ANSYS 几何建模
本节介绍如何在 ANSYS 中创建和处理几何模型，包括 DesignModeler 和 SpaceClaim 两种工具。
📐 几何建模工具
ANSYS 提供两种几何建模工具：
| 工具 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| DesignModeler | 参数化建模 | 需要参数化设计 |
| SpaceClaim | 直接建模 | 快速几何修改 |
🔧 DesignModeler 基础
界面布局
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 菜单栏 File Create Modify Tools View │
├──────────┬──────────────────────────────┬───────────────┤
│ │ │ │
│ 模型树 │ 图形窗口 │ 细节面板 │
│ │ │ │
│ 📦 Part │ ┌──────────┐ │ Details │
│ ├ XY │ │ │ │ ┌─────────┐ │
│ ├ Sketch│ │ 3D │ │ │参数设置 │ │
│ └ Extrude│ │ │ │ └─────────┘ │
│ │ └──────────┘ │ │
│ │ │ │
├──────────┴──────────────────────────────┴───────────────┤
│ 状态栏 单位: mm 选择: 面 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘基本操作流程
创建草图
选择平面 → 创建草图 → 绘制 2D 形状生成 3D 几何
选择草图 → 拉伸/旋转/扫掠 → 设置参数布尔运算
选择多个体 → 并集/交集/差集
创建基本形状
长方体
- 选择 Create → Box
- 设置参数：
Base Plane: XYPlane FD1, Base X: 0 mm FD2, Base Y: 0 mm FD3, Base Z: 0 mm FD4, Length X: 100 mm FD5, Width Y: 50 mm FD6, Height Z: 10 mm - 点击 Generate
圆柱体
- 选择 Create → Cylinder
- 设置参数：
Base Plane: XYPlane FD1, Axis X: 0 mm FD2, Axis Y: 0 mm FD3, Axis Z: 0 mm FD4, Radius: 25 mm FD5, Height: 50 mm - 点击 Generate
草图绘制
进入草图模式：
- 选择平面（如 XYPlane）
- 右键 → New Sketch
- 选择草图工具：
| 工具 | 图标 | 功能 |
|---|---|---|
| Line | 📏 | 绘制直线 |
| Circle | ⭕ | 绘制圆 |
| Rectangle | ⬜ | 绘制矩形 |
| Arc | 🌙 | 绘制圆弧 |
| Spline | 〰️ | 绘制样条曲线 |
尺寸约束
Dimensions 工具：
├── General: 通用尺寸
├── Horizontal: 水平尺寸
├── Vertical: 垂直尺寸
├── Length: 长度尺寸
├── Radius: 半径尺寸
└── Diameter: 直径尺寸几何操作
拉伸 (Extrude)
Create → Extrude
├── Geometry: 选择草图
├── Direction: 拉伸方向
├── FD1, Depth: 拉伸深度
└── Operation: Add Material / Cut Material旋转 (Revolve)
Create → Revolve
├── Geometry: 选择草图
├── Axis: 旋转轴
├── FD1, Angle: 旋转角度
└── Operation: Add Material / Cut Material圆角 (Fillet)
Modify → Fixed Radius Blend
├── Edges: 选择边
├── FD1, Radius: 圆角半径
└── Generate倒角 (Chamfer)
Modify → Chamfer
├── Edges: 选择边
├── FD1, Length: 倒角长度
└── Generate🎨 SpaceClaim 基础
界面特点
SpaceClaim 提供更直观的直接建模体验：
- 拖拽操作：直接拖动几何元素
- 智能选择：自动识别选择意图
- 实时预览：操作前预览结果
基本操作
创建几何
Design 选项卡：
├── Box: 创建长方体
├── Cylinder: 创建圆柱体
├── Sphere: 创建球体
├── Cone: 创建圆锥体
└── Torus: 创建圆环体编辑几何
编辑工具：
├── Pull: 拉伸/移动面
├── Move: 移动对象
├── Fill: 填充孔洞
├── Combine: 合并/分割
└── Shell: 抽壳直接编辑示例
修改圆柱直径：
- 选择圆柱侧面
- 拖动尺寸手柄
- 输入新直径值
添加孔：
- 选择面
- 选择 Hole 工具
- 点击放置位置
- 设置孔参数
📏 几何清理
常见几何问题
| 问题 | 影响 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 小面 | 网格困难 | 删除或合并 |
| 短边 | 网格质量差 | 合并边 |
| 尖角 | 应力集中 | 添加圆角 |
| 间隙 | 接触问题 | 缝合表面 |
| 重叠 | 网格错误 | 删除重复面 |
几何修复工具
DesignModeler:
Tools → Analysis Repair
├── Merge Edges: 合并边
├── Merge Faces: 合并面
├── Remove Holes: 删除孔
├── Remove Slivers: 删除碎片
└── Fix Face Normals: 修复面法向SpaceClaim:
Prepare 选项卡：
├── Repair: 自动修复
├── Simplify: 简化几何
├── Extract: 提取中面
└── Midsurface: 创建中面🔗 导入外部几何
支持格式
| 格式 | 说明 | 推荐 |
|---|---|---|
| STEP | 标准格式 | ✅ 首选 |
| IGES | 老式格式 | ⚠️ 可能有问题 |
| Parasolid | 高精度 | ✅ 推荐 |
| SAT | ACIS 格式 | ✅ 推荐 |
| STL | 网格格式 | ⚠️ 需清理 |
导入步骤
- File → Import External Geometry
- 选择文件
- 设置导入选项：
└── Simplify Geometry: 简化几何 └── Heal Geometry: 修复几何 └── Merge Faces: 合并面
💡 最佳实践
建模原则
从简单开始
- 先创建基本形状
- 逐步添加细节
- 避免过度复杂
利用对称性
- 只建模 1/2 或 1/4
- 使用对称边界条件
- 减少计算量
参数化设计
- 使用参数定义尺寸
- 便于优化和修改
- 提高设计效率
常见技巧
1. 快速创建特征
Ctrl + C → Ctrl + V
复制粘贴几何特征2. 使用命名选择
右键面 → Named Selection
为边界条件做准备3. 检查几何质量
Tools → Analysis Tools
检查几何是否有问题📐 实例：创建 PCB 模型
步骤 1: 创建基板
├── Create → Box
├── 尺寸: 100mm × 80mm × 1.6mm
└── Generate
步骤 2: 创建芯片
├── Create → Box
├── 尺寸: 10mm × 10mm × 0.5mm
├── 位置: 基板上方
└── Generate
步骤 3: 创建焊点
├── Create → Cylinder
├── 半径: 0.3mm
├── 高度: 0.2mm
├── 阵列: 10×10
└── Generate
步骤 4: 添加圆角
├── Modify → Blend
├── 选择芯片边缘
├── 半径: 0.1mm
└── Generate🚨 常见问题
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 无法拉伸 | 草图不封闭 | 检查并修复草图 |
| 布尔运算失败 | 几何不相交 | 调整几何位置 |
| 导入失败 | 文件损坏 | 尝试其他格式 |
| 网格失败 | 几何太复杂 | 简化几何 |
📖 下一步
提示
建议先在 CAD 软件中创建复杂几何，再导入 ANSYS 进行分析。
注意
导入几何后务必检查并修复几何问题，否则会影响网格划分和求解。