變形幾何建模的案例
中國有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器嗎？
官網(wǎng)：3D CAD實(shí)體設(shè)計(jì)中國自主的CAD/PLM/MES工業(yè)軟件
這幾年工業(yè)軟件的備受國家對重視和投資界的追捧，三維CAD的發(fā)展也涌現(xiàn)了OEM模式，尤其是OEM SolidEdge, 比如杭州新迪購買了SolidEdge源代碼，也不包含SolidEdge底層兩大核心組件的源代碼: 三維幾何建模引擎Parasolid和幾何約束求解器DCM 。
也就是說，通過引進(jìn)和收購，國內(nèi)有兩個(gè)擁有源代碼的三維幾何建模引擎：華天軟件的CRUX 和廣州中望的 overdrive.不過這兩個(gè)引擎都是源自國外的技術(shù)。
另外上面引進(jìn)和收購的產(chǎn)品使用的幾何約束求解器都是西門子的DCM，都沒有自己的幾何約束求解器。
那么中國究竟有沒有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器呢？
嚴(yán)格地說，完全自主的三維幾何建模引擎，目前有且僅有一個(gè)，那就是華天軟件的三維幾何建模引擎DGM(Diamond Geometry Modeler) 。國內(nèi)高校和研究單位研發(fā)了幾個(gè)自主建模引擎，比如清華大學(xué)的GEMS, 但是目前未進(jìn)入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗(yàn)證的，只有華天軟件的 DGM。（注釋：中望悟空計(jì)劃執(zhí)行中，目前OGM離商用有點(diǎn)遠(yuǎn)！）
完全自主的幾何約束求解器，目前也是有且僅有一個(gè)，那就是華天軟件的幾何約束求解器 DCS (Diamond Constraint Solver) 。國內(nèi)華中科技大學(xué)研發(fā)了一個(gè)幾何約束求解器CBA，但是目前進(jìn)入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗(yàn)證的，也是只有華天軟件的 DCS。
DGM和DCS由華天軟件首席科學(xué)家、“國家人才工程”入選者、CAD領(lǐng)域知名專家梅敬成博士帶領(lǐng)一只優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)、歷經(jīng)十多年研發(fā)而成。
展開 噴嘴的幾何變形設(shè)計(jì)
最近我們提出了一種快速改變現(xiàn)有噴嘴幾何形狀的方法。首先需在CAESES中導(dǎo)入STL格式的幾何文件。下圖顯示了我們用于局部變形的噴嘴模型：
典型噴嘴的幾何形狀
CAESES可以將自由變形（Free Form Deformation）應(yīng)用到已有幾何當(dāng)中。我們需要做的就是：在噴嘴周圍創(chuàng)建一個(gè)控制體，并定義一些擴(kuò)展策略。通過這種方式，可以擴(kuò)大噴嘴的尺寸，甚至可以完全改變其形狀。雖然這個(gè)功能在工業(yè)設(shè)計(jì)中會(huì)存在一些局限性，但我們也一直在努力讓它的設(shè)置變得更為靈活多變。以下是一個(gè)控制體設(shè)置的相關(guān)示意圖，為了可視效果我們隱藏了外部的幾何結(jié)構(gòu)：
對噴嘴建立自由變形
在接下來的步驟中，我們以擴(kuò)展系數(shù)定義為設(shè)計(jì)變量，以便后續(xù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化研究。下圖顯示了變形控制及其幾何變形效果：
變形控制體改變引起幾何變化
一旦完成噴嘴的設(shè)置，我們便可以將這些應(yīng)用到其他噴嘴模型上，即其他方案也可以實(shí)現(xiàn)同樣的變化。我們已將整個(gè)流程都交付給了負(fù)責(zé)幾何變形的工程師。作為這個(gè)領(lǐng)域的專家，他會(huì)根據(jù)自己的技術(shù)要求和限制，繼續(xù)做一些微調(diào)。最后，他會(huì)運(yùn)行優(yōu)化計(jì)算，整個(gè)過程是完全自動(dòng)化的（幾何變化/耦合/CFD分析）。
展開 易拉罐受壓變形有限元分析幾何模型 ￥3
幾何模型展示如下
不同雙重介質(zhì)幾何模型構(gòu)建對煤體甲烷壓力、變形的影響
這也給建模提供方便，實(shí)際煤層情況復(fù)雜，裂隙排列隨機(jī)分布，再考慮裂隙與基質(zhì)分開，會(huì)給建模帶來不方便。
#從odb或stl文件提取變形后的幾何模型插件（三維） ￥199
<p>ABAQUS采用拉格朗日網(wǎng)格計(jì)算分析的時(shí)候，總是會(huì)遇到網(wǎng)格畸變過大導(dǎo)致不收斂的問題，那么這個(gè)時(shí)候我們網(wǎng)格是通過采用網(wǎng)格的重新劃分就可以解決，對于二維模型的網(wǎng)格重新劃分，我們在前面的帖子已經(jīng)介紹過了，但是對于三維模型而言，ABAQUS中沒有直接從結(jié)果odb提取幾何模型的命令，所以，我們就采用插件更加方便簡潔地提取變形后的幾何模型，具體操作如下：</p><p>1 假如我們獲得了一個(gè)odb文件，變形前后的模型如下：</p><div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg" title="a.jpg" alt="a.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg?
