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1、第二章第二章 几何建模几何建模(Geometry)1. Geometry概述概述 Patran几何建模目的几何建模目的 有限元网格划分有限元网格划分材料、单元特性定义材料、单元特性定义边界条件、载荷施加边界条件、载荷施加 一般的流程一般的流程从从CAD读入，不作任何处理读入，不作任何处理从从CAD读入，在读入，在Patran中几何编辑中几何编辑直接在直接在Patran中创建中创建 !几何建模不是Patran目的 单位问题：几何分类及描述几何分类及描述任何几何在任何几何在Patran中都由中都由Point、Curve、Surface、Solid构成构成 点 0 维几何，用维几何，用X,Y,Z三坐
2、标描述，缺省三坐标描述，缺省蓝绿色（蓝绿色（cyan） 曲线 Patran中分为：简单曲线（中分为：简单曲线（ASM Curve）和复杂曲线（）和复杂曲线（Chained Curve） 简单曲线简单曲线：由两端点：由两端点P1，P2及参数坐标及参数坐标(01)描述。缺省描述。缺省黄色黄色(Yellow) =0 起点参数，起点参数，=1 终点参数终点参数 复杂曲线复杂曲线: 多条简单曲线合并而成，可封闭，可不封闭，显示为多条简单曲线合并而成，可封闭，可不封闭，显示为紫红色紫红色 曲面曲面 Patran中分为：简单或参数曲面中分为：简单或参数曲面(Parametric Surface 或或simp
3、le Surface) 复杂曲面复杂曲面(General Surface 或或Trimmed Surface) 简单曲面简单曲面: 3边或边或4边的空间曲面边的空间曲面 可用可用P1,P2,P3,P4四顶点坐标及四顶点坐标及1、2二参数坐标描述二参数坐标描述 可增加显示线可增加显示线(display line)显示曲面内部曲率变化显示曲面内部曲率变化 显示为显示为绿色绿色(Green) 简单曲面可以用简单曲面可以用IsoMesh(mapped)或或Paver划分器划分网格划分器划分网格复杂曲面复杂曲面：任意形状封闭外边界和任意多任意形状封闭内边界：任意形状封闭外边界和任意多任意形状封闭内边界
4、一般内外封闭曲线都是复杂曲线一般内外封闭曲线都是复杂曲线 任何曲面都可用复杂曲面表示任何曲面都可用复杂曲面表示 超过超过4条边的曲面一定为复杂曲面条边的曲面一定为复杂曲面 显示为显示为洋红色洋红色(Magenda) 复杂曲面只能用复杂曲面只能用Paver划分器划分网格划分器划分网格 实体 Patran中分为：简单实体（中分为：简单实体（Parametric Solid) B-rep实体实体(Boundary representation Solid）简单实体简单实体：只能是四面体：只能是四面体,五面体或六面体五面体或六面体 可用可用P1P8八个顶点八个顶点 可用可用1,2,3三参数表示三参数表
5、示 显示为显示为蓝色（蓝色（Blue） 简单实体可用简单实体可用IsoMesh (mapped) 网格划分器将网格划分器将实体划分为实体划分为六面体、五面体六面体、五面体单元；单元；也可以也可以Tet网格划分器将实体划分为网格划分器将实体划分为四面体四面体单元单元B-rep 实体实体：由边界面描述的实体，可表任何实体：由边界面描述的实体，可表任何实体 CAD软件读入的模型，都属软件读入的模型，都属B-rep实体实体 显示为白色（显示为白色（White） B-rep实体只能实体只能以以Tet网格划分器将实体划分为网格划分器将实体划分为四面体四面体单元单元 平面、向量平面、向量 平面平面：由面内的
