幾何模型
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2019-08-07
幾何模型的視頻教程
ANSYS Fluent 對電池模型的幾何與網格處理方法【微信公眾號：艾迪捷】
所有應用方向的基礎都是處理電池的幾何模型和網格劃分。本講展示使用密閉幾何工作流程處理電池模型網格的案例。 課程大綱： 1.ANSYS?Fluent在電池熱管理方面的應用簡介 2.幾何與網格模型的處理方式 3.案例展示 4.答疑&交流
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comsol模型開發器建立隨機幾何-微觀多孔滲流
官網有展示了采用模型開發器制作的隨機孔洞奶酪幾何模型。 此次視頻詳細講解了 模型開發器中生成相關幾何的代碼如何一步步建立和調試。也對官網的代碼做了一些優化。 以下是采用隨機幾何代碼生成的模型 ，進行了流體分析。 本視頻幫助大家對comsol的模型開發器，代碼建模進行入門。 歡迎加我，交流問題。
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Ansys SCDM軟件幾何模型簡化處理技巧
Ansys SCDM除了是一款高效率的建模軟件外，還是是一款非常優秀的幾何模型簡化處理軟件，對一些功能的靈活應用可以極大的提高我們處理模型的工作效率。本課程以兩個模型為例進行演示說明靈活的應用不同功能來處理一些疑難幾何特征。
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幾何模型的實例教程
在有限元分析過程中，雖然有限元軟件最終是以有限元模型為計算對象，但是幾何模型也有著獨特的用處。例如在面上施加分布力系，此時使用幾何模型比有限元模型更有優勢。
但是我們在有限元軟件之間轉換時，它們之間通常只能傳遞有限元信息，那么，對于一個從其它來源得到的有限元模型，我們能夠從它生成幾何模型嗎？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根據有限元模型生成幾何模型，然后可以在幾何模型上加載。
本篇博文，就闡明這種技術。筆者首先使用某款三維軟件創建幾何模型，然后導入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接著將該有限元模型導入到Finite Element Modeler中生成幾何模型，再次將此模型導入到結構靜力學分析系統中，在面上加載，最后進行分析，查看等效應力。下文將闡述此過程。
（1）創建幾何模型
首先使用任何一款三維軟件創建下圖所示的幾何體。
幾何體是什么形狀，并不重要。
用什么三維軟件，也并不重要。
讀者可以根據自己的需要，使用任意的三維軟件，創建任意的三維模型。
然后導出為*.stp格式的文件。
（2）創建有限元模型
本步驟將在HYPERMESH中劃分網格得到有限元模型
（2.1）導入幾何模型
打開HYPERMESH11，導入上面創建的幾何文件，結果如下圖。
（2.2）劃分網格
使用HYPERMESH中的任意網格劃分技術，創建如下的有限元模型。
（2.3）設置與ANSYS的接口并導出網格
進入工具面板，開始準備導出網格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分別創建單元類型，材料模型，并把上述單元類型，材料模型與網格模型關聯。
展開 在有限元分析過程中，雖然有限元軟件最終是以有限元模型為計算對象，但是幾何模型也有著獨特的用處。例如在面上施加分布力系，此時使用幾何模型比有限元模型更有優勢。
但是我們在有限元軟件之間轉換時，它們之間通常只能傳遞有限元信息，那么，對于一個從其它來源得到的有限元模型，我們能夠從它生成幾何模型嗎？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根據有限元模型生成幾何模型，然后可以在幾何模型上加載。
