利用 CAD 导入模块将 CAD 文件导入 COMSOL Multiphysics®

导入 CAD 文件,为分析做好准备

“CAD 导入模块”是 COMSOL Multiphysics® 的附加模块,提供两个基本功能协助您完成建模工作流程。首先,“CAD 导入模块”支持导入各种不同的文件格式,包括 Parasolid® 和 ACIS® 格式、STEP 和 IGES 等标准格式,以及各种 CAD 系统的原生文件格式,使您能够导入在 CAD 软件中创建的几何结构。其次,为了确保导入的几何可用于仿真分析,您可以对几何执行修复、特征去除或应用虚拟几何操作,从而修复在导入过程中出现的差异或简化几何结构。所有这些特征都可以确保您的几何导入过程顺利完成。

如果您是一名在工作中不需要使用 CAD 软件的 CAE 工程师,当您与 CAD 用户一起工作时,“CAD 导入模块”将为您提供帮助,确保几何在不同软件之间平滑过渡。如果您是一名会使用 CAD 软件的 CAE 工程师,可以使用 COMSOL 提供的多个附加产品(采用了专门的 LiveLink™ 技术),将 COMSOL Multiphysics® 与每个主流 CAD 软件包无缝连接。您可以阅读接口连接一节,了解更多相关信息。

导入 CAD 文件

所有 CAD 软件均支持导出 Parasolid®、ACIS®、STEP 和 IGES 文件格式,您可以轻松将这些格式的文件导入 COMSOL Multiphysics®。此外,“CAD 导入模块”还支持导入各种 CAD 系统的原生文件格式,例如 SOLIDWORKS®、Inventor®、PTC® Creo® Parametric™、NX™ 和 AutoCAD®。单独的 File Import for CATIA® V5 支持您导入此系统的原生文件格式。安装“CAD 导入模块”后,您便可以使用此模块自带的 Parasolid® 几何引擎,自动将所有 CAD 文件都转换成 Parasolid® 几何。随后您可以使用 COMSOL Multiphysics® 和附加的“CAD 导入模块”中的工具更改这些几何,比如对几何结构进行有针对性的更改。在一个 CAD 设计周围创建模型域便是这样一个例子,例如用于 CFD、声学或电磁分析的封闭区域。大多数 CAD 模型都是物体在投入制造之前的几何结构,仿真可用于对该物体周围的物理现象(如空气流动)进行建模。完成这些更改后,您可以使用“CAD 导入模块”将这些几何导出为 Parasolid® 或 ACIS® 文件格式,方便您继续将其导入其他工具中。

支持的文件导入/导出格式

请注意,并非所有文件格式在所有操作系统上均受支持;有关详细信息,请参见系统要求

文件格式 扩展名 版本 导入 导出
ACIS® .sat, .sab, .asat, .asab 2018 1.0 及以下版本(导入),
R4、R7、2016 1.0(导出)
AutoCAD® .dwg 2.5-2019
AutoCAD® DXF™ .dxf 2.5-2019
IGES .igs, .iges 5.3 及以下版本
Inventor® 装配 .iam 11, 2008-2019
Inventor® 零件 .ipt 6-11, 2008-2019
NX™ .ipt 12 及以下版本
Parasolid® .x_t, .xmt_txt, .x_b, .xmt_bin V31.0 及以下版本
PTC® Creo® Parametric™ .prt, .asm 1.0-5.0
PTC® Pro/ENGINEER® .prt, .asm 16 到 Wildfire® 5.0
SOLIDWORKS® .sldprt, .sldasm 98-2018
STEP .step AP203, AP214

查看 COMSOL 支持的所有文件格式

处理几何用于仿真分析

运行有限元分析时,清理几何做好分析前的准备与导入几何本身同样重要。“CAD 导入模块”提供必要的工具,用于修复在传输过程中继承了错误的几何,对包含过多细节的几何执行特征去除,并移除会生成不必要细化网格的几何实体。

导入几何时进行修复

构建 CAD 模型的目的是获取实际产品的数字表示。这一数字模型包含产品的三维几何结构以及制造所需的信息。尽管三维 CAD 几何通常能够真实地反映它所表征的实际物体,但在整个几何中可能会出现难以察觉的微小异常。问题产生的原因可能有以下几点:计算机表示复杂形状的能力存在数值限制、一些旧 CAD 文件格式的限制、人为错误或不同文件格式之间的数据转换。这些小异常可能造成相邻面的边不完全贴合,或者面法向与边方向不一致等问题。这些问题反过来会导致在 COMSOL Multiphysics® 中生成网格时,在形成有效封闭几何对象方面存在问题。因此,在导入过程中,系统始终会默认执行几何修复操作,方便您开始进行仿真。

