2.1　DesignModeler几何建模概述

第1章简单地介绍了ANSYS Workbench 2020平台的主要功能及作用，从本章开始将以有限元分析的一般步骤（即有限元前处理、有限元计算及有限元后处理3部分）分别介绍几何模型的建立、几何网格划分及有限元分析的一般后处理过程。ANSYS Workbench平台的几何建模功能非常强大，在ANSYS Workbench平台中的几何建模方法有如下几种。

（1）外部中间格式的几何模型导入，如stp、x_t、sat、igs等。

（2）处于激活状态的几何模型导入。此种方法需要保证几何建模软件（CAD软件）的版本号与ANSYS Workbench的版本号具有相关性，例如，在CREO（即Pro/E）中建立完几何模型后，不要关闭，直接启动软件的几何建模模块DM，并从菜单中直接导入激活状态的几何模型即可。

（3）ANSYS自带的强大的几何建模工具——DesignModeler模块，具有所有CAD的几何建模功能，是有限元分析中进行前处理的强大工具。

（4）ANSYS SpaceClaim Direct Modeler——ANSYS外部几何建模模块，是先进的以自然方式建模的几何建模平台，被无缝地集成到ANSYS Workbench平台中。

2014年，ANSYS成功收购SpaceClaim公司，并将其作为另一个强大的几何建模模块集成到ANSYS Workbench平台中。

针对不同类型的CAD软件使用人群，ANSYS能与市场上大部分CAD建模软件进行集成，无缝的几何模型导入避免了由于中间格式带来的几何模型损坏的问题。

本章将着重讲述利用ANSYS Workbench平台自带的几何建模工具——DesignModeler进行几何建模的相关知识。

2.1.1　DesignModeler几何建模平台

在如图1-41所示的分析流程中，双击项目A中A2栏的Geometry选项，或者右击A2栏的Geometry选项，在弹出的快捷菜单中选择New DesignModeler Geometry命令，即可进入如图2-1所示的DesignModeler平台界面。

与其他CAD软件一样，DesignModeler平台界面由以下几个关键部分构成：菜单栏、工具栏、常用命令栏、模型树、详细视图窗格及绘图窗格等。在进行几何建模之前，先对常用的命令及菜单进行详细介绍。

2.1.2　菜单栏

菜单栏包括File（文件）、Create（创建）、Concept（概念）、Tools（工具）、Units（单位）、View（视图）及Help（帮助）7个基本菜单。

1．File（文件）菜单

File（文件）菜单如图2-2所示。下面对File（文件）菜单中的常用命令进行简要介绍。

①Refresh Input（刷新输入）：当几何数据发生变化时，选择此命令可以保持几何文件同步。

②Save Project（保存工程文件）：选择此命令可以保存工程文件。如果是新建立、未保存的工程文件，Design Modeler平台会提示用户输入文件名。

③Export（几何输出）：在选择此命令后，DesignModeler平台会弹出如图2-3所示的“另存为”对话框。在该对话框的“保存类型”下拉列表中，读者可以选择需要的几何模型文件类型。

④Attach to Active CAD Geometry（动态链接开启的CAD几何）：在选择此命令后，DesignModeler平台会将当前活动的CAD软件中的几何模型文件读入绘图窗格中。

若在CAD中建立的几何模型文件未保存，则DesignModeler平台将读不出几何模型文件。

⑤Import External Geometry File（导入外部几何模型文件）：选择此命令，在弹出的如图2-4所示的“打开”对话框中可以选择要读取的文件名。此外，DesignModeler平台支持的所有外部文件格式在“打开”对话框的“文件类型”下拉列表中被列出。

其余命令这里不再讲述，请读者参考帮助文档的相关内容。

2．Create（创建）菜单

Create（创建）菜单如图2-5所示。该菜单中包含对实体进行操作的一系列命令，如实体拉伸、倒角、放样等。下面对Create（创建）菜单中的实体操作命令进行简要介绍。

（1）New Plane（创建新平面）：在选择此命令后，会在Details View（详细视图窗格）中弹出如图2-6所示的平面设置面板。在Details of Plane4→Type栏中显示了8种设置新平面的类型，下面主要介绍其中的6种常用类型。