本篇博文，就闡明這種技術。筆者首先使用某款三維軟件創建幾何模型，然后導入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接著將該有限元模型導入到Finite Element Modeler中生成幾何模型，再次將此模型導入到結構靜力學分析系統中，在面上加載，最后進行分析，查看等效應力。下文將闡述此過程。
（1）創建幾何模型
首先使用任何一款三維軟件創建下圖所示的幾何體。
幾何體是什么形狀，并不重要。
用什么三維軟件，也并不重要。
讀者可以根據自己的需要，使用任意的三維軟件，創建任意的三維模型。
然后導出為*.stp格式的文件。
（2）創建有限元模型
本步驟將在HYPERMESH中劃分網格得到有限元模型
（2.1）導入幾何模型
打開HYPERMESH11，導入上面創建的幾何文件，結果如下圖。
（2.2）劃分網格
使用HYPERMESH中的任意網格劃分技術，創建如下的有限元模型。
（2.3）設置與ANSYS的接口并導出網格
進入工具面板，開始準備導出網格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分別創建單元類型，材料模型，并把上述單元類型，材料模型與網格模型關聯。
展開 我們都知道，通過諸如HPERMESH這樣的有限元網格劃分軟件得到的模型，在傳入ANSYS以后，只包含節點和單元信息。但是當我們在WB中使用模型操作時，有時候需要選擇幾何特征，如在圓孔面上施加圓柱支撐，而此時對象只有單元節點信息，并無體面線的幾何信息，該怎么辦呢？
顯然，處理此問題的有效途徑，在于把有限元模型與該有限元模型對應的幾何模型進行關聯，再一起導入到MECHANICAL中進行分析，則既能夠既享受HYPERMESH的網格劃分的樂趣，又能充分享受對于幾何體設置邊界條件的便利了。ANSYS WORKBENCH提供了這種功能，下面舉一個例子，說明如何在ANSYS WORKBENCH中關聯有限元模型和對應的幾何體，從而滿足上述要求。
幾何模型如下圖。該模型在DM中創建，在meshing中劃分網格，再導入到ANSYS 的WORKBENCH中的finite modeler中關聯幾何體，最后進入到MECHANICAL中分析。下面說明其主要過程。
1. 創建幾何模型
使用任何一款三維建模軟件創建下圖的模型，注意單位用mm.然后導出為geom.stp.
2. 創建有限元模型
使用常用的有限元網格劃分軟件導入上述模型，得到有限元模型。
3. 使用finite element modeler打開有限元模型
進入WORKBENCH，使用finite element modeler打開第二步創建的有限元模型如下
4.創建新的工作幾何體
首先創建新的工作幾何體
指明該幾何體的位置，就是第一步所導出的幾何模型文件
右鍵單擊該新的工作幾何體，并選擇“generate”
則樹形大綱結果如下
這是主窗口中得到的工作幾何體。
展開 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。
展開 高還原度的齒輪幾何模型，對于執行耦合了其他物理現象的多體動力學仿真而言幫助巨大。考慮到這一點，COMSOL 在“零件庫”中提供了很多內置零件，幫助用戶免去手動創建幾何體的麻煩。有了這些高度參數化的齒輪零件，創建多種多樣的平行軸線齒輪和行星齒輪系變得更加得心應手。請閱讀本文了解如何使用不同類型的內置零件創建一個“多體動力學模塊”中高還原度的齒輪模型。
內置齒輪零件的優勢
雖然從理論上講，我們能夠在仿真中通過精確模擬齒輪間的接觸相互作用，對機械裝置進行分析。然而，若將此方法應用于多體動力學分析，計算時間會相當長。一個更好的方法是引入數學公式來模擬齒輪之間的接觸和相互作用。
借助相應的公式，我們能創建出高還原度的齒輪幾何模型，為執行瞬態和頻域研究提供精確的慣性屬性。除此之外，“零件庫”中的齒輪幾何也可用于計算靜態接觸分析中齒輪的嚙合剛度，并且適用于多物理場的耦合模擬。需要注意的是，雖然并未對齒輪的嚙合剛度進行有限元分析，但是這種剛度仍然客觀存在于成對的齒輪齒接觸中。在多體動力學分析中加入真實齒輪幾何的另一個好處是：在建立物理場或執行后處理時，可以展示出更好的視覺效果。
