ansys自由曲面
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys自由曲面的視頻教程
UG培訓第九課：自由曲面構造法
實際生產中，當設計復雜的零件時，可以采用自由形狀特征直接生成零件實體，也可以將自由形狀特征與實體特征相結合完成。目前，該方法在飛機、輪船和汽車工業的造型設計中應用廣泛。 本視頻的講解的主要內容如下： 1.曲線組 2.曲線網格 3.掃掠 4.規律延伸
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ansys自由曲面的實例教程
摘 要 介紹一種基于離散曲面的裁剪算法，該算法適用于注塑模CAD/CAE或其它產品設計和有限元分析的領域，實踐證明該算法自動化程度高、速度快、穩定可靠.
關鍵詞 曲面裁剪，離散曲面，曲面求交，自動搜索
1、引 言
在注塑模CAD/CAE中，自由曲面的設計與描述始終占有十分重要的地位.塑料制品種類繁多、形狀各異，而且注塑成形是一次成形，所以要求注塑模CAD/CAE軟件的幾何造型系統具有較強的曲面處理能力，能夠快速、方便地生成塑料制品圖和模具型腔圖.在實際工程中有許多產品的某些外表面不能或不便于用一張曲面表示，而用多張曲面構造一個產品的曲面模型時，某些曲面又有多余部分.因此，利用曲面裁剪技術把單張曲面不需要的部分裁剪掉或將多張曲面拼接后的多余部分裁剪掉，便可以得到所需的曲面模型.曲面裁剪不僅是構造產品曲面模型的重要手段，也是采用縫合技術構造曲面實體模型必備的操作.
由于注塑模CAE分析要求盡可能方便、高效地構造出產品的幾何模型，并且對裁剪曲面或曲面裁剪后拼接成的曲面進行網格劃分時，要求能夠處理公共邊界的信息，即2個曲面在拼接處具有相同的離散邊界，便于注塑模CAE后續的流動、保壓和翹曲等有限元模擬分析，而對于曲面的精度允許有一定的誤差，因此本文介紹一種基于離散曲面的裁剪方法.所謂離散曲面，是一類采用組成曲面多邊形網的點、線、面及其拓撲信息完整的描述曲面.
展開 實際案例-TrueFreeForm 面網格優化
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在這個范例中，我們利用將以一個具有自由曲面楔形棱鏡的頭戴式透視顯示器（optical see-through head mounted display）進行設計，此光學系統參考了Gao C. 和Hua H.的專利（EP3270194A1）。顯示器中的NIR（近紅外光）人眼追跡系統包含了三個相同的光學表面，和一個用于聚焦的楔形單透鏡。一開始，我們以擴展多項式（extended polynomial）的方式在OpticStudio中建立三個面。由于TrueFreeForm面也能支持擴展多項式函數，所以可以此作為設計的起點。接著，我們將進行微顯示器的優化和人眼追跡系統的嵌入。在這些過程中，我們還不會對參數式自由曲面的光學表面進行校正。
注意，為了簡化設計我們忽略了光學系統中的透視（see-through）結構，并且只以單一波長的入射光進行優化。
此外，一開始的光學表面優化是以顯示器系統的成像為目標，而忽略了人眼追跡系統的表現。因此在優化結果的呈現上，F/3 NIR光學系統會有不錯的影像質量，但NIR人眼追跡系統則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結果，以及NIR人眼追跡系統中所有視場的像散。后者的平均像散約為1.4個波，并在整個FOV具有1.42個波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統較平衡的結果，我們可以重新對三個自由曲面進行優化。但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統影像質量的改變，都將對顯示器系統的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質量的情況下改善人眼追跡系統，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優化著手。
展開 本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
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簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅的減少系統的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。
OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨此表面是由切比雪夫多項式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項式的項次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設計過程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項式是由卡氏坐標推導出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
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使用先進仿真軟件設計自由曲面光學
先進仿真工具可用于設計任何類型的光學元件：球面、非球面或自由曲面。Ansys Zemax OpticStudio軟件和Ansys Speos軟件等Ansys解決方案可以針對不同應用輕松對不同類型的自由曲面進行仿真。雖然目前自由曲面的選擇由工程師手動完成，但在未來，該選擇過程可能會由AI算法自動處理。
基于ANSYS apdl參數化建模
三維模型
線框模型
自重及預應變下的y方向變形云圖
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引言
成像光譜儀作為集“光譜分析”與“空間成像”于一體的先進光學設備，在環境監測、生物醫學、材料科學、空間遙感等領域具有重要應用。其通過對目標物質光譜與空間信息的聯合分析，能夠實現物質的“定性”“定量”和“定位”探測，為科學研究和實際應用提供高效、精確的信息。
傳統Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長期占據主流市場，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差
10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對面
當產品復雜度從“零件”躍遷到“系統”，有限元模型動輒上億自由度，接觸對數量呈指數級增長。如何讓“超大規模裝配模型在 8 小時內完成建模-求解-校核”成為日常，而非傳奇？
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開講，帶來四大“黑科技”：
1
人們一直在追求用于使光通信和數據傳輸的信息量越來越大的能力。一種方法是使用具有軌道角動量(OAM)的光束，例如，可以用螺旋相位板產生這種光束。與其產生相對應的是，OAM的測量，即信息的解碼，同樣重要。遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區域的最大局部橫截面（MLC）。請參考自由曲面標準圖紙，a) 若已知MLC，請輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請輸入0.01毫米（此為CNC編程中數據點間距的典型增量值）。
localSag at SCRC；指在最小凹曲率半徑
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區域的最大局部橫截面（MLC）。請參考自由曲面標準圖紙，a) 若已知MLC，請輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請輸入0.01毫米（此為CNC編程中數據點間距的典型增量值）。
1.點擊軟件左上角File→Import→Import Text File
2.選擇要導入的文件，點擊打開
3.確認數據沒有問題（顯示綠色為正常數據，顯示紅色為未識別的數據格式）
4.選擇Data Array和2D Data，點擊Next
5.設置x和y坐標的物理屬性，自由曲面一般為空間坐標，選擇Length
6.選擇導入數據的物理屬性，為Length
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在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data
