第五章 实体建模 5.1实体建模操作概述
用直接生成的方法构造复杂的有限元模型费时费力，使用实体建模的方法就是要减轻这部分工作量。我们先简要地讨论一下使用实体建模和网格划分操作的功能是怎样加速有限元分析的建模过
程。
自下向上地模造有限元模型：定义有限元模型顶点的关键点是实体模型中最低级的图元。在构造实体模型时，首先定义关键点，再利用这些关键点定义较高级的实体图元（即线、面和体）。这就是所谓的自下向上的建模方法。一定要牢记的是自下向上构造的有限元模型是在当前激活的坐标系内
定义的。
图5-1自下向上构造模型
自上向下构造有限元模型：ANSYS程序允许通过汇集线、面、体等几何体素的方法构造模型。当生成一种体素时，ANSYS程序会自动生成所有从属于该体素的较低级图元。这种一开始就从较高级的实体图元构造模型的方法就是所谓的自上向下的建模方法。用户可以根据需要自由地组合自下向上和自上向下的建模技术。注意几何体素是在工作平面内创建的，而自下向上的建模技术是在激活的坐标系上定义的。如果用户混合使用这两种技术，那么应该考虑使用CSYS，WP或CSYS，4命令强迫坐标
系跟随工作平面变化。
图5-2自上向下构造模型（几何体素）
注意：建议不要在环坐标系中进行实体建模操作，因为会生成用户不想要的面或体。
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运用布尔运算：可以使用求交、相减或其它的布尔运算雕塑实体模型。通过布尔运算用户可直接用较高级的图元生成复杂的形体。布尔运算对于通过自下向上或自上向下方法生成的图元均有效。
图5-3使用布尔运算生成复杂形体。
拖拉或旋转：布尔运算尽管很方便，但一般需耗费较多的计算时间。故在构造模型时，如果用
拖拉或旋转的方法建模，往往可以节省计算时间，提高效率。
图5-4拖拉一个面生成一个体〔VDRAG〕
移动和拷贝实体模型图元：一个复杂的面或体在模型中重复出现时仅需要构造一次。之后可以移动、旋转或拷贝到所需的地方。用户会发现在方便之处生成几何体素再将其移动到所需之处，这样
往往比直接改变工作平面生成所需体素更方便。
图5-5拷贝一个面
网格划分：实体建模的最终目的是为了划分网格以生成节点和单元。在完成了实体建模和建立了单元属性，网格划分控制之后，ANSYS程序可以轻松地生成有限元网格。考虑到要满足特定的要求，
用户可以请求映射网格划分生成全部都是四边形、三角形或块单元。
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图5-6自由网格和映射网格
移动、拷贝节点和单元：与直接生成节点和单元相比，自动网格划分是一个巨大的进步，但自动网格划分需耗费较多机时。若模型具有重复性，则可先对某一部分进行网格划分，再将其拷贝到所
需的地方。（一般来说，按这种方式拷贝网格将比对各重复体素分别进行网格划分来得快）
图5-7拷贝已划分网格的面
实体模型加载：在ANSYS程序中，载荷一般是加在节点和单元上的。但采用实体建模时，对节点和单元直接加载不太方便。幸运的是，用户可以直接在实体模型上加载，在发出SOLVE命令求解时，
ANSYS程序会自动地将实体模型上的载荷转换到有限元模型上。
修改模型（清除和删除）：在修改模型时，需要知道实体模型和有限元模型中图元的层次关系。不能删除依附于较高级图元上的低级图元。如不能删除已划分了网格的体，也不能删除依附于面上的线等。若一个实体已加了载荷，删除或修改该实体，附加在该实体上的载荷也将从数据库中删除。图
元间的层次关系如下：
最高级图元： 单元（包括单元载荷）
节点（包括节点载荷） 实体（包括实体载荷） 面（包括面载荷） 线（包括线载荷）
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最低级图元： 关键点（包括点载荷）
在修改已划分了网格的实体模型前，首先必须用xCLEAR命令（Main Menu>Proprocessor >Clear）清除该实体模型上所有的节点和单元。一旦清除了网格，就可以自上而下地删除和重新定义图元以达
到修改模型的目的。清除、删除和修改模型时，也可用下列方法直接修改关键点：
命令：KMODIF
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Set of KPs
Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Single KP
用KMODIF自动清除并重新定义与此关键点相关联的所有线、面和体，修改完模型之后，还需对
已清除部分重新划分网格。
图5-8修改已划分网格的实体模型。
5.2用自下向上的方法建模
无论是使用自下向上还是自上向下的方法构造的实体模型，均由关键点、线、面和体组成。如
图5-9所示。
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图5-9基本实体模型图元。
顶点为关键点，边为线，表面为面而整个物体内部为体。这些图元的层次关系是：最高级的图
元体以面为边界，面以线为边界，线则以关键点为端点。
注意：建议不要在环坐标系下进行实体建模操作。因为可能产生并非用户想要的面或体。
5.2.1关键点：
用自下向上的方法构造模型时，首先定义最低级的图元：关键点。关键点是在当前激活的坐标系内定义的。用户不必总是按从低级到高级的办法定义所有的图元来生成高级图元，可以直接在它们的顶点由关键点来直接定义面和体。中间的图元需要时可自动生成。例如，定义一个长方体可用八个
角的关键点来定义，ANSYS程序会自动地生成该长方体中所有的面和线。
5.2.1.1 定义关键点：
ANSYS程序提供了多种定义关键点的方法，包括：
·定义单个关键点：
命令：K
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>In Active CS Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Working Plane
·在己知线上给定位置定义关键点。
命令：KL
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Line Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Line w/Ratio
5.2.1.2从已有关键点生成关键点
一旦用户定义了初始形式的关键点，可以利用下列方法产生另外的关键点（许多布尔运算命令
能生成关键点）。
·在已有两关键点之间生成关键点：
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命令：KBETW
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>KP between KPs
·在两关键点之间生成关键点：
命令：KFILL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Fill between KPs
·在由三点定义的圆弧的中心生成一个关键点：
命令：KCENTER
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>KP at Center
·由一种模式的关键点生成另外的关键点：
命令：KGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Keypoints
·用KSCALE命令从一给定模式的关键点生成另外的有一定比例模式的关键点，在GUI中没
有与KSCALE相应的途径。
·通过映像产生关键点：
命令：KSYMM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Keypoints ·将一种模式的关键点转到另外一个坐标系中
命令：KTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Keypoints
·给未定义的节点或关键点定义一个缺省位置，用SOURCE命令。在GUI中没有与SOURCE相
应的途径。
·计算并移动一个关键点到一个交点上：
命令：KMOVE
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>To Intersect
·在已有节点处定义一个关键点：
命令：KNODE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Node
5.2.1.3 查看、选择和删除关键点。
用户可用下列方法操作关键点： ·列表显示已定义的关键点：
命令：KLIST
GUI : Utility Menu>List>Keypoints>Coordinates +Attributes
Utility Menu>List>Keypoints>Coordinates only Utility Menu>List>Keypoints>Hard Points
Utility Menu>List>Picked Entities>Keypoints>Coordinates Only Utility Menu>List>Picked Entities>Keypoints>Coords +Attributes
·显示所选关键点：
命令：KPLOT
GUI : Utility Menu>Plot>Keypoints
Utility Menu>Plot>Specified Entities>Keypoints
·选择关键点：
命令：KSEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities ·删除未划分网格的关键点：
命令：KDELE
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Delete>Keypoints
·用户如果使用命令/PNUM，KP，1（Utility Menu>PlotCtrls>Numbering）在显示高级图元
线、面和体〔LPLOT，APLT和VPLOT〕时会显示依附其上的关键点号码。
ANSYS提供的使用关键点的方法：
·计算两关键点之间的距离。
命令：KDIST
GUI : Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Check Geom>KP distances
·修改关键点的坐标（即将关键点移动到一个新的位置，使用下列方法。这样做能自动清除
与该关键点相连区域的网格，与该关键点相连所有高级图元也需重新定义。（如一个“自由”的关键
点，即未与任何线相连，也未划分网格，则可用K命令重新定义。）
命令：KMODIF
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Set of KPs
Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Single KP
5.2.2 硬点
硬点实际上是一种特殊的关键点。用户可利用硬点施加载荷或从模型线和面上的任意点获得数据。硬点不改变模型的几何形状和拓扑结构。大多数关键点命令如FK、KLIST和KSEL等都适用于硬
点。而且硬点有自己的命令集和GUI中的部分。
如果用户发出更新图元几何形状的命令，例如布尔运算或简化命令，任何与图元相连的硬点都将被删去。因此在完成实体模型之后应当将所有的硬点加入。如果删除一个联系着硬点的图元，硬点
会：
·与图元一起被删除（如果硬点与其它任何图元都没有关系）
·与被删除的图元分离（如果硬点与另外的图元相连）
不能用拷贝、移动或修改关键点的命令操作硬点。硬点有其自己的命令和GUI控制。当使用硬点
时不支持映射网格划分。
5.2.2.1 定义硬点：
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可以在现有线或面上定义硬点。在这两种情况下，用户可通过如下定义硬点在图元上的位置：
·拾取（不适于从IGES文件中输入的模型）
·指定比率（只适用于线） ·指定总体X、Y和Z坐标 用下列方法生成硬点： ·在已有线上定义单个的硬点：
命令：HPTCREATE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on Line>Hard PT by ratio
Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on Line>Hard PT by coord Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on Line>Hard PT by picki
·在已有面上定义单个的硬点：
命令：HPTCREATE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on area>Hard PT by ratio
Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on area>Hard PT by coord Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Hard PT on area>Hard PT by picki
