2.4　特征建模

DesignModeler包括3种不同体类型，如图2-69所示。

固体（实体）：由表面和体组成。

表面几何体：由表面组成，没有体。

线体：完全由边线组成，没有表面和体。

一般情况下，DesignModeler自动将生成的每一个体放在一个部件（零件）中。单个部件一般独自进行网格的划分。如果各单独的体有共享面，则共享面上的网格划分不能匹配。单个部件上的多个体可以在共享面上划分匹配的网格。

通过三维特征操作将二维草图生成三维的几何体。常见的特征操作包括挤出、旋转、扫掠、蒙皮/放样和薄/表面等。图2-70为特征工具栏。

三维几何特征的生成（如挤出或扫掠）包括以下3个步骤。

（1）选择草图或特征并执行特征命令。

（2）指定特征的属性。

（3）执行“生成”特征体命令。

2.4.1　挤出

挤出（拉伸）命令可以生成实体、表面和薄壁的特征。这里以创建表面为例介绍创建挤出特征的操作的步骤。

（1）单击欲生成挤出特征的草图，可以在树形目录中选择草图，也可以在绘图区域中创建草图。

（2）在如图2-71所示的挤出特征的属性窗格中，首先选择“按照薄/表面？”栏，将其设置为“是”，然后将内部、外部厚度均设置为0 mm。

（3）属性窗格用来设定挤出深度、方向和布尔操作（添加冻结、添加材料、切割材料等）。

（4）单击“生成”按钮完成特征创建。

1.挤出特征的属性窗格

在建模过程中对属性窗格的操作是无可避免的。在属性窗格中可以进行布尔操作、改变特征的方向、特征的扩展类型和是否合并拓扑等。图2-72为挤出特征的属性窗格。

2.挤出特征的布尔操作

对三维特征可以运用5种不同的布尔操作，如图2-73所示。

添加冻结：与添加材料相似，但新增特征体不被合并到已有的模型中，而是作为冻结体加入。

添加材料：该操作总是可以创建材料并合并到激活体中。

切割材料（1）：该操作从激活体上切除材料（为了与下面的“切割材料”相区别，本书中以“切割材料（1）”表示该选项）。

压印面：即给表面添加印记，与切割材料（2）相似，但仅分割体上的面，如果需要也可以在边线上增加印记（不创建新体）。

切割材料（2）：该选项即切片材料，该操作将冻结体切片（为了与上面的“切割材料”相区别，本书中以“切割材料（2）”表示该选项）。仅当体全部被冻结时才可用。

3.挤出特征的方向

特征方向可以定义所生成模型的方向，其中包括“法向”“已反转”（反向）“双-对称”（两侧对称）及“双-非对称”（两侧非对称）4种方向类型，如图2-74所示。默认为法向，也就是坐标轴的正方向；已反转则为法向的反方向；而双-对称只需设置一个方向的挤出长度即可；双-非对称则需分别设置两个方向的挤出长度。

4.挤出特征的扩展类型

固定的：该选项将轮廓按指定的深度值进行延伸。

从头到尾：将剖面延伸到整个模型，在加料操作中延伸轮廓必须完全和模型相交，如图2-75所示。

至下一个：此操作将延伸轮廓到遇到的第一个面，在切割、压印面及切片操作中，将轮廓延伸至遇到的第一个面或体，如图2-76所示。

至面：可以延伸挤出特征到有一个或多个面形成的边界，对多个轮廓而言要确保每一个轮廓至少有一个面和延伸线相交，否则导致延伸错误。至面类型如图2-77所示。

“至面”选项不同于“至下一个”选项。“至下一个”并不意味着“到下一个面”，而是“到下一个块的体（实体或薄片）”，“至面”选项可以用于至冻结体的面。

至表面：除只能选择一个面外，与“至面”选项类似。

如果选择的面与延伸后的体是不相交的，这就涉及面延伸情况。延伸情况类型由选择面的潜在面与可能的游离面来定义。在这种情况下选择一个单一面，该面的潜在面被用作延伸。该潜在面必须完全和挤出后的轮廓相交，否则会报错，如图2-78所示。

