一文搞懂Ansys Workbench常用建模工具

纵横CAE

2月前浏览1447

通常情况下，CAE前处理时需要对几何模型进行简化处理，否则即使最简单的物理问题，也很难仿真出满意的结果。结合工程实战经验，需要进行简化处理的几何特征大致有：

1）对于杆、梁、棒、带等细长实体零件，经常将它们处理成一维线单元。

2）对于筋、板、壳、筒等薄壁实体零件，经常将它们抽取为二维面单元。

3）对于细节特征，如凸台、凹槽、螺孔、倒角、圆角等，常做清除处理。

4）对于无相对运动的几何单元，进行合并、修剪等处理，实现拓扑共享。

5）将不重要的非线性曲线修改成线性直线等。

6）消除零部件之间的缝隙、间隙、补漏洞等。

真空罐“实体”抽中面为“片体”

Ansys Workbench是一款功能强大的工程仿真分析软件，其常用几何建模工具共有两个：SpaceClaim Direct Modeler（SCDM）和DesignModeler（DM）。其中，DM提供了丰富的三维建模工具，并且支持参数化建模和CAD导入模型处理。

ANSYS Workbench几何建模工具

前期文章提出了基于UG的CAE前处理几何模型简化方法，本文将详细讲解DM中常用建模工具，以期绘制、修改、清理、简化几何模型。打开ANSYS Workbench，建立项目分析流程图，右击Geometry，选择New DesignModeler Geometry。

Extrude：拉伸切除工具

1）利用extrude去除缩短的体，然后利用delete body删除。

2）利用extrude增加加宽的体，然后利用boolean进行合并。

Extrude：拉伸；Revolve：旋转；

Sweep：扫掠；Skin/Loft：蒙皮/放样。

进行拉伸操作时，下方的details view栏里可以修改相关参数：

1) Geometry: 选择要拉伸的曲线；

2) Operation: Frozen生成新体，Material与上一个模型合并；

3) Direction: 模型生成方向选项；

4) FD1，Depth: 设置拉伸深度。

Enclosure：流体包覆工具

可用来建立复杂的几何模型，模拟流体与周围环境的相互作用，更准确地模拟流体在受限空间内的流动情况，并得到更加贴近实际的仿真结果，在工程流体仿真计算中十分重要。

1）选择Tools—>Enclosure；

2）下方面板中设置流体形状（矩形Box、圆柱形Cylinder、球形Sphere、或根据固体自定义形状User Defined）；

3）设置流体域大小（根据到固体面不同的距离进行设定）等。

注：图片源自网络

Fill：填充流体工具

可用于建立复杂几何模型，用户可以填充或封闭模型中的空隙，创建出所需的流体计算域，对于建立精确的流体计算域至关重要，这一功能在工程流体仿真的过程中非常重要。

1）单击菜单栏中的Tools—> Fill；

2）右侧模型窗口选择管道的所有内表面，单击下方面板Faces栏中的Apply；

3）单击工具栏中的Generate，或右击Fill —> Generate，生成流体模型。

Concept：概念建模工具

主要用于创建一维和二维单元，将模型中的线或者面转换成有限元中的梁单元(Beam)或者壳单元(Shell)。一维单元的生成方法有以下4种：

Lines From Points（点生成线）
Lines From Sketches（草绘生成线）
Lines From Edges（边线生成线）
3 D Curve（从3D曲线生成线）

梁单元可以通过Cross Section定义常见的截面形状及用户自定义截面，如长方形、圆形、T形等。二维单元的生成方法有以下4种：

Surfaces From Edges（边线生成曲面）
Surfaces From Sketches（草绘生成曲面）
Surfaces From Faces（实体面生成曲面）
Detach（一次提取实体的所有表面）

Thin/Surface：保留面；Blend：倒圆角；

Chamfer：倒角操作；Slice：切片操作。

Slice：切片工具

可用于对复杂几何模型进行切割，对多实体零件进行切分重组，以便更好地理解和分析模型的不同部分，得到非常漂亮的高质量六面体网格，方法如下：

1）选择Create —>Slice；

2）设置Slice Type（必要时创建一个New Plane）;