①From Plane（以平面）：从已有的平面中创建新平面。

②From Face（以一个表面）：从已有的表面中创建新平面。

③From Point and Edge（以一个点和一条边）：通过已经存在的一条边和一个不在这条边上的点创建新平面。

④From Point and Normal（以一个点和法线方向）：通过一个已经存在的点和一条边界方向的法线创建新平面。

⑤From Three Points（以三点）：通过已经存在的3个点创建一个新平面。

⑥From Coordinates（以坐标系）：通过设置与坐标系的相对位置来创建新平面。

当选择以上6种方式中的任何一种方式来建立新平面时，Type下面的选项会有所变化，具体请参考帮助文档。

（2）Extrude（拉伸）：在选择此命令后，会弹出如图2-7所示的拉伸设置面板。使用此命令可以将二维的平面图形拉伸成三维的立体图形，即对已经草绘完成的二维平面图形沿着二维图形所在平面的法线方向进行拉伸操作。

在Operation栏中可以选择以下两种操作方式。

①Add Material（添加材料）：与常规的CAD拉伸方式相同，这里不再赘述。

②Add Frozen（添加冻结）：添加冻结零件，后面会提到。

在Direction栏中可以选择以下4种拉伸方式。

①Normal（普通方式）：默认设置的拉伸方式。

②Reversed（相反方向）：此拉伸方式与Normal方向相反。

③Both-Symmetric（双向对称）：沿着两个方向同时拉伸指定的拉伸深度。

④Both-Asymmetric（双向非对称）：沿着两个方向同时拉伸指定的拉伸深度，但是两侧的拉伸深度不同，需要在下面的选项中设定。

在As Thin/Surface？栏中设置是否选择薄壳拉伸，如果选择Yes选项，则需要分别输入薄壳的内壁和外壁厚度值。

（3）Revolve（旋转）：在选择此命令后，会弹出如图2-8所示的旋转设置面板。

在Geometry（几何）栏中选择需要进行旋转操作的二维平面几何图形。

在Axis（旋转轴）栏中选择旋转二维几何图形所需要的轴线。

在Merge Topology（拓扑融合）栏中选择Yes选项，表示优化特征体拓扑；选择No选项，表示不改变特征体拓扑。

Operation、As Thin/Surface?栏的内容可参考Extrude命令的相关内容。

在Direction栏中选择旋转方式。

（4）Sweep（扫掠）：在选择此命令后，会弹出如图2-9所示的扫掠设置面板。

在Profile（截面轮廓）栏中选择二维几何图形作为要扫掠的对象。

在Path（扫掠路径）栏中选择直线或曲线来确定二维几何图形扫掠的路径。

在Alignment（扫掠调整方式）栏中选择Path Tangent（沿着路径切线方向）或Global Axes（总体坐标轴）两种方式。

在FD4,Scale(>0)栏中输入比例因子来设置扫掠比例。

在Twist Specification（扭曲规则）栏中选择扭曲的方式，包括No Twist（不扭曲）、Turns（圈数）及Pitch（螺距）3个选项。

①No Twist（不扭曲）：扫掠出来的图形是沿着扫掠路径的。

②Turns（圈数）：在扫掠过程中二维几何图形绕扫掠路径旋转的圈数。如果扫掠的路径是闭合环路，则圈数必须是整数；如果扫掠路径是开路，则圈数可以是任意数值。

③Pitch（螺距）：在扫掠过程中扫掠的螺距大小。

（5）Skin/Loft（蒙皮/放样）：在选择此命令后，会弹出如图2-10所示的蒙皮/放样设置面板。

在Profile Selection Method（轮廓文件选择方式）栏中有Select All Profiles（选择所有轮廓）和Select Individual Profiles（选择单个轮廓）两种方式用于选择二维几何图形。

