工程中,過盈配合是一種常見的固連的方式,尤其對於電機結構,外殼和定子之間通常是通過過盈連接的。如果關心的是過盈處本身的應力,應變狀態,通常我們會建立接觸對,並且設置過盈量,使用非線性功能進行計算。而對於例如模態分析,我們僅需要一個過盈的狀態,關心的是整體模型的振動頻率和振型,過盈配合完全可以用TIE連接或者共面進行簡化處理。
使用共面的好處有:TIE連接根據不同求解器的參數設置不同,而共面操作是在前處理階段的,與求解器無關,可以方便地進行模型轉換。
本文將主要介紹如何通過SimLab 軟件建立共面。請注意,文中使用的SimLab 版本為2021.2,如果按鈕位置不一致,可以通過ctrl+f鍵尋找對應的命令進行操作。
幾何位置重合
我們知道:凡是幾何位置完全貼合的兩個面,一定可以十分順利的找到一個真正的共面。在SimLab軟件中,可以很便捷的通過Geometry-Body-Connect-join功能將以下類型的共面連接在一起:
Feature中的選項,按順序分別用於尋找以下類型的共面:
- 圓柱面| 圓錐面| 空心圓盤面
- 完全匹配的面
- 平面
- 部分的圓柱面| 錐面
- 重合的面
- 任意面
當然,如果模型比較簡單,可以直接選擇All features一次性處理所有上述共面。此功能在教學視頻中已經有十分詳細的講解,在此不再贅述。
幾何已經產生穿透(過盈)
下圖就是電機外殼與定子簡單示意模型,外層藍色body為電機殼體,內層紫色body為電機定子。
首先需要說明的是,SimLab中可以直接對幾何進行操作的前提是:使用的幾何為Parasolid格式,如果是其它CAD文件,可以在導入時轉換為Parasolid,並且勾選Save Geometry in Database。或者劃分網格後,通過網格層面進行操作。
穿透的幾何可以通過布爾操作中的combine功能將兩者結合在一起,同時勾選Create connected bodies。此時模型樹中會出現如下圖所示的一個新body,模型瀏覽器中觀察幾何,兩者也已經結合為一個整體。

通過Geometry-Body-Connect-shared功能檢查共面,已經可以找到模型中存在的共面。

請注意:圖中側面的環狀面也會被處理為共面,但通常過盈量不會是一個很大的值,直接對該模型進行網格劃分時,將最小網格尺寸設置為一個大於過盈量的值,該面就會被自動壓縮,我們完全不用擔心這個表面。
成功生成網格body後,對該網格body右擊,進行unmerge操作,將網格模型還原為兩個body。此時就已經順利的將外殼體與定子分別劃分網格,並且它們之間一定是共面的關係。
上述布爾操作的方法雖然也能應用於網格,但是布爾操作後的網格邊界可能會出現局部的破損、交叉。而且由於已經存在網格,側環狀面也會導致網格質量下降,body之間的分割線也並不像幾何那樣明顯。對於網格層面,我們通常建議使用以下流程建立共面網格。這里以保留定子外表面網格為例:
首先,我們將原始模型直接劃分網格,將定子的網格body進行isolate,並且通過Geometry-Body-Create-From faces功能,選擇第二個選項,將定子的外表面複製一份並且這個面與所選擇面為共面。
此時如果在Output Window中選擇剛生成的面,可以看到它屬於兩個body(即該面為共面)。然後將定子模型隱藏,只顯示外殼體與剛才生成的共面,顯然,共面一定是包含在殼體body內部的。
如上一節所述,過盈量一般較小,我們可以將內圈的網格面直接刪除(或者刪除時依然保留內環中的部分邊界,後續通過imprint - Edges on Edges將邊界合併)
然後使用Geometry - Face - Create - Edges功能將兩個body的邊界相連。(如果生成面的顏色與圖中不符,是因為邊界選擇順序問題,無須擔心,後續會將兩個body合併)

兩側連接都做完後,就可以將這兩個body 進行merge操作。此時模型中剩餘的兩個body就對應外殼與定子,它們之間也已經有了共面。
連接處的網格質量修復,在SimLab中從來都是十分簡便的,這裡可以通過grid mesh或者remesh重新劃分一下網格,過程不再贅述。
至此,幾種共面的形成方式都演示完成。如果有任何疑問,可發郵件到support@altair.com.tw,也歡迎在文末給我們留言~
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