自底向上建模：系统分析和优化的有效方法

自底向上（Bottom-Up）建模的方法是首先建立最低级别的图元，然后再建立高级的图元。例如先建立关键点，再由点连接成线，然后组合成面，最后由面生成体，如图2-15所示。下面介绍自底向上建模的相关命令。

图2-15 自底向上建模

2.2.1.1 关键点

关键点是最低级别的图形对象，它是绘图区中的一个几何点，本身不具有物理属性。关键点创建相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints下，下面分别加以介绍。

（1）在工作平面中创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞On Working Plane”命令，弹出“Create KPs on WP”对话框，直接在绘图区单击鼠标左键即可创建关键点，也可以在对话框中选择“WP Coordinates（工作平面坐标）”或“Global Cartesian（全局笛卡儿坐标）”单选项，然后在文本框中输入坐标值来创建精确位置上的关键点，如图2-16所示。

图2-16 在工作平面中创建关键点

（2）在活动坐标系中创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS”命令，弹出“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框，输入关键点号和坐标值后，单击“OK”按钮，则以当前活动坐标系（系统默认为笛卡儿坐标系）定义一个关键点，如图2-17所示。

图2-17 在活动坐标系中创建关键点

（3）在已知线上创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞On Line”命令，弹出“Create KP on Line”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击选中已知线，然后单击“OK”按钮，再次弹出“Create KP on Line”对话框，此时在线上单击鼠标左键，可在单击位置创建一个关键点，如图2-18所示。

图2-18 在已知线上创建关键点

（4）已知线比率创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞On Line w/Ratio”命令，弹出“Create KP on Line”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击选中已知线，然后单击“OK”按钮，弹出“Create KP on Line”对话框，此时可在“Line ratio（0-1）”文本框中输入比率值，在“Keypoint number to assign”文本框中输入关键点号，单击“OK”按钮，即可创建一个关键点，如图2-19所示。

图2-19 已知线比率创建关键点

（5）关键点之间创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞KP between KPs”命令，弹出“KP between KPs”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的两个关键点，然后单击“OK”按钮，弹出“KBETween options”对话框，设置关键点参数后单击“OK”按钮，创建一个关键点，如图2-20所示。

图2-20 关键点之间创建关键点

提示：用户可在“Value Type”中选择两种关键点创建方式。其中“RATI”为比率，应为0～1之间的一个数，“DIST”为距离方式。

（6）在关键点间填充关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞Fill between KPs”命令，弹出“Fill between KPs”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的两个关键点，然后单击“OK”按钮，弹出“Create KP by Filling between KPs”对话框，设置关键点参数后单击“OK”按钮，创建一个关键点，如图2-21所示。

图2-21 在关键点间填充关键点

提示：“No of keypoints to fill”文本框中输入2，表示要填充的关键点数量；“Starting keypoint number”文本框中输入100，表示要填充的关键点起始编号；“Inc.between filled keyps”文本框中输入5，表示要填充关键点编号的增量；“Spacing ratio”文本框中输入1，表示关键点间隔的比率，应为0～1之间的一个数。

（7）在中心创建关键点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞KP at center＞3 keypoints”命令，弹出“3 keypoints”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的三个关键点，然后单击“OK”按钮即可创建一个关键点，如图2-22所示。

图2-22 在中心创建关键点

2.2.1.2 硬点

硬点实际上也是一种比较特殊的关键点，其与关键点的最大不同在于：实体网格化时，硬点一定会转变为节点，而关键点则不一定。硬点创建的相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints下，下面分别加以介绍。

（1）在线上创建硬点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞Hard PT on line＞Hard PT by ratio”命令，弹出“Hard PT by ratio”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的线，单击“OK”按钮，弹出“Create Hard PT by Ratio”对话框，输入比率值后单击“OK”按钮，创建一个硬点，如图2-23所示。

图2-23 在线上创建硬点

（2）在面上创建硬点 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞HardPT on area＞Hard PT by picking”命令，弹出“Hard PT by picking”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的面，单击“OK”按钮，弹出“Hard PT by picking”对话框，单击选择一点后单击“OK”按钮，创建一个硬点，如图2-24所示。

图2-24 在面上创建硬点

2.2.1.3 线

在ANSYS中，线常用来表示实体模型的边，它是一个矢量，不仅有长度，还有方向。ANSYS中的线主要包括直线、弧线和样条线等。

1.直线

直线创建相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines下，下面分别加以介绍。

（1）直线创建 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的两个关键点，然后单击“OK”按钮创建直线，如图2-25所示。

图2-25 创建直线

提示：不管当前活动坐标系是何种坐标系，“Straight Line”命令都能保证生成的线为直线。

（2）通过两关键点创建直线或三次曲线 选择“MainMenu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞In Active Coord”命令，弹出“Lines in Active Coord”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击左键选中已知的两个关键点，然后单击“OK”按钮创建直线，如图2-26所示。

图2-26 通过两关键点创建直线或三次曲线

注意：ANSYS软件在不同的坐标系中创建的直线不同，在笛卡儿直角坐标系中为真实直线，在柱坐标系中软件将生成一条螺旋线或弧线。

（3）覆盖在面上的线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Overlaid on Area”命令，弹出“Line Overlaid on Area”对话框，选择一个已知面，单击“OK”按钮弹出“Line Overlaid on Area”对话框，选择面上的两个关键点，单击“OK”按钮创建直线，如图2-27所示。