3）选择线、面后点Apply，将零件切分为多个实体。

注意：模型必须处于Freeze（冻结，在Tools菜单栏中设置）状态。

Symmetry：对称模型创建工具

可用来创建和操作对称的几何模型，可以减少模型的复杂性和大小，从而加快仿真和分析的速度。此外，在对称面上指定特定的边界条件，以确保对称模型的正确性和准确性。

1）新建几何模型的对称平面；

2）选择Tools —> Symmetry ；

3）选择建立的对称平面 —> Apply。

Mid-surface：中性面抽取工具

可用来创建两个已有实体表面的中间面体，抽中面后面体自动定义厚度属性。处理简化复杂的几何结构，并对其进行编辑，可以大大提高仿真分析的效率和准确性。

1）选择tools —> mid-surface；

2）设置selection method为automatic；

3）设置最大最小厚度，Crtl+左键，选择所有面对face pairs；

4）依次点击Apply，Generate。

From New Part：组合体功能

作为DM区别于其他CAD软件的一个特殊功能，作用是将多个零件组合成一个多体零件。多体零件在划分网格时可形成兼容网格，保证不同零件之间的网格具有相同的节点，实现拓扑共享，从而使接触处的计算更精确。

一旦形成多体部件后，之前相互独立的这些 Bodies 在后面的设计仿真中就能拓扑共享（共节点），在 Mesh 中就表现为它们接触面上的网格是相互匹配的，不像它们相互独立时划分网格是相互间没有任何关联。

Surface Extension：曲面延伸工具

有时在对多个连接面进行抽中面操作时会遇到出现脱离、间隙情况，此时可以使用该功能来处理这种情况，同时选取多个面进行抽中面，系统会自动进行修剪延伸。

1）选择Tools —> Surface Extension，设置Extent为User Defined；

2）分别设置或选择延伸方向direction，延伸边线Edges，延伸距离Extent；

3）点击Apply，点击Generate。

注：图片源自网络

Imprint Faces：表面印记

为了模拟真实载荷情况，有时需要对某个面的局部进行加载或约束。在ANSYS经典界面，我们可以直接施加集中力在节点上，在某个局部范围内，但是在Workbench中就没有那么方便了，比如一个体或者面上，无法实现局部力作用。

印记面功能Imprints Faces，就像在面或体上刻了印章一样，利用该功能可以在DM界面创建你想要的局部效果，然后在Mechanical中将载荷或约束施加在创建的印记面上。具体参见前期文章：干货 | Workbench创建印记面的两种方法。

Delete：删除工具

允许用户从项目中移除不需要的几何实体或特征，可以删除体、面、边等元素，有效地清理和优化其设计模型，正确使用 Delete 功能有助于保持模型的整洁和高效性。

1）选择Create —> Delete —> Body/Face/Edge Delete；

2）在下方参数面板中，图形区或模型树中选择欲删除的线/面/体，点击Apply；

3）右击模型树中的Delete，选择Generate。

注：图片源自网络

Boolean：布尔建模

对于相交模型，可以借助布尔建模功能，快速实现公共部分或非公共部分的删减、保留等操作。具体如下所述：

1) Operation后的操作下拉命令中选择Add Frozen，将其设为冻结状态；

2) 点击Generate按钮，完成冻结操作，被冻结的几何会以半透明状态显示；

3) 选择菜单栏上的Create下拉列表中的Boolean，进行布尔建模；

4) 使用Ctrl和鼠标左键可选择多个模型，Details View栏中的Operation后的操作下拉命令中选择相应的操作命令：

(1) Unite：相加运算。将两个的相交物体变成一个物体；

(2) Substract：相减操作。去掉目标物体中与另一个物体的相交部分；

(3) Intersect：相交操作。保留两个相交物体的公共部分；

(4) Imprint Faces：相交面操作。生成两个物体相交的面。

Repair：清理工具

用于清理去除导入模型多余的点、线、孔等操作，使模型更加利于后续处理。

来源：纵横CAE

SolidWorks工程图去除非实体线、圆角面线的方法

SolidWorks输出的工程图上有很多不必要的线，甚至不符合国标制图规范，比如非实体线，也即切边线。这里根据不同需求，介绍三种去除非实体线、圆角面线的方法：1) 仅将一个视图中，某一条切边线单独隐藏；2) 仅将一个视图中，全部切边线隐藏；3) 将以后生成的所有视图中，所有切边线隐藏。Step 1：运行SolidWorks，打开工程图，里面含有不需要的非实体线。Step 2：单击想要去除的切边线，屏幕上自动出现跟随选项，选择“隐藏/显示边线”，这一条线段就会被隐藏。Step 3：如果想去掉某一视图中的所有切边线，那么右键点击想要去除切边线的视图，依次选择：切边——切边不可见。这一个视图中的切边线就被去除了。Step 4：如果每个视图都需要操作就太麻烦了，想要一劳永逸，依次点击：选项——系统选项——工程图/显示类型——切边/移除。即可移除切边线。注意，是新生成的视图！之前的视图是不会变的。按第4步设置完成后会发现，需要切边线的视图还是要有的。那么就使用第3步的方法，右键点击视图，依次选择：切边——切边可见，就可以了。来源：纵横CAE