使用“零件庫”創建斜齒輪副幾何模型。
雖然可以手動建立幾何體，但使用內置零件會讓工作變得更加簡單、高效。這些零件本質上是參數化的，這意味著只需簡單地調整幾何參數，就可以改變零件的形狀，包括自由添加軸和圓角等多個特征。這些零件經歷了大量檢驗，驗證輸入數據以及齒輪、軸和接觸邊界等選擇的有效性，這些檢驗步驟確保了零件的性能更加接近物理實體。在“零件庫”的幫助下，指定齒輪的位置和方向、使齒輪嚙合與配對的齒輪對齊等操作變得非常簡單。這些零件還包含魯棒性幾何操作，在創建復雜的齒輪幾何形狀時十分好用；此外，我們還可手動更改零件的幾何操作。
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輸入往往是不同的幾何模型和相應仿真結果，無需刻意對幾何進行參數化表征，訓練后的模型即可在極短時間內給出新設計的物理場分布預測結果。
與降階模型不同，這種方法的核心在于幾何是可以變化的。它解決的問題，不是同一個系統在不同狀態下如何變化，而是不同設計之間性能如何變化。
因此，它更適合出現在設計階段。
4.2 三維幾何結構搭建
在Speos中完成車載核心結構建模與導入：
導入整車弧形風擋模型，還原真實曲面形態；
內置設計標準尺寸光波導，并劃分輸入、輸出光柵區域；
定制遮光外殼幾何模型，規避光路漏光與雜散光反射。所有基礎模型可直接調用案例初始文件HUDWaveguide_Start.scdocx快速搭建。
脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創建六個分析步。
創建幾何模型（圖1），并使用默認設置生成網格。
4. 創建一個恒定材料，并求解工程常數。工程常數匯總如圖2所示。可以觀察到，纖維方向上的整體楊氏模量 E1 比 E2 和 E3 大100%以上。這是因為纖維的楊氏模量高于基體，從而增強了縱向剛度。這種微觀結構的典型例子是木材和一些復合材料。
圖1. 隨機單向纖維的 RVE
圖2.
2.【2024年三等獎】韓晗 | 康明斯，發動機結構仿真全流程自動化：論文使用Python對Ansys進行二次開發，在SpaceClaim中自動創建幾何模型，Mechanical中實現了發動機模型接觸創建、載荷加載以及自動處理模態、應力、疲勞等結果，并自動寫成結果報告。通過實現模型前處理和結果后處理的自動化，可以明顯提升分析效率和準確性。
圖 1 阻尼器幾何模型示意圖
4、模型設置：在頂面添加一個 30kg 的點質量。創建一個遠程點，剛性約束頂面的運動。使用 “多區域” 網格劃分方法對各部件劃分網格。
5、分析設置與邊界條件：固定阻尼器底面，對遠程點施加 20000N 的水平力。假設工作載荷頻率在 1000Hz 至 1250Hz 之間，將響應頻率設置為 500Hz 至 1500Hz，并添加 0.02 的阻尼系數。
導入幾何模型（圖1）。大的綠色圓柱體截面積為 314 平方毫米，小的綠色圓柱體截面積為 0.78 平方毫米。因此，當 1 牛頓的力作用在小圓柱體上時，大圓柱體應產生 402.6 牛頓的反作用力。
（圖1：液壓千斤頂的幾何模型）
3. 定義接觸并對部件進行網格劃分。使用固定關節將剛性框架固定在地面上，并使用平移關節僅允許圓柱體垂直運動（圖2）。
初始RVE模型使用neper建模，建立一個包含100個晶粒的多晶模型：
matlab導入幾何模型網格：
并沿著X方向進行1.0%的拉伸變形，所有量綱使用m-s-pa。
拉伸變形結束后的累計剪切滑移結果：
拉伸變形結束后的統計儲存位錯密度分布結果：
拉伸變形結束后的幾何必須位錯密度分布結果：
初始沖壓模型如下：
使用軸對稱單元可以減小模型的網格數量，顯著提高計算效率，因此模擬案例使用CAX4R單元，模型初始尺寸為R=0.015mm，H=0.0048mm，初始網格模型如下圖所示：
采用位移邊界條件加載，初始加載第一步ALE網格如下（網格會根據變形自動調整不同區域密度）：
第一步計算接觸時SSD分布：
第一步計算接觸時GND分布：
在當前幾何模型下
預覽滿意后，點擊下載按鈕獲取幾何模型文件。
