ANSYS软件的前处理模块具有比较强的几何建模功能。在本节，我们通过介绍用AN-SYS软件的几何建模功能建立如图2-43所示的轴承座来学习基本的几何建模操作。由于轴承座具有对称性，先建立二分之一模型，再用镜像的方法得到整个几何模型。

启动ANSYS软件之后，图形显示窗口默认的背景颜色是黑色，建议把背景颜色修改成白色。选择Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Colors＞Reverse Video，如图2-44所示，把背景颜色改为白色，这时在Reverse Video之前出现一个符号“√”。

Reverse Video对背景进行了反色操作，是一个两选菜单项，重新再选择一次就把背景色改回黑色。在Utility Menu＞PlotCtrls菜单下面列出了全部控制图形显示方式的菜单项，之后面会逐步介绍。在相关操作之前，在主菜单中选择Preproces-sor进入ANSYS软件的前处理模块。

图2-43 轴承座示意图

图2-44 修改背景颜色的菜单项

1.创建带圆孔基座的二分之一几何模型

先创建一个立方体，在对应通孔的位置上再创建两个与通孔体积相同的圆柱体。然后进行布尔操作，从立方体中减去两个圆柱体得到带有两个圆形通孔的基座。

（1）创建长方体 与建立几何模型相关的菜单函数在Main Menu＞Preprocessor＞Model-ing菜单项下面列出，如图2-45所示。Preprocessor＞Modeling菜单项下面有包括一些子菜单项，根据功能菜单函数组成不同的子菜单项，主要的有：

1）Create，包括创建几何元素的菜单函数。

2）Operate，包括进行几何元素布尔操作的菜单函数。

3）Move/Modify，包括移动、修改几何元素的菜单函数。

4）Copy，包括复制几何元素的菜单函数。

5）Delete，包括删除几何元素的菜单函数。

输入坐标值创建立方体，在Create菜单项下面选择Main Menu＞Preprocessor＞Create＞Volumes＞Block＞By Dimensions，显示输入坐标值的对话框，如图2-46所示。把Y方向作为高度方向，输入X1=0，X2=3，Y1=0，Y2=1，Z1=0，Z2=3。

在默认的笛卡儿坐标系中创建了一个棱边平行于坐标轴的立方体，其中的一个顶点在坐标原点上，X方向（屏幕的水平方向）长度为3，Y方向（屏幕的垂直方向）长度为1，Z方向（垂直于屏幕方向）的长度为3，立方体位于坐标轴的正半轴区域中。在这里要注意，默认直角坐标系的方向，默认的工作平面是与默认笛卡儿坐标系重合的，在后续操作中要移动工作平面的位置方向。在ANSYS软件中不设定长度单位，用户自己选择合适的长度单位。通过操作在图形显示窗口右侧的视图操作工具条可以变换视图来显示立方块。

图2-45 几何建模菜单项

（2）建立与孔的体积相当的圆柱体 采用输入半径和高度的方法，在通孔所在的位置创建圆柱体。由于圆柱体的中心位置与工作平面的原点重合，圆柱体的对称轴与工作平面的Z轴重合，需要平移并旋转工作平面。

图2-46 输入坐标值创建立方体的菜单函数和对话框

选择Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP by Increments，显示出“Offset WP”对话框。在对话框中的“X，Y，Z Offsets”编辑框输入坐标原点的沿三个坐标轴的偏移量2.25，1.25，0.75（用逗号分隔），点击“Apply”按钮。把工作平面相对默认笛卡儿坐标系做了平行偏移。

在“XY，YZ，ZX Angles”编辑框输入绕工作平面Z、X和Y坐标轴转动的角度0，-90，点击“OK”按钮。即绕Z轴旋转0°，绕X轴旋转-90°，绕Y轴旋转0°，不输入最后一项数值，ANSYS软件自动把它当做零值来处理。在这里要注意绕坐标轴转动角度的正负值的含义。ANSYS软件中的坐标轴方向是服从右手法则的，绕X轴转动-90°表示从Z轴正向转向Y轴正向。

选择Main Menu＞Preprocessor＞Create＞Volumes＞Cylinder＞Solid Cylinder，在图2-47所示的对话框中输入半径和高度创建实心圆柱体。在对话框中输入以下参数：