6、点和法向定义：由面内的点和法向定义向量向量：由大小、方向、原点定义：由大小、方向、原点定义用途：建立几何几何拓扑描述几何拓扑描述体体(Body)由面由面(Face)构成构成Face由边由边(Edge)构成构成边由顶点边由顶点(Vertex)构成构成 上级拓扑存在，其子拓扑已存在上级拓扑存在，其子拓扑已存在2. 读入几何模型读入几何模型 (1)File= Import(2)选选source(3)指定指定Import File(4)指定指定输入选项输入选项(4)点点Apply步骤：步骤：（6）CAD几何统计确定几何统计确定 直接从直接从CAD读几何模型时产生的中性文本文件读几何模型时产生的中性文本
7、文件 MSC/ARIES几何模型通过该格式访问几何模型通过该格式访问 IGES标准可读入，也可输出几何标准可读入，也可输出几何bdf 文件文件, Nastran标准输入文件，也标准输入文件，也可在可在Menu Bar中中Analysis输入输入可合并可合并Patran数据库数据库,自动处理重复名称、编号自动处理重复名称、编号可进行可进行参数设置参数设置SolidWork几何可读入几何可读入 Patran读入文件类型在在Patran读模型时读模型时,隐去隐去(Suppress)分析中不必要的分析中不必要的CAD细节细节3. 创建、编辑几何创建、编辑几何 Create(创建创建)Delete(删除
8、删除)Edit(编辑编辑)Show(显示显示)Transform(变换变换)Verify(检验检验)Associate(相关相关)Disassociate(删相关删相关)Renumber(重编号重编号)Point(点点)Curve(线线)Surface(曲面曲面)Solid(体体)Coord(坐标系坐标系)Plane(平面平面)Vector(矢量矢量) 点点(Point)建立点建立点(Create/ Point)方法方法说说 明明XYZ根据根据X，Y，Z创建点，可在创建点，可在Databox中用鼠标拾起，或在屏幕上捕捉中用鼠标拾起，或在屏幕上捕捉Interpolate按均匀或等比方式在二点间产
9、生按均匀或等比方式在二点间产生N个点个点Arc Center在曲率中心创建点在曲率中心创建点Extract在曲线或边指定位置创建点。如：在曲线或边指定位置创建点。如：=0.5点为中点，点为中点，=0.333为三等分点为三等分点Intersect在二线或边交点处，创建点在二线或边交点处，创建点Offset给定偏置位移，创建点给定偏置位移，创建点Pierce创建线与面交点创建线与面交点Project点投影到线、面、体上创建点点投影到线、面、体上创建点显示点显示点(Show/ Point)方方 法法说说 明明Location显示点在坐标系中坐标值Distance显示二点间距离Node显示与该点相关结
10、点 Transform / Point(变换点变换点)方方 法法输入参数输入参数说说 明明Translate一个矢量一个矢量根据给定矢量平移或拷贝点根据给定矢量平移或拷贝点Rotate转轴及转角转轴及转角给定转轴及转角，转动或拷贝点给定转轴及转角，转动或拷贝点Scale坐标系及缩放因子坐标系及缩放因子在指定坐标系，放大或收缩点位置在指定坐标系，放大或收缩点位置Mirror镜面镜面根据指定镜面，产生点镜面映射根据指定镜面，产生点镜面映射Mcoord二个坐标系二个坐标系坐标值不变，参考坐标系由坐标值不变，参考坐标系由1变为变为2。在将模。在将模型装配对准时有用型装配对准时有用Pivot三个点：其中
11、一个为原点，其它二点用来确三个点：其中一个为原点，其它二点用来确定转角及方向定转角及方向根据三个点所定义的转轴和转角，转动一个根据三个点所定义的转轴和转角，转动一个点点Position三个原始点三个原始点,三个目标点三个目标点 Vsum二个原点及对应的二组二个原点及对应的二组XYZ方向上的缩放因方向上的缩放因子子新坐标点是对原点在新坐标点是对原点在XYZ方向缩放后的坐标方向缩放后的坐标Mscale参考坐标系，参考坐标系，XYZ缩放因子缩放因子移动矢量，旋转变换矩阵移动矢量，旋转变换矩阵新点是移动，缩放，旋转变换共同作用结果新点是移动，缩放，旋转变换共同作用结果注：变换操作对所有几何一样注：变换
