本节书摘来自异步社区《ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册》一书中的第2章，第2.6节,作者： 吕建国 , 康士廷 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
2.6 概念建模
ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册
Concept菜单中的特征用于创建及修改线和体，将它们变成有限元梁和板壳模型，进行概念建模有两种方式可供选择，一种为利用Design Modeler中的工具箱来创建；另一种为通过导入外部几何体文件特征直接创建模型。图2-133所示为概念建模菜单。
图2-134 点生成线
**2.6.1 概念建模工具
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进行概念建模首先需要了解概念建模工具，概念建模工具中可以用来创建线体的方法有点生成线（Lines From Points）、从草图生成线（Lines From Sketches）及从边生成线（Lines From Edges）。概念建模工具中可以用来创建表面体的方法有：从线生成表面（Surfaces From Edges）和从草图生成表面（Surfaces From Sketches）。
概念建模中首先需要创建线体，线体是概念建模的基础。
1．从点生成线
由点生成线时（Lines From Points），点可
以是任何二维草图点，三维模型顶点或特征（PF）点，如图2-134所示。一条由点生成的线通常是一条连接两个选定点的直线。另外对由点生成的线的作域操作，允许在线体中选择添加或添加冻结选择。
在利用“从点生成线Lines From Points”创建线体时，首先选定2个点来定义一条线，绿线表示要生成的线段，单击“Apply”确认选择。然后按“Generate”生成，结果如图2-135所示，线体被显示成蓝色。
2．从草图生成线
“从草图生成线（Lines From Sketches）”命令是基于草图和从表面得到的平面创建线体，此命令在菜单中的位置如图2-136所示。操作时在特征树形目录中选择草图或平面使之高亮显示，然后在属性窗格中单击“Apply”，如图2-137所示为由草图生成的线。多个草图、面以及草图与平面组合可以作为基准对象来创建线体。
3．从边生成线
从边生成线（Lines From Edges）基于已有的二维和三维模型边界创建线体，取决于所选边和面的关联性质可以创建多个线体，在树形目录中或模型上选择边或面，表面边界将变成线体（另一种办法是直接选三维边界），然后在属性窗格中单击“Apply”，作为为基本对象，如图2-138所示为所创建的线。
4．修改线体：分割边
分割线体（Split Edges）命令可以将线进行分割。菜单栏中的位置为：“Concept”→“Split Edges”，如图2-139所示。分割线体命令将边成为两段，可以将线用比例特性控制分割位置（例如，0.5 = 在一半处分割）。
在属性窗格中可以通过设置其他选项对线体进行分割，如图2-140为属性窗格中可调的分割类型，例如，按Delta分割（Split by Delta），沿着边上给定的Delta确定每个分割点间的距离；按N分割（Split by N），边的段数。
2.6.2 定义横截面
通常情况下，横截面命令可以把生成的概念线体赋予梁的属性。此横截面可以使用草图描绘，并可以赋予它一组尺寸值。而且只能修改界面的尺寸值和横截面的尺寸位置，在其他情况下是不能编辑的。如图2-141为横截面的菜单栏。
1．横截面树形目录
在Design Modeler中对横截面使用一套不同于ANSYS环境的坐标系，从概念菜单中可以选择横截面，建成后的横截面会在树形目录中显示，如图2-142所示，在这里列出了每个被创建的横截面，单击选中横截面即可在属性窗格中修改它的尺寸。
2．横截面编辑
横截面尺寸编辑：单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Move Dimensions”移动尺寸，如图2-143所示。这样就可以对横截面尺寸的位置重新定位。
另外还可以将横截面赋给线体。将横截面赋给线体的操作步骤为：在树形目录中保持线体为选择状态，横截面的属性出现在属性窗格，在此处的下拉列表中单击选择想要的横截面，如图2-144所示。
在Design Modeler中还可定义用户已定义的横截面。在这里可以不用画出横截面，而只需基于用户定义的闭合草图来创建截面的属性，如图2-145所示。