2.4.2　旋转

旋转是指选定草图来创建轴对称旋转几何体。从属性窗格列表菜单中选择旋转轴，如果在草图中有一条孤立（自由）的线（见图2-79），则该线将被作为默认的旋转轴。旋转特征操作的属性窗格如图2-80所示。

旋转方向特性如下。

法向：按基准对象的正Z方向旋转。

已反转（反向）：按基准对象的负Z方向旋转。

双-对称（两侧对称）：在两个方向上创建特征。一组角度运用到两个方向上。

双-非对称（两侧非对称）：在两个方向上创建特征。每一个方向都有自己的角度。

单击“生成”按钮 完成特征的创建。

2.4.3　扫掠

扫掠可以创建实体、表面和薄壁特征，它们都可以通过沿一条路径扫掠生成，如图2-81所示。扫掠属性窗格如图2-82所示。

在属性窗格中可以设置的扫掠对齐方式如下。

全局轴：沿路径扫掠时不管路径的形状如何，剖面的方向保持不变。

路径切线：沿路径扫掠时自动调整剖面以保证剖面垂直路径。

在属性窗格中设置比例和间距/圈数特征可用来创建螺旋扫掠。

FD4,比例(>0)：默认值为1，当设置为大于1或小于1的值时，可以沿扫掠路径逐渐扩张或收缩。

扭曲规范：默认为“无扭曲”，如设置为“俯仰”或“匝数”时，可以沿扫掠路径转动剖面，此时在属性窗格中将显示“FD6,间距”或“FD5,圈数”栏。

➢　正数：剖面逆时针旋转。

➢　负数：剖面顺时针旋转。

2.4.4　蒙皮/放样

蒙皮/放样为从不同平面上的一系列剖面（轮廓）产生一个与它们拟合的三维几何体（必须选择两个或更多的剖面）。蒙皮/放样特征如图2-83所示。

生成蒙皮/放样的剖面，可以是一个闭合或开放的环路草图或是由表面得到的一个面。所有的剖面必须有同样的边数，不能混杂开放和闭合的剖面；所有的剖面必须是同种类型。草图和面可以通过在图形区域内单击它们的边或点，或者在特征或面树形目录中单击选取。

图2-84为蒙皮/放样属性窗格。

2.4.5　薄/表面

薄/表面特征主要用来创建薄壁实体和创建简化壳，如图2-85所示。图2-86为薄/表面属性窗格。

属性窗格中选择类型的3个选项介绍如下。

待移除面：所选面将从体中删除。

待保留面：保留所选面，删除没有选择的面。

仅几何体：只对所选几何体操作，不删除任何面。

将实体转换成薄壁体或面时，可以采用以下3种方向中的一种偏移方向指定模型的厚度。

内部。

向外。

中间平面。

2.4.6　混合（倒圆）

固定半径混合（倒圆）命令可以在模型边界上创建倒圆角。操作路径在菜单栏中的位置为“创建”→“固定半径混合”，在工具栏中的位置为“混合” →“固定半径” 。

选择三维的边或面来生成倒圆。如果选择面，则将在所选面上的所有边均倒圆。采用预先选择时，可以从右键的弹出菜单中获取其他附加选项（选择回路/链路、选择平滑链）。

另外在属性窗格中可以编辑倒圆的半径。单击“生成”按钮 完成特征创建并更新模型。选择不同的线或面生成的圆角会有不同，如图2-87所示。

变量半径混合（倒圆）与固定半径倒圆类似，操作路径在菜单栏中的位置为“创建”→“变量半径混合”，在工具栏中的位置为“混合” →“变量半径” 。而变量半径倒圆还可用属性窗格改变每边的起始和结尾的倒圆半径，也可以设定倒圆间的过渡形式为光滑还是线性，如图2-88所示。单击“生成”按钮 ，完成特征创建更新模型。