展開 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補(bǔ)償
為方便對比分析，在葉片的凹面和凸面各取了6個(gè)點(diǎn)，并提取數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，如下表所示：
通過觀察，零部件在打印過程中最大的變形量在高度4mm~12mm范圍上，變形最大在在兩個(gè)加強(qiáng)筋之間位置的點(diǎn)位1處，向外凸起約0.46±0.01mm。
反變形補(bǔ)償
為了抑制零部件在打印制造過程中的變形量，使用Simufact Welding 反變形補(bǔ)償功能，將變形后的零部件進(jìn)行反變形補(bǔ)償。變形與反變形比例縮放示例如下，將計(jì)算得到的變形結(jié)果放大5倍顯示，再將其反變形放大5倍（5倍是為了更好的演示功能，實(shí)際反變形應(yīng)反向放大1倍左右）。
反變形補(bǔ)償是一種用于抑制變形的好方法，我們從幾何輸入端進(jìn)行修正，使用反變形補(bǔ)償?shù)姆绞綄⑽磥砜赡艿?em>變形進(jìn)行反向補(bǔ)償，二者疊加后將得到高精度打印結(jié)果。其計(jì)算的機(jī)理是通過仿真所得的變形結(jié)果與原始CAD數(shù)模進(jìn)行比對，然后將差異反向作用在原始CAD模型上，看似得到了一個(gè)“錯(cuò)誤”的幾何模型，但用它進(jìn)行實(shí)際打印，將得到精度非常高的實(shí)體零部件。
補(bǔ)償效果
通過進(jìn)行反變形補(bǔ)償，將得到的CAD數(shù)模進(jìn)行正向仿真分析。依據(jù)補(bǔ)償后的數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格的創(chuàng)建與路徑的微調(diào)，其他打印參數(shù)將與原始模型保持一致。經(jīng)調(diào)整，原始17.4m的總路徑長度變成了17.8m。仿真結(jié)果如下圖所示，反變形補(bǔ)償后，零部件的變形得到了有效抑制。
將原始結(jié)果的6個(gè)變形位置進(jìn)行從新提取分析可得，點(diǎn)位2到6的變形量僅在負(fù)的0.05mm到0.02mm之間。點(diǎn)位1處的變形量最大，約為0.15mm，但原始變形量0.43mm相對比，已經(jīng)衰減了約65%。補(bǔ)償前后的變形對比如下表所示。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補(bǔ)償
為方便對比分析，在葉片的凹面和凸面各取了6個(gè)點(diǎn)，并提取數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，如下表所示：
通過觀察，零部件在打印過程中最大的變形量在高度4mm~12mm范圍上，變形最大在在兩個(gè)加強(qiáng)筋之間位置的點(diǎn)位1處，向外凸起約0.46±0.01mm。
反變形補(bǔ)償
為了抑制零部件在打印制造過程中的變形量，使用Simufact Welding 反變形補(bǔ)償功能，將變形后的零部件進(jìn)行反變形補(bǔ)償。變形與反變形比例縮放示例如下，將計(jì)算得到的變形結(jié)果放大5倍顯示，再將其反變形放大5倍（5倍是為了更好的演示功能，實(shí)際反變形應(yīng)反向放大1倍左右）。
反變形補(bǔ)償是一種用于抑制變形的好方法，我們從幾何輸入端進(jìn)行修正，使用反變形補(bǔ)償?shù)姆绞綄⑽磥砜赡艿?em>變形進(jìn)行反向補(bǔ)償，二者疊加后將得到高精度打印結(jié)果。其計(jì)算的機(jī)理是通過仿真所得的變形結(jié)果與原始CAD數(shù)模進(jìn)行比對，然后將差異反向作用在原始CAD模型上，看似得到了一個(gè)“錯(cuò)誤”的幾何模型，但用它進(jìn)行實(shí)際打印，將得到精度非常高的實(shí)體零部件。
補(bǔ)償效果
通過進(jìn)行反變形補(bǔ)償，將得到的CAD數(shù)模進(jìn)行正向仿真分析。
展開 UD單胞細(xì)觀建模插件（纖維隨機(jī)分布+周期性邊界—幾何上） ￥50
插件介紹：