在选择完成后，会在Profiles栏下面出现所选择的所有轮廓的几何图形名称。

（6）Thin/Surface（抽壳）：在选择此命令后，会弹出如图2-11所示的抽壳设置面板。

在Selection Type（选择方式）栏中可以选择以下3种方式。

①Faces to Keep（保留面）：在选择此选项后，会对保留面进行抽壳处理。

②Faces to Remove（去除面）：在选择此选项后，会对选中面进行去除操作。

③Bodies Only（仅体）：在选择此选项后，会对选中的实体进行抽壳处理。

在Direction（方向）栏中可以选择以下3种方式。

①Inward（内部壁面）：在选择此选项后，抽壳操作会对实体进行壁面向内部抽壳处理。

②Outward（外部壁面）：在选择此选项后，抽壳操作会对实体进行壁面向外部抽壳处理。

③Mid-Plane（中间面）：在选择此选项后，抽壳操作会对实体进行中间壁面抽壳处理。

（7）Fixed Radius Blend（确定半径倒圆角）：选择此命令，会弹出如图2-12所示的确定半径倒圆角设置面板。

在FD1,Radius(>0)栏中输入圆角的半径值。

在Geometry栏中选择要倒圆角的棱边或平面。如果选择的是平面，倒圆角命令会将平面周围的几条棱边全部倒成圆角。

（8）Variable Radius Blend（变化半径倒圆角）：选择此命令，会弹出如图2-13所示的变化半径倒圆角设置面板。

在Transition（过渡）栏中可以选择Smooth（平滑）和Linear（线性）两种过渡方式。

在Edges（棱边）栏中选择要倒圆角的棱边。

在Start Radius(>=0)栏中输入初始半径值。

在End Radius(>=0)栏中输入尾部半径值。

（9）Chamfer（倒角）：选择此命令，会弹出如图2-14所示的倒角设置面板。

在Geometry栏中选择实体棱边或表面。当选择表面时，会将表面周围的所有棱边全部倒角。

在Type（类型）栏中有以下3种数值输入方式。

①Left-Right（左-右）：在选择此选项后，可以在下面的栏中输入两侧的长度值。

②Left-Angle（左-角度）：在选择此选项后，可以在下面的栏中输入左侧长度值和一个角度值。

③Right-Angle（右-角度）：在选择此选项后，可以在下面的栏中输入右侧长度值和一个角度值。

（10）Pattern（阵列）：选择此命令，会弹出如图2-15所示的阵列设置面板。

在Pattern Type（阵列类型）栏中可以选择以下3种阵列样式。

①Linear（线性）：在选择此选项后，阵列的方式为沿着某一方向阵列，需要在Direction（方向）栏中选择要阵列的方向、偏移距离和阵列数量。

②Circular（圆形）：在选择此选项后，阵列的方式为沿着某根轴线阵列一圈，需要在Axis（轴线）栏中选择轴线、偏移距离和阵列数量。

③Rectangular（矩形）：在选择此选项后，阵列方式为沿着两条相互垂直的边或轴线阵列，需要选择两个阵列方向、偏移距离和阵列数量。

（11）Body Operation（体操作）：选择此命令，会弹出如图2-16所示的体操作设置面板。

在Type（类型）栏中有以下几种体操作样式。

①Mirror（镜像）：对选中的实体进行镜像操作。在选择此选项后，需要在Bodies（体）栏中选择要镜像的实体，在Mirror Plane（镜像平面）栏中选择一个平面，如XYPlane等。

②Move（移动）：对选中的实体进行移动操作。在选择此选项后，需要在Bodies（体）栏中选择要镜像的实体，在Source Plane（源平面）栏中选择一个平面作为初始平面，如XYPlane等；在Destination Plane（目标平面）栏中选择一个平面作为目标平面，两个平面可以不平行，本操作主要应用于多个零件的装配。

③Delete（删除）：对选中的平面进行删除操作。

④Scale（缩放）：对选中的实体进行等比例放大或缩小操作。在选中此选项后，在Scaling Origin（缩放原点）栏中可以选择World Origin（全局坐标系原点）、Body Centroids（实体的质心）及Point（点）3个选项；在FD1,Scaling Factor(>0)栏中输入缩放比例。

