设计模块

仿真时参数化几何的构建和操作

设计模块

放样和圆角命令用于在叶轮上创建不同的叶片。

创建 CAD 设计

设计模块提供了用于创建几何和导入各种 CAD 文件格式的附加工具,藉此扩展了 COMSOL Multiphysics® 软件的几何建模功能。几何准备是仿真过程的重要组成部分,重点是为仿真分析找到最适合的 CAD 设计表示方法。这就需要确认某些几何细节是否与分析相关,或者能否在仿真中使用壳近似作为替代。除此之外,可能需要修改导入 CAD 模型中的某些特征,或重新对其进行参数化。或者,甚至可能需要从头开始构建一个新的更简单的参数化几何,以便获取相关设计特征来恰当地进行分析。设计模块利用 Parasolid® 几何内核来控制几何,用户可以轻松实现以上这些操作。

从 CAD 软件中导入模型以及将模型导出到 CAD 软件

设计模块均支持多种格式文件的导入 - 包括 Parasolid® 、ACIS®、STEP、IGES 等格式。此外,还可以导入一些 CAD 工具软件自带的原始文件格式,例如 Autodesk® AutoCAD® 软件、Autodesk® Inventor® 软件、NX™ 软件、PTC® Creo® Parametric™ 软件以及 SOLIDWORKS® 软件。设计模块作为一个强大的工具,可以方便地整合产品开发过程中的仿真 CAD 设计。当完成了几何模型的修改后,设计模块能够导出 Parasolid® 或 ACIS® 格式文件,以便导入到其他软件工具中使用。


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  • 通过删除窄面,使得周围几何填充间隙的同时使得网格也能更加平滑。 通过删除窄面,使得周围几何填充间隙的同时使得网格也能更加平滑。
  • 端盖或填充面或孔可以在设计模块中完成。 端盖或填充面或孔可以在设计模块中完成。
  • 球形接头模型,在基础,托座以及轴承螺栓的接触面处带有圆角和倒角。 球形接头模型,在基础,托座以及轴承螺栓的接触面处带有圆角和倒角。
  • 凸缘模型,使用设计模块中的面和厚度特征创建。 凸缘模型,使用设计模块中的面和厚度特征创建。
  • 直升机旋转斜盘的底座需要许多圆角和倒角边缘。 直升机旋转斜盘的底座需要许多圆角和倒角边缘。
  • 在叶轮上通过放样操作创建不同的叶片。 在叶轮上通过放样操作创建不同的叶片。

创建几何设计

在设计模块中,导入的 CAD 文件会自动转换为 Parasolid® 三维几何建模引擎的格式。然后,就可以利用设计模块修改或操作它们。比如,可以创建一个围绕 CAD 设计的域,用于后续的模拟和分析。CAD 模型常常表示的是用于制造的零件几何,而仿真分析可能对零件周围的环境更感兴趣。因此,我们需要定义一个恰当的几何来表示周围环境。

设计模块基于 COMSOL Multiphysics® 中成熟的几何生成参数化框架以及工业标准 Parasolid® 几何内核。因此,它能修改或从头开始构建设计,并能与其他工具共享。

除了 CAD 导入模块中可以找到的几何操作,还可以基于剖面图创建放样对象以及使用诸如圆角,倒角,中面和加厚等操作。例如,通过使用放样工具,可以根据 MRI 扫描之类的切面或等值线来创建几何。端盖面工具的使用让在导入的固体对象中创建流体域变得更加容易。

手动或自动修复几何

当在设计模块中导入 CAD 设计时,您总能够执行几何修复 - 实际上缺省设置中就包括几何修复。几何修复确保了非物理区域不会被引入到建模过程中,可以防止 COMSOL Multiphysics 对相应的导入文件进行网格剖分。设计模块包含有检测和修复 CAD 模型的工具,可以检测和修复小的异常,比如不相交于相同点的相邻面。异常可以通过手动修复或者通过在导入和修补过程中通过设置容差自动修复。如果您更倾向于使用 CAD 软件修复 CAD 模型,在 CAD 软件中,您可能无法很方便地识别出异常存在的地方。在这种情况下,您就可以首先通过设计模块找出这些异常。

削除模型几何特征以增强网格剖分和模拟

修复后的几何可能仍包含某些不利于网格剖分或进行稳定仿真的几何特征。特别是一些小特征可能导致大量网格单元,而其所在区域的仿真结果变化却可以忽略时,常常可以去除这些小特征。

设计模块包含识别和削除工具,其方法是去除某些特征,例如尖端、孔、长条面、短边和小面等。和修复操作类似,这些特征可以在 CAD 工具中或利用设计模块自动或手动识别和去除。

其他削除工具可以识别难以剖分网格的特征,比如凹槽,并且可以封闭、修补、填充或删除它们。例如,在一个重新参数化几何的过程中,导入的圆角不一致导致无法仿真。这些圆角可以被识别并削除,然后使用设计模块中的圆角操作来添加新的参数化圆角。

虚拟操作使仿真集中在关键区域

虚拟几何操作是 COMSOL Multiphysics 中一种非常有用的工具,可以提供更好的网格剖分解析结果。这可以让网格剖分工具忽略选定的实体和特征,从而在这些区域避免过密的网格 - 网格剖分在虚拟几何上进行。

被忽略几何区域的仿真结果通常无变化或与特定情况无关。可以使用虚拟几何操作来忽略边、顶点和面;随后形成组合目标;或折叠实体。

这些操作包含在 COMSOL Multiphysics 中,并且扩展了设计模块的几何操作功能。特别是某些特征很难通过设计修复和削除工具去除的情况。

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