除了在导入时进行自动修复外,“CAD 导入模块”还提供一些特征,支持您在导入后手动修复 CAD 模型。举例来说,您可以手动选择多个面并将它们结合在一起,通过使用指定的容差来封闭间隙,从而形成实体。此外,您还可以自动定位间隙的边,并使用这些边作为输入来生成一个覆盖间隙的新面,进而形成实体。

 

去除几何特征,简化仿真分析

由于 CAD 模型具有复杂的几何结构,并包含大量的微小几何特征,即使这类模型经过适当修复,可能仍难以用于仿真。如果在划分网格之前没有从几何中移除这些特征,可能会导致网格单元数量急剧增加,从而需要更多额外的计算资源。

尽管圆角、槽、螺纹和孔等一些特征在最终的制造过程中不可或缺,但它们可能并不总是会影响 CAD 模型的整体仿真。“CAD 导入模块”提供了便利实用的工具来移除这类特征,达到简化几何结构的目的。您可以删除圆角和倒角;填充孔以及删除多组面,通过填充或修补功能将这些面替换为均匀表面。

就 CAD 建模和导入过程本身而言,也可能产生一些其他不需要的特征,如小面、长条面、尖峰和短边。对于这些意外产生的特征,您可以在界面中选择它们的类型,然后指定一个容差值来识别属于这一类型的所有几何特征并将其移除。不仅如此,您也可以使用为修复操作指定的相同容差,在导入过程中自动执行特征去除操作。

显示在 CAD 几何中通过修复长条面改善网格的示例图像。 通过消除这些大高宽比的面可能产生的细长网格单元,修复长条面以优化网格。
对比显示含与不含槽和孔的 CAD 几何结构图像。 通过移除对整个仿真来说无关紧要的特征(如本例中的槽和孔),可以简化从 CAD 工具引入的几何结构。
对比显示含与不含圆角的 CAD 几何结构图像。 特征去除功能可以从几何中移除圆角。在本例中,通过一次操作即可完成圆角的选择和移除。
对比显示含与不含端盖面的 CAD 几何结构图像。 您可以使用端盖面来填充域并对该域执行仿真,例如对排气歧管中的流体流动进行仿真。

执行虚拟几何操作,简化网格

执行虚拟几何操作与特征去除过程类似,只是导入的几何保持不变。虚拟几何操作不会改变几何结构,而是指示网格生成器忽略某些不会对仿真产生太大影响或者与所需的仿真不是特别相关的特征。系统随后对虚拟几何进行网格划分。此类操作包括:忽略顶点、边和面;形成复合边和复合面;塌陷边和面等。

您可以通过两种方式来执行虚拟几何操作。您既可以手动选择要忽略的面、边和顶点,也可以使用自动的移除细节 操作,通过使用一系列虚拟操作(随后可以根据需要进行编辑)自动识别和移除小特征。

这些操作都包含在 COMSOL Multiphysics® 这一基础软件包中,是对“CAD 导入模块”的特征去除工具的重要补充。当您无法通过特征去除或修复操作轻松移除几何特征时,或者需要在仿真中保持几何的曲率不变时,此功能特别有用。

 

与 CAD 软件实现接口直连

“CAD 导入模块”提供的工具可确保几何从 CAD 软件到 COMSOL Multiphysics® 的平滑过渡,方便您进行仿真分析,这对于无法访问 CAD 程序的 CAE 工程师来说堪称完美。如果您是一位正在寻找 CAE 工具的 CAD 用户,那么可以利用 COMSOL 的 LiveLink™ 接口产品提供的附加功能,将您的 CAD 系统与 COMSOL Multiphysics® 无缝连接。当一个程序中的几何发生更改时,LiveLink™ 产品中的同步功能可以自动更新另一个程序中的几何结构。当您要更改几何用于进一步分析时,可以借助 LiveLink™ 产品来避免导入/导出再重新导入整个 CAD 几何。除此之外,您还可以基于几何实体(如边长)自动运行参数化扫描,甚至可以运行分析,根据结果参数来优化 CAD 几何。

包含此功能的当前产品列表如下:

此处列出的所有商标均为其各自所有者的财产,COMSOL AB 及其子公司和产品不与上述商标所有者相关联,亦不由其担保、赞助或支持。相关商标所有者的列表请参见 http://cn.comsol.com/tm

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