⑤Sew（缝合）：对有缺陷的实体进行补片复原后，再利用缝合命令对复原部位进行实体化操作。

⑥Simplify（简化）：对选中的材料进行简化操作。

⑦Translate（平移）：对选中的实体进行平移操作。需要在Direction Selection（方向选择）栏中选择一条边作为平移的方向矢量。

⑧Rotate（旋转）：对选中实体进行旋转操作。需要在Axis Selection（轴线选择）栏中选择一条边作为旋转的轴线。

⑨Cut Material（切材料）：对选中的实体进行去除材料操作。

⑩Imprint Faces（表面印记）：对选中的实体进行表面印记操作。

Slice Material（材料切片）：需要在一个完全冻结的实体上对选中的材料进行材料切片操作。

（12）Boolean（布尔运算）：选择此命令，会弹出如图2-17所示的布尔运算设置面板。

在Operation（操作）栏中有以下4种操作选项。

①Unite（并集）：将多个实体合并到一起，形成一个实体。此操作需要在Tool Bodies（工具体）栏中选中所有进行体合并的实体。

②Subtract（差集）：将一个实体（Tool Bodies）从另一个实体（Target Bodies）中去除。需要在Target Bodies（目标体）栏中选择所要切除材料的实体，在Tool Bodies（工具体）栏中选择要切除的实体工具。

③Intersect（交集）：将两个实体相交部分取出来，其余的实体被删除。

④Imprint Faces（表面印记）：生成一个实体（Tool Bodies）与另一个实体（Target Bodies）相交处的面。需要在Target Bodies（目标体）和Tool Bodies（工具体）栏中分别选择两个实体。

（13）Slice（切片）：增强了DesignModeler平台的可用性，可以产生用来划分映射网格的可扫掠分网的实体。当模型完全由冻结体组成时，此命令才可用。选择此命令，会弹出如图2-18所示的切片设置面板。

在Slice Type（切片类型）选项中有以下几种方式用来对实体进行切片操作。

①Slice by Plane（用平面切片）：利用已有的平面对实体进行切片操作。平面必须经过实体，在Base Plane（基准平面）栏中选择平面。

②Slice off Faces（用表面偏移平面切片）：在模型上选中一些面，这些面大概形成一定的凹面，使用此选项将切开这些面。

③Slice by Surface（用曲面切片）：利用已有的曲面对实体进行切片操作。在Target Face（目标面）栏中选择曲面。

④Slice off Edges（用边做切片）：选择切分边，用切分出的边创建分离实体。

⑤Slice By Edge Loop（用封闭棱边切片）：在实体模型上选择一条封闭的棱边来创建切片。

（14）Face Delete（删除面）：此命令用来撤销倒角和去除材料等，可以将倒角、去除材料等特征从实体上移除。选择此命令，会弹出如图2-19所示的删除面设置面板。

在Healing Method（处理方式）栏中有以下几种方式用来删除面。

①Automatic（自动）：在选择此选项后，在Faces栏中选择要删除的面，即可将面删除。

②Natural Healing（自然处理）：对几何体进行自然复原处理。

③Patch Healing（修补处理）：对几何体进行修补处理。

④No Healing（不处理）：不进行任何修复处理。

（15）Edge Delete（删除边线）：与Face Delete命令的作用相似，这里不再赘述。

（16）Primitives（原始图形）：使用此命令可以创建一些原始的图形，如圆形、矩形等。

3．Concept（概念）菜单

Concept（概念）菜单如图2-20所示。该菜单中包含对线、体和面操作的一系列命令，如线、体的生成与面的生成等命令。

4．Tools（工具）菜单

Tools（工具）菜单如图2-21所示。该菜单中包含对线、体和面操作的一系列命令，如冻结、解冻、选择命名、属性、包含、填充等命令。

下面对一些常用的工具命令进行简要介绍。

（1）Freeze（冻结）：DesignModeler平台会默认将新建立的几何体和已有的几何体合并以保持单独的个体。如果想将新建立的几何体与已有的几何体分开，就需要将已有的几何体进行冻结处理。

冻结特征可以将所有的激活体转到冻结状态，但是在建模过程中除切片操作以外，其他命令都不能用于冻结体。

（2）Unfreeze（解冻）：冻结的几何体可以通过此命令解冻。

（3）Named Selection（选择命名）：用于对几何体中的节点、边线、面、体等进行命名。

（4）Mid-Surface（中间面）：用于将等厚度的薄壁类结构简化成“壳”模型。

（5）Enclosure（包含）：在体附近创建周围区域以方便模拟场区域，主要应用于计算流体动力学（CFD）及电磁场有限元分析（EMAG）等计算的前处理。使用Enclosure命令可以创建物体的外部流场或绕组的电场、磁场计算域模型。