WP X=0，WP Y=0，Radius=0.75/2（或0.375），Depth=-1.5，点击OK。得到沿Z轴负方向的圆柱体（这样做使得圆柱体与立方体相交）。

复制生成另一个圆柱体。选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Volumes，在显示图2-48的“Copy Volumes”选择框后，拾取圆柱体，点击“Apply”按钮，显示出如图2-49所示的复制体积元素的对话框。在图2-49所示对话框中的“DZ”选择框输入1.5（沿整体坐标系Z轴正向移动），然后点击“OK”按钮。在图2-48中可以看到整体坐标系的坐标架和工作面坐标系的坐标架，以及创建的立方体和实心圆柱体。

图2-47 创建实体圆柱的对话框

（3）从长方体中减去两个圆柱体生成通孔 接下来对创建出来的三个体积元素进行布尔操作，选择体积元素相减的操作，选择Main Menu＞Preprocessor＞Operate＞Booleans＞Subtract＞Volumes。在显示第一个选择对话框后，首先拾取被减的长方体，点击“Apply”。在显示第二个选择对话框后，拾取准备减去的两个圆柱体，点击“OK”按钮。得到如图2-50所示的带两个通孔的基座。

在创建通孔的时候，改变了工作平面的位置和角度，在进行后续操作之前，使工作平面与整体直角坐标系一致，选择：Utility Menu＞WorkPlane＞Align WP with＞Global Cartesian。

图2-48 复制体积元素的选择框

图2-49 复制体积元素的对话框

2.创建支撑的下半部分

选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Block By 2 corners&Z，定义XY平面上的两个角点和Z方向的深度，创建支撑下半部分对应的立方体。

在图2-51所示创建实体块的对话框中输入下列数值：WP X=0，WP Y=1，Width=1.5，Height=1.75，Depth=0.75，点击“OK”键。立方体的原点坐标设在（0，1，0）的位置上，即基座的上表面。得到如图2-52所示的基座与支撑部分。

3.创建支架的上半部分

在支架上部创建一个四分之一实心圆柱作为支架的上半部分。

图2-50 带两个通孔的基座

1）偏移工作平面到支架的前表面，把工作平面的原点定义在支架前表面的左上顶点。菜单如图2-53所示，选择Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP to＞Keypoints +，把工作平面平移，使其原点与选择的关键点重合，保持坐标轴的方向不变。选择后显示选择关键点的对话框，在刚创建的立方体块的左上角拾取关键点，点击对话框中的“OK”按钮。

图2-51 用角点和Z方向深度建立立方体的菜单函数对话框

2）创建四分之一实心圆柱。选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞Partial Cylinder +，创建部分圆柱。选择后显示创建部分圆柱的对话框，输入下列参数：

WP X=0，WP Y=0；Rad-1=0，Theta-1=0；Rad-2=1.5，Theta-2=90；

Depth=-0.75。

参数Rad-1为内半径，创建实心圆柱时Rad-1取零；参数Rad-2为外半径。参数Theta-1为部分圆柱开始位置的中心角，从工作平面的X轴位置算起，服从右手法则，逆时针方向为正。参数Theta-2为部分圆柱结束位置的中心角。参数Depth为圆柱高度，以沿Z轴正方向为正值。由于工作平面被偏置到了支架的前表面，参数Depth在这里取一个负数。(www.daowen.com)

图2-52 基座与支撑

图2-53 将工作平面原点平移到关键点处的菜单

要注意，在这里并不是必须偏置工作平面。圆柱的中心轴平行于工作平面的Z轴。偏置工作平面后，让圆柱对称轴与工作平面的Z轴重合，不用再定义对称轴位置。如果不偏置工作平面，直接修改圆柱对称轴的位置，同样可以创建出支架的上半部分。在创建部分圆柱的对话框中输入下列参数：