12、操作对所有几何一样硬点、硬线（硬点、硬线（Associate/Disassociate)硬点硬点: 指网格划分中必须为有限元结点的几何点指网格划分中必须为有限元结点的几何点 硬线硬线: 指网格划分时必须处在有限单元边界上的几何线指网格划分时必须处在有限单元边界上的几何线 作用作用：(1) 处理不同模型间连接处理不同模型间连接 (2) 施加边界条件施加边界条件 (3) 定义物理特性定义物理特性 操作操作: Associate 将将Point定义为定义为Surface或或 Curve的硬点的硬点 将将Curve定义为定义为Surface的硬线的硬线 Disassociate 将定义的硬点、硬线还原
13、成一般的点或线将定义的硬点、硬线还原成一般的点或线 示例示例注：网格划分中注：网格划分中,仅仅Paver划分器能识别硬点、硬线划分器能识别硬点、硬线 线线(Curve)任何线任何线曲线曲线面或体的边面或体的边二点定义曲线二点定义曲线曲线上一段曲线上一段二面交线二面交线线的线的Select Menu 方方 法法说说 明明类类 型型Point由二、三或四点产生直线、二次曲线或三次曲线 简单曲线Arc 3 Point产生过三点的圆弧 简单曲线Chain由一组首尾相连曲线产生复合线(Chained Curve)；可封闭或不封闭；Auto Chain功能，自动查找并显示可行的下一曲线 复杂曲线Conic
14、由二端点及焦点，产生抛物线，双曲线或椭圆线 简单曲线Extract提取面的边，或在曲面或面某参数位置产生曲线 简单曲线Fillet二线间产生倒角圆弧 简单曲线Intersect两曲面交线 简单曲线Fit用参数化最小二乘法，产生拟合曲线 简单曲线Manifold过面上二点或多点产生面内曲线 简单曲线Normal产生一条曲线与点间的距离最短的直线 简单曲线Project按给定投影方向，将线向面上投影 简单曲线Pwl由一组点产生分段折线 简单曲线Spline由一组点产生样条曲线（Loft Spline 或B-Spline）二端切线方向可指定 简单曲线Tangent Curve二曲线公切线 简单曲线T
15、angent Point从点向曲线作切线 简单曲线XYZ输入起点，对应矢量，产生线 简单曲线Involute产生渐开线，形成齿廓曲线有用Revolve由点，回转轴和转角创建园弧平面曲线产生：都须输入“Construction Plane List”，即曲线所在平面2d Normal在平面内作一条垂线2d Circle在平面内画一个园2d Arc Angles在平面内，根据园心，半径，起始角，终止角创建一条园弧2d Arc 2angles在平面内，根据指定的半径或园心，在二点间作一园弧2d Arc 3point在三点间创建一圆弧线产生方法线产生方法方方 式式说说 明明Break打断曲线或边，可通
16、过参数或点来定断开位置打断曲线或边，可通过参数或点来定断开位置Blend把二条或多条曲线把二条或多条曲线(或边或边)合并成一条曲线；新曲线一阶导数连续合并成一条曲线；新曲线一阶导数连续,不会与原曲线一致不会与原曲线一致Disassemble把把(Chained曲线分解成一组简单曲线曲线分解成一组简单曲线Extend延长曲线延长曲线Merge把多条曲线把多条曲线(边边)合成一条合成一条;新曲线在指定公差内与原曲线一致新曲线在指定公差内与原曲线一致Refit将曲线转换成相互连续的分段三次曲线将曲线转换成相互连续的分段三次曲线Reverse改变曲线参数方向改变曲线参数方向Trim修剪曲线到指定位置修