（6）Fill（填充）：与Enclosure（包含）命令相似，此命令主要为几何体创建内部计算域，如管道中的流场等。

5．View（视图）菜单

View（视图）菜单如图2-22所示。该菜单中的各个命令主要是针对几何体显示的操作命令，这里不再赘述。

6．Help（帮助）菜单

Help（帮助）菜单如图2-23所示。该菜单中提供了在线帮助等命令。

2.1.3　工具栏

工具栏如图2-24所示，包括了DesignModeler平台默认的常用工具命令。这些命令在菜单栏中均可找到。下面对建模过程中经常用到的命令进行介绍。

以三键鼠标为例，鼠标左键用于实现基本控制，包括几何体的选择和拖动。此外，将其与键盘部分按钮结合使用，可以实现不同的操作。

●　Ctrl+鼠标左键：执行添加/移除选定几何体操作。

●　Shift+鼠标中键：执行放大/缩小几何体操作。

●　Ctrl+鼠标中键：执行几何体平移操作。

另外，按住鼠标右键框选几何体，可以实现几何体的快速缩放操作。在绘图窗格中右击，可以弹出快捷菜单，以完成相关的操作，如图2-25所示。

1．选择过滤器

在建模过程中，经常需要选择实体的某个面、某条边或某个点等，这时可以在工具栏的相应过滤器中进行选择切换。如图2-26所示，如果想要选择模型上的某个面，则首先单击工具栏中的按钮，使其处于凹陷状态，然后选择需要操作的面即可。如果想要选择线或点，则首先单击工具栏中的或按钮，然后选择需要操作的线或点即可。

如图2-27所示，如果需要对多个面进行选择，则需要单击工具栏中的按钮，在弹出的下拉菜单中选择命令，然后单击按钮，在绘图窗格中框选需要操作的面即可。

线或点的框选与面类似，这里不再赘述。

在框选时有方向性，具体说明如下所述。

●　鼠标从左到右拖动：选中所有完全包含在选择框中的对象。

●　鼠标从右到左拖动：选中包含于或经过选择框的对象。

利用鼠标还能直接对几何模型进行控制（见图2-27）。

2．窗口控制

在DesignModeler平台的工具栏中有各种控制窗口的快捷按钮，通过单击不同的按钮，可以实现不同的图形控制，如图2-28所示。

●　按钮用来实现几何旋转操作。

●　按钮用来实现几何平移操作。

●　按钮用来实现图形的放大或缩小操作。

●　按钮用来实现窗口的缩放操作。

●　按钮用来实现自动匹配窗口大小的操作。

利用鼠标还能直接在绘图窗格中控制图形：当鼠标指针位于图形的中心区域时相当于操作；当鼠标指针位于图形之外时为绕Z轴旋转操作；当鼠标指针位于图形界面的上下边界附近时为绕X轴旋转操作；当鼠标指针位于图形界面的左右边界附近时为绕Y轴旋转操作。

2.1.4　常用命令栏

图2-29所示为DesignModeler平台默认的常用命令栏，其中的命令在菜单栏中均可找到，这里不再赘述。

2.1.5　Tree Outline（模型树）

Tree Outline（模型树）如图2-30所示，其中包括两个模块：Modeling（实体模型）和Sketching（草绘）。下面对Sketching（草绘）模块中的命令进行详细介绍。

1．Draw（草绘）

图2-31所示为Draw（草绘）卷帘菜单，其中包括了创建二维草绘需要的所有工具，如直线、圆、矩形、椭圆等，操作方法与其他CAD软件相同。

2．Modify（修改）

图2-32所示为Modify（修改）卷帘菜单，其中包括了修改二维草绘需要的所有工具，如倒圆角、倒角、裁剪、延伸、分割等，操作方法与其他CAD软件相同。

3．Dimensions（尺寸标注）

图2-33所示为Dimensions（尺寸标注）卷帘菜单，其中包括了标注二维图形尺寸需要的所有工具，如一般标注、水平标注、垂直标注、长度/距离标注、半径/直径标注、角度标注等，操作方法与其他CAD软件相同。

