現以上的技術，需要在三個方面有所突破與創新：
首先是掃描技術，實現如何通過快速掃描，將實物很準確的變成一個數字化的設計模型。在SolidWorks研發團隊的努力下，研究和開發出了One-Button-Scan（一鍵掃描）功能，使得掃描技術在操作和效率上有了很大的突破，工程師僅需一個按扭就可實現超過每分鐘百萬個點的高速掃描。
其次就是在掃描完成以后，如何快速的將海量的掃描點形成一個三維實體模型，并方便地在SolidWorks中進行進一步的修改、編輯。
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