5.2.2.2 选择硬点：
用户可以用下列方法选择硬点或带有硬点的几何图元：
·选择硬点： 命令：KSEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
注意：在选择图元对话框中，选择同时包含关键点和硬点的项。
·要选择线上的硬点：
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命令：LSEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
注意：在选择图元对话框中，选择同时包含线和硬点的项。
·要选择在面上的硬点。
命令：ASEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
注意：在选择图元对话框中，选择同时包含面和硬点的项。
5.2.2.3 查看与删除硬点
用户可以用下列方法查看硬点：
·列表硬点： 命令：KLIST
GUI : Utility Menu>List>Keypoints>Hard Points
·列表线上的硬点：
命令：LLIST
没有与此项命令相应的GUI途径。
·列表面上的硬点：
命令：ALIST
没有与此项命令相应的GUI途径。
·显示硬点：
命令：KPLOT
GUI : Utility Menu>Plot>Keypoints>Hard Points
·删除硬点：
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命令：HPTDELETE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Delete>Keypoints>Hard Points
5.2.3 线
线主要用于表示物体的边。象关键点一样，线是在当前激活的坐标系内定义的。并不总是需要明确地定义所有的线，因为ANSYS程序在定义面和体时，会自动地生成相关的线。只有在生成线单元
（如梁）或想通过线来定义面时，才需要定义线。
5.2.3.1 定义线
对已确定需要明确地定义线的情况，可适当地选用下列方法：
·在两指定关键点之间生成直线或三次曲线：
命令：L
GUI ：Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>In Active Coord ·通过三个关键点或两个关键点外加一个半径生成一条弧线：
命令：LARC
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>By End KPs & Rad
Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>Through 3 KPs ·生成一条由若干个关键点通过样条拟合的三次曲线：
命令：BSPLIN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>Spline thru KPs
Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>Spline thru Locs
Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>With Options>Spline thru KPs Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>With Options>Spline thru Locs
·生成圆弧线：
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命令：CIRCLE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>By Cent & Radius
Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>Full Circle
·生成通过一系列关键点的多义线。
命令：SPLINE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>Segmented Spline Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>With Options>Segmented Spline
·生成与一条线成一定角度的一条直线：
命令：LANG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>At Angle to Line
Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Normal to Line
·生成与已有两条线成一定角度的线：
命令：L2ANG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Angle to 2 Lines
Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Norm to 2 Lines
·生成一条与已有线共终点且相切的线：
命令：LTAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Tangent to Line
·生成一条与两条线相切的线：
命令：L2TAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Tan to 2 Lines
·生成在一个面上两关键点之间最短的线：
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命令：LAREA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Overlaid on Area
·通过一个关键点按一定路径拖拉生成线：
命令：LDRAG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Lines
·使一关键点按一条轴旋转生成弧线：
命令：LROTAT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>About Axis
·在两相交线之间生成倒角线：
命令：LFILLT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Line Fillet
对于生成直线的命令，线的实际形状与当前激活的坐标系有关。在笛卡尔坐标系中如dx/dl、dy/dl、dz/dl均为常量，则生成一条真正的直线。而在柱坐标系中当dR/dl、dθ/dl、和dz/dl为常
量时，如果三个梯度都非零的话，生成的线则可能是螺旋线。
·不管激活的是何种坐标系都生成直线，用下列方法：
命令：LSTR
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Straight Line
5.2.3.2 从已有线生成新线：
可使用下列方法可将已有线拷贝生成另外的线：
·通过已有线生成新线：
命令：LGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Lines Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Lines
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·从已有线对称映像生成新线：
命令：LSYMM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines
·将已有线转到另一个坐标系：
命令：LTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Lines
5.2.3.3 修改线：
通过L命令可用于修改线或用下列方法：
·将一条线分成更小的线段：
命令：LDIV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into 2 Ln\"s
Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into N Ln\"s Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Lines w/ Options
·将一条线与另一条线合并：
命令：LCOMB
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Lines
·将线的一端延长：
命令：LEXTND
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extend Line
5.2.3.4 查看和删除线
用户可以用下列方法查看和删除线：
·线列表：
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命令：LLIST
GUI : Utility Menu>List>Lines Utility Menu>List>Picked Entities>Lines
·显示线： 命令：LPLOT
GUI : Utility Menu>Plot>Lines
Utility Menu>Plot>Specified Entities>Lines
·选择线 命令：LSEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
·删除线 命令：LDELE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Delete>Line and Below
Main Menu>Preprocessor>Delete>Lines Only
如果已键入的/PNUM，Line,1命令（GUI途径menu path Utility Menu>PlotCtrls> Numbering），
用APLOT和VPLOT命令显示面和体时，同时标出线号。
5.2.3.5 对线的说明
当使用线时应记住下列要点：
·只有未依附于面且未划分网格的线才可重新定义、修改或删除。（LDIV、LCOMB和LFILLT
命令例外，这三条命令可用来修改未划分网格的线，若其依附于面或体，这些线将与相应的面和体一
同修改。）
·有些几何体素和布尔运算也可生成或修改线。
5.2.4 面：
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平面可以表示二维实体（如平板或轴对称实体）。曲面和平面都可表示三维的面，如壳，三维实体的面等。用到面单元或由面生成体时，才需定义面。生成面的命令也将自动地生成依附于该面的
线和关键点；同样，面也可在定义体时自动生成。
5.2.4.1 定义面：
明确的定义一个面，可适当选用下列命令： ·通过顶点定义一个面（即通过关键点）：
命令：A
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Through KPs ·通过其边界线定义一个面（即通过一系列线定义周边）：
命令：AL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Lines
·沿一定路径扫掠一条线生成面：
命令：ADRAG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Lines
·沿一轴旋转一条线生成面：
命令：AROTAT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>About Axis
·在两面之间生成一个倒角面：
命令：AFILLT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Area Fillet
用户用此命令遇到了基本的布尔运算疑难时，可用旋转或延伸操作（VROTAT或VTEXT命令）来
完成相同的操作，参见§5.10.2中的详细内容。
·通过引导线由蒙皮生成光滑曲面：
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命令：ASKIN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Skinning
·通过偏移一个已有面生成面（这种偏移面与汽球充气和放气的情景很类似）：
命令：AOFFST
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Offset
若需生成的偏移面曲率半径大于或等于最小许可曲率半径时，这个操作失败，用户将收到一个
警告信息。
图5-10为执行AROTAT、ADRAG、AFILLT、ASKIN、及AOFFST命令操作的例子。
图5─10 命令操作
5.2.4.2 通过已有面生成面：
利用下列方法可将已有面拷贝而生成另外的面：
·通过已有面生成另外的面：