4．Constraints（约束）

图2-34所示为Constraints（约束）卷帘菜单，其中包括了约束二维图形需要的所有工具，如固定约束、水平约束、竖直约束、垂直约束、相切约束、对称约束、平行约束、同心约束、等半径约束、等长度约束等，操作方法与其他CAD软件相同。

5．Settings（设置）

图2-35所示为Settings（设置）卷帘菜单，主要用于完成设置草绘界面的栅格大小及移动捕捉步大小的任务。

（1）在Settings（设置）卷帘菜单中选择Grid命令，使Grid图标处于凹陷状态，然后勾选其后面的复选框，此时在绘图窗格中会出现如图2-36所示的栅格。

（2）在Settings（设置）卷帘菜单中选择Major Grid Spacing命令，使Major Grid Spacing图标处于凹陷状态，然后在其后面的文本框中输入主栅格的大小，默认为10mm，出现如图2-37所示的栅格。

（3）在Settings（设置）卷帘菜单中选择Minor-Steps per Major命令，使Minor-Steps per Major图标处于凹陷状态，然后在其后面的文本框中输入每个主栅格上划分的网格数，将默认的10修改为5，此时在绘图窗格的主栅格中的小网格数量如图2-38所示。

（4）在Settings（设置）卷帘菜单中选择Snaps per Minor命令，使Snaps per Minor图标处于凹陷状态，然后在其后面的文本框中输入每个小网格捕捉的次数，将默认的1修改为2。选择草绘直线命令，在绘图窗格中单击直线的第一个点，然后移动鼠标，此时吸盘会在每个小网格的4条边的中间位置被吸一次，如果值是默认的1，则在4个角点处被吸住。

前面几节简单介绍了DesignModeler平台界面，下面将利用上述工具对较复杂的几何模型进行建模。

2.1.6　DesignModeler的启动与草绘

与其他CAD软件操作方法相同，实体建模需要先创建二维图形，这部分工作在草绘模式下完成。本节主要介绍如何在草绘模式下绘制2D图形。

Step1：启动ANSYS Workbench。在Windows系统下选择“开始”→“所有程序”→“ANSYS 2020 R1”→“Workbench 2020 R1”命令，启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。

Step2：创建项目。双击主界面Toolbox（工具箱）中的Component Systems→Geometry（几何）命令，即可在Project Schematic（工程项目管理窗格）中创建项目A，如图2-39所示。

Step3：启动DesignModeler。双击项目A中A2栏的Geometry选项，此时会弹出如图2-40所示的DesignModeler平台界面，依次选择Units→Millimeters命令，完成单位设置。

Step4：选择绘图平面。选择Tree Outline（模型树）→A:Geometry→XYPlane命令，此时会在绘图窗格中出现如图2-41所示的坐标平面，然后单击工具栏中的按钮，使平面正对窗口。

Step5：创建草绘。如图2-42所示，单击Tree Outline下面的Sketching（草绘）按钮，此时会切换到Sketching（草绘）模块。

Step6：自动捕捉。选择Draw→Circle命令，此时Circle图标处于凹陷状态，表示该命令被选中。移动鼠标指针至绘图窗格中的坐标原点附近，此时会在绘图窗格中出现P字符，表示此时鼠标指针在坐标原点处，如图2-43所示。

如果鼠标指针在坐标轴附近移动，此时在绘图窗格中会出现C字符，表示此时创建的点在坐标轴上，如图2-44所示。

Step7：草绘图形。将鼠标指针移动到坐标原点后，单击鼠标左键，此时会出现如图2-45所示的图形，在绘图窗格中的任意位置单击，确定圆的创建。

Step8：尺寸标注。选择Dimensions→General命令，此时General图标处于凹陷状态，表示一般性质的标注被选择。如图2-46所示，单击刚才绘制的圆，然后在Details View面板中Dimensions:1下面的D1栏中输入50mm，并按Enter键，确定输入。

