基于UG的CAE前处理 ｜ 几何模型简化方法

摘要

在工程模拟与分析的过程中，一个高效、准确的前处理阶段对于获得满意的仿真结果至关重要。通常，在应用计算机辅助工程（CAE）软件进行仿真预测时，都需要处理相对复杂的几何模型，以降低计算成本，提高仿真精度。然而，常规的CAE软件往往难以直接处理那些结构复杂、尺寸多样性明显的几何模型，尤其是异形结构件及大型装配体。此论文旨在探讨一种基于UG（Unigraphics）软件的简化处理方法，通过一系列优化步骤，将原始的三维实体模型转换为适合后续网格划分和分析的二维片体模型，以提高计算效率和仿真质量。

引言




在传统的前处理流程中，可塑性强的CAD软件（如Solidworks、UG、Pro/E等）能够根据具体工程需求对几何模型进行预处理，去除不必要的细节特征、合并无相对运动的几何单元、修正非线性曲线、消除缝隙等，这是将实体模型简化为适合用于后续CAE分析的二维片体模型的关键步骤。

问题描述

本文选取一个具有明显薄壁特征的三维实体零件为例，进行简化处理。首先，剔除凸台、沉孔、圆角等无关紧要的细节，然后将剩余的体单元转换为易于网格划片的片体形态。这样的预处理不仅有助于减少节点和单元数量，提高网格质量，还能够有效减少计算时间和资源消耗。

方法与步骤


1. 模型导入与初步设置

使用任意CAD软件（如Solidworks）构建几何模型：通过CAD软件生成目标实体模型，并导出或另存为通用的X_T格式文件。

打开UG软件：利用UG软件新建零件模型，为后续的几何建模编辑做准备。


2. 模型细节特征清理

体单元细节清除：通过UG的同步建模功能，如偏置区域、相关（共面）、删除面、曲面创建（有界平面、偏置/缩放加厚）等多个接口，实现对沉孔、凸台、圆角、圆孔等细节特征的有效删除与清理。

参数移除与实体合并：利用移除参数功能确保模型无多余的参数覆盖，采用组合功能将清理后的体单位合并，形成一个单一的实体模型。

3. 体单元向片体转化

基准平面创建：通过插入基准/点、基准平面，定义实体模型的拆分基准平面，为后续智能切分操作做准备。

智能切分：运用修剪界面下的修剪体功能，根据预定义的基准平面将实体模型智能地分割为上下两个子实体。

中面抽取出与补片操作：利用中面抽取与修剪、延伸片体功能，消除片体之间的间隙，确保形成完整且连贯的构造实体。

结论与展望

通过上述基于UG的几何模型简化处理方法，不仅能够有效地将复杂的三维实体模型转换为适合于CAE分析的二维片体模型，而且在维持原始模型功能性的同时，显著降低了网格划分的计算复杂度和资源需求。这种方法旨在提供一种灵活、高效、便捷的工程模型预处理解决方案，适用于各种几何复杂度的实体模型。未来的研究可以进一步探索针对特定类型结构件的专项优化策略，或集成自动化参数生成与检查机制，以实现更加精准、便捷、个性化的模型简化与处理流程。

参考文献

引用现代工程模拟与分析中几何建模与前处理的理论与实践，具体指相关CAD软件（如UG、Solidworks等）的用户手册与专业文献。

引用科研领域的相关论文，探讨不同CAE软件在几何模型简化处理中的应用与实证案例，以展现此研究方法的有效性和应用范围。

本文详细而系统地展示了基于UG软件的复杂几何模型简化处理过程，旨在为工程领域的从业者和科研人员提供一个高效、实用的模型预处理解决方案，为其在复杂的几何分析和模拟任务中提供强有力的支持。

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