17、剪曲线到指定位置Edit /Curve示例方方 式式说说 明明Attribute显示曲线几何类型，长度和起始点等显示曲线几何类型，长度和起始点等Arc显示有关圆弧信息显示有关圆弧信息Angles显示二线间夹角显示二线间夹角Length Range显示长度在指定范围的部分特性，并求长度和显示长度在指定范围的部分特性，并求长度和Node显示曲线显示曲线(或边或边)上所有硬点上所有硬点Show /Curve示例 面面(Surface)面的面的Select Menu 任何面曲面 体表面二条线定面方方 法法说说 明明Curve过过2，3或或4个点产生一次，二次或三次曲面个点产生一次，二次或三次曲面Com
18、posite将多个曲面合并成一大复杂曲面将多个曲面合并成一大复杂曲面Decompose将复杂曲面重构成由三角形，四边形曲面组成的简单曲面将复杂曲面重构成由三角形，四边形曲面组成的简单曲面Edge由由3条或条或4条封闭曲线，生成三角形或四边形曲面条封闭曲线，生成三角形或四边形曲面Extract提取实体表面，或按一定参数提取实体内某一面提取实体表面，或按一定参数提取实体内某一面Fillet二个面间产生倒角面二个面间产生倒角面Match当二面交接处有裂纹时，用当二面交接处有裂纹时，用match消除间隙，以保证连接协调消除间隙，以保证连接协调Ruled二曲线间产生有理面二曲线间产生有理面Trimmed
19、指定母面上一外边界，或一外边界和多条内边界，创建指定母面上一外边界，或一外边界和多条内边界，创建trimmed 面面Vertex过过3或或4个顶点创建面个顶点创建面(或在母面上创建面或在母面上创建面)XYZ指定原点及一矢量，创建矩形面指定原点及一矢量，创建矩形面Extrude曲线曲线(或边或边)沿指定方向拉伸出一面，拉伸时可进行缩放和转动沿指定方向拉伸出一面，拉伸时可进行缩放和转动Glide基线基线(base curve)沿路径沿路径(direction curve)滑动，形成曲面滑动，形成曲面Normal曲线曲线(或边或边)沿法向偏置产生曲面沿法向偏置产生曲面Revolve曲线绕轴旋转产生曲
20、面曲线绕轴旋转产生曲面面产生法面产生法示例示例Edit / Surface方方 法法说说 明明Break曲面按某方式（如曲线，参数位置等）分割成多个小曲面曲面按某方式（如曲线，参数位置等）分割成多个小曲面Blend合并多个曲面为一个，且边界一阶导数连续合并多个曲面为一个，且边界一阶导数连续Disassemble把把Trimmed Surface打散，分解成简单曲面打散，分解成简单曲面Edge Match消除相邻曲面间缝隙，使协调一致消除相邻曲面间缝隙，使协调一致Refit将复杂曲面，用简单三次曲面（将复杂曲面，用简单三次曲面（Parametric Cubes）替换，新曲面在指定公差）替换，新曲
21、面在指定公差内与原始面一致内与原始面一致Reverse将曲面及其相应单元反向将曲面及其相应单元反向Sew自动缝补曲面，即自动执行自动缝补曲面，即自动执行Edit/Point/Equivalence和和Edit/Surface/Edge Match 示例 体体(Solid)方方 式式说说 明明Surface根据根据2个，个，3个或个或4个简单面建个简单面建1次，次，2次或次或3次简单实体次简单实体B-Rep 根据一组协调封闭曲面生成根据一组协调封闭曲面生成B-Rep实体实体Decompose指定实体内一些顶点位置，分解实体指定实体内一些顶点位置，分解实体Face指定指定56个封闭边界面创建简单实
22、体个封闭边界面创建简单实体Vertex指定顶点建实体指定顶点建实体Xyz根据一矢量原点及一个矢量，建长方体根据一矢量原点及一个矢量，建长方体Extrude将曲面沿矢量方向拉伸成实体将曲面沿矢量方向拉伸成实体注注:：Trimmed Surface不能拉伸成不能拉伸成-Rep实体实体Glide由基准曲面（由基准曲面（Base Surface）沿）沿1或或2条路径（条路径（Director Curve）滑动，）滑动，产生一个实体。注：产生一个实体。注：Trimmed Surface不能作为基准曲面。不能作为基准曲面。Normal将曲面沿法向偏置一段距离，形成实体将曲面沿法向偏置一段距离，形成实体Re