创建用户定义的横截面的步骤为：首先从概念菜单中选“Cross Section”→“User Defined”，然后在树形目录中会多一个空的横截面草图，单击画图标签绘制所要的草图（必须是闭合的草图），最后单击工具栏中的图片 1重新生成按钮，Design Modeler会计算出横截面的属性并在细节窗口中列出，这些属性不能更改。
3．横截面对齐
在Design Modeler中横截面位于xy平面，
如图2-146所示：定义横截面对齐的步骤为：局部坐标系或横截面的+y方向，默认的对齐是全局坐标系的+y 方向，除非这样做会导致非法的对齐。如果是这样的话，这时将会使用+z 方向。
注意 在ANSYS 经典环境中，横截面位于YZ平面中，用X方向作为切线方向，这种定位上的差异对分析没有影响。
用有色编码显示线体横截面的状态。
紫色：线体未赋值截面属性。
黑色：线体赋予了截面属性且对齐合法。
红色：线体赋予了截面属性但对齐非法。
树形目录中的线体图标有同样的可视化帮助，如图2-147所示。
绿色：有合法对齐的赋值横截面。
黄色：没有赋值横截面或使用默认对齐。
红色：非法的横截面对齐。
用视图菜单进行图形化的截面对齐检查步骤为：选择“Show Cross Section Alignments”，其中“绿色箭头= +y，蓝色箭头= 横截面的切线边”，或选择“Cross Section Solids”。
选择默认的对齐，总是需要修改横截面方向，有2种方式可以进行横截面对齐，选择或矢量法，选择使用现有几何体（边，点等）作为对齐参照方式，矢量方式法输入相应的x、y、z 坐标方向。
上述任何一种方式都可以输入旋转角度或是否反向。
4．横截面偏移
将横截面赋给一个线体后，属性窗格中的属性允许用户指定对横截面进行偏移的类型，如图2-148所示。
质心（Centroid）：横截面中心和线体质心相重合（默认）。
剪力中心（Shear Center）：横截面剪切中心和线体中心相重合。
注意质心和剪切中心的图形显示看起来是一样的，但分析时使用的是剪切中心。
原点（Origin）：横截面不偏移，就照着它在草图中的样子放置。
用户定义（User Defined）：用户指定横截面的x方向和y方向上的偏移量。
2.6.3 面操作
在Workbench中进行分析时，需要建立面。可以通过从线建立面（Surfaces from Edges）、从草图创建面（Surfaces From Sketches）。在修改操作中，可以进行面修补及缝合等。
1．从线建立面
从线建立面（Surfaces from Edges）命令可以用线体边作为边界创建表面体，此命令的操作路径为“Concept”→“Surfaces from Edges”。由线体边必须没有交叉的闭合回路，每个闭合回路都创建一个冻结表面体，回路应该形成一个可以插入到模型的简单表面形状，可以是平面、圆柱面、圆环面、圆锥面、球面和简单扭曲面等。从线建立面如图2-149所示。
注意 在从线建立面时，无横截面属性的线体能用于将表面模型连在一起，在这种情况下，线体仅仅起到确保表面边界有连续网格的作用。
2．从草图创建面
在Workbench中可以由草图作为边界创建面体（单个或多个草图都是可以的），操作的路径为“Concept”→“Surfaces From Sketches”。基本草图必须是不自相交叉的闭合剖面。在属性窗格中可以选择“添加”或“加入冻结体”操作、是否和法线方向相反，如图选“No”为和平面法线方向一致。另外，输入厚度则用于创建有限元模型。
3．面修补
面修补（Surface Patch）操作可以对模型中的缝隙进行修补操作，如图2-151所示。面修补命令在菜单栏中的位置为“Tools”→“Surface Patch”。
面修补的使用类似与面删除的缝合方法（natural and patch）。对于复杂的缝隙，可以创建多个面来修补缝隙。修补的模式除了Automatic（自动模式）外，还可以使用Natural Healing（正常修补）和Patch Healing（补丁修补模式）。
4．边接合
边接合粘接需要连续网格的体，如图2-152所示。在Workbench中创建有一致边的面或线多体零件时会自动产生边结合。在没有一致拓扑存在时，可以进行人工接合。边结合的操作路径为“Tools”→“Joint”。
在View菜单中选中边结合选项，如图2-153所示。边接合将被显示。
在视图中边接合以蓝色或红色显示分别代表不同的含义。
蓝色：边接合包含在已正确定义的多体素零件中。
红色：边接合没有分组进同一个零件中。
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2.6.4 概念建模实例**
下面将以实例说明概念建模的绘制步骤。通过本实例可以了解并熟悉在建模过程中是如何进行概念建模的。
1．新建模型
