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. 按 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. 将单元尺寸设置为 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 的厚度。
  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. 点击小对话框上的提取按钮以提取中面。
  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 的厚度。


  4. 同样为“零件 1”和“零件 2”分配 3 mm 的厚度。
  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。