Step9：拉伸草绘图形。单击Sketching按钮右侧的Modeling按钮，切换到Modeling（实体模型）模块，也就是将Sketching Toolboxes（草绘工具箱）切换到Tree Outline（模型树），如图2-47所示。

Step10：单击常用命令栏中的（拉伸）按钮，此时会在Tree Outline（模型树）的A:Geometry命令下出现一个拉伸命令，如图2-48所示，在Details View面板的Details of Extrude1下面进行如下设置。

①在Geometry栏中选中Sketch1。

②在Operation栏中选择Add Material选项，默认为Add Material。

③在Extent Type→FD1, Depth(>0)栏中输入100mm，其余选项的设置保持默认。

在完成以上设置后，单击常用命令栏中的按钮，生成拉伸特征。

在Operation栏中有Add Material、Add Frozen两个操作选项，后面会对它们进行详细讲解。

Step11：去材料操作。与Step7相同，在YZ平面绘制如图2-49所示的圆，并设置其直径（D2）为35mm、距离原点的竖直距离（V1）为75mm，按Enter键确定。

Step12：单击常用命令栏中的（拉伸）按钮，此时会在Tree Outline（模型树）的A:Geometry命令下出现一个拉伸命令，如图2-50所示，在Details View面板的Details of Extrude2下面进行如下设置。

①在Geometry栏中选中Sketch2。

②在Operation栏中选择Cut Material选项，默认为Add Material。

③在Direction Vector栏中选择None（Normal）选项。

④在Extent Type栏中选择To Surface选项。单击圆柱外表面，Target Face栏中会显示Selected。

在完成以上设置后，单击常用命令栏中的按钮，生成去材料特征，如图2-51所示。

Step13：保存模型。单击工具栏中的按钮，在弹出的如图2-52所示的“另存为”对话框的“文件名”文本框中输入extent1.wbpj，单击“保存”按钮，完成模型的保存。

Step14：关闭DesignModeler程序。单击界面右上角的按钮，关闭DesignModeler程序。

2.1.7　DesignModeler特有操作

在DesignModeler中，有部分功能是其他CAD软件所不具备的，现在简要介绍一下比较常用的一些功能命令。

（1）Unfreeze（激活状态）和Freeze（冻结状态）：这两个命令都在Tools菜单中，下面简单介绍一下它们的区别。

①Unfreeze：在这种状态下，几何体可以进行常规的建模操作，如布尔运算、切材料等，但是不能进行Slice（切片）操作。

②Freeze：处于此状态的几何体可以进行Slice（切片）操作，方便以后划分高质量的六面体网格。

（2）Multi-body Parts（多体部件体）：在有限元分析过程中，往往不只是对单一零件进行仿真计算，还经常会对一个结构复杂的装配体进行仿真分析。而DesignModeler可以先将装配体中的某些零件或全部装配体组成一个或多体部件体（Multi-body Parts），这样在进行多体部件体的零件的仿真计算时能够实现拓扑共享。

（3）Imprint Faces（表面印记）：当对一个零件施加载荷时，如果只需要对一个表面的一小块区域施加外部载荷，就需要先在表面进行表面印记操作。

在图2-51所示模型的零件的上端（处于Z轴最大位置处）圆面上的直径15mm范围内施加150N的力，方向为Z轴负方向，具体操作步骤如下。

Step1：读取文件。在Workbench主窗口的工具栏中单击按钮，弹出“打开”对话框，如图2-53所示，找到extent1.wbpj文件，单击“打开”按钮。

Step2：此时在Workbench主窗口的Project Schematic（工程项目管理窗格）中加载了一个项目A，如图2-54所示。

Step3：双击项目A中A2栏的Geometry选项，此时DesignModeler平台将被加载。

Step4：当DesignModeler平台加载成功后，界面如图2-55所示。

Step5：选择模型的上端面，然后在工具栏中单击按钮，再单击Sketching按钮，切换到Sketching（草绘）模块，如图2-56所示。

Step6：如图2-57所示，在中心绘制一个直径为15mm的圆。

Step7：单击Modeling按钮，切换到Modeling（实体模型）模块，单击按钮，此时会在Tree Outline（模型树）的A:Geometry命令下出现一个拉伸命令，如图2-58所示，在Details View面板的Details of Extrude3下面进行如下设置。

