CAE前处理几何模型简化方法

0 前言

通常情况下，CAE前处理时需要对几何实体模型进行简化处理，否则即便是最简单的物理问题，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、带等长度尺寸远大于截面尺寸的实体零件，经常将它们处理成一维线单元。

（2）对于筋、板、壳、管、套、筒等具有明显薄壁特征的实体零件，经常将它们处理成二维面单元（片体）。

（3）对于无关紧要的细节特征，如凸台、凹槽、沉孔、螺孔、退刀槽、越程槽、注胶槽、倒角、圆角等，经常需要做清除处理。

（4）对于无相对运动的几何单元，进行合并、修剪等。

（5）将不重要的非线性曲线修改成线性直线。

（6）消除零部件之间的缝隙等。

虽然ANSYS、HYPERMESH、PRTRAN、ABAQUS等常用CAE软件均具有相关的几何建模和模型编辑功能，但是这些功能大多只适用于处理简单几何模型，对于复杂几何模型却显得力不从心，特别是异形结构件、大型装配体。这就需要运用Solidworks、UG、Pro/E等专业CAD软件对几何模型进行简化处理，然后再将处理好的模型导入到CAE软件中进行后续操作。

鉴于此，本文以实例操作的形式，介绍一种基于UG的CAE前处理几何模型简化方法。

1 问题描述 

如图1所示的三维实体零件，具有明显的薄壁特征，首先清除凸台、沉孔、圆角等细节特征，然后将其处理成片体。这样后续采用二维网格划分方法对其进行网格划分，不仅可以减少节点和单元数量，而且提高网格质量和计算效率。

图1

2 简化方法

2.1 将几何模型转化为体单元

（1）采用任意一款CAD软件（本案例采用Solidworks）构建图1所示的几何模型，然后将其导出或另存为X_T格式文件，如图2所示。

（2）打开UG软件（本案例采用UG10.0版本），新建一个零件模型，并命名模型名称、指定文件保存路径，如图3所示。

（3）进入UG主界面后，单击菜单栏中的文件——>导入——>Parasolid——>选择步骤（1）保存的X_T文件，如图4所示。

图4

（4）这时可以看到导入的几何模型显示为体，并不显示具体的建模流程和零件名称，如图5所示。

图5

2.2 清理体单元中的细节特征

（1）清除沉孔。

点击菜单栏中的插入——>同步建模——>偏置区域——>选择所有沉孔底面（如图6所示），点击确定，得到图7所示的效果。

图6

图7

（2）清除凸台。

点击菜单栏中的插入——>同步建模——>相关——设为共面——>首先选择凸台面为固定面（如图8a所示），然后选择所有槽面为运动面（如图8b所示），点击确定，得到图9所示的效果。

当然也可以采用步骤（1）所述的方法清除凸台。本步骤这样操作仅仅是为了介绍UG的不同模型编辑功能。感兴趣可以自行操作。

（3）清除圆角。

点击菜单栏中的插入——>同步建模——>删除面——>选择所有的圆角（如图10所示），点击确定，得到图11所示的效果。

图15

图16

当然也可以采用步骤（3）所述的方法清除圆孔。本步骤这样操作也仅仅是为了介绍UG的不同模型编辑功能。感兴趣也可以自行操作。

（5）移除参数。

点击菜单栏中的编辑——>特征——>移除参数——>框选整个模型（如图17所示），点击确定，得到图18所示的效果。

图18

（6）合并体。

点击菜单栏中的插入——>组合——>合并——>选择原来的体和步骤（4）创建的圆柱体（如图19所示），点击确定，得到图20所示的效果。

图20

（7）删除面。

重复操作一下步骤（5）得到图21所示的效果，这时模型中含有步骤（4）构造的圆形平面，直接在部件导航器中全部选中（如图22所示），点击键盘Delete删除即可。

图22

图23

2.3 将清理后的体单元处理成片体

 （1）创建基准。

点击菜单栏中的插入——>基准/点——>基准平面——>选择模型下部凹面（如图24所示），点击确定，创建一个基准平面，如图25所示；

图25

（2）智能切分。

点击菜单栏中的插入——>修剪——>修剪体——>选择几何模型为目标体、新建平面为工具（如图26所示），点击确定，将几何模型拆分成上下两个子体，如图27所示；

图26

图27

（3）抽取中面。

点击菜单栏中的插入——>曲面——>中面——>面对——>选择下部子体、设置策略为级进（如图28所示）——>单击自动创建面对后面的黄色按钮，点击确定，得到图29所示的效果。

将上部子体也采用相同的操作，得到图30所示的效果。

（4）移除参数。

点击菜单栏中的编辑——>特征——>移除参数——>框选整个模型，点击确定，得到图31所示的效果。

（5）清除实体。

在部件导航器中选中原来的体单元（如图32所示），点击键盘Delete删除，得到图33所示的片体。

图33

（6）修补片体。

仔细观察图33所示的片体，上下片体之间存在间隙，并未连成一体，因此需要进行补片操作。

点击菜单栏中的插入——>修剪——>延伸片体——>“边”栏选择下部片体的所有靠近上部片体的边线、“限制”栏选择直到选定并选择上部片体（如图34所示），点击确定，得到如图35所示的效果。

观察图35可知，上下子体之间已经没有间隙，连为一体了。

至此，实体单元已经全部简化处理成了片体单元，导出或另存为x_t、stp、igs等格式，然后导入CAE软件在几何单元属性环节赋予厚度，并进行后续相关操作即可。

本案例所用模型较为简单，实际遇到的工程问题千变万化、复杂多样，需要灵活应对、综合应用。