本节书摘来自异步社区《ANSYS 14有限元分析自学手册》一书中的第2章，第2.5节，作者 李兵 , 宫鹏涵，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
2.5 自顶向下创建几何模型（体素）
ANSYS 14有限元分析自学手册
几何体素是用单个ANSYS命令创建常用实体模型（如球、正棱柱等）。因为体素是高级图元，不用先定义任何关键点而形成，所以称利用体素进行建模的方法为自顶向下建模。当生成一个体素时，ANSYS程序会自动生成所有属于该体素的必要的低级图元。
2.5.1 创建面体素
创建面体素的命令及GUI菜单路径如表2-28所示。
2.5.2 创建实体体素
创建实体体素的命令及GUI菜单路径如表2-29所示。
如图2-78所示是环形体素和环形扇区体素。
2.5.3 自顶向下建模实例
自顶向下的建立模型是指从体到面、从面到线、从线到点的顺序进行建模，因为线由点构成，面由线构成，而体由面构成，所以称这个顺序为自顶向下建模。在建立模型的过程中，自顶向下并不是绝对的，有时也用到自底向上的方法。现在通过建立一个联轴体来介绍自顶向下建模的方法，联轴体如图2-80所示。
建立联轴体具体步骤如下。
首先从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor，进入前处理（/PREP7）。
1．创建圆柱体
（1）进入ANSYS工作目录，按照前面讲过的方法，将“coupling”作为jobname。
（2）从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。
（3）在打开的创建柱体对话框中，在“WP X”中输入“0”，“WP Y”中输入“0”，“Radius”中输入“5”，“Depth”中输入“10”，单击“Apply”按钮。
（4）在“WP X”中输入“12”，“WP Y”中输入“0”，“Radius”中输入“3”，“Depth”中输入“4”，单击“OK”按钮生成一个圆柱体。输入过程如图2-81所示，得到两个圆柱体，结果如图2-82所示。
（5）显示线。从实用菜单中选择Utility Menu：Plot > Lines，结果如图2-83所示。
2．建立两圆柱面相切的4个关键点
（1）创建局部坐标系。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +。
② 在打开的创建坐标系对话框中，在“Global Cartesian”文本框中输入“0,0,0”然后单击“OK”按钮，得到“Create Local CS At Specified Location”对话框，如图2-84所示。
③ 在“Ref number of new coord sys”中输入“11”，在“Type of coordinate system”中选择“Cylindrical 1”，在“Origin of coord system”文本框中分别输入“0,0,0”，单击“OK”按钮，如图2-85所示。
（2）建立两圆柱面相切的4个关键点。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS。
② 在“Keypoints number”文本框中输入“110”，在“Location in active CS”文本框中分别输入“5,-80.4,0”创建一个关键点，如图2-86所示，单击“Apply”按钮，在“Keypoints number”文本框中输入“120”，在“Location in active CS”文本框中分别输入“5,80.4,0”，单击“OK”按钮，创建另一个关键点。
（3）创建局部坐标系。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +。
② 在“Global Cartesian”文本框中输入“12,0,0”然后单击“OK”按钮，得到“Create Local CS At Specified Location”对话框。
③ 在“Ref number of new coord sys”中输入“12”，在“Type of coordinate system”中选择“Cylindrical 1”，“Origin of coord system”文本框中分别输入“12,0,0”，单击“OK”按钮。
④ 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS。
⑤ 在“Keypoints number”文本框中输入“130”，在“Location in active CS”文本框中分别输入“3,-80.4,0”创建一个关键点，单击“Apply”按钮，在“Keypoints number”文本框中输入“140”，在“Location in active CS”文本框中分别输入“3,80.4,0”，单击“OK”按钮，创建另一个关键点。
3．生成与圆柱底相交的面
（1）用4个相切的点创建4条直线。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Strainght lines。
② 连接点110和点130，点120和点140，点110和点120，点130和点140，使它们成为4条直线，单击“OK”按钮，如图2-87所示。
（2）创建一个四边形面。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > By Lines。
② 依次拾取刚刚建立的4条直线，单击“OK”按钮，如图2-88所示。
生成的四边形面如图2-89所示。
4．沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱
（1）从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal。
（2）在图形窗口中拾取四边形面，单击“OK”按钮，如图2-90所示。
（3）这时打开创建体对话框，输入“DIST =-4”，厚度的方向是向圆柱所在的方向，单击“OK”，如图2-91所示。
生成的四棱柱如图2-92所示。
5．形成一个完全的轴孔
（1）将坐标系转到全局直角坐标系下。从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian。
（2）偏移工作平面。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations + 。
② 在“Global Cartesian”文本框中输入“0,0,8.5”，单击“OK”按钮，如图2-93所示。
（3）创建圆柱体。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。
