Modelowanie bezpośrednie, przygotowanie modelu geometrycznego do analizy numerycznej i naprawa geometrii w ANSYS Space Claim DM


          Tematem artykułu jest przedstawienie programu ANSYS SpaceClaim DirectModeler (skrót ANSYS SCDM) oraz jego możliwości w zakresie przygotowania modelu geometrycznego do wykorzystania w analizie numerycznej. Narzędzie to, jak zostanie przedstawione w tekście, dzięki zastosowaniu podejścia bezpośredniego w modelowaniu znacznie skraca czas potrzebny na przygotowanie geometrii do analizy, oraz w dużym stopniu ułatwia pracę z modelami wykonanymi i zapisanymi w różnych systemach CAD (np.: STP, IGES, CATIA, Inventor itd.).

 


ANSYS SCDM
Błyskawiczna prezentacja cech produktu
  
ANSYS SCDM i ANSYS Workbench
Omówienie właściwości programu i jego współpracy z platformą Workbench na wybranym przykładzie
> Oglądaj film (.swf)
> Pobierz film (5.6 MB)
          > Oglądaj film (.swf)
> Pobierz film (57.1 MB)
Audio/Video (ENG)
Czas trwania: 02:39
 
Audio/Video (ENG)
Czas trwania: 21:20

 


   Modelowanie bezpośrednie


          We wprowadzeniu powiedziano, że ANSYS SpaceClaim DM pozwala na szybką edycję i modyfikację modeli różnych formatów celem ich wykorzystania w analizie. Pozwolono sobie na takie stwierdzenie ponieważ w SCDM zastosowano nowatorskie podejście polegające na zastąpieniu tradycyjnego drzewka historii (występującego klasycznych w systemach CAD) możliwością modyfikacji geometrii techniką przeciągnij/puść wykonywaną w czasie rzeczywistym. Pracę w programie przyśpiesza również możliwość wykorzystania skrótów klawiszowych oraz zmniejszenie liczby przycisków dostępnych w oknie programu. Oczywiście ich zmniejszenie nie wpłynęło negatywnie na funkcjonalność programu, ponieważ czynności dostępne po kilkoma przyciskami w tradycyjnym programie CAD tutaj zostały skumulowane i są dostępne w praktyczny sposób pod jednym narzędziem.

          Ogólna zasada działania programu jest trywialna, łapiąc za punkt, przytrzymując i przeciągając tworzy się linię, następnie łapiąc za linię i przeciągając tworzy się powierzchnię a po złapaniu za powierzchnię (jak można się domyślić) i jej przeciągnięciu powstaje bryła. Oczywiście jeśli zaczynamy nasz rysunek od "zera" i nie posiadamy żadnych brył, powierzchni, linii czy punktów, wtedy (jak w każdym programie CAD) zaczynamy od szkicu 2D. Po skończeniu szkicowania w SCDM i przejściu do edycji 3D, program automatycznie zamieni zamknięte krzywizny szkicu na powierzchnie a linie szkicu na linie 3D. Powyższa operacja funkcjonuje również w drugą stronę, jeśli zaczniemy szkicować na płaszczyźnie w której znajdują się jakieś linie lub powierzchnie to zostaną one tymczasowo zamienione na linie naszego szkicu i udostępnione do edycji. Innym przykładem praktyczności modelowania bezpośredniego jest możliwość powielania elementów jak w edytorach tekstu. Po zaznaczeniu interesujących nas obiektów (np.: kilka powierzchni z bryły) i naciśnięciu kombinacji klawiszy "Ctrl+C", elementy te zostaną skopiowane a po kliknięciu w innym miejscu rysunku i użyciu kombinacji "Ctrl+V" zaznaczone wcześniej elementy zostaną wstawione w miejscu kliknięcia. Operację można oczywiście wykonywać wielokrotnie. Bardzo przydatną cechą modelowania bezpośredniego jest jego uniwersalność. Ze względu na brak drzewka historii, każda nowo dodana do rysunku głównego geometria (np.: z Inventora, Catii itd) jest zamieniana na rodzimy obiekt ANSYS SpaceClaim DM i traktowana tak jakby przed chwilą została narysowana całkowicie w SCDM, a co za tym idzie wszystkie opcje i narzędzia SCDM są dla niej dostępne. Ponieważ prawie każdą operację przeciągnij/puść można zdefiniować jako parametr, a jak powiedziano przed chwilą program wszelką importowaną geometrię zamienia na rodzimą, w SCDM bardzo łatwo można sparametryzować geometrię która oryginalnie nie posiada parametrów (zdefiniowane są tylko dane geometryczne, np. format: STEP). Na koniec należy powiedzieć, że wymienione przed chwilą działania są jednymi z wielu uproszczeń mającymi za zadanie ułatwić i przyśpieszyć użytkownikowi pracę.
 