命令：AGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Areas Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Areas
·通过对称映像一个面生成面：
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命令：ARSYM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Areas ·将一个面转移到另一个坐标系中去：
命令：ATRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Areas
·拷贝面的一部分：
命令：ASUB
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Overlaid on Area
5.2.4.3 查看、选择和删除面 可用下列方法进行面的操作：
·对已定义的面列表：
命令：ALIST
GUI : Utility Menu>List>Areas
Utility Menu>List>Picked Entities>Areas
·显示面： 命令：APLOT
GUI : Utility Menu>Plot>Areas
Utility Menu>Plot>Specified Entities>Areas
·选择面： 命令：ASEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
·删除未划分网格的面：
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命令：ADELE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Delete>Area and Below Main Menu>Preprocessor>Delete>Areas Only
如果键入了适当的/PNUM，AREA，1(Utility Menu>PlotCtrls>Numbering)命令，用VPLOT命令
显示体时，同时会标出面号。
需要解释面列表ALIST命令的两个特点。若已执行了ASUM命令（GUI途径Main
Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items），则在面列表〔ALIST〕时，实体图元面内的所有封闭线段构成的拓扑意义上的面也将列表显示出来。而且一圈圈的数字表示定义面边界的封闭线段，参
见图5-11。
图5-11封闭线段围成一个面
5.2.4.4面中应注意的问题。
当遇到面的问题时应注意：
·只有未进行网格划分且不属于某个体的面才能被重新定义或删除。
·某些几何体素和布尔运算也可生成或修改面。
5.2.5 体
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体用于描述三维实体，仅当需要用体单元的才必须建立体。生成体的命令自动生成低级的图元。
5.2.5.1 定义体
利用下列方法定义体： ·通过顶点定义体（即用关键点）：
命令：V
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Through KPs
·通过边界定义体（即用一系列面定义体）：
命令：VA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Areas
·将面沿某个路径扫掠生成体：
命令：VDRAG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Lines
·将面沿某个轴旋转生成体：
命令：VROTAT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>About Axis
·将面沿其垂直正方向偏移生成体（见图5-12）：
命令：VOFFST
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Normal ·在激活坐标系下对面进行拉延和缩放来生成体（见图5-12）：
命令：VEXT
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>By XYZ Offset
图5─12 命令操作 5.2.5.2 延伸生成体须知 当延伸体时应注意：
·当用VROTAT、VEXT、VST或VDRAG命令延伸已划分了网格的面（或属于一已划分了网格的
体）生成的体，网格即作为生成体的网格划分依据（见图5-13）。（将这些命令与VSWEEP命令对比，
VSWEEP命令在5.2.5.3中论述）。
如果用户对延伸生成网格感兴趣，可按以下步骤：
1、对待延伸、拖拉、偏移或旋转（用MESH200单元）的面进行网格划分。 2、选择合适的三维单元类型〔ET〕（与MESH200单元的形状和节点数相匹配）。激活选
择对话框〔TYPE〕。
3、指定在延伸、旋转或偏移方向想要划分的单元数（ESIZE命令中的NDIV项）。若用VDRAG命令，需指定拖拉路线上划分的单元数（LESIZE或ESIZE，NDIV）
4、键入VROTAT、VEXT、VOFFST或VDRAG命令。
·衔接面〔ACCAT〕或有衔接线〔LCCAT〕的面不能进行延伸，可以跳过衔接线的限制首先对
面进行网格划分，然后删除衔接线，最后延伸面成为划分了网格的体。
· 如果单元的属性是通过AATT命令与面相联系的，通过VPRAG，VEXT，VOFFST或VROTAT
命令操作生成的相对面也有相同的属性（如，样本面的单元属性会拷贝到相对的面上去）。注意只有
与某面相对的面才与该面有相同的属性；与该面相邻的面则没有。
·利用下列命令从二维模型生成划分好网格的体将更容易：
命令：EXTOPT
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Elem Ext Opts
EXTOPT控制功能与用VEXT，VROTAT、VOFFST、VDRAG及VSWEEP命令由面单元生成体单元相关。这可使面单元的材料属性、实常数属性及单元坐标系属性与生成的体单元一致（除了下面注明的
VSWEEP命令外）。 EXTOPT控制选项包括如下：
·当使用VEXT、VROTAT、VOFFST或VDRAG命令时，可以设置控制面单元的材料属性、实常
数属性和单元坐标系属性与划分网格的体单元的一致（当用VSWEEP命令时，因为体已存在，用VATT
命令在扫掠之前指定属性）。
·当使用VEXT，VROTAT，VOFFST或VDRAG命令时，可以设置控制将样本面单元遗留的特殊
属性（材料、实常数或单元坐标系）给已生成的体单元，或者可以用当前的MAT，REAL和ESYS命令
给已生成的体单元设置特殊的属性（材料、实常数或单元坐标系）。
·可以在体生成的方向设定单元分割数及间隔比率。
·当使用VEXT，VROTAT，VOFFST或VDRAG命令时，可以设置当生成了体之后清除样本面网
格的控制。（当使用VSWEEP命令时，如果选择了，样本（源）、目标及侧面网格就会在体扫掠完成
之后清除。）
保留样本面单元的属性可以节省用户的时间，否则对带有不同属性的多个面进行三维模型延伸
要指定不同的单元属性。
5.2.5.3 扫掠体
通过扫掠相邻面的网格使已有未划分网格的体填充单元：
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命令：VSWEEP
GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Sweep
当使用VROTAT、VEXT、VOFFST和VDRAG命令延伸一已划分网格的面成为一个划分了网格的体时，ANSYS会同时生成体和体的网格。相反，可对一个已有未分网格的体使用VSWEEP命令。因此对于输
入从CAD系统中创建的实体模型VSWEEP命令显得特别有用。
对于体扫掠的详细信息，可见本手册中§7.5.5，对VSWEEP命令的描述详见《ANSYS Commands Reference》。
5.2.5.4 从已有体生成体
从已有体生成另外的体，使用如下命令：
·由一种模式的体生成另外的体：
命令：VGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Volumes Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Volumes
·由一体模型通过对称映像生成体：
命令：VSYMM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Volumes
·将一种模式的体转到另外一坐标系：
命令：VTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Volumes
5.2.5.5 查看和删除体：
查看和删除体： ·体的列表： 命令：VLIST
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GUI : Utility Menu>List>Picked Entities>Volumes
Utility Menu>List>Volumes
·显示体： 命令：VPLOT
GUI : Utility Menu>Plot>Specified Entities>Volumes
Utility Menu>Plot>Volumes
·选择体： 命令：VSEL
GUI : Utility Menu>Select>Entities
·删除体： 命令：VDELE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Delete>Volume and Below
Main Menu>Preprocessor>Delete>Volumes Onl
体的列表表明体是由许多外壳组成。外壳是体的等效封闭圈——定义一个连续封闭边界的图元
集。
5.2.5.6 关于体应注意的问题：
当用到体时应注意：
·只有未被划分网格的体才可以进行重新定义或删除。 ·有些几何体素和布尔运算命令可以用来生成或修改体。
5.2.6 拖拉操作
当使用拖拉操作（LDRAG、ADRAG或VDRAG命令）的最好结果是减小从拖拉路径平面到待拖拉图元的距离（图5-14表示的距离“ d”）。而且图元的平面应当尽可能平行于拖拉路径平面。如果待
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拖拉的图元在拖拉路径平面内，那么以上两点都可以满足，拖拉路径平面自动地定义为与拖拉路径正
交并位于拖拉路径的起始处。
图5─14 拖拉操作示意
5.3 用自上向下的方法建模：体素
5.3.1 什么是体素？
几何体素是可用单个ANSYS命令来创建的常用的实体建模的形状（如一个球体或正棱柱）。 因为体素是高级图元，可不用首先定义任何关键点而形成，利用体素进行模型生成有时指自上向下建模。（当生成一个体素时，ANSYSY程序会自动生成所有必要的低级图元，包括关键点）几何
体素是在工作平面内生成的。
5.3.2 如何生成面体素
利用下列方法可生成矩形：
·在工作平面上任意位置生成一个长方形区域：
命令：RECTNG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
·通过角点生成一个长方形区域：
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命令：BLC4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By 2 Corners
·通过中心和角点生成一个长方形区域：
命令：BLC5
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Centr & Cornr
5.3.2.1 生成圆或环形区域
利用如下命令可生成圆或部分圆环： ·生成以工作平面原点为圆心的环形区域：
命令：PCIRC
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>By Dimensions
·在工作平面的任意位置生成一个环形区域：
命令：CYL4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Annulus Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Partial Annulus Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Solid Circle
·通过端点生成一个环形区域：
命令：CYL5
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>By End Points
5.3.2.2 生成正多边形
利用下列方法生成一个正多边形：
·以工作平面的原点为中心生成一个正多边形区域：
命令：RPOLY
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Circumscr Rad
Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Inscribed Rad Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Side Length ·在工作平面的任意位置处生成一个正多边形区域：
命令：RPR4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Hexagon
Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Octagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Pentagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Septagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Square Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Triangle
除以上的正多边形外，用户还可以用POLY命令基于工作平面坐标对生成任意多边形区域。 POLY
命令必须跟随PTXY命令之后使用（在GUI中没有与POLY相应的途径）。
5.3.2.3 面体素中应注意的问题：
用面体素工作时应注意：
·由命令或GUI途径生成的面位于工作平面上，方向由工作平面坐标系而定。注意：面体素
的面积必须大于零（也就是说，不能用退化面定义线）。
·在有限元模型中，二个相接触的体素之间会产生一条不连续的接缝，只有用诸如NUMMRG、
AADD或AGLUE等命令来“焊接”才能将接缝除去。
·用上面讨论的PCIRC和CYL4命令或在下一节实体体素中讨论的CONE、CYLIND、SPHERE或
TORUS等命令生成环几何体素的弧时，弧从代数值小的角度开始，按正的角方向，到大的角度处终止。（THETA1和THEAT2的输入顺序并不表示生成体素的开始角和终止角。）下图表明如何用这些命令工
作的：
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图5─15 环形几何体素的圆弧扇区。
5.3.3 如何生成实体体素
本节中论述的命令可用来定义实体体素。
5.3.3.1 生成长方体
可用下列方法生成长方体： ·在基于工作平坐标上生成长方体：
命令：BLOCK
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Block>By Dimensions
·通过角点生成一个长方体：
命令：BLC4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Block>By 2 Corners & Z
·通过中心及角点生成一个长方体：
命令：BLC5
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Block>By Centr,Cornr,Z
5.3.3.2 生成柱体
利用下列方法生成端面为圆或圆环区域的直棱柱体（如圆柱）：
·以工作平面原点为圆心生成一个圆柱体：
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命令：CYLIND
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>By Dimensions
·在工作平面的任意处生成圆柱体：
命令：CYL4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Hollow Cylinder Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Partial Cylinder Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Solid Cylinder
·通过端点生成圆柱体：
命令：CYL5
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>By End Pts & Z
5.3.3.3 生成多棱柱体：
可用下列方法生成正棱柱体：
·以工作平面的原点为圆心生成一个正棱柱体：
命令：RPRISM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Circumscr Rad
Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Inscribed Rad Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Side Length
·在工作平面的任意位置处生成多棱柱体：
命令：RPR4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Hexagonal
Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Octagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Pentagonal
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Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Septagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Square Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Triangular
若要生成基于工作平面坐标对的任意多棱柱体，使用PRISM命令，PRISM命令必须跟随在PTXY
命令之后。（在GUI中没有与PRISM命令相应的途径。）
5.3.3.4 生成球体或部分球体
利用下列方法可以生成球体或部分球体：
·以工作平面原点为中心生成球体：
命令：SPHERE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>By Dimensions
·在工作平面的任意位置处生成球体：
命令：SPH4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>Hollow Sphere
Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>Solid Sphere
·以直径的端点生成球体：
命令：SPH5
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>By End Points
5.3.3.5 生成锥体或截锥体
利用以下方法可以生成锥或截锥： ·以工作平面的原点为中心生成锥体：
命令：CONE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Cone>By Dimensions
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·在工作平面的任意位置处生成锥体：
命令：CON4
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Cone>By Picking
5.3.3.6 生成环体或部分环体：
若要生成环体：
命令：TORUS
GUI : Main Menu>Preprocessor>Create>Torus
可用TORUS、RAD1、RAD2、RAD3、THEAT1、THETA2命令生成环体或部分环体。 · 若要生成环体,不必给THETA1或THETA2赋值.必须指定用于定义环的三个半径值(RAD1、
RAD2和RAD3）。可以以任顺序指定半径，最小的值是内部半径，中间值为外部半径，最大值为主半径（有一个例外需指定半径值的顺序：如果想生成一个实心环体，内部半径指定为零或空，这种情况下零或空必须占据RAD1或RAD2的位置）。至少其中的两个值必须指定为正值；它们用来定义外面半
径和主半径。
图5-16环体体素
要生成图5-16的环体，键入TORUS，5，1，2命令，由于指定半径值有相对的大小关系，5，1，2分别用来定义环体的主半径，内部半径和外部半径。若没有给THETA1和THETA2指定值，缺省的值
0和360用来表示环体的起始和终结角度（见图5-17所示的部分环体的所有半径） ·要生成图5-17所示的部分环体，键入TORUS，5，1，2，0，180；此处5、1和2分别为环
体的主半径、内部半径和外部半径，0和180表示环体的起始和终结角度。
详见《ANSYS Commands Reference》中TURUS的叙述。
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图5-17 部分环体
5.3.3.7 体体素中应注意的问题
当用体体素时应当注意：
·上述命令定义的体都是相对于工作平面。（θ角的意义如图5-16所示）。
·在有限元模型中，二个相接触的体素间会生成一个不连续的接缝，只有用诸如NUMMRG、VGLUE
和VADD命令“焊接”才能将此接缝除去。
5.4 用布尔运算雕塑实体模型
在布尔代数中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。ANSYS程序也允许用户对实体
模型进行同样的布尔运算。这样修改实体模型就更加容易了。
几乎可以对任何实模型进行布尔运算操作，无论是自上向下还是自下向上构造的实体模型。例外是通过搭接（见§7.1）生成的图元对布尔运算无效，对退化的图元也不能进行某些布尔运算。（见
本章后面的5.8一节。）
完成布尔运算之后，紧接着就是实体模型的加载和单元属性的定义。如果用布尔运算修改了已
有的模型，应该注意的是重新进行单元属性和加载的定义。
下一节中讨论修改模型的布尔运算的多种形式，在看这些部分时，要注意可以任意选用这些方
法指定布尔运算：
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命令：BOPTN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Settings
5.4.1 是否保留原始图元
对两个或多个图元进行布尔运算时，需要用户确定是否保留原始图元。可用BOPTN，Lab,Value
命令来控制是否保留原始图元，参见图5-18。
图5─18 布尔运算保留操作
一般来说对依附于高级图元的低级图元进行布尔运算是允许的。
不能对已划分网格的图元进行布尔操作。必须在执行布尔操作前将网格从图元中清除。
5.4.2 其它有用的BOPTN设置
BOPTN命令中的NWARN项允许用户控制警告信息。值“0”将使布尔运算无效时显示警告信息。值“1”将消除布尔运算无效的所有警告或错误信息。值“-1”将允许布尔运算无效时的错误信息。
版本标记用来控制采用何种版本ANSYS程序对由布尔操作产生的图元编号。缺省地，ANSYS将用5.2版本的编号程序对图元进行编号，但可以令ANSYS使用5.1版本的编号程序。通常在使用5.2或更新版本的ANSYS程序时可以使用缺省的编号程序。可是当读入由5.1版本生成的模型时，应当在读入文件〔/INPUT〕之前激活5.1版本的编号程序〔BOPTN，VERSION，RV51〕，这样程序就会正常运行。
注：除非指定了5.1版本的编号程序〔BOPIN，VERSION，RV51〕，否则在5.1版本中生成的输入命令流会在5.2或5.3版本中产生不同的图元编号。DEFA将重置所有的BOPTN设置为缺省值，STAT
将列表当前设置的状态。
5.4.3 布尔运算之后的图元编号
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编号程序对布尔运算输出图元依据其拓扑结构和几何形状进行编号。例如，面的拓扑信息包括定义的边数，组成面的线数（即三边形面或四边形面等），面中任何原始线（在布尔操作之前存在的线）的线号，任意原始关键点的关键点号等等。面的几何信息包括形心的坐标、端点和其它相对于一些任意的参考坐标系的控制点。控制点是由NURBS定义的描述模型的参数。编号程序首先给输出图元分配按其拓扑结构唯一识别的编号（以下一下数字开始）。任何剩余图元按几何编号，不幸的是，按几何的图元编号可能会与通过设计优化循环不一致，尤其是当从一个循环到另一个循环几何模型改变
的情况。因此，当出现按几何给图元编号时，程序会显示下列警告信息：
*** WARNING ***
Entity numbers from the Boolean operation were assigned based on geometry. If you areplanning to do optimization, (or input looping), do not rely on the entity numbers
forloads, etc. To suppress this warning, issue \"BOPT,NWARN,0\".