1打开Workbench程序，展开左边工具箱中的Component Systems栏，将工具箱里的Geometry 选项直接拖动到项目管理界面中或是直接在项目上双击载入，建立一个含有Geometry的项目模块。结果如图2-154所示。
2创建模型。双击A2栏图片 1，启动Design Modeler创建模型应用程序。
3选择单位。进入到Design Modeler应用程序时，会弹出单位选择对话框，在这里选择“Millimeter”选项，然后单击“OK”按钮。选择毫米为单位。
2．创建草图
1创建工作平面。首先单击选中树形目录中的“xy轴平面”图片 1分支，然后单击工具栏中的“创建工作平面”图片 1按钮，创建一个工作平面，此时树形目录中“xy轴平面”分支下，会多出一个名为Sketch1的工作平面。
2创建草图。单击选中树形目录中的“Sketch1”草图，然后单击树形目录下端的“Sketching”标签，打开草图绘制工具箱窗格。在新建的Sketch1的草图上绘制图形。
3切换视图。单击工具栏中的正视于按钮。将视图切换为xy方向的视图。
4绘制矩形。打开的草图绘制工具箱默认展开绘图栏，首先单击绘图栏中的“矩形图片 1”命令。将光标移入到右边的绘图区域。移动光标到视图中的原点附近，直到光标中出现“P”的字符。单击鼠标确定圆的中心点，然后移动光标到右上角单击鼠标，绘制一个矩形。结果如图2-155所示。
5绘制直线。首先单击绘图栏中的“直线图片 1”命令。在绘图区域中绘制两条互相垂直的直线。结果如图2-156所示。
6添加水平尺寸标注。单击草图绘制工具箱的Dimensions栏，将此尺寸标注栏展开。单击尺寸栏内的“水平标注”图片 1命令。然后分别标注两个水平方向的尺寸，单击尺寸栏内的“垂直标注”图片 1命令。分别标注两个垂直方向的尺寸，然后移动光标到合适的位置放置尺寸。标注完水平尺寸的结果如图2-157所示。
7修改尺寸。由上步绘制后的草图虽然已完全约束，但尺寸并没有指定。现在通过在属性窗格中修改参数来精确定义草图。此时的属性窗格如图2-158所示。将属性窗格中H1的参数修改为200mm，H2的参数修改为400mm，V3的参数修改为200mm，V4的参数修改为400mm。单击工具栏中的“缩放到合适大小图片 1”命令，将视图切换为合适的大小。绘制的结果如图2-159所示。
3．创建线体
1创建线体。单击菜单栏中的“Concept”→“Lines From Sketches”，如图2-160所示，执行从草图创建线体命令。此时属性窗格的“BaseObjects”栏为激活的状态，单击选中树形目录中的“Sketch1”分支，然后返回到属性窗格单击“Apply”按钮，完成线体的创建。
2生成模型。完成从草图生成线体命令后，单击工具栏中的“生成”图片 1按钮，来重新生成模型，结果如图2-161所示。
4．创建横截面
1创建横截面。单击菜单栏中的“Concept”→“Cross Section”→“Rectangular”，如图2-162所示。执行创建矩形的横截面。选定此命令后，横截面连同尺寸一起呈现出来，在本实例中使用默认的尺寸。如果需要修改尺寸，可以在属性窗格中进行更改。
2关联线体。选择好横截面后，将其与线体相关联。在树形目录中单击高亮显示线体，路径为“树形目录”→“1 Part，1 Body”→“Line Body”，属性窗格显示还没有横截面与之相关联，如图2-163所示。单击“Cross Section”栏，自下拉列表中选择Rect1截面。
3带横截面显示。将横截面赋给线体后，系统默认显示横截面的线体，并没有将带有横截面的梁作为一个实体显示，现在需要将它显示。单击菜单栏中的“View”→“Cross Sections Solids”命令。显示带有梁的实体，如图2-164所示。
5．创建梁之间的面
1选择梁建面。下面将创建梁之间的面。这些面将作为壳单元在有限元仿真中划分网格。单击菜单栏中的“Concept”→“Surfaces From Edges”。然后按住Ctrl键选择如图2-165所示的4条线。单击属性窗格中的Edges栏内的Apply按钮。
2生成模型。单击工具栏中的“生成”图片 1按钮，来重新生成模型，结果如图2-166所示。
3生成其他面。采用同样的方法绘制其余3个面，结果如图2-167所示。
6．生成多体零件
1在进行建模操作时，将所有的体素放入单个零件中，即生成多体零件。这样做是为了确保划分网格时每一个边界能与其相邻部分生成连续的网格。
2选择所有体。在工具栏中单击“选择体”命令，如图2-168所示。设定选择过滤器为“体”。在绘图区域中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择Select All，选择所有的体。
3生成多体零件。在绘图区域中再次单击右键，在弹出的右键菜单中选择“Form New Part”命令，生成多体零件，如图2-169所示。