    Sprawdzenie jakości i naprawa geometrii


          Kiedy tworzymy geometrię, nie ważne czy będzie wykorzystana w analizie czy tylko do dokumentacji, warto jest co pewien czas sprawdzić jej jakość. To znaczy zbadać czy: nie występują w układzie nadmiarowe linie lub powierzchnie, nie powstały małe powierzchnie, zachowana jest spójność i ciągłość elementów itd. ANSYS SCDM posiada wszystkie niezbędne narzędzia do wykrycia i naprawy wspomnianych wad (a nawet i więcej). Poza klasycznymi narzędziami do: zszywania linii i powierzchni, wypełniania mały dziur i szczelin, upraszczania topologii itd. posiada inne rzadziej spotykane. W przypadku badania modelu pod kątem danej wady program wyświetla wszystkie potencjalnie wadliwe obszary, natomiast ich naprawa może odbyć się w sposób automatyczny wszystkich jednocześnie lub ręczny gdzie użytkownik po kolei wybiera miejsca do naprawienia. Z dodatkowych narzędzi do weryfikacji modelu, przytoczyć warto te ważniejsze pozwalające na:

-    sprawdzenie i poprawa kierunków normalnych powierzchni (dla elementów skończonych typu: shell),
-    badanie gładkości powierzchni i ciągłości ich krzywizn (w celu wykrycia nie tylko ostrych połączeń, ale również w celu znalezienia potencjalnych obszarów dla wystąpienia osobliwości w analizie numerycznej),
-    określenie pochylenia wszystkich ścian brył względem danego kierunku, bardzo przydatne gdy analizowany element będzie odlewany w formie, ponieważ narzędzie to umożliwia sprawdzenie czy będzie możliwe wyciągnięcie danego obiektu z formy po odlaniu,
-    uzyskanie informacji na temat zaznaczonych obiektów, w zależności od tego jakie elementy zostaną wybrane to są to informacje w postaci ich: długości/odległości, pola powierzchni, masy, objętości i momentów bezwładności.

          Jeżeli chodzi o naprawę geometrii może się zdarzyć, że nie będzie możliwości naprawienia pewnego obszaru w bryle czy powierzchni i wymagane okaże się usunięcie problematycznych elementów. Aby nie tracić czasu na usunięcie całego elementu i jego wykonanie od nowa, ANSYS SCDM umożliwia stopniową dekompozycję modelu. Oznacza to dokładnie, że po zaznaczeniu jednej lub kilku powierzchni bryły i naciśnięciu przycisku "Del"program usunie "wnętrze" bryły i skasuje wybrane powierzchnie, natomiast pozostałe pozostawi. Po wstawieniu w miejsce usuniętych powierzchni nowych (narysowanych lub zaimportowanych) można je dodać do siebie tworząc nową naprawioną bryłę.
 


    Przygotowanie modelu do analizy i eksport danych

          Omówiono zastosowanie, możliwości i działanie ANSYS SCDM należałoby powiedzieć parę słów na temat jego współpracy ze środowiskiem ANSYS Workbench. Otóż ANSYS SCDM został w dużym stopniu zintegrowany z ANSYS WB. To znaczy, przygotowując geometrię do analizy można w nim zdefiniować wiele cech/elementów niemożliwych do określenia w innych programach CAD. Do najważniejszych należą:
-    możliwość automatycznego "wyciągnięcia" powierzchni środkowych z brył i przypisanie im grubości dla shelli,

-    tworzenie elementów belkowych poprzez przypisanie przekroju poprzecznego liniom,