5.4.4 交运算
交运算的结果是由每个初始图元的共同部分形成一个新图元。也就是说，交表示二个或多个图元的重复区域。这个新的图元可能与原始的图元有相同的维数，也可能低于原始图元的维数。例如两条的交可能只是一个关键点（或关键点的集合），也可能是一条线（或线的集合）。布尔交命令有如
下形式： ·生成线的交 命令：LINL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Common-Lines
·生成面的交 命令：AINA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Common-Areas
·生成体的交 命令：VINV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Common-Volumes
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·生成线与面的交：
命令：LINA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>Line with Area
·生成面与体的交
命令：AINV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>Area with Volume
·生成线与体的交
命令：LINV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>Line with Volume
5.4.4.1相交的例子
下列图为上述相交的例子：
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图5─21 体与体相交
5.4.5 两两相交
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两两相交是由图元集叠加而形成的一个新的图元集。就是说，两两相交表示至少任意两个源图元的相交区域。比如，线集的两两相交可能是一个关键点（或关键点的集合），或是一条线（或线的
集合）。布尔运算的两两相交命令为：
·线的两两相交
命令：LINP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Pairwise-Lines
·面的两两相交
命令：AINP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Pairwise-Areas
·体的两两相交
命令：VINP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Pairwise-Volumes
5.4.5.1 两两相交的例子
图5-25、5-26和5-27是两两相交的例子：
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图5─27体的两两相交
5.4.6 加运算：
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加运算的结果是得到一个包含各个原始图元所有部分的新图元。（这种运算也可称为并、连接或和）。这样形成的新图元是一个单一的整体，没有接缝。（实际上，加运算形成的图元在网格划分时常不如搭接形成的图元好）。在ANSYS程序中只能对三维实体或二维共面的面进行加操作。面相加
可以包含有面内的孔，即内环。布尔加命令如下：
·将分开的面相加生成一个面：
命令：AADD
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Areas
·将分开的体相加生成一个体：
命令：VADD
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Volumes
5.4.6.1 加运算的例子
下图为以上加运算的例子
5.4.7 减运算
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如果从某个图元（E1）减去另一个图元（E2），其结果可能有两种情况：一是生成一个或多个新图元E3（E1－E2=>E3），E3与E1有同样的维数，且与E2无搭接部分。另一种情况是E1与E2的
搭接部分是个低维的实体。这时，结果将E1分成两个或多个新的实体（E1－E2=>E3，E4）。 如果减命令的SEPO命令域置空（缺省），图元的减运算会产生带有公共端点的线；或带有公共边界线的面；或带有公共边界的体。命令域置为“SEPO”，结果图元将不再有公共的边界而是不同但重合的边界。后一个操作如果图元的搭接部分不能将输入图元中的一个分成至少二个不同的线、面或
体，则该运算无效。布尔减命令（及相应的GUI途径）如下：
·从线中减去线
命令：LSBL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>Lines Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>With Options>Lines
Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Line
Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Line by Line
·从面中减去面
命令：ASBA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>Areas Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>With Options>Areas
Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by Area
Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Area by Area
·从体中减去体：
命令：VSBV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>Volumes Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>With Options>Volumes
·从线中减去面：
命令：LSBA
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Area Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Line by Area
·从线中减去体：
命令：LSBV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Volume Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Line by Volume
·从面中减去体：
命令：ASBV
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by Volume Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Area by Volume
·从面中减去线：
命令：ASBL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by Line Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Area by Line
注意：使用ASBL命令时不出现SEPO域。
·从体中减去面：
命令：VSBA
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Volume by Area Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Volume by Area
5.4.7.1 减运算的例子
图5-30到图5-37 是简单减运算的例子。详见《ANSYS Commands Reference》中LSBL，ASBA，
VSBV，LSBA，LSBV，ASBV，ASBL和VSBA命令。
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图5-32 VSBV体体相减
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图元相减命令有多种输入。可以从多个图元减去一个图元，或可以从一个图元减去多个图元。
还可以从多个图元减去多个图元。图5-38到图5-45描述了多个图元相减。
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图5-40 VSBV 多个体中减去一个体
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5.4.7.2 减运算中应注意的问题
如上图所示，可以从单个图元中减去多个图元。所有的图元相减的命令形式为eSBe，这里“e”
表示多个或单个图元。
注意：在减运算中无论何种图元都可能用到ALL命令，如果ALL用在被减域，则在减域列出或选中的图元将从所有选中的图元中移去；如果ALL用在减域，所有选中的图元将从列在被减域中的图元中减去。如果ALL既出现在减域又出现在被减域，则减运算无任何变化；即结果仍是输入图元。
图元的减命令中的KEEP（X）项允许有选择地保留或删除图元。例如，ASBL命令的KEEPA和KEEPL项允许保留或删除在ASBL操作中用到的面或线。与BOPTN，KEEP，Value命令保留或删除全部输入图元相反。KEEPL和KEEPA项取消了由BOPTN命令的设置（Main Menu>Preprocessor>Operate>Settings），如果这两栏为空，缺省设置由BOPTN命令控制。缺省的BOPTN设置在减运算命令之后删除所有输入的
图元。
5.4.8 用工作平面的减运算。
工作平面可用来做减运算将一个图元分成两个或更多的图元。可以将线、面或体利用以下的命令或GUI途径用工作平面去减。对每个这种减命令，SEPO栏用来确定生成的图元有公共边界或独立
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但恰好重合的边界。KEEP栏用来保留或删除输入图元，而不管BOPTN命令（GUI途径Main Menu >
Preprocessor > Operate > Setting）的设置如何。
工作平面常用来去切已有未划分映射网格的模型。布尔运算减工作平面命令（及相应的GUI途
径）如下：
·从线上减去与工作平面的交点：
命令：LSBW
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by WrkPlane Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Line by WrkPlane