②在创建圆柱体对话框中，在“WP X”中输入0，“WP Y”中输入0，“Radius”中输入3.5，“Depth”中输入1.5，单击“Apply”按钮。
（4）在“WP X”中输入0，“WP Y”中输入0，“Radius”中输入2.5，“Depth”中输入-8.5，单击“OK”按钮生成另一个圆柱体。得到两个圆柱体，结果如图2-94所示。
（5）从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。
② 在图形窗口中拾取联轴体及大圆柱体，作为布尔“减”操作的母体，单击“Apply”按钮。
③ 在图形窗口中拾取刚刚建立的两个圆柱体作为“减”去的对象，单击“OK”按钮，所得结果如图2-95所示。
（6）偏移工作平面。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations +。
② 在偏移工作平面对话框中，在“Global Cartesion”文本框中输入“0,0,0”，单击“OK”按钮。
（7）生成长方体。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By Dimensions。
② 输入“x1=0,x2=-3,y1=-0.6,y2=0.6,z1=0, z2=8.5”，如图2-96所示。得到的结果如图2-97所示。
（8）从联轴体中再“减”去长方体形成完全的轴孔。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。
② 在图形窗口中拾取联轴体及大圆柱体，作为布尔“减”操作的母体，单击“Apply”按钮。
③ 在图形窗口中拾取刚刚建立的长方体作为“减”去的对象，单击“OK”按钮，所得结果如图2-98所示。
6．形成另一个轴孔
（1）偏移工作平面。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations + 。
② 打开工作平面设置对话框，在“Global Cartesian”文本框中输入“12,0,2.5”，单击“OK”按钮。
（2）创建圆柱体。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。
② 打开创建圆柱体对话框，在“WP X”中输入0，“WP Y”中输入0，“Radius”中输入2，“Depth”中输入1.5，单击“Apply”按钮。
③ 在“WP X”中输入0，“WP Y”中输入0，“Radius”中输入1.5，“Depth”中输入−2.5，单击“OK”按钮生成另一个圆柱体，得到两个圆柱体。
（3）从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔。
① 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。
② 拾取联轴体，作为布尔“减”操作的母体，单击“Apply”按钮。
③ 拾取刚建立的两个圆柱体作为“减”去对象，单击“OK”按钮，所得结果如图2-99所示。
7．连接所有体
（1）从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Volumes。
（2）在出现的对话框中单击“Pick All”按钮。
（3）打开体号显示开关并画体。
① 从实用菜单中选择Utility Menu：PlotCtrls > Numbering。
② 设置“Volume numbles”选项为“on”，单击“OK”按钮，所得结果如图2-100所示。
8．保存并退出ANSYS
（1）选取工具条上的“SAVE_DB”。
（2）选取工具条上的“QUIT”。
本例操作的命令流如下：
/CLEAR,START
/FILNAME,coupling,0 ! 将“coupling”作为jobname
/PREP7
CYL4,0,0,5, , , ,10
CYL4,12,0,3, , , ,4 ! 创建圆柱体
LPLOT ! 显示线
LOCAL,11,1,0,0,0, , , ,1,1, ! 创建局部坐标系
K,110,5,-80.4,0,
K,120,5,80.4,0, ! 建立左圆柱面相切的两个关键点
LOCAL,12,1,12,0,0, , , ,1,1, ! 创建局部坐标系
K,130,3,-80.4,0,
K,140,3,80.4,0, ! 建立右圆柱面相切的两个关键点
LSTR, 110, 130
LSTR, 120, 140
LSTR, 130, 140
LSTR, 120, 110 ! 用四个相切的点创建4条直线
FLST,2,4,4
FITEM,2,24
FITEM,2,21
FITEM,2,23
FITEM,2,22
AL,P51X ! 创建一个四边形面
VOFFST,9,4, , ! 沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱,厚度为4
CSYS,0 ! 将坐标系转到全局直角坐标系下
FLST,2,1,8
FITEM,2,0,0,8.5
WPAVE,P51X !偏移工作平面
CYL4,0,0,3.5, , , ,1.5
CYL4,0,0,2.5, , , ,-8.5 !创建两个圆柱体
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,3
FLST,3,2,6,ORDE,2
FITEM,3,4
FITEM,3,-5
VSBV,P51X,P51X ! 从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔
FLST,2,1,8
FITEM,2,0,0,0
WPAVE,P51X ! 偏移工作平面
BLOCK,0,-3,-0.6,0.6,0,8.5, ! 生成长方体
VSBV, 7, 1 ! 从联轴体中再“减”去长方体形成完全的轴孔
FLST,2,1,8
FITEM,2,12,0,2.5
WPAVE,P51X ! 偏移工作平面
CYL4,0,0,2, , , ,1.5
CYL4,0,0,1.5, , , ,-2.5 !创建两个圆柱体
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,2
FITEM,2,6
FLST,3,2,6,ORDE,2
FITEM,3,1
FITEM,3,4
VSBV,P51X,P51X ! 从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔
FLST,2,3,6,ORDE,3
FITEM,2,3
FITEM,2,5
FITEM,2,7
VADD,P51X ! 连接所有体
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