复杂边坡的ansys三维建模

Posted 2021-11-28 caizhao

 前段时间要做一个关于边坡稳定性的有限元分析，由于对ansys软件不熟，加之也没有三维边坡的建模经验，一开始感觉挺复杂的。如果按照传统的建模步骤，即先连等高线，做相应的线处理，再通过DXF2ANSYS程序生成lgw文件导入ansys，自底向上建立模型，工作量还是相当大的。关键是生成了许多小的实体，那么后面再引入开挖，加固等工程措施，体的相交切分就很麻烦了，这样一来建好一个模型要花费大量时间。所以，就没有按着这个思路来做。

网上有一些经验帖子介绍了ansys边坡快速建模的方法，试过，实体少，模型拟合的也挺好，对于只计算天然边坡工况是可取的。不过有个缺点就是，建好的模型不好再进行二次“加工”。比如说我要对它进行开挖，那么布尔运算时，会很卡，经常死机。只好尝试其他方法了。既然ansys建这种大曲面不理想，何不采用CAD软件建模，再导入ansys呢？（不复杂的模型，不建议导来导去，可能会丢失信息，毕竟ansys建模功能还是挺强大的。）

沿着这个思路，最终找到了一个解决办法。先提取散点数据，导入surfer规整，再运用catia的curve命令拟合成曲面，最后导入ansys。方法不是太好，拿出来分享，希望有同仁能够分享更好的方法，促进大家共同学习进步。

1. 整理地形图

    将地形图与地质剖面图整合，得到各地层信息。我一般习惯用DXF2XYZ提取点云数据。

2. 拟合曲面

上述点云数据，可以直接在catia中建立曲面模型。不过有一点要注意，数据点太少的话，局部会出现突兀现象。通过这种方法得到的曲面，一般还得再切分出边界。主要步骤：在catia中打开逆向点群编辑Digitized Shape Editor →导入数据Impute →建立网格Mesh Creation →逆向曲面重建 →将Mesh网格转换为自动曲面Automatic Surface 。下图是之前做过的一个三维地形图。

 

Figure1  Catia三维成图

还一种方法是通过surfer将上述点云数据规整，拟合曲面并生成n行×m列数据。在catia安装目录找到GSD_PointSplineLoftFromExcel.xls文件，按照格式准备好要用的Excel文件，可以自己编个小程序批处理。打开catia的part窗口，在Excel中点击视图→宏→查看宏→选Feuil1.Main，按提示进行拟合。

Figure2  Surfer成图

 

Figure3  Catia曲面图

3. 导入ansys

    由上述建立的曲面模型（不建议建完实体，导入后会默认为一个实体），导入ansys，低版本的可能会出错，我用的是catiav5R21，ansys14.5.导入成功后就可以进行下一步的“加工”了。

 

Figure4  ansys实体模型

这样，原来复杂的等高线及剖面线图，经转换后就只有几块地层实体了，对于赋材料也相对简单多了。而且通过形成整张图面，同时也避免了小块面在面面接合处引起的奇异（不能平滑过渡）。

4. 施工边坡的建模

   上述建完天然边坡实体模型后，接下来主要是自顶向下建立施工边坡，要用到布尔运算，需要注意的是应当尽量减少布尔运算。由于加减、搭接、粘结等操作往往会形成许多不规则实体，这是我们不愿看到的，后期画网格也是相当麻烦，而且网格质量不易保证。因此事先理清建模的先后顺序是十分必要的。有一个想法，就是在不影响计算准确度的前提下，自动将一些尺寸相对很小的实体与相邻实体合并，包括面线合并。