·从面中减去与工作平面相交的部分：
命令：ASBW
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by WrkPlane Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Area by WrkPlane
·从体中减去与工作平面相交的部分：
命令：VSBW
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Volu by WrkPlane Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Volu by WrkPlane
5.4.8.1 用工作平面去做减运算的例子
以下是用工作平面去做减运算的例子：
图5─48 VSBW用工作平面去减体
5.4.9 分类运算：
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分类运算与减运算类似，但它用新图元来替代二个原始的图元。目前ANSYS程序提供了线线之间的分类运算。执行线线分类运算，可使用LCSL命令。在GUI中没有与LCSL相应的途径。
下图是分类运算的例子。
图5─49 LCSL线线的分类运算
5.4.10 搭接功能
搭接命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个新的图元的集合。搭接命令除了在搭接域周围生成了多个边界外，与加运算非常类似。也就是说，搭接操作生成的是多个相对简单的区域，加运算生成一个相对复杂的区域。因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网格。
搭接区域必须与原始图元有相同的维数。布尔搭接命令（及其相应的GUI途径）如下：
搭接线： 命令：LOVLAP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Lines
搭接面： 命令：AOVLAP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Areas
搭接体： 命令：VOVLAP
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Volumes
5.4.10.1 搭接功能的例子
下列图为上述搭接功能的例子：
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5.4.11 互分
互分命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多新图元的集合。如果搭接区域与原始图元有相同的维数，那么互分结果与搭接结果相同。但是与搭接操作不同的是，没有参加搭接的输入图
元将不被删去。布尔互分命令如下：
·对线进行互分：
命令：LPTN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Partition>Lines
·对面进行互分：
命令：APTN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Partition>Areas
·对体进行互分：
命令：VPTN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Partition>Volumes
5.4.11.1 互分操作的例子
图（LPTN线互分）、APTN（面互分）和VPTN（体互分）是互分运算的例子。详见《ANSYS Commands Reference》中的LPTN、APTN及VPTN命令。
5.4.12 粘接（或合并）
粘接命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处相关，且公共边界的维数低于原始图元一维。这些图元间仍然相互独立，只在边界上连接（它们相互对话），如下图所示。布尔粘接命令
（及与之相应的GUI途径）如下：
·通过粘接线生成新线：
命令：LGLUE
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Lines
·通过粘接面生成新的面：
命令：AGLUE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Areas
·通过粘接体生成新的体：
命令：VGLUE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Volumes
5.4.12.1 粘接操作的例子
以下图为上述粘接操作的例子：
5.4.13 布尔运算的替代
布尔运算有时比较慢且代价高昂。有些情况下，可用一些其它命令来代替布尔运算。下面列出
一些可以替代布尔运算的操作。
拖拉和旋转：用VDRAG和VROTAT命令定义棱柱体或圆柱体，与布尔运算生成同样方便，但更加
高效。如中间钻了孔的长方体就是一个很好的例子。
·将面沿一条路径拖拉生成体：
命令：VDRAG
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Lines
·将面沿一轴旋转生成圆柱体：
命令：VROTAT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>About Axis
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延伸和偏移：利用VEXT和VOFFST命令可将二维横截面偏移或延伸成为三维体。见本章中§5.2所述，其中讨论了如何延伸、偏移、旋转或拖拉已划分网格的面成为划分网格的体。
·通过延伸面生成另外的体：
命令：VEXT
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>By XYZ Offset
·通过偏移给定的面生成体：
命令：VOFFST
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>Along Normal
体素命令的实用选项：对于很多体素命令而言，仅用一条命令即可生成一个相对复杂的形体。例如，用一条SPHERE命令（Main menu>Preprocessor> Create>Sphere>By Dimesions）：就可以生
成一个指定壁厚的空心球。
图5─59 用一条命令生成空心球的部分区域
可以清楚地看到，充分的使用体素命令往往能节省执行几个布尔运算所花费的时间。
5.5 布尔运算之后的更新
有些布尔运算命令在对附属的低级图元进行了布尔运算之后自动地更新图元。例如，如果使用AADD布尔运算命令（Main Menu>Preprocessor>Operate> Add>Areas）将属于一个体的几个面进行了加操作之后，体会被用新生成面替换原始面进行更新。这会免除使用删除高级图元（本例中为体），
再用自下向上的建模技术对其重新生成的工作。下列命令自动执行更新高级图元：
表5─1 能自动更新图元的命令
命令 AADD ASBA ASBV ASBL AFILLT LSBL
由命令直接修改的图元
面 面和线 面和线 面和线 N/A 线
能更新的图元 体 面和体 面和体 面和体 面和体 面
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LSBA LSBV LCSL
线 线 线
面 面 面
更新只能发生在布尔运算产生图元与原始图元相同时。例如，如果用ASBA命令（Main
Menu>Preprocessor>Operate>Add>Areas）将一个面分成两半，两个新的面会代替原始面，下面的体将被更新为包括新的面。可是，如果ASBA命令将原始面的一部分割掉（如生成一个孔），那么图元
将不被更新。
图5-60 是自动布尔运算更新的例子。在这个例子中，将在两相交体之间生成倒角面〔AFILLT〕（Main Menu>Preprocessor>Create>Area Fillet），布尔倒角操作生成一个倒角面，但也自动更新
体表面上的面，两原始表面被新的四个表面所代替，体被更新。
图5-60布尔运算AFILLT之后的自动更新。
5.6 移动和拷贝实体模型
如果模型中的相对复杂的面或体重复出现时，则仅需对重复部分构造一次，然后在所需位置处按所需方向拷贝生成。例如，在一个平板上开几个细长的孔，只需生成一个孔，然后再拷贝该孔即可
完成。
图5─61 拷贝面
几何体素也可被看作部分。生成几何体素时，其位置和方向由当前工作平面决定。因为对生成的每一个新体素都重新定义工作平面很不方便，允许体素在错误的位置生成，然后将体素移到正确的位置可能更符合实际。当然，这种操作并不局限为几何体素，任何实体模型图元都可以拷贝或移动。
对实体图元进行移动和拷贝命令有：xGEN、xSYM（M）和xTRAN（及其相应的GUI途径）。其中xGEN和xTRAN命令对图元的拷贝进行移动和旋转可能最为有用。（拷贝一个高级图元将会自动地把它所有附带的图元一起拷贝。而且，如果拷贝图元的单元（NOELEM=0），所有的单元及其附属的低级
图元都将拷贝。）在xGEN、xSYM（M）和xTRAN命令中，设置IMOVE=1就可实现移动操作。
5.6.1 按照样本生成图元
ANSYS程序提供下列xGEN命令和GUI途径：
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·从关键点的样本生成另外的关键点：
命令：KGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Keypoints
·从线的样本生成另外的线：
命令：LGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Lines Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Lines
·从面的样本生成另外的面：
命令：AGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Areas Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Areas
·从体的样本生成中外的体：
命令：VGEN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Copy>Volumes Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Volumes
5.6.2 由对称映像生成图元
ANSYS程序提供了下列xSYM（M）命令和GUI途径：
·生成关键点的映像集：
命令：KSYMM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Keypoints
·样本线通过对称映像生成线：
命令：LSYMM
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines
·样本面通过对称映像生成面：