這是一個(gè)具有周期性的ud單胞細(xì)觀建模插件，可以指定單胞的尺寸大小、纖維半徑，以及樹脂含量。纖維采用隨機(jī)分布，纖維與樹脂分為兩個(gè)部件。
操作說明：
首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到UD單胞細(xì)觀建模插件，如圖所示：
編輯
跳轉(zhuǎn)
點(diǎn)擊它，打開插件界面，如圖所示：
這里首先要完成模型的設(shè)定。自上而下分別為目標(biāo)模型，樹脂部件名稱，纖維部件名稱，以及如圖所標(biāo)的參數(shù)，并需要指定纖維半徑與樹脂含量，拖動(dòng)滑塊，設(shè)定纖維投放失敗最大嘗試次數(shù)。
數(shù)值盡量采用小數(shù)，例如5.0，RC的值為0~1之間。
此插件所生成的是可變形的實(shí)體模型，設(shè)定好之后就可以點(diǎn)擊ok或apply進(jìn)行生成。
插件說明
此插件所生成的是實(shí)體模型。
使用做了視頻，可以在視頻中查看效果。視頻鏈接：
UD單胞細(xì)觀建模插件使用視頻教程_培訓(xùn)課程_abaqus建立rve ABAQUS仿真rve-技術(shù)鄰
為了安裝方便，這里新增了安裝包，雙擊運(yùn)行，路徑采用默認(rèn)就行。并為防止特殊情況，這里也提供了壓縮包，可以通過傳統(tǒng)安裝方式進(jìn)行解壓安裝。新版界面如下：
注意，路徑盡量默認(rèn)，也可以自定義安裝，如果自定義安裝請安裝到與傳統(tǒng)安裝一致的地方。
今后插件的發(fā)行格式均采用壓縮包與安裝包并行的形式。
承諾：
1.凡是購買插件的用戶，使用過程中若是遇到Bug，本人將承諾對發(fā)現(xiàn)的bug進(jìn)行修復(fù)。
2.使用時(shí)有什么問題，也可以進(jìn)行咨詢，私信或評論區(qū)發(fā)言都行，看到有時(shí)間會(huì)進(jìn)行回復(fù)。
3.還沒想好，以后再說。
展開 Abaqus的Python批量隨機(jī)幾何建模入門
在科研和工程實(shí)際問題中，經(jīng)常會(huì)涉及到隨機(jī)幾何元素，例如：混凝土骨料、隨機(jī)纖維復(fù)合材料、多孔介質(zhì)材料的傳熱和滲流問題、生物材料的細(xì)觀特征等等。這些材料中包含大量隨機(jī)尺寸、隨機(jī)位置分布的幾何特征，在有限元建模中可以使用自編二次開發(fā)程序的方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何模型構(gòu)造。
Abaqus支持使用Python語言進(jìn)行二次開發(fā)建模，用戶可以利用Python代碼達(dá)成特殊的建模要求。在批量隨機(jī)幾何建模問題中，有兩個(gè)關(guān)鍵詞：一是批量、二是隨機(jī)。
1、批量建模
批量建模主要用到的技巧是循環(huán)。在此我們介紹兩種常用的Python語言循環(huán)控制代碼格式。
首先是while循環(huán)，也就是“當(dāng)循環(huán)”。我們直接看一個(gè)例子：
i=1
while i < 6:
print i
i=i+1
我們觀察以上代碼，它的意思是：當(dāng)i小于6的時(shí)候，執(zhí)行print i的命令，直到while后面的條件不成立（即i大于等于6）為止。在循環(huán)前，我們給i幅值為1，每一次循環(huán)又讓i在原來基礎(chǔ)上加一，這樣就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)打印五個(gè)數(shù)字的效果。這里的i一般用于循環(huán)計(jì)數(shù)，自加的操作可以讓它記錄循環(huán)次數(shù)。
注意：while下面的執(zhí)行語句要空四個(gè)格！
第二種方式是for循環(huán)，也就是“歷遍循環(huán)”。還是直接看例子：
a=[1,2,3,4,5]
for i in a:
print i
這段代碼首先定義了一個(gè)列表a，它包含五個(gè)元素，分別是1、2、3、4、5這五個(gè)整型變量。for i in a:的意思是讓虛擬元素i在a中逐個(gè)變化，也就是第一次循環(huán)時(shí)，i=1，第二次循環(huán)時(shí)，i=2，依次把五個(gè)元素歷遍后循環(huán)終止。
