Workbench结构参数化仿真分析

本案例以带肋板的支架为研究对象，演示在Workbench平台下，如何使用SCDM和Mechanical进行参数化仿真分析的完整流程。

1、案例描述

支架的几何结构和承载如下所示，肋板结构由三点生成的B-Spline曲线控制，对样条曲线上B点的X、Y方向位置尺寸进行参数化；研究不同肋板结构下，侧向加载5.0MPa压力和底端固定约束时，支架在X方向的最大变形量。

实现方法：在Workbench平台下，首先使用SCDM脚本功能创建参数化模型，然后在Mechanical中对压力载荷数值与X方向最大变形量进行参数化，最后在Parameter Set下进行参数化研究。

2、SCDM脚本参数化

在SCDM中可以创建脚本组和脚本参数，然后绑定脚本建模代码，实现在WB下几何的全参数化，并且可在Parameter Set下同步管理输入参数。接下来演示脚本参数化详细过程。

• 打开Workbench 2019R1，新建“Static Structural”分析系统，双击Geometry进入SCDM软件。然后在群组(Group)面板下，单击右键选择“创建脚本组”命名为“Bracket”，并创建两个初值为5.0的脚本变量：midXcoor和midYcoor，最后编辑脚本组中的建模代码，操作过程如下。

• 支架几何建模过程如下图所示；按照操作过程，在打开的脚本编辑器中输入以下脚本建模代码。

# Python Script, API Version = V17ClearAll()# 绑定群组中的脚本参数midPtInfo = (Parameters.midXcoor, Parameters.midYcoor)# Step1：Create blocksBlockBody.Create(Point.Create(MM(0), MM(0), MM(0)), Point.Create(MM(40), MM(5), MM(35)), ExtrudeType.ForceAdd)BlockBody.Create(Point.Create(MM(0), MM(0), MM(0)), Point.Create(MM(5), MM(40), MM(35)), ExtrudeType.ForceAdd)BlockBody.Create(Point.Create(MM(0), MM(0), MM(15)), Point.Create(MM(20), MM(20), MM(20)), ExtrudeType.ForceIndependent)# Step2：Create B-SplinesectionPlane = Plane.Create(Frame.Create(Point.Create(MM(5), MM(5), MM(5)),    Direction.DirY,    Direction.DirX))ViewHelper.SetSketchPlane(sectionPlane)points = List[Point2D]()points.Add(Point2D.Create(MM(0), MM(15)))points.Add(Point2D.Create(MM(midPtInfo[0]), MM(midPtInfo[1])))  #create parameterspoints.Add(Point2D.Create(MM(15), MM(0)))SketchNurbs.CreateFrom2DPoints(False, points)ViewHelper.SetViewMode(InteractionMode.Solid)# Step3.1：Pull B-Spline to toolFacessel_edge = Selection.Create(GetRootPart().Curves[0])ExtrudeEdges.Execute(sel_edge, Point.Origin, Direction.DirZ, MM(30), ExtrudeEdgeOptions())# Step3.2：Slice Body by toolFacesselection = Selection.Create(GetRootPart().Bodies[1])toolFaces = Selection.Create(GetRootPart().Bodies[2].Faces[0])SplitBody.Execute(selection, toolFaces, True)# Step3.3：Delete BodiesDelete.Execute(Selection.Create(GetRootPart().Bodies[2:4]))# Step3.4: Combine BodiesCombine.Merge(Selection.Create(GetRootPart().Bodies), None)

• 创建命名组用于Mechanical中通过Named Selection选定加载位置，因为回放脚本时，SCDM会重头开始构建模型，并为所有实体分配新ID，所以采用几何选取(Geometry Selection)的方式指定加载位置会更新失败。

• 本案例中，我们通过面索引分别选中压力和固定约束面，创建Selection实例，然后命名为“FixedSurface”和“PressSurface”；最后选中实体命名为“BracketBody”；脚本代码如下。

def create_ns(sel, name):    ns = NamedSelection.Create(sel, Selection())    ns.CreatedNamedSelection.SetName(name)# Creation of the named selectionscreate_ns(Selection.Create(GetRootPart().Bodies[0].Faces[0]), 'FixedSurface')create_ns(Selection.Create(GetRootPart().Bodies[0].Faces[1]), 'PressSurface')create_ns(Selection.Create(GetRootPart().Bodies[0]), 'BracketBody')

• 将上述所有建模代码输入到脚本编辑器中，确认后重新运行脚本组，以检查脚本的有效性，效果如下。可以看到，通过脚本可以实现参数化建模，并且能自动识别载荷加载位置，最后创建命名组。

3、Mechanical参数化

关闭SCDM软件，然后双击WB下的“Static Structural”分析系统中Model单元格，进入到Mechanical软件中。在Mechanical软件中，任何以“口”符号为前缀的输入或输出都可以参数化。

• 指定仿真模型材料：在结构树Materials节点处，右键插入Material Assignment，在属性框中Scope组下通过Named Selection选中BracketBody命名组，指定材料为默认的结构钢。

• 设置MultiZone网格划分方法：在结构树Mesh节点处，右键插入Method，在属性框中Scope组下通过Named Selection选中BracketBody命名组，设置方法为MultiZone，对整个几何体划分六面体网格。

• 设置固定约束：在结构树Static Structure节点处，右键插入Fixed Support，在属性框中Scope组下通过Named Selection选中FixedSurface命名组。

• 设置压力载荷：在结构树Static Structure节点处，右键插入Pressure，在属性框中Scope组下通过Named Selection选中PressSurface命名组。输入压力值为5.0MPa，然后点中Magnitude前“口”将压力输入值进行参数化。

• 创建X方向变形云图：在结构树Solution节点处，右键插入Direction Deformation，在属性框中的Results组下，然后点中Maximum前“口”，将最大X方向变形量进行参数化。

4、Workbench参数化驱动

在SCDM和Mechanical中定义的参数，显示在Workbench中Parameter Set选项卡中，可在选项卡界面下直接更改参数，通过参数驱动重新生成几何模型、网格和仿真结果。

创建如下设计点，点击Update All Design Points，Workbench会在后台通过参数驱动SCDM和Mechanical软件，开始计算所有设计点工况。得到各设计点下的结果如下，保存项目文件退出。

作者：小田老师

精选：王华军

编辑：刘义美 | 校对：栗夏

排版：李俊苗