23、volve将曲面绕坐标轴转一角度，产生实体将曲面绕坐标轴转一角度，产生实体示例示例方方 式式说说 明明Break将简单实体按某方式分割成多个简单体将简单实体按某方式分割成多个简单体Blend将多个简单实体合并成一个，且新实体在边界一阶导数连续将多个简单实体合并成一个，且新实体在边界一阶导数连续Disassemble将将B-rep实体分解成一组简单实体实体分解成一组简单实体Refit将复杂体转化成由相互连续的三次曲面描述的几何体将复杂体转化成由相互连续的三次曲面描述的几何体Reverse改变几何体三参数方向改变几何体三参数方向坐标系坐标系(Coord)坐标系类型坐标系类型 三坐标分量均用三坐标分
24、量均用1，2，3表示表示 方方 式式说说 明明3Point过三个点，即：原点（过三个点，即：原点（origin），），3轴方向上某点和轴方向上某点和1-3平面内一点，建坐标系平面内一点，建坐标系Axis过三个点，即：原点（过三个点，即：原点（origin），），1轴方某点和轴方某点和2轴点，建坐标系轴点，建坐标系Euler过原点，绕某参考坐标系三个转角，建坐标系过原点，绕某参考坐标系三个转角，建坐标系Normal曲面及曲面上点，定义坐标系曲面及曲面上点，定义坐标系,轴轴3与曲面法向一致，轴与曲面法向一致，轴1与曲面与曲面方向一致方向一致坐标系建立坐标系建立 示例平面(Plane)过三点确定平面
25、坐标系1-2,2-3,1-3面缺省坐标系1-2面过矢量原点，垂直于该矢量的平面方方 式式说说 明明Vector Normal过一矢量定义平面过一矢量定义平面(过原点，垂直该矢量过原点，垂直该矢量)Curve Normal过曲线及曲线上一点定义平面过曲线及曲线上一点定义平面(过该点，垂直于曲线切向过该点，垂直于曲线切向)Interpolate输入一曲线及插值标准输入一曲线及插值标准(均匀均匀,等比等等比等)，一次性沿曲线产生多个平面，一次性沿曲线产生多个平面Least Square入一组点，线或面，产生其最小二乘平面入一组点，线或面，产生其最小二乘平面Offset建一平面的偏置平面建一平面的偏置
26、平面平面平面select Menu 平面建立平面建立示例矢量(Vector)矢量矢量select Menu 过点及全局坐标系原点定义矢量过二点定义矢量取某坐标系1，2或3轴为矢量缺省坐标系3轴垂直某平面曲线上点的切向垂直于曲面方方 法法说说 明明Magnitude根据原点根据原点(origin),方向方向(direction)和长度（和长度（magnitude）建矢量）建矢量Intersect输入二平面（输入二平面（plane1 和和plane2）,取交线建矢量取交线建矢量Normal建矢量，使垂直某平面、曲面或单元面建矢量，使垂直某平面、曲面或单元面Product输入二矢量，求叉积建矢量输入
27、二矢量，求叉积建矢量2 Point根据二点建矢量根据二点建矢量矢量建立矢量建立示例4.简单几何与复杂几何简单几何与复杂几何二种几何间相互转换，是完成高质量网格划分关键 两种几何间变化命令两种几何间变化命令 简单曲面复杂曲面，复杂曲面新复杂曲面 Create / Surface / Trimmed Create / Surface / Composit 复杂曲面简单曲面 Edit / Surface / Disassemble Create / Surface / Decompose 复杂曲面边界产生简单曲面 简单实体B-rep Solid Create / Solid / B-rep B-rep Solid简单体 Edit / Solid / disassemble Edit / Solid / Break ( By plane) Create / Solid / Decompose 直接取B-rep体的边界来创建简单体