-    istnieje również możliwość automatycznej zamiany brył w belki, klikając na bryłę program ją bada i jeśli jest to możliwe odczytuje: przekrój poprzeczny i środek ciężkości a następnie wstawia w miejsce bryły linię i przypisuje tej linii właściwości odczytanego przekroju poprzecznego,
-    tworzenie "component/part", to jest pocięcie jednej bryły na kilka składowych i połączenie w taki sposób, że różne bryły w miejscach styku będą posiadać spójną siatkę MES w ANSYS, wykonuje się to celem ułatwienia tworzenia siatki mesherowi lub zadania różnych danych materiałowych w różnych obszarach modelu,
-    dwukierunkowa asocjatywność z ANSYS WB - możliwość zdefiniowania parametrów w ANSYS SCDM które będą odczytywane przez ANSYS Workbench, a po zmianie ich wartości z poziomu ANSYS WB i odświeżeniu modelu, program SCDM zostanie otworzony w tle, geometria zaktualizowana w oparciu o nowe wartości parametrów i wczytana z powrotem do analizy w WB.



    Przygotowanie dokumentacji technicznej

          Biorąc pod uwagę przeznaczenie analizy numerycznej, jakim jest sprawdzenie konstrukcji pod zadanym obciążeniem i ewentualne jej wzmocnienie aby spełniała założone wymagania, należy udokumentować wszelkie znaczące zmiany wykonane na modelu. ANSYS SpaceClaim DM jak każdy profesjonalny program CAD posiada rozbudowany moduł do wykonania rysunków złożeniowych i wykonawczych zawierających rzuty, przekroje, wycięcia i wszelkie wymagane parametry jak np.: wymiary, tolerancje, pasowania, wykończenie powierzchni itd. Poza wspomnianym modułem jeszcze jedno narzędzie pozwalające podkreślić i w wyraźny sposób przedstawić wprowadzone znaczące zmiany. Mianowicie istnieje możliwość wczytania na jednym ekranie modelu sprzed i po wprowadzeniu zmian i porównania ich ze sobą. Program odpowiednimi różnymi kolorami zaznaczy te elementy (linie, powierzchnie, bryły) zostały zmodyfikowane. Zostanie zobrazowane który element wydłużono, przesunięto, usunięto lub dodano, różnice te można przygotować w postaci slajdów i zapisać jako prezentację Microsoft PowerPoint.
          Wspomniane narzędzia do przygotowania dokumentacji technicznej są bardzo przydatne ze względu na możliwość szybkiego i dokładnego przedstawienia wprowadzonych zmian w postaci prezentacji oraz ze względu na możliwość przygotowania rysunków technicznych z wykorzystaniem modelu końcowego.
 

   


  Import i eksport plików

Najnowszy produkt ANSYS do tworzenia geometrii na potrzeby analiz numerycznych o nazwie "ANSYS SpaceClaim Direct Modeler", zawiera w sobie prawie wszystkie CAD-Readery geometrii GRATIS (płatny jest tylko reader CATIA V5).

Czym jest wspomniany CAD-Reader? jest to jednokierunkowy interfejs geometrii pozwalający wczytać geometrię bezpośrednio  z systemu CAD do ANSYS SpaceClaimDM (w skrócie SCDM) w środowisku Workbench. Bezpośrednie wczytywanie geometrii posiada dwie bardzo duże zalety:
- oferuje oszczędność czasu (nie trzeba zapisywać/wczytywać do/z formatów uniwersalnych),
- gwarantuje wykorzystanie w analizie geometrii o wyższej jakości (bezpośrednio z pliku oryginalnego geometria nie jest niepotrzebnie upraszczana).

Posiadając geometrię w SCDM, możemy ją albo od razu wysłać do ANSYS Workbench i rozpocząć obliczenia lub przed wysłaniem przygotować ją na potrzeby analizy za pomocą narzędzi dostępnych tylko w SCDM. Przykładowe operacje możliwe do wykonania za pomocą SCDM to np.: modelowanie belkowe (przypisywanie przekrojów poprzecznych do linii), modelowanie powłokowe (wyciąganie środkowych, definiowanie grubości), uzyskanie ciągłości siatki MES pomiędzy różnymi obiektami (różne bryły z różnymi danymi mat. ale połączone ze sobą poprzez ciągłośc siatki MES, a nie kontakt). Zainteresowani znajdą więcej informacji na temat SpaceClaim Direct Modeler tutaj.  