①在Geometry栏中选中Sketch3。

②在Operation栏中选择Imprint Faces选项，默认为Add Material。

③其余选项的设置保持默认即可。

在完成以上设置后，单击常用命令栏中的按钮，生成印记特征，如图2-59所示，这时就可以在印记特征上施加载荷了，如图2-60所示，在印记面上施加150N的力，方向为Z轴负方向。

Step8：保存模型。切换到Workbench主界面，单击工具栏中的按钮，在弹出的如图2-61所示的“另存为”对话框的“文件名”文本框中输入extent2.wbpj，单击“保存”按钮，完成模型的保存。

Step9：关闭DesignModeler程序。单击界面右上角的按钮，关闭DesignModeler程序。

（4）Fill（填充）：这个特征是为CFD（计算流体动力学）服务的。图2-62所示的三通管道模型有两个进水口和一个出水口。由于流体在管道内流动，如果想对图示的三通管道进行流体动力学分析，并且在建模过程中只创建管道部分，即固体部分，而流体动力学分析实际上是对内部的流体进行分析，此时就需要对现有实体（三通管道）进行Fill操作，使其在内部生成流体部分，具体操作步骤如下。

Step1：新建一个项目A，然后右击项目A中A2栏的Geometry选项，从弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，如图2-63所示。

Step2：在弹出的如图2-64所示的“打开”对话框中选择santong.stp文件，并单击“打开”按钮。

Step3：双击项目A中A2栏的Geometry选项，启动DesignModeler，设置单位为mm。DesignModeler平台显示的模型如图2-65所示。

Step4：选择Tools→Fill命令，如图2-66所示，此时会在模型树中出现一个Fill命令。

Step5：按住Ctrl键，依次选择三通管道模型的所有内部表面，如图2-67所示。在Details View面板的Details of Fill→Faces栏中单击Apply按钮，完成内部表面的选取。

Step6：单击常用命令栏中的按钮，生成流体模型特征，流体模型和流体部分剖面分别如图2-68和图2-69所示。

Step7：保存模型。切换到Workbench主界面，单击工具栏中的按钮，在弹出的如图2-70所示的“另存为”对话框的“文件名”文本框中输入Fill1.wbpj，单击“保存”按钮，完成模型的保存。

Step8：关闭DesignModeler程序。单击界面右上角的按钮，关闭DesignModeler程序。

（5）Enclosure（包围）：这个特征是为计算流体动力学（CFD）及电磁场有限元分析（EMAG）服务的，通过Enclosure操作可以计算物体的外部流场，或者绕组的电场或磁场分布。这个操作与Fill操作类似，下面以一个如图2-71所示的飞机模型为例来简要介绍Enclosure操作步骤。

Step1：新建一个项目A，然后右击项目A中A2栏的Geometry选项，从弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，如图2-72所示。

Step2：在弹出的如图2-73所示的“打开”对话框中选择apaqi.x_t文件，并单击“打开”按钮。

Step3：双击项目A中A2栏的Geometry选项，启动DesignModeler，设置单位为m。DesignModeler平台显示的模型如图2-74所示。

Step4：选择Tools→Enclosure命令，如图2-75所示，此时会在模型树中出现一个Enclosure命令。

Step5：如图2-76所示，在Details View面板中进行如下操作。

①在Shape栏中选择Box选项，即默认选项。

②在FD1,Cushion +X value(>0)、FD2,Cushion +Y value(>0)、FD1,Cushion +Z value(>0)、FD1,Cushion -X value(>0)、FD2,Cushion -Y value(>0)、FD1,Cushion -Z value(>0)栏中分别输入10m，其余选项的设置保持默认即可。

Step6：单击常用命令栏中的按钮，生成飞机及外部流场模型，如图2-77所示。

Step7：保存模型。切换到Workbench主界面，单击工具栏中的按钮，在弹出的如图2-78所示的“另存为”对话框的“文件名”文本框中输入Enclose1.wbpj，单击“保存”按钮，完成模型的保存。

Step8：关闭DesignModeler程序。单击界面右上角的按钮，关闭DesignModeler程序。