Zhidko doc

ГЛАВА 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКИХ
И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ 
Твердотельное моделирование 
Средства препроцессорного твердотельного моделирования программы ANSYS позволяют 
иметь дело непосредственно с геометрической моделью, не обращаясь к специфическим 
объектам (узлам и элементам) конечно-элементной модели. Для того чтобы облегчить 
генерацию модели, программа отделяет фазу задания геометрии и граничных условий от 
построения сетки конечных элементов. Сначала пользователь описывает геометрию (и 
граничные условия, если есть желание) твердотельной модели. Если делать это в 
интерактивном режиме, то возможна удобная проверка входных данных. Программа строит 
сетку для получившейся модели, что определяет местоположение узлов и связность 
элементов. 
В системе ANSYS существуют три разных способа построения геометрической модели: 
импорт модели, предварительно построенной другой программой; твердотельное 
моделирование с использованием геометрических примитивов и операций булевой алгебры и 
непосредственное создание модели в интерактивном режиме работы с системой. Можно 
выбрать любой из этих методов или использовать их комбинацию для построения расчетной 
модели[2-4]. 
Программа ANSYS снабжена средствами надежной подготовки импортируемой 
геометрической модели к нанесению сетки, в число которых входит возможность менять 
геометрию с целью упрощения расчета [2]. Использование автоматических средств позволяет 
улучшить модель за счет устранения ненужных зазоров, перекрытий или взаимных 
внедрений ее частей, а также выполнить слияние объектов и создание объемов. С другой 
стороны, средства ручной подготовки дают возможность пользователю удалить явные 
погрешности, выявить «проблемные» участки модели, выборочно слить нужные объекты 
модели, дополнить модель недостающими частями и создать объемы. Такой подход 
позволяет импортировать противоречивые геометрические модели. При импортировании 
геометрии в формате IGES пользователь имеет возможность управлять значениями допусков 
на слияние объектов модели, выявлять возможные ошибки. 
Наличие средств для изменения импортированной геометрии дает возможность получить 
значительно более простую расчетную модель путем ее «подчистки» и получения 

---

38 
приемлемого варианта. Процедуры упрощения позволяют наилучшим образом подготовить 
модель для нанесения сетки за счет удаления отверстий, полостей и выпуклостей, 
исключения мелких подробностей. Кроме того, можно выявить такие объекты модели, 
присутствие которых нежелательно и которые могут быть удалены пользователем. 
В дополнение к уже перечисленным процедурам упрощения имеются возможности 
создавать геометрические примитивы, такие как призмы, сферы, конусы, цилиндры и т.п., и 
средства добавлять эти примитивы к модели или удалять их. Можно использовать разрезание 
модели плоскостью с целью подготовки ее к нанесению сетки или использования условий 
симметрии. Пользователь может добавить к модели опорные точки для задания нагрузок или 
измельчения сетки. Улучшена техника мозаичного окрашивания для быстрого и 
реалистичного отображения модели и точного вычисления ее геометрических параметров. 
Средства твердотельного моделирования включают в себя представление геометрии 
конструкции, основанное на использовании сплайновой технологии, геометрических 
примитивов и операций булевой алгебры. В программе ANSYS доступны следующие два 
способа моделирования: нисходящий («сверху вниз») и восходящий («снизу вверх») [4]. В 
первом случае пользователь указывает только самый высокий порядок сложности объектов 
модели. Используемые обычно объекты (такие, как сферы и призмы, т. е. формы, которые 
называются геометрическими примитивами) могут быть созданы за одно обращение к меню. 
Например, пользователь определяет объемный примитив, а система автоматически находит 
связные с ним поверхности, линии и ключевые точки. Примитивы позволяют 
непосредственно указывать геометрические формы. В программе ANSYS можно легко и 
быстро определить в двумерном случае такие формы как, окружности и прямоугольники, или 
параллелепипеды, сферы, конусы и цилиндры – в трехмерном. После того как 
геометрические объекты указаны, к ним можно применять операции булевой алгебры. 
При непосредственном создании модели в интерактивном режиме чаще всего применяется 
моделирование снизу-вверх. При таком моделировании пользователь строит модель, начиная 
с объектов самого низкого порядка. Сначала задаются ключевые точки, затем связанные с 
ними линии, поверхности и объемы – именно в таком порядке. Оба способа можно 
произвольно сочетать при создании любой модели. 
Независимо от используемого способа построения модели имеется возможность 
применять операции булевой алгебры для объединения наборов данных и за счет этого как 

---

39 
бы создавать «скульптуру» модели. Система имеет набор таких булевых операций, как 
сложение, вычитание, пересечение, деление, склеивание и объединение. Булевы операции 
над линейными, поверхностными и объемными примитивами могут помочь существенно 
сэкономить время и усилия при построении сложных моделей. «Пригонка» в пределах 
погрешности выполняется программой ANSYS автоматически, что экономит время 
пользователя. Кроме того, в качестве «режущего инструмента» может использоваться некая 
рабочая плоскость, т.е. указанная пользователем координатная система. 
Другие средства твердотельного моделирования дают возможность «буксировать», 
«выдавливать», вращать, перемещать или копировать объекты модели. Дополнительные 
возможности включают построение дуг окружности и касательных, генерацию объемов и 
поверхностей с помощью операций поступательного перемещения и вращения, 
автоматический расчет пересечений линий и поверхностей, группирование составных частей 
модели. 
Программа сохраняет наборы взаимосвязанных перечней всех вершин, ребер, граней и 
объемов построенной модели, т.е. в соответствии с принятой в программе ANSYS 
терминологией - ключевых точек, линий, поверхностей и объемов. 
При твердотельном моделировании, выполняемом программой ANSYS, все линии 
представляют собой неоднородные рациональные В-сплайны (NURBS). Линия представляет 
собой отрезок сплайна, ограниченный ключевыми точками. Поверхность - это площадь 
фигуры, образованной тремя или более линиями. Объем - часть тела, которая выделена тремя 
или более поверхностями. 
Представление объектов модели на основе сплайнов NURBS делает возможным 
применение метода построения некоторой поверхности, известного как «обтягивание 
каркаса». С помощью этого метода пользователь может 
задать некоторый набор поперечных сечений, а затем 
дать программе команду построить поверхность, 
которая будет точно соответствовать указанным 
сечениям. Этот метод позволяет быстро моделировать 
сложные формы с переменным поперечным сечением 
типа корпуса судна или кузова автомобиля. Пример 
процедуры обтягивания каркаса показан на рис. 3. 
Рис. 3 

---

40