2.4.7　倒角

倒角特征用来在模型边上创建平面过渡（或称倒角面）。操作路径在菜单栏中的位置为“创建”→“倒角”。

选择三维边或面来进行倒角。如果选择的是面，则所选面上的所有边缘将被倒角。采用预选择时，可以从快捷菜单中选择其他命令（选择回路/链路、选择平滑链）。

面上的每条边都有方向，该方向定义面的右侧和左侧。可以用平面（倒角面）过渡所用边到两条边的距离或距离（左或右）与角度来定义斜面。在属性窗格中设定倒角类型包括设定距离和角度。

选择不同的属性生成的倒角不同，如图2-89所示。

2.4.8　特征建模实例1——基台

利用本章所学的内容绘制如图2-90所示的基台模型。

1.新建模型

01 进入Ansys Workbench工作界面，在图形工作界面左边的工具箱中打开“组件系统”工具箱的下拉列表。

02 将“组件系统”工具箱中的“几何结构”模块拖曳到右边项目原理图窗格中，或在工具箱中直接双击“几何结构”模块。此时项目原理图窗格中会出现“几何结构”模块，此模块默认编号为A。

03 右击A2栏，在弹出的快捷菜单中选择“新的DesignModeler几何结构”命令，打开DesignModeler应用程序，此时左端的树形目录默认为建模状态下的树形目录。在建立草图前需要选择一个工作平面。在菜单栏中选择“单位”→“毫米”命令，采用毫米。

2.挤出模型

01 创建草图。首先单击以选中树形目录中的“YZ面”分支 ，然后单击工具栏中的“新草图”按钮 ，创建一个草图，此时树形目录中“YZ面”分支下，会多出一个名为“草图1”的草图。

02 进入草图。单击以选中树形目录中的“草图1”草图，然后单击树形目录下端如图2-91所示的“草图绘制”标签，打开草图工具箱窗格。在新建的“草图1”草图上绘制图形。

03 切换视图。单击工具栏中的“正视于”按钮，如图2-92所示。将视图切换为YZ方向的视图。

04 绘制草图。打开的草图工具箱默认展开为绘制栏，利用其中的线绘图工具绘制一个如图2-93所示的草图。

05 标注草图。展开草图工具箱的维度栏，为草图标注尺寸。当草图中所绘制的轮廓线由绿色变为蓝色，则表示草图中所有元素均被完全约束。标注完成后的结果如图2-94所示。

06 修改尺寸。由步骤 05 绘制后的草图虽然已被完全约束，但尺寸并没有被指定。现在通过在属性窗格中修改参数来精确定义草图。将属性窗格中H1的参数修改为15 mm；H4的参数修改为5 mm；H5的参数修改为5 mm；V2的参数修改为15 mm；V3的参数修改为15 mm；V6的参数修改为5 mm。修改完成后的结果如图2-95所示。

07 挤出模型。单击工具栏中的“挤出”按钮 ，此时树形目录自动切换到“建模”标签。在属性窗格中，单击“几何结构”栏中的“应用”按钮，将“FD1,深度(>0)”栏后面的参数更改为30 mm，即挤出深度为30 mm。单击工具栏中的“生成”按钮 。生成的模型如图2-96所示。

3.挤出底面

01 创建平面。首先单击以选中所创建挤出实体的顶面，然后单击工具栏中的“新平面”按钮 ，创建一个平面。单击工具栏中的“生成”按钮 ，此时树形目录中会多出一个名为“平面4”的平面。

02 创建草绘平面。在树形目录中单击以选中所创建的“平面4”平面，然后单击工具栏中的“新草图”按钮 ，创建一个草绘平面，此时树形目录中“平面4”分支下会多出一个名为“草图2”的草绘平面。

03 创建草图。单击以选中树形目录中的“草图2”草图，然后单击树形目录下端的“草图绘制”标签，打开草图工具箱窗格。在新建的“草图2”的草图上绘制图形。

04 切换视图。单击工具栏中的“正视于”按钮，将视图切换为平面4方向的视图。

05 绘制草图。打开的草图工具箱默认展开绘制栏，首先利用其中的矩形命令绘制两个矩形，然后展开草图工具箱的修改栏，利用其中的圆角命令绘制两个R5的圆角。结果如图2-97所示。