图2-27 覆盖在面上的线

（4）绘制在直曲线端点之间并与之相切的曲线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Tangent to Line”命令，弹出“Lines Tangent to Line”对话框，选择一条已知直线，单击“OK”按钮弹出“Lines Tangent to Line”对话框，选择已知曲线上的相切点，单击“OK”按钮弹出“Lines Tangent to Line”对话框，选择新线起点，弹出“Line Tangent to Line”对话框，输入线方向，单击“OK”按钮创建直线，如图2-28所示。

图2-28 绘制在直曲线端点之间并与之相切的曲线(www.xing528.com)

（5）绘制与两条曲线相切的直线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Tan to 2 Lines”命令，弹出“Line Tangent to 2 Lines”对话框，依次选择两条曲线和两条曲线上的点（切点），单击“OK”按钮创建直线，如图2-29所示。

图2-29 绘制与两条曲线相切的直线

（6）绘制与已知直线垂直的直线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Normal to Line”命令，弹出“Line Normal to Line”对话框，选择一条已知直线，单击“OK”按钮弹出“Line Normal to Line”对话框，在图形窗口中单击鼠标左键选中一个关键点作为起点，然后单击“OK”按钮创建直线，如图2-30所示。

（7）绘制与两条直线垂直的直线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Norm to 2 Lines”命令，弹出“Line Norm to 2 Lines”对话框，选择两条已知线，然后单击“OK”按钮创建直线，如图2-31所示。

（8）绘制与已知直线成一定角度的直线 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞At angle to line”命令，弹出“Straight line at angle to line”对话框，选择一条已知直线和关键点，单击“OK”按钮，弹出“Straight line at angle to line”对话框，在“Angle in degrees”文本框中输入角度值，然后单击“OK”按钮创建直线，如图2-32所示。

图2-30 绘制与已知直线垂直的直线

图2-31 绘制与两条线垂直的直线

图2-32 绘制与已知直线成一定角度的直线

2.圆弧

圆弧创建相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Arcs”下，如图2-33所示。

（1）通过三个关键点绘制圆弧 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Arcs＞Through 3 KPs”命令，弹出“Arc Thru 3 KPs”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击鼠标左键选中已知的三个关键点，然后单击“OK”按钮创建一条圆弧，如图2-33所示。

图2-33 创建圆弧

（2）端点和半径绘制圆弧 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Arcs＞By End KPs&Rad”命令，弹出“Arc by End KPs&Rad”对话框，用鼠标在图形窗口中选择圆弧的起止点，单击“OK”按钮，再选择某关键点表明圆弧在哪一侧生成，单击“OK”按钮，弹出“Arc by End KPs&Radius”对话框，在“RAD”文本框中输入圆弧半径，然后单击“OK”按钮创建一条圆弧，如图2-34所示。

图2-34 端点和半径绘制圆弧

（3）圆心和半径绘制圆弧 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Arcs＞By Cent&Radius”命令，弹出“Arc by Center&Radius”对话框，用鼠标在图形窗口中选择一个关键点作为圆心，选择另一点作为圆弧中心和起始点，在弹出“Arc by End KPs&Radius”对话框中“ARC”文本框中输入圆弧角度，在“NSEG”文本框中输入圆弧段数，然后单击“OK”按钮创建一条逆时针圆弧，如图2-35所示。

图2-35 圆心和半径绘制圆弧

（4）绘制整圆弧 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Arcs＞Full Circle”命令，弹出“Full Circle”对话框，用鼠标在图形窗口中选择一个关键点作为圆心，选择另一点作为圆上点，然后单击“OK”按钮创建一条圆弧，如图2-36所示。

图2-36 绘制整圆弧

2.2.1.4 面

面创建相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines”下，下面分别加以介绍。

（1）通过关键点绘制面 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Through KPs”命令，弹出“Create Area thru KPs”对话框，选择至少3个以上关键点，然后单击“OK”按钮创建面，如图2-37所示。

图2-37 通过关键点定义一个面

（2）在已知面上生成面 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Overlaid on Area”命令，弹出“Area Overlap on Area”对话框，选择已有的面，单击“OK”按钮，然后选择生成面的关键点，单击“OK”按钮创建面，如图2-38所示。

图2-38 在已知面上生成面

（3）通过边界线定义面 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞By Lines”命令，弹出“Create Area By Lines”对话框，选择边界曲线（所选边界必须构成一个封闭区域），然后单击“OK”按钮创建面，如图2-39所示。

图2-39 通过边界线定义面

（4）通过引导线生成蒙皮似曲面 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞By Skinning”命令，弹出“Create Area/Skinning”对话框，选择2条以上线，然后单击“OK”按钮创建面，如图2-40所示。

图2-40 通过引导线生成蒙皮似曲面

（5）通过偏移面来生成面 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞By Offset”命令，弹出“Create Area By Offset”对话框，选择一个面，单击“OK”按钮，弹出“Create Area by Offset From Base Area”对话框，在“Offset distance”文本框中输入偏移距离，然后单击“OK”按钮创建沿所选面法向距离上的新面，如图2-41所示。

图2-41 通过偏移面来生成面

2.2.1.5 体

体是最高级图元，在ANSYS中体创建的相关命令集中在“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes”下，下面分别加以介绍。

（1）通过关键点绘制体 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Arbitrary＞Through KPs”命令，弹出“Create Volume thru KPs”对话框，选择多个关键点，然后单击“OK”按钮创建体，如图2-42所示。

图2-42 通过关键点绘制体

（2）通过面绘制体 选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Arbitrary＞By Area”命令，弹出“Create Volume by Areas”对话框，选择多个面，然后单击“OK”按钮创建体，如图2-43所示。

图2-43 通过面绘制体

注意：至少需要输入4个面才能围成一个体，面编号可以以任何次序输入，只要该组面能围成封闭的体即可。