展開 NEPER 轉(zhuǎn)abaqus幾何建模方法
Neper2CAE-master.zip
neper轉(zhuǎn)abaqus幾何建模代碼，#python
用SolidWorks建模的復(fù)雜幾何體
建模步驟
1.在上視基準(zhǔn)面上畫草圖如下：
2.拉伸凸臺(tái)，高度200 。
3.在前視基準(zhǔn)面上草繪圖形。其中58.28度這個(gè)尺寸是最重要的，這是正12面體的夾角。
這是一個(gè)正五邊形組成的12面體
兩條綠線的夾角121.72度
180-121.72=58.28度
4.拉伸切除，完全貫穿。
后面全靠這個(gè)斜面鏡像
5.在右視基準(zhǔn)面上畫圓。
6.旋轉(zhuǎn)，輪廓：半圓，去掉合并結(jié)果。
7.在前視基準(zhǔn)面畫圓弧。（掃描切除的路徑）
8.掃描切除——實(shí)體掃描——球體為輪廓。
9.圓角，半徑：50 。
10圓角，半徑：10 。
11.圓角，半徑：5 。
12.新建基準(zhǔn)軸。
13.圍繞基準(zhǔn)軸圓周陣列—實(shí)體：5個(gè)。
14.組合。
展開 
ABAQUS三維Voronoi晶體幾何建模
材料晶體塑性理論與細(xì)觀尺度上晶體幾何模型相融合的模擬方法為探究材料在塑性變形過程中的行為機(jī)制以及晶體材料優(yōu)化開辟了新途徑。本案例演示在CAD軟件內(nèi)通過Voronoi建立晶體三維模型，并將模型導(dǎo)入到Abaqus CAE內(nèi)，完成晶體材料的有限元建模。
在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD_Voronoi V1.0.1插件建立晶體結(jié)構(gòu)三維模型，并將整個(gè)模型導(dǎo)出為.iges格式文件備用。
CAD_Voronoi V1.0.1插件
將導(dǎo)出的Voronoi模型文件以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
插件可建立包含晶界的模型，在Abaqus內(nèi)將晶格及晶界分別賦值不同材料。
也可建立無晶界模型，對不同晶格分別指派材料。
可將Voronoi晶體部件進(jìn)行裝配。
及完成網(wǎng)格劃分等操作。
展開 NASA眼中的CFD未來 |（4）幾何建模與網(wǎng)格劃分
某型發(fā)動(dòng)機(jī)的快速笛卡爾網(wǎng)格生成算法
幾何建模
幾何建模被提議作為2020年路線圖中的新元素。這是因?yàn)楹娇展こ探缬辛送瑫r(shí)獲取多種形式幾何模型的需求。這些需求在一些商用軟件中出現(xiàn)了越來越頻繁的應(yīng)用。一個(gè)例子是最新版本的PTC Creo 加入了拓?fù)鋬?yōu)化工作流程。
盡管商業(yè)MCAD軟件無法以高級CFD應(yīng)用程序所需的方式提供對底層幾何模型的訪問，但依然愿意推進(jìn)定制幾何建模系統(tǒng)的能力。例如，CREATETM Capstone （一個(gè)網(wǎng)格生成和幾何建模工具）已經(jīng)納入了改進(jìn)的B-Rep模型生成和修復(fù)功能。
CREATETM Capstone的幾何修復(fù)功能
此外，Geode幾何核心和相關(guān)MeshLink網(wǎng)格 - 幾何關(guān)聯(lián)性的開發(fā)提供了一個(gè)虛擬拓?fù)浣缑妫笲-Rep模型更適合進(jìn)行網(wǎng)格劃分。Geode 項(xiàng)目是 Pointwise 根據(jù) NASA CFD Vision 2030 研究中發(fā)現(xiàn)的缺乏幾何建模方式而推出的工具，是第四代的實(shí)體建模和幾何內(nèi)核，使用C++編寫，可在Windows、Linux和Mac上運(yùn)行。而MeshLink庫提供了一個(gè)開放的、幾何核心中立的框架，用于網(wǎng)格幾何關(guān)聯(lián)。該庫使用C++面向?qū)ο缶幊棠Ｐ途帉懀蔡峁┝薈、FORTRAN和Python 3版本。
