SpaceClaim中模型参数化的三种方法

CFD之道 2023-04-24

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作者 | 张杨仿真秀优秀讲师

首发 | 仿真秀App

导读：从2015年ANSYS 收购SpaceClaim开始，这一款颠覆性的直接建模工具就逐渐成为了仿真界前处理的宠儿，不管是流体、结构、电磁，热或多物理场，还是ANSYS、西门子、达索、澳汰尔，都已经越来越多的在各自的仿真过程中出现SpaceClaim的身影。

图1 某平台的热销课程，SpaceClaim与西门子仿真工具紧密配合

然而，SpaceClaim作为一款无特征直接建模工具，在参数化模型构建的过程中，实际上是存在较大劣势的。尤其是对比传统的CAD设计工具，基于模型树的建模方法显然更适合构建参数化三维实体。不过，随着SpaceClaim软件的不断发展和完善，在不改变直接建模大前提的情况下，参数化的技术和应用也已经逐渐的开始走进仿真工程师的视野。本文就抛砖引玉，简要介绍一下常见的三种SpaceClaim参数化方法

基于拉动与移动工具的几何参数化

SpaceClaim软件中的拉动与移动工具，通常在三维模型的处理过程中扮演着修改模型的角色。立足于已有的三维CAD模型进行尺寸和位置的变更，也常用于圆弧、孔、倒角等尺寸修改的情况。第一种参数化建模的方法就由此而来，在给定的运动边界和基准共同约束下，修改的尺寸即可作为参数作用到最后模型的更改过程之中。

图2 SpaceClaim的群组面板包含参数化和边界命名两种功能

与传统建模过程不同，基于模型修改方法的参数化，在某种程度上也能够实现三维CAD模型的变更，但是受限程度相对较高，如：拓扑结构不能有较大变化，装配关系无法有效约束，相对位置不能锁定等。

然而，对于大部分着眼于多工况仿真计算的参数化模型而言，很多时候其中的几何参数化要求较低，普遍不需要更改拓扑结构，也不存在装配问题，因此，SpaceClaim的参数化功能在这些情况下，还是有较多的应用场景。

图3 直接修改驱动尺寸即可改变几何模型

当然，基于拉动与移动工具进行参数化模型构建的方法还是相对简单的，只需要在群组中构建对应的驱动尺寸即可完成参数化设置。同时，构建完毕的几何参数还可以被Workbench平台进行读取，从而用于后续的网格划分、求解计算、后处理等环节，也支持进一步的仿真优化技术。

图4 SpaceClaim的参数化可以直接与Workbench平台连接

基于标注平面的尺寸参数化

SpaceClaim软件支持快速标注功能，能够对已有的模型在给定的平面上进行快速的尺寸标记，包括长度、角度、半径、距离等。

图5 基于标注平面的尺寸标定

当采用该方法进行参数化建模时，只需要对相应的尺寸进行更改即可完成模型参数的修改，在标注平面内，尺寸前面的爆炸图标决定了该尺寸能否被修改。

图6 包含爆炸符号的尺寸支持参数化

该方法适合于小规模的参数化仿真工作，尤其适合于包含转角的参数化定义，值得一提的是，由于该方法不需要创建组来表征对应的参数，因此也无法和后续的其他工具进行连接。

图7 参数修改于几何实时更新

基于SpaceClaim脚本的参数化建模

这一项技术被认为是建模界具有划时代意义的革新，让很多参数化建模和CFD二次开发无法完成的工作都能够得以有效实现。大家应该了解到，流体仿真的二次开发在传统工作流程中并不被看好，其主要的原因就是三维CAD模型的前处理过于个性化，不同的模型需要进行的前处理工作都不尽相同，这也导致了二次开发模板无法有效形成统一的自动化流程。

图8 SpaceClaim脚本的录制技术

然而，SpaceClaim脚本技术的出现颠覆了这一观念，对于大部分的模型我们都可以通过“导入+重建”的方式来规避那些需要前处理阶段完成的个性化工作，从而有效的统一了不同模型的可能存在的问题，从而保证了二次开发模板的高度自动化。

图9 基于脚本的SpaceClaim自动建模技术

几何模型参数化作为仿真二次开发工作的基础，是首先能够被SpaceClaim脚本技术所支持。对于任何的SpaceClaim模型构建及修改，软件都支持过程的录制技术，所有的软件操作会以Python的代码来进行记录，随后我们只需要对代码的默写数值进行修改，即可轻松完成参数化建模过程。该方法实际上保留了模型建立的过程，与传统结构树建模相比有类似的特点，但更加的灵活、稳定；同时，修改脚本代码的方法不需要基于已有的模型进行更改，也不受拓扑形状和装配关系的限制。适用的范围几乎可以包括所有的场景。