命令：ARSYM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Areas
·样本体通过对称映像生成体：
命令：VSYMM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Reflect>Volumes
5.6.3 将图元样本转换坐标系
ANSYS程序提供了下列xTRAN命令和GUI途径：
·将样本关键点转移到另一个坐标系：
命令：KTRAN
GUI :MainMenu>Preprocessor>Move/Modify>Transfer Coord > Keypoints
·将样本线转到另一个坐标系：
命令：LTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Lines
·将样本面转到另一个坐标系：
命令：ATRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Areas
·将样本体转到另一个坐标系
命令：VTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Volumes
5.7实体模型图元的缩放
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已定义的图元可以进行放大或缩小。xSCALE命令族可用来将激活的坐标系下的单个或多个图元
进行定比例。
四个定比例命令每个都是将比例因子用到关键点坐标X、Y和Z上。如果在坐标系下进行定比例操作，X、Y和Z分别代表R、θ和Z，其中θ是偏转角。对球坐标系，X、Y和Z分别代表R、θ和Φ，
而这里θ和Φ都是偏转角。
·从关键点样本生成一定比例的关键点（已划分网格的）：
命令：KPSCALE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Keypoints
·从线样本生成一定比例的线：
命令：LSSCALE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Lines
·从面样本生成一定比例的面：
命令：ARSCALE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Areas
·从体样本生成一定比例的体：
命令：VLSCALE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Volumes
图5-62为对图元定比例的例子。
图5─62 给图元定比例
5.8 实体模型加载
求解前，可随时在实体上直接加载。因此，实体模型加载可在划分有限元网格之前或之后进行。（具体如何定义实体模型载荷在《ANSYS Basic Analysis Guide》中的§2论述）。下面讨论有实体
模型加载有关的其它功能。
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5.8.1 传递实体模型载荷
当发出SOLVE命令（Main Menu>Solution>Current LS）开始求解计算时，实体模型上的载荷会自动传递到有限元模型中去。或者可以用下列方法手工地将其传递到有限元模型中去：
·将实体模型载荷和边界条传递到有限元模型中去：
命令：SBCTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>All Solid Lds
Main Menu>Solution>Operate>All Solid Lds ·将实体模型体积力载荷传递到有限元模型中去：
命令：BFTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Body Loads
Main Menu>Solution>Operate>Body Loads
·将实体模型的自由度约束传递到有限元模型中去：
命令：DTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Constraints
Main Menu>Solution>Operate>Constraints ·将实体模型的力传递到有限元模型中去：
命令：FTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Forces
Main Menu>Solution>Operate>Forces
·将实体模型的表面载荷传递到有限元模型中去：
命令：SFTRAN
GUI : Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Surface Loads
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Main Menu>Solution>Operate>Surface Loads
5.8.2 显示载荷标记
可以在打开适当的载荷标记之后的任何时候显示实体型载荷：
·利用/PBC命令显示边界条件标记。这个命令包含显示边界条件值和标记的选项。（在键入
/PBC命令之前关闭/VSCALE可能会很有帮助。）
·用/PBF命令显示体积力的等值线。 ·用/PSF命令显示模型上的表面力标记。
所有这些命令可以在GUI途径中得到：Utility Menu> PlotCtrls>Symbols.
5.8.3 关闭节点和关键点位置处的大标记
节点和关键点位置处缺省显示大标记（/PSYMB，DOT，1） ·要以小标记显示节点和关键点位置，利用下列方法：
命令：/PSYMB,DOT,0
GUI : Utility Menu>PlotCtrls>Symbols
5.8.4 选择图形显示中的数字格式
可以指定显示出现在模型上的数位的长度和编号。
·指定显示数字的形式用/GFORMAT命令
5.8.5实体模型载荷列表
可以对所有的实体模型载荷列表，或用以下方法对单一类型的实体模型载荷列表：
·所有的实体模型载荷列表：
命令：SBCLIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>Solid Model Loads
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·所有的关键点处的体积力载荷列表：
命令：BFKLIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>Body Loads>On All Keypoints
Utility Menu>List>Loads>Body Loads>On Picked KPs
·节点的自由度约束列表：
命令：DKLIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On All Keypoints
Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Picked KPs
·条线上的自由度约束列表：
命令：DLLIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On All Lines Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Picked Lines
·面上的自由度约束列表：
命令：DALIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On All Areas Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Picked Areas
·关键点上的力列表：
命令：FKLIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>Forces>On All Keypoints
Utility Menu>List>Loads>Forces>On Picked KPs
·线上的表面载荷列表：
命令：SFLLIST
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GUI : Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On All Lines Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Picked Lines
·面上的面载荷列表：
命令：SFALIST
GUI : Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On All Areas Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Picked Areas
5.9 质量和惯量的计算
xSUM命令计算打印与实体模型图元相关的几何项，详见《ANSYS Commands Reference》中的§
15。
注意：对于十分窄的面或细的体，最小尺寸与最大尺寸之比小于0.01，ASUM和VSUM命令可能会产生错误的面或体的信息。为保证计算的准确性，要保证将这样的体或面细分，使最小与最大尺寸
之比至少为0.05。
·计算和打印所选关键点的形心位置、转动惯量：
命令：KSUM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items>Of Keypoints
·计算和打印所选线的长度、形心位置、转动惯量等：
命令：LSUM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items>Of Lines
·计算和打印所选面的形心、转动惯量等：
命令：ASUM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items>Of Areas
·计算和打印所选体的形心、转动惯量等：
命令：VSUM
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GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items>Of Volumes ·计算和打印所有前面提到的节点、线、面和体的几何参数。
命令：GSUM
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Calc Geom Items>Of Geometry
5.10 实体建模中的注意事项 5.10.1 实体模型图元的显示
在实体建模的过程中，理解下列ANSYS所用的数学操作是很有帮助的。这些知识在遇到实体退化和不连续处尤为有用。例如，在实体模型布尔运算中遇到退化的错误提示。数学术语知识对克服这
样的错误会有帮助。
实体模型图元的内在数学表现为经修整过的参数表面。修整过的参数化表面包括两部分：参数的几何形状和拓扑结构。参数化几何形状定义模型的基本表面。参数项是指数学上代表几何空间的参数空间。图5-63为几何模型与参数模型的关系。非均匀有理B样条或NURBS用来定义参数的几何形
