教程:曲面建模

分析曲面模型,使用“中面”和“填补”工具创建曲面,然后优化曲面。

在本课中您将学习到:
  • 从 CAD 中导入曲面
  • 使用“属性编辑器”为曲面指定厚度
  • 对简单和复杂的薄实体应用中面
  • 使用“补块”工具从实体创建曲面
  • 分析并优化曲面


简介

曲面或“壳体”模型是一种表示薄壁 3D 结构的方式,这种方式数值精确、效率高。当零件的厚度明显薄于其他标准尺寸时(约为 1/10 或更薄),通常采用这种模型。在这些工况下使用曲面模型可以缩短分析和优化运行的时间。

通常采用下列方式之一创建曲面:
  • 从 CAD 中导入曲面。
  • 使用 Inspire 中的草绘工具。
  • 将“中面”工具应用到 CAD 或 Inspire 中生成的薄实体。
  • 将“补块”工具应用到 CAD 或 Inspire 中生成的薄实体。
注: 必须为所有曲面分配厚度,才能正常运行。对于曲面,几何体总是被定义为位于中面。

分析曲面模型

我们先探索从使用曲面的益处开始。

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 rhs_01.stmod 文件,将其加载到模型视窗中。


  3. 确保“单位系统选择器”中的显示单位已设置为 MMKS (mm kg N s)
  4. 选择一个零件。
    • 该模型表示为具有多个曲面的单一零件。
    • RHS(右手边)梁的一端被限制,另一端承受载荷,同时力和固定约束已施加到零件的边上。
  5. F3 打开“属性编辑器”。已在“质量属性”下为零件分配了 10 mm 的厚度。


  6. 点击“分析”图标上的 按钮,使用下列选项设置分析。


  7. 单元尺寸设置为 4 mm,速度/精度设置为“更快”。
  8. 点击运行并注意运行速度。如果所建模型为实体,运行时间将增加一个或多个数量级,以便在结果中获得相似的精度。
  9. 双击运行名称打开分析浏览器并检查位移和其他结果。


导入 CAD 并分配厚度

获得曲面的一种方式是将 CAD 模型导入 Inspire

注意:必须在“属性编辑器”中为所有曲面分配一个厚度。如果不分配厚度,则无法检测出接触,并且会导致运行失败。

  1. 双击“演示浏览器”中的 sheet_metal_bracket.x_t 文件,将 CAD 模型导入 Inspire


  2. 选择 Tray 零件,然后在“属性编辑器”的质量属性下输入 5 mm 的厚度。


  3. 同样为 Bosses 零件分配 5 mm厚度
  4. 选择“结构仿真”功能区中的接触工具,以搜索接触并旋转模型。


  5. 找到的接触在零件共有的边界上以粗蓝线表示。
    Inspire 采用零件到零件的接触定义,Boss 区域和主要结构位于独立的零件中,这是理想的做法。


使用“中面”工具创建曲面

此外,还可以在 Inspire 中应用“中面”工具直接创建曲面,该工具会自动检测出薄实体并允许将其替换为曲面。

可以采用中面的零件类型会受到一些限制。
注: “中面”工具仅可应用于等厚度的非流形(无分枝)零件。X、Y、T 和其他类似的截面类型不受支持。
  • 这会将目标零件限制为可从初始平面成形或折弯的零件。
  • 允许使用插槽、孔和开孔。
  • 等截面非流形零件(如挤出)受支持。
  • 通常,可以在应用中面以及随后与其他零件进行连接前对零件进行分区。
  1. 双击“演示浏览器”中的 midsurface_examples.stmod 文件。
    这个模型包含若干个满足应用中面要求的薄实体。


  2. 选择“几何”功能区中的中面工具。
  3. 在模型视窗中选择 L 型零件,将其替换为中面。
    此时将显示这个中面的预览。厚度将自动计算并显示在小对话框中,但不可编辑。


  4. 点击操作栏上的提取按钮来提取中面。
  5. 双击右键退出该工具,然后选择新建的中面。


  6. 检查“属性编辑器”,并注意是否已将厚度分配给中面。


    注: “中面”工具会自动计算厚度并将其分配给零件。使用另一种方法创建的曲面必须已在“属性编辑器”中手动分配厚度。
  7. 再次选择中面工具,并使用框选来选择剩余的零件。
  8. 点击操作栏上的提取来提取中面。
    注: 注意:虽然已组装支架装配中的零件正确应用了中面,但这些零件不一定对齐。


  9. 现在打开位于“演示浏览器”中的 plate.x_t 文件
    这是一个较复杂的模型。


  10. 选择“几何”功能区中的中面工具。
  11. 在模型视窗中选定零件。这个中面的预览将被显示。
    注: 即便零件带孔并弯曲,它也是等截面且满足有效薄实体的标准。


  12. 点击提取以创建中面,然后双击右键退出该工具。


使用“补块”工具创建曲面

创建曲面的另一种方法是对实体应用“补块”工具。

常用于关闭和修复几何体的“补块”工具还可用于删除实体上的曲面补块。该工具非常实用,因为只要删除任意一个实体上的补块,就能得到一个曲面。例如,本教程开始部分提到的 RHS 模型就是通过删除实体矩形的端面创建的。

  1. 在“演示浏览器”中打开 x-tubes.stmod 文件。
    该模型是在 Inspire 中创建的简单 3D 结构,但也可以从 CAD 中导入。


  2. 选择“几何”功能区的布尔运算工具。


  3. 从二级功能区中选择合并工具。


    此时弹出一个操作栏,且已选中目标。
  4. 在模型视窗中选择两个零件,然后点击操作栏上的合并按钮。
  5. 鼠标右击划过勾选标记以退出,或双击鼠标右键。
    两个管子现在已合并为一个零件。


  6. 选择“几何”功能区中的补块工具。


  7. 点击其中一个管子的一个端面,将其选中。
    可能需要放大显示才能选中该面。


  8. 再次点击即可删除该面。
    删除后,该实体零件即变成一个曲面,“属性编辑器”中会显示面积,而非体积。


  9. 使用同样的步骤删除管子的其他三个端面,以及所有内表面。
    该模型应如下所示:


  10. 双击右键退出补块工具。
  11. 选中该零件,然后在“属性编辑器”中的厚度字段中输入 5 mm
    注: 质量是自动计算得出的。


  12. 现在可以对模型施加载荷和固定约束,以便进行分析或优化。打开“演示浏览器”中的 x-tubes_RUN.stmod 文件,加载和查看带有分析结果的模型。

优化 2D 曲面模型

注意:跟实体零件一样,可以为曲面指定一个设计空间。
  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 在“演示浏览器”中打开 2dtopology_and_contact.stmod 文件。
    该模型包含几何体和载荷。


  3. 选择 Tray 零件,然后在“属性编辑器”的质量属性下输入 3 mm厚度


  4. 同样为“零件 1”和“零件 2”分配 3 mm厚度
  5. 右键点击 Tray 零件,打开零件右键菜单,并将该零件指定为设计空间


  6. 选择“结构仿真”功能区上的添加/编辑对称控制工具。


  7. 从二级功能区中选择对称的工具。


  8. 选中 Tray 零件以施加对称平面,如图所示:


  9. 点击“优化”图标上的 按钮,将优化设置为:质量目标 25%最小厚度约束 15 mm


  10. 点击运行,当优化完成后,双击运行名称,打开“形状浏览器”并检查结果。
    注: 注意:运行时间短、结果独立是对片状和板状结构应用曲面模型的益处所在。
  11. 点击“形状浏览器”上的分析按钮,对优化后的形状进行再次分析。
  12. 加载并查看结果。