06 标注草图。展开草图工具箱的维度栏。单击尺寸栏内的标注尺寸命令，标注尺寸。此时草图中所绘制的轮廓线由绿色变为蓝色，表示草图中所有元素均被完全约束。标注完成后的结果如图2-98所示。

07 修改尺寸。由步骤 06 绘制后的草图虽然已被完全约束，但尺寸并没有被指定。现在通过在属性窗格中修改参数来精确定义草图。将属性窗格中H2的参数修改为10 mm；H5的参数修改为5 mm；R3的参数修改为5 mm；V1的参数修改为7.5 mm；V4的参数修改为7.5 mm。修改完成后的结果如图2-99所示。

08 挤出模型。单击工具栏中的“挤出”按钮 ，此时树形目录自动切换到“建模”标签。在属性窗格中，单击“几何结构”栏中的“应用”按钮，将操作栏后面的参数更改为“切割材料（1）”，将“FD1,深度(>0)”栏后面的参数更改为10 mm，即挤出深度为10 mm。单击工具栏中的“生成”按钮 。生成的模型如图2-100所示。

4.挤出圆孔

01 创建平面。首先单击以选中所创建的挤出切除实体的右侧底面，然后单击工具栏中的“新平面”按钮 ，创建一个平面。单击工具栏中的“生成”按钮 ，此时树形目录中会多出一个名为“平面5”的平面。

02 创建草绘。在树形目录中单击以选中所创建的“平面5”的平面，然后单击工具栏中的“新草图”按钮 ，创建一个草绘平面，此时树形目录中“平面5”分支 下，会多出一个名为“草图3”的草绘平面。单击以选中树形目录中的“草图3”草图，然后单击树形目录下端的“草图绘制”标签，打开草图工具箱窗格。在新建的“草图3”草图上绘制图形。

03 切换视图。单击工具栏中的“正视于”按钮将视图切换为平面5方向的视图。

04 绘制草图。打开的草图工具箱默认展开绘制栏，利用其中的圆命令绘制一个圆，添加与圆角同心的约束关系，并标注修改直径为3 mm。结果如图2-101所示。

05 挤出模型。单击工具栏中的“挤出”按钮 ，此时树形目录自动切换到“建模”标签。在属性窗格中，单击“几何结构”栏中的“应用”按钮，将操作栏后面的参数更改为“切割材料（1）”，将“FD1,深度(>0)”栏后面的参数更改为5 mm，即挤出深度为5 mm。单击工具栏中的“生成”按钮 。生成的模型如图2-102所示。

06 创建平面。首先单击以选中步骤 05 所创建的挤出切除实体的所选底面，然后单击工具栏中的“新平面”按钮 ，创建一个平面。单击工具栏中的“生成”按钮 ，此时树形目录中会多出一个名为“平面6”的平面。

07 创建草绘。在树形目录中单击以选中所创建的“平面6”平面，然后单击工具栏中的“新草图”按钮 ，创建一个草绘平面，此时树形目录中“平面6”分支 下，会多出一个名为“草图4”的草绘平面。单击以选中树形目录中的“草图4”草图，然后单击树形目录下端的“草图绘制”标签，打开草图工具箱窗格。在新建的“草图4”草图上绘制图形。

08 切换视图。单击工具栏中的“正视于”按钮，将视图切换为平面6方向的视图。

09 绘制草图。打开的草图工具箱默认展开为绘制栏，利用其中的圆命令绘制一个圆，添加与上一个圆同心的约束关系并标注修改直径为4.5 mm。结果如图2-103所示。

10 挤出模型。单击工具栏中的“挤出”按钮 ，此时树形目录自动切换到“建模”标签。在属性窗格中，单击“几何结构”栏中的“应用”按钮，将操作栏后面的参数更改为“切割材料（1）”，将“FD1,深度(>0)”栏后面的参数更改为1 mm，即挤出深度为1 mm。单击工具栏中的“生成”按钮 。生成的模型如图2-104所示。

11 创建另一侧圆孔。根据上面步骤采用同样的方式，在模型的另一侧建立圆孔，完成的模型如图2-105所示。