状。拓扑是指围成模型的几何形状的修整表面。
5.10.2 布尔操作失败
布尔运算提供了一套强有力的工具，使用户能以最少的输入生成复杂的几何形状。但是，可能会遇到布尔运算出现困难的时候。如果发生了这种情况，有时仍可以对此问题做些工作并生成想要的
实体模型。下面来检查布尔运算失败的原因并对其采取措施。
5.10.2.1 退化
布尔运算可能会由于实体退化而失败。知道退化的组成、退化是如何形成的及为什么退化会引起布尔运算失败可帮助用户纠正这样的错误。退化由几何形状或拓扑结构所引起。ANSYS程序将退化
（引起了布尔运算失败）归结为参数的（几何形状）或拓扑结构的退化。
用基本参数空间来表示几何空间时会产生参数的退化。当参数所表示的“阴影区”与真实的几何模型的维数不一致时，就会产生退化。例如圆锥体的顶点，几何模型上的单个点却由参数空间体现为一个边（如图5-63所示）。这样的一个点称为一个退化边，或简单地称为退化。图5-65所示为在
建模中形成的几个相同的退化。
这种退化本身并没有危害。包含退化的模型仍可用来进行布尔运算，可以成功地进行网格划分，
并产生良好的分析结果。只有当退化使布尔运算出现问题时才需要注意它的存在。
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图5─63 圆锥的表面映射为一个参数的长方形区域
5.10.3 从图形上识别单元退化
用下列所述方法可以验证面或体的退化。如果使用命令输入方法，包括DEGEN命令在内，会在
退化的关键点处出现红星。（如图5-64）。
图5─64 几何退化的绘图
·显示面的退化： 命令：APLOT, , , ,DEGE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>Plot Degen Areas
·显示所选体的退化： 命令：VPLOT, , , ,DEGE
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>Plot Degen Volus
5.10.4 退化的关键点列表
可以选择退化的关键点列表： ·面中参数退化的关键点列表：
命令：ADGL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>List Degen Areas
·体中参数退化的关键点列表：
命令：VDGL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>List Degen Volus
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另一种退化可在布尔运算要生成退化的边界时被发现。退化的边界是不完全或零面积的圈，或是不完全或零体积的壳。这种退化一般指拓扑退化。如果发现这种退化，布尔运算会产生错误信息。拓扑退化由于在进行布尔运算前并不存在所以不能画出。拓扑退化的例子如图5-66和5-67所示。布尔运算失败的例子如图5-66所示。在这个例子中，不能从长方体中切去〔VSBV〕三棱柱，因为在长方体的上表面形成退化线。其它的布尔运算命令诸如VADD、VOVLAP等对这个体也会因出现这种退化
而失败。
图5─65 退化的例子
图5─66 环的拓扑退化
图5─67 环和壳拓扑退化的例子
5.10.4.1 不连续
一般来讲，不连续是实体图元中的尖的转折点，是由具有不同切线的合并线〔LCOMB〕或从IGES
输入所引起的。图5-68为包含不连续的图元的示意图。
图5─68 包括不连续的线和面
许多实体模型操作支持包含不连续的图元。但是布尔运算不能直接支持不连续。在进行布尔运算之前将图元在不连续点处或沿不连续线处将图元分开。例如，图5-69表示在进行布尔减操作的不
连续面。在进行布尔减运算之前将1面沿线1和线3的不连续处分开。
图5─69 对不连续图元进行布尔运算。 注意：不连续与切线向量的方向和大小有关
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5.10.4.2 布尔运算失败的其它原因
除退化外还有其它原因使布尔运算失败。例如，切点处的相交区域有时对于布尔运算是难以处理的，尤其是对非体素构造的模型。而且共享边界的图元（如两体的相接面的共同表面）在进行布尔运算时会有潜在的问题。几何中包含了高曲率的小区域或有尖角转接的区域也会引发这样的问题。
5.10.5 建议采取的一些正确措施
如果布尔运算失败，可用下列程序对此问题做工作。
构造模型时不必总是遵循这些指导，可用任何用户想要的方法来构造模型，而不会遇到布尔运
算失败。这些准则提供了挽回布尔运算失败的途径。
调整输入几何形状，利用如下准则：
·尽可能地使用几何体素来生成实体模型。对于非体素生成的模型布尔运算的结果有的不够
准确和高效。
·如果退化发生在可能相交曲线上，尽量避免生成包含退化的几何体，这样几何体的一些特
殊例子包括：
─未削平的圆锥体（ 见图5-63）
─三边面既不是平面的也不是在激活的坐标系下的一个有常数坐标的表面。（见图5-65
（a））
─逐渐减少为一个点的倒角面〔AFILLT〕（见图5-65（b）） ─两条以上引导线相交的蒙皮面〔ASKIN〕（见图5─65（c））
─通过绕轴旋转〔AROTAT，VROTAT〕生成的面或体并与任何输入图元相交。（见图5-65
（d））
─通过沿一有弯曲中心的路径拖拉生成的面或体与任何输入图元相交（见图5-65（e）） ·尽量避免对相切的图元执行布尔运算。类似地，避免对碰巧有相同边界的图元进行布尔运
算。
·布尔运算包括两个以上输入图元，将操作分解为一系列的对更少输入图元的操作。例如，
用命令集（AADD，1，2；AADD，5，3；AADD，1，4）代替命令AADD，ALL。（见图5-70）这样做就必
须对一系列命令产生输出图元记录布尔运算的编号。
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图5─70 分解一个操作为一系列操作
·如果一系列布尔运算失败，尝试改变操作的次序。例如，将系列（AADD，1，2；AADD，5，
3；AADD，1，4）替换为重新编号的系列（AADD，4，3；AADD，5，2；AADD，3，1）。（见图5-71）。
图5─71 改变一系列操作的次序。
·如果布尔运算失败，会得到一个建议用户放宽（增加）缺省的 （1.0E-4）公差
值的错误信息。公差影响布尔运算执行的精度。有时候简单地改变公差并重新执行布尔运算命令就足够了。而有时需要反过来，在成功地进行布尔运算之前，利用修改的公差还原布尔运算的输入图元。
可用BTOL，PTOL命令放宽公差，PTOL是新的公差：
命令：BTOL,PTOL
GUI : Main Menu>Preprocessor>Operate>Settings
一旦用户放宽了公差并重新成功地执行了布尔运算，应将公差变为缺省值，这样可使后续的建
模工作的布尔运算精度得到保证。
5.10.6 其它提示 5.10.6.1 避免穿过自身的区域
必须谨慎不要定义穿过自身的面或体。（例如，用ADRAG或VDRAG命令不可逆地生成这样的图元）ANSYS程序中并不总是在划分网格前能发现这一缺陷，但穿过自身的面或体在划分网格失败就会
揭示其缺陷。
5.10.6.2 使用ANSYS参数
ANSYS参数尺寸是可变的并有许多小数。一遍又一遍地输入诸如2.8574639这样的数字是乏味的
且容易导致输入错误。
5.10.6.3 布尔运算命令的代替
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适当情况下，对布尔运算命令的合理代替可以克服布尔运算失败或减少运行时间。（例如，拖
拉或旋转与布尔运算构造模型相比要优越一些。）
5.10.6.4 用低维结构造模型
如果用低维图元进行布尔运算，就运行时间和存贮要求而言，建模过程有时会更高效。例如，将线体相减〔LSBV〕代替为一系列的线面相减〔LSBA〕和删除〔LDELE〕可能会以更小的代价获取同样的结果。（见图5-72）当然，要权衡简便的损失与获得的收效。转换为低维操作可能并不合算，
除非遇到内存不足的错误，极长的运行时间及其它这类问题。
图5─72 低维尺寸的转换
5.10.6.5 逐步地生成复杂模型
有前处理（PREP7）中考虑将复杂的模型分块生成并利用RESUME命令（GUI 途径Utility
Menu>File>Resume from）和CDREAD命令(Main Menu>Preprocessor >Archive Model>Read) 将它们
合并。下面是这一程序的例子：
/PREP7 RESUME,MODEL1,DB
CDWRITE,SOLID !Write out just solid model (to file.iges) RESUME,MODEL2,DB !Note that this 2nd RESUME clears MODEL1 from the
!database and reads MODEL2
CDREAD,SOLID !Reads in the solid model (from file.iges)
!Solid models from MODEL1 and MODEL2 are now
!in the current database
SAVE,MODEL3,DB !Save combined model to separate file
FINISH
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CDREAD命令自动地将新图元重新编号以避免与已在数据库中存在其它实体模型冲突。而且，这
个命令自动地执行NUMMRG，KP命令合并重复的实体图元。
5.10.6.6 不要忘记存盘
在尝试一个新的或没有把握的操作前应养成存盘的习惯〔SAVE〕（Main Menu>
Preprocessor>Archive Model>Read）。这样，如果某个操作引起系统失灵、破坏或产生其它并不想
要的结果，用户保留有数据库的干净拷贝有助于从这种问题中复原。
5.10.6.7棋盘形布置的错误
尽管可能性不大，但在建立实体模型外还是有可能遇与下列错误信息：
*** WARNING ***
Error in surface tessellation for area N. This area can only be displayed with
/FACET,WIRE, and cannot be part of a V, VA, VSUM, or ASUM operation.
棋盘形布置是为显示（即表面网格）面积计算（ASUM）和体积积分（V，VA或VSUM）将面进行的细分。棋盘型布置错误产生一个警告信息而不是一个错误信息，因为一个面不能以棋盘型布置仍可
以成功地进行网格划分。
可以引起棋盘布置错误的情形有：面带有尖刃边，面有太多的孔或面在极其扭曲的表面处有孔。 注意：对于过窄的面或过细的体，最小尺寸与最大尺寸之比小于0.01的情况，ASUB和VSUM令会产生错误面或体的信息。为保证计算的准确性，要保证对面和体的细分并使最小尺寸与最大尺寸之
比至少为0.05。
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