WP X=0，WP Y=2.75；Rad-1=0，Theta-1=0；Rad-2=1.5，Theta-2=90；

Depth=0.75。

4.在支架上生成圆形阶梯孔

做法与创建基座时的方法类似，在圆孔位置处创建两个实心圆柱，再进行布尔运算。由于已经使工作平面的Z轴与通孔的中心轴重合，所以不需要再偏置工作平面。

选择Main Menu＞Preprocessor-＞Modeling＞Create-＞Volumes＞Cylinder＞Solid Cylinder +，在对话框中输入下列参数：WP X=0，WP Y=0，Radius=1，Depth=-0.1875；点击按钮“Apply”，继续创建第二个实心圆柱。在新出现的对话框中输入下列参数：WP X=0，WP Y=0，Radius=0.85，Depth=-2；点击按钮“OK”，关闭对话框。

创建完成的基座与支架、为进行布尔操作准备的两个实心圆柱在图2-54中给出。

接下来，进行布尔运算，对体积元素进行“减法”操作。

1）选择布尔“减法”操作的被减对象。选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Subtract＞Volumes +。拾取构成支架的两个体积元素，作为布尔“减法”操作的母体（被减对象）。单击按钮“Apply”，弹出选择对话框继续选择需要“减去”的对象。

2）拾取大圆柱作为“减去”的对象。单击对话框中的按钮“Apply”，将大圆柱减去，继续显示选择对话框，选择新的被减对象。

图2-54 支架与实心圆柱

3）重复步骤1），选择构成中的两个体积元素，点击按钮“Apply”，继续显示选择对话框。

4）拾取小圆柱体作为“减去”的对象。在对话框中，点击按钮“OK”，完成布尔运算，同时关闭对话框。

布尔“减法”运算完成后的带阶梯圆孔支架如图2-55所示。

5.创建三角形的加强支架

先创建一个与支架下半部分的侧面平行的三角形面，再用拖拉的方法创建出支板。

为操作方便，先合并位置重合的关键点。选择Main Menu＞Preprocessor＞Numbering Ctrls＞Merge Items，显示如图2-56所示的项目合并对话框。将下拉框“Label”设置为“Key-points”，点击按钮“OK”。

图2-55 带圆孔的支架

图2-56 项目合并对话框

1）在底座的上部前面边缘线的中点位置建立一个关键点。选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling Create＞Keypoints＞KP between KPs +，在两个现存关键点之间创建一个新的关键点。显示关键点选择对话框，拾取如图2-57所示的两个关键点，点击按钮“OK”，显示出如图2-58所示的关键点位置选项对话框。

在关键点位置选项对话框中，输入RATI=0.5，点击按钮“OK”。参数RATI的含义是第一个关键点到新建关键点之间距离和第一个关键点到第二个关键点之间距离的比值。参数DIST的含义是第一个关键点到新建关键点之间的距离。

2）创建三角形面积作为加强支架的侧表面。如图2-59所示，在其底棱边中点处新建的关键点kp1，与支架下半部分的顶点kp2、kp3构成了加强支架侧面的三个顶点。通过三个关键点建立加强支架的侧面，选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas>Ar-bitrary＞Through KPs +。

显示关键点选择对话框后，依次拾取基座棱边的中点kp1，支架上下两部分的交点kp2，支架与整个基座的交点kp3。单击按钮“OK”，建立加强支架的三角形侧面。

图2-57 边缘线上的两个关键点

图2-58 关键点位置选项对话框

图2-59 支架侧面的顶点

图2-60 沿面积法线方向拖动的对话框

图2-61 轴承座的二分之一模型

3）沿侧表面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Normal，显示面积元素选择对话框后拾取前面创建的三角形面，点击按钮“OK”，如图2-60所示。显示图2-61所示面积沿法线拖动对话框，输入DIST=0.15，厚度的方向是指向轴承孔中心，点击按钮“OK”。图2-61是增加了加强支板后的轴承座的二分之一模型。

注意：三角形面积的法线方向与拾取三个顶点的次序有关，满足右手法则。

6.粘接所有体积元素

选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Bool-eans＞Glue＞Volumes，显示体积元素选择对话框，点击按钮“Pick All”。

7.沿坐标平面镜映射生成整个模型

选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Reflect＞Volumes，显示体积元素选择对话框，点击按钮“Pick All”。显示如图2-62所示的映射体积元素对话框，“Y-Z plane”，点击按钮“OK”。教育版对几何元素的数量有限制，在ANSYS ED 8.0中无法完成映射操作。

图2-62 映射体积元素对话框