              Dysponując SCDM mamy możliwość importu/eksportu geometrii z/do formatów przedstawionych na kolejnych stronach
     

Import

 Formaty plików wczytywane przez ANSYS SpaceClaim DM:

    - *.SCDOC     -    Natywny  format ANSYS SpaceClaim DM
    - *.SAT, *.SAB     -    Standard ACIS
    - *.DWG, *.DXF     -    AutoCAD
    - *.MODEL, *.EXP     -    CATIA V4
    - *.IDF, *.EMN     -    ECAD
    - *.IGS, *.IGES     -    Standard IGES
    - *.IPT, *.IAM     -    Inventor
    - *.PRT     -    NX
    - *.X_T, *.XMT_TXT,
    - *.X_B, *.XMT_BIN
        -    Standard Parasolid
    - *.PRT, *.ASM     -    PRO/ENGINEER
    - *.3DM     -    Rhino
    - *.SKP     -    SketchUp
    - *.SLDPRT, *.SLDASM     -    SolidWorks
    - *.STP, *.STEP     -    Standard STEP
    - *.STL     -    Standard STL
    - *.VDA     -    Standard VDA

Eksport:

Formaty plików możliwe do zapisania przez ANSYS SpaceClaim DM:

     - SCDOC  - Natywny  format ANSYS SpaceClaim DM
     - (sat, sab)  - ACIS
     - (dwg, dxf)  - AutoCAD
      - (pdf 3D)  - Acrobat
      - (igs, iges)  - IGES
     - (bip)  - Luxion KeyShot
     - (obj)  - Wavefront  OBJ
     - (x_b, xmt_bin, x_t, xmt_txt)  - Parasolid
     - (3dm)  - Rhino
     - (skp)  - SketchUp
     - (stp, step)  - STEP
     - (stl)  - STL
     - (vda)  - VDA-FS
     - (wrl)  - VRML
     - (xaml)  - XAML
      - (gif, jpg, png, bmp, tif)  - Image
       

 



    Podsumowanie

Najważniejsze cechy ANSYS SpaceClaim DM:

  • szybkie tworzenie i modyfikowanie obiektów poprzez uchwycenie i przeciągnięcie ich elementów składowych (punktów, linii, krawędzi, powierzchni),
  • automatyczna i pół-automatyczna naprawa geometrii (usuwanie zaokrągleń, błędnych krawędzi, nadmiarowych linii, punktów, tworzenie brakujących powierzchni itd.),
  • możliwość tworzenia parametrów bezpośrednio na obiektach nie posiadających zdefiniowanych zależności ani historii działań (np.: modele zaimportowane z nie rodzimych formatów: STEP, IGS, Parasolid, Inventor itd.),
  • wyciąganie powierzchni środkowych z brył i automatyczne przypisanie im "grubości",
  • tworzenie elementów belkowych poprzez przypisanie przekroju poprzecznego liniom, istnieje również możliwość automatycznej zamiany brył w belki,
  • tworzenie "part-ów" - różne bryły mogą posiadać inne dane materiałowe ale spójną siatkę MES w ANSYS,
  • dwukierunkowa asocjatywność z ANSYS WB,
  • tworzenie dokumentacji technicznej,
  • brak drzewka historii występującego w tradycyjnych systemach CAD.
 

Zamów wersję testową

 

 

Broszura informacyjna o ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

 

 

Spróbuj ANSYS SpaceClaim Direct Modeler przez przeglądarkę WWW

 

 

 

Kontakt z MESco 

 

 

 

Przydatne pliki:

Part  (praca na pojedyńczym modelu)  
Assembly (praca ze złożeniami) 
Manufacturing Tutorial 
3D Printing 
Reverse Engineering  

 

Filmiki demonstracyjne:

- Wprowadzenie do pracy w ANSYS SpaceClaim

- Wersja 2017

- Praca z plikami STL

- Reverse Engineering