Workbench中的布尔运算方法总结

    创建复杂的几何模型时，大家更多的是使用CAD软件工具进行建模。但类似Solidworks这样的CAD软件中的布尔运算功能也不强。作者在建立一些复杂的模型时，通常使用Solidworks与Workbench软件相结合，充分利用Workbench中的布尔运算功能，处理模型。

如果用过经典ANSYS的童鞋们都会知道经典环境中有：

（1）交运算：由图素的共同部分形成一个新的元素，其运算结果只保留两个或者多个图素的重叠部分；

（2）加运算：加运算是由多个几何图素生成一个几何图素，而且该图素是一整体，即没有“接缝”（内部的低级图素被删除）；

（2）减运算：“删除”母体中一个或多个与子体重合的图素；

（3）工作平面切分：用工作平面切分图素实际上是布尔减运算，即图素（线、面、体）减工作平面的运算，但工作平面不存在运算后的删除问题，且利用工作平面不用预先创建减去的面，因此在很多情况下非常方便；

（4）分割运算：分割运算是将多个同级图素分为更多的图素，其相交边界是共享的，即相互之间通过共享边界连接在一起；

（5）搭接运算：搭接运算仅限于同等级图素，由几个图素生成更多的图素，并且在搭接区域生成多个共同的边界；

（6）粘接运算：把两个或多个同级图素粘在一起，在其接触面上具有共享的边界。

ANSYS的老用户对这些布尔运算及其命令流的使用应该不陌生了。但自从Workbench“横空出世”后，经典ANSYS老用户想要使用Workbench中的布尔操作功能时总找不到地方，作者在此根据自己的使用经验，简单总结一下Workbench中的布尔运算功能，并与经典ANSYS中的布尔运算功能进行简单对比。

3.1 导入模型时的“布尔运算”

采用其他CAD软件进行实体建模后导入Workbench进行处理时，可有相应设置，我们以两个相交的圆柱体来给大家介绍一下这些设置的作用，其中较扁圆柱体为import1，较长圆柱体为import2：

图1 实验使用模型

（1）Add Material：添加材料：两个有相交的图素会生成一个图素

图2 两相交圆柱体同用add material时，两者会生成一个实体

（2）Cut Material：添加的实体会切除与其相交的非Frozen实体

图3 较扁圆柱为非frozen实体时，较长圆柱可用cut material设置切除较扁圆柱

（3）Imprint Faces：表面印记，仅分割体上的面，可方便地应用在局部加载，在此不贴图示意，往后在加载部分再讨论；

（4）Add Frozen：加入“冰冻”材料，其实意思就是加入这个模型的时候，不进行“布尔操作”。

图4 两者都为frozen时，两者为独立的实体，呈半透明状态

（5）Slice Material：模型的切片操作。

图5 当较扁圆柱体为frozen实体时，添加较长圆柱体时会有slice material出现，意为“切片”

3.2 基于工作平面的布尔运算

上一小结提到布尔运算时，作者都会加一个“”，想强调的是，这有区别于经典中的布尔操作。workbench中提供这个功能，已经将其他一些CAD软件抛在了后面。而这节开始讲的布尔运算相关的操作，与经典中的操作就比较类似了。

在经典中，我们习惯称为“工作平面”，而在workbench中，其实也差不了多少，就是xy组成的平面。而不同的是，在经典中工作平面只有一个，在workbench中，平面可以有很多个。具体建立平面的方法呢，在这也只是大致了解一下便可：

图6 建立新平面的控件

图7 建立新平面的方法

下面我们来介绍一下用平面切分体。

图8 创建平面和创建slice（切片）对象

建立了平面后（在本例子中是plane4），并成功建立一个slice对象，generate就可以了。不过这里需要注意的是，用slice进行操作的对象（实体）必须是frozen状态下的，包括之后的布尔运算

图9 slice的设置

图10 slice之后生成了4个实体

到这里，类似与经典操作中的工作平面切分的设置已经基本上介绍完了。往下作者介绍一下其他的布尔操作。

3.3 实体与实体之间的布尔运算boolean控件

3.3.1 Unite操作

Unite操作感觉上就是加运算，只要选中两个实体，进行unite运算，就是将两者相加起来，生成一个实体。

图11 选中两个tool bodies 并进行unite运算

图12 选中两个tool bodies 并进行unite运算

这个布尔操作看上去与之前的add material很相似。不过，add material只能是导入模型的时候能使用，对于多个实体的模型用起来并不方便。因此，若是多个实体的操作，应当将所有实体设置成frozen后再进行unite操作。

3.3.2 Subtract操作

    Subtract操作其实就是经典中的减操作。操作时需要确定哪个是目标体，哪个是工具体，最后再设置一下是否保留工具体。

图13 subtract的操作设置

下面两图给出的是设置不保留、保留工具体时的效果：

图14 不保留工具体

图15 保留工具体

3.3.3 Intersect操作

该操作与经典中的相交操作相同。控制的关键选项在preserve tool bodies，其中有三种选择（a）NO；（b）Yes；（c）Yes，Slice。意思分别为：（a）不保留tool bodies，只保留相交部分；（b）保留tool bodies，并生成相交部分；（c）保留tool bodies，并有并保留相交部分，不过原先的tool bodies已经切片。

图16 不保留tool bodies

图17 保留tool bodies

图18 保留tool bodies，但切片

3.3.4 公共边界问题

在经典中，很多布尔操作过后大家都会想着如何使两个体的单元、节点连续，即共节点问题。而在Workbench中并不需要在布尔操作时考虑。只要满足条件共节点条件时，在workbench中只要选中需要连续的体，建立“多部件体”便可。

图19 建立多部件体

4. 小结

    上面讨论过后，大家也能看到经典Ansys与Workbench之间的不同点和相同点。布尔运算操作博大精深，大家使用时一定要多动脑筋。以上为作者根据以往经验所写，如有错误之处，也请大家指出。

首发于：力学园。本人整理发布，版权归属zhanghanger。