相較于構(gòu)建自己的B-Rep幾何建模內(nèi)核，大部分研究人員，特別是參與多學(xué)科研究的人員，更傾向于利用商業(yè)CAD建模系統(tǒng)，因?yàn)槠浒S富的、基于特征的參數(shù)化建模能力、與當(dāng)代工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性等特性。
許多幾何內(nèi)核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。這種限制有兩個(gè)方面。首先，大多數(shù)僅支持順序執(zhí)行進(jìn)行構(gòu)建和查詢。
展開 Abaqus幾何建模案例演示
4.選用不同的實(shí)體生成方式，得到的幾何模型也不盡相同。
二、各種創(chuàng)建部件的方法比較
1.在PART功能模塊中直接創(chuàng)建部件
創(chuàng)建的是幾何部件，可以輸出為*.stp格式。此類幾何部件在ABAQUS中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)幾何缺陷（如縫隙），易于劃分網(wǎng)格。
2.CAD軟件建模
創(chuàng)建的是幾何部件。CAD軟件內(nèi)易于創(chuàng)建非常復(fù)雜的幾何模型，但導(dǎo)入ABAQUS/CAE后可能出現(xiàn)幾何缺陷，一般需要進(jìn)行修補(bǔ)（repair）操作。
3.從ODB文件或INP文件中導(dǎo)入孤立網(wǎng)格部件
在ABAQUS中可以直接使用已經(jīng)劃分好的網(wǎng)格，且可以在Mesh功能模塊中對節(jié)點(diǎn)和單元進(jìn)行編輯。使用較為方便。
來源：有限元在線的博客，版權(quán)歸作者所有。
展開 NASA眼中CFD的未來（4）幾何建模與網(wǎng)格劃分
某型發(fā)動(dòng)機(jī)的快速笛卡爾網(wǎng)格生成算法
幾何建模
幾何建模被提議作為2020年路線圖中的新元素。這是因?yàn)楹娇展こ探缬辛送瑫r(shí)獲取多種形式幾何模型的需求。這些需求在一些商用軟件中出現(xiàn)了越來越頻繁的應(yīng)用。一個(gè)例子是最新版本的PTC Creo 加入了拓?fù)鋬?yōu)化工作流程。
盡管商業(yè)MCAD軟件無法以高級CFD應(yīng)用程序所需的方式提供對底層幾何模型的訪問，但依然愿意推進(jìn)定制幾何建模系統(tǒng)的能力。例如，CREATETM Capstone （一個(gè)網(wǎng)格生成和幾何建模工具）已經(jīng)納入了改進(jìn)的B-Rep模型生成和修復(fù)功能。
CREATETM Capstone的幾何修復(fù)功能
此外，Geode幾何核心和相關(guān)MeshLink網(wǎng)格 - 幾何關(guān)聯(lián)性的開發(fā)提供了一個(gè)虛擬拓?fù)浣缑妫笲-Rep模型更適合進(jìn)行網(wǎng)格劃分。Geode 項(xiàng)目是 Pointwise 根據(jù) NASA CFD Vision 2030 研究中發(fā)現(xiàn)的缺乏幾何建模方式而推出的工具，是第四代的實(shí)體建模和幾何內(nèi)核，使用C++編寫，可在Windows、Linux和Mac上運(yùn)行。而MeshLink庫提供了一個(gè)開放的、幾何核心中立的框架，用于網(wǎng)格幾何關(guān)聯(lián)。該庫使用C++面向?qū)ο缶幊棠Ｐ途帉懀蔡峁┝薈、FORTRAN和Python 3版本。
相較于構(gòu)建自己的B-Rep幾何建模內(nèi)核，大部分研究人員，特別是參與多學(xué)科研究的人員，更傾向于利用商業(yè)CAD建模系統(tǒng)，因?yàn)槠浒S富的、基于特征的參數(shù)化建模能力、與當(dāng)代工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性等特性。
許多幾何內(nèi)核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。這種限制有兩個(gè)方面。首先，大多數(shù)僅支持順序執(zhí)行進(jìn)行構(gòu)建和查詢。
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