5 - 2020

Как построить геометрическую модель в Ansys. Выбираем между DesignModeler и SpaceClaim

Андрей Павлевич
Директор по консалтинговым проектам АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс».
Николай Староверов
Технический директор АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс».

Всем известно, что для реализации численного моделирования необходимо подготовить расчетную модель. Это означает, что следует провести комплекс работ по препроцессингу задачи: создать геометрическую модель исследуемого объекта и подготовить сеточную модель расчетной области. В зависимости от постановки задачи численного моделирования к расчетной модели предъявляют различные требования, касающиеся качества и типа сетки. В то же время для обеспечения заданных требований к сетке необходимо должным образом подготовить исходную геометрическую модель.

Программный комплекс Ansys включает два инструмента для работы с геометрией: Ansys DesignModeler и Ansys SpaceClaim. Какой из них окажется более подходящим для выполнения задачи? Зачем вообще существуют эти инструменты, если есть CAD­системы, в которых изначально и создается объект?

Ansys DesignModeler — функциональный аналог CAD

Ansys DesignModeler был неотъемлемой частью Ansys Workbench с момента его появления в середине 2000­х годов. Принцип его работы с геометрией такой же, как в большинстве CAD­систем: древовидная иерархическая структура операций, последовательность которых косвенно отражает технологический процесс изготовления детали; работа с эскизами (скетчами), параметризация размеров, определение взаимосвязей и зависимостей; построение трехмерных объектов на базе эскизов и проведение с ними различных операций и т.п. Наличие Ansys DesignModeler в среде Ansys Workbench предоставляло пользователям ряд новых возможностей в численном моделировании (например, в процессах параметрических и оптимизационных расчетов).

Геометрические модули 
в среде Ansys Workbench

Геометрические модули в среде Ansys Workbench

В то же время основной причиной существования этого геометрического препроцессора была необходимость в инструменте, способном редактировать импортированную геометрию из CAD­систем и создавать несложные детали для численного моделирования. Исходные CAD­модели не всегда пригодны для расчетов. Для построения качественной сеточной модели в большинстве случаев необходимо доработать геометрию: подчистить, упростить, перестроить отдельные элементы и т.п. Ввиду описанного выше принципа последовательных примитивных операций с геометрией, работать с импортированной сторонней геометрией в Ansys DesignModeler не всегда удобно и быстро. Но, с другой стороны, этот рабочий процесс интуитивно понятен инженерам­конструкторам, благодаря чему быстро осваивается ими и становится эффективным инструментом при работе с геометрией. Особенно он помогает на стадии эскизного проектирования, когда необходимо промоделировать множество вариантов детали — Ansys DesignModeler перестраивает параметризованную геометрию очень быстро и гарантирует, что сетка, построенная на ней, будет отвечать всем требованиям качества.

Рабочее окно Ansys DesignModeler

Рабочее окно Ansys DesignModeler

Ansys SpaceClaim как инструмент прямого моделирования

Ansys SpaceClaim появился в линейке программных продуктов Ansys в 2014 году. Данный геометрический препроцессор реализует совершенно иной подход к работе с геометрией — принцип прямого геометрического моделирования. Этот принцип отражает суть новых технологий производства — 3D­печати изделий сложной формы. Поэтому при работе с геометрией не создается дерева операций, а любые изменения геометрии возможны при непосредственных манипуляциях с поверхностями, кривыми и точками. Подобный принцип работы с элементами 3D­объекта без построения серии примитивов и вспомогательных эскизов и геометрии обеспечивает большие возможности по работе с импортированной CAD­геометрией — чистка и упрощение геометрии осуществляется практически за одно действие! Кроме того, Ansys SpaceClaim обладает незаурядными инструментами проверки и исправления дефектов в геометрии, вызванных неточностями CAD­моделирования или ошибками импорта. Ansys SpaceClaim является основным инструментом для решения задач топологической оптимизации. Именно он позволяет получить окончательный гладкий облик детали после того, как из нее «вырезали» все то лишнее, что не оказывает существенного влияния на ее ключевые характеристики, но гарантирует высокое качество расчетной сетки измененной детали. Философия прямого геометрического моделирования отличается от стандартного древо­иерархического подхода большинства CAD­систем, поэтому может потребовать от инженеров­конструкторов большего времени на освоение. В то же время данный инструмент пользуется большой популярностью у инженеров­расчетчиков, которые вынуждены выполнять моделирование по CAD­моделям разной степени готовности, полученным из других подразделений или организаций­смежников, позволяя быстро и эффективно приводить геометрические модели в порядок для построения высококачественной сетки.

Рабочее окно Ansys SpaceClaim

Рабочее окно Ansys SpaceClaim

Выводы

Так какой же все­таки инструмент выбрать? Если вы работаете с качественной исходной CAD­геометрией, модели хорошо параметризованы, не имеют сложных поверхностей, сопряжений, и их можно быстро построить по чертежам, то вам необходим Ansys DesignModeler. Если же вы работаете с импортированной геометрией, в особенности при использовании нейтральных форматов типа STEP или IGES, поверхности и сопряжения сложные, подразумевается 3D­печать и топологическая оптимизация, то вам подойдет Ansys SpaceClaim.

В линейке программного обеспечения Ansys много инструментов, на первый взгляд схожих по функционалу. Но это не так. Пока еще не придуман единый универсальный и оптимальный инструмент для всех типов задач. У каждого из них есть свои плюсы и минусы, позволяющие решать конкретные задачи, повышая эффективность работы. Изучить оба программных продукта можно за короткий промежуток времени — курсы по ним доступны на сайте сервиса дистанционного обучения CADFEM eLearning.