十步构建全参数化蜗壳模型.docx

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1、如何在CAESES中，10步创建一个参数化蜗壳蜗壳的参数化建模是一项十分棘手的工作，单个蜗壳的建模看上去并不复杂，只是设计一条简单的型线；然而当你需要通过仿真结果来指导模型的变形及优化时，就会遇上很多的挑战。在优化过程中，我们一般需要模型能够自动变化更新，并且网格也能够自动生成。在这种情况下，我们必须能够通过参数控制模型变化，并确保所有的蜗壳模型变体有较好的密闭性及鲁棒性；另外，为了满足网格的要求，各个部件的面需要独立表征，以区分不同的边界类型；并且几何模型必须满足诸如A/R比等参数及其他一些尺寸约束。在本

2、篇文章中，我们整理了10个主要步骤来演示如何在CAESES中创建参数化的蜗壳模型。第一步：参数化横截面构建不同的客户可能都会有自己的方式来描述一个横截面，我们这里通过一种典型的方式来介绍其构建方法。为了有效地改变形状，通常需要定义二维参数，譬如进/出口宽度（相对于压缩机或涡轮蜗壳）、型心的数据、A/R的比值以及更多的用以控制形状的几何控制参数。这些控制变量可能会比较多，由你想生成的独立个体的形状所决定。在下图中，控制型线的还有NURBS曲线几个控制点的权重。定义一个参数化横截面第二步：参数分布对于横截面上的

3、每个二维参数，您都可以创建函数来定义该参数在圆周方向上的变化。这些函数（或者说是参数分布）都可以在后面的设计研究和几何优化过程不断改变。对每一个参数，定义一个灵活的控制函数第三步：生成圆周曲面基于横截面的定义和相应的参数分布，你可以生成整个圆周曲面了。在CAESES里，我们可以使用“LoftedSurface”的方式（插入一系列有限数量的横截面），或者使用“MetaSurface”（它能直接根据二维截面定义和函数曲线来生成一个光滑的曲面）来生成圆周曲面。圆周曲面的生成第四步：创建进出口对应于创建的是涡轮还是

4、压缩机的蜗壳，我们需要创建入口或出口几何。这部分模型通常不是特别复杂，一般是通过一个规则的表面或一个简单的B样条几何与圆形出口连接，同时我们也会引入一些参数来控制形状。进/出口几何造型第五步：过渡段从蜗壳螺旋段到进出口段的过渡段，我们可以直接使用简单的桥接曲面（Filletsurface）去光顺连接，或者我们可以定义两者直接连接线的形式，并使用“MetaSurface”来生成曲面，这样在形状变化方面能提供更详细的控制。创建一个平滑过渡曲面第六步：创建偏移曲面到目前为止的步骤都并不复杂，可能在几分钟内就能够创

5、建所有的内容。但接下来为了构建蜗舌模型，我们需要做一些准备工作。我们需要为蜗舌曲面预留空间，首先我们需要将过渡段曲面及螺旋管蜗壳的一部分向外偏移（通过offsetsurface创建）。为相交曲面创建偏移曲面第七步：曲面裁剪在曲面偏移之后，我们将过渡段及螺旋管的初始曲面与偏移曲面相互裁剪，从而构建出一段间隙。我们可以使用CAESES里的“subsurface”的功能来去除裁减掉曲面（这样裁剪后的模型依然为曲面格式，方便进一步操作），或简单地通过Brep进行裁剪操作。如下图所示：为创建蜗舌而进行曲面裁剪第八步：

6、构建蜗舌曲面生成蜗舌曲面是蜗壳设计过程中最有趣的部分，在这里我们可以通过多种方式对蜗舌模型进行详细控制。在这里，与蜗壳横截面类似，您可以将蜗舌的横截面定义为参数化的模板，并采用“MetaSurface”或带有衍生信息和轨道曲线的“LoftedSurface”来创建光滑的曲面。因此，你可以使用参数分布来详细控制蜗舌的形状。有些情况下蜗舌是具有恒定半径的圆角，此时我们只需要使用BRep的倒圆角功能就可以生成相应模型。在两个几何模型中间创建蜗舌曲面第九步：封闭几何最终，蜗壳的进口和出口需要用进行封闭，从而保证整个

7、几何是水密的。此外，我们可以将各个曲面设置不同颜色，以便在后面网格化过程中能够区分它们。封闭所有的开口以获取一个封闭的几何第十步：检查鲁棒性正如导言中所述，我们并不是简单地创建一个单一模型，而是要创建一个可以用于设计优化的模型。因此，我们需要检查该模型在变型过程中的鲁棒性，即在参数变化时能够稳定的生成模型。在CAESES中，我们可以利用集成算法进行参数变化的自动检查。通过集成算法自动检查模型的鲁棒性结语我们总结了在CAESES中创建参数化蜗壳的关键性步骤，每一步中都可以通过参数对模型进行控制；通过构建标准化

8、的建模流程及参数化控制的方法，能够方便的实现蜗壳模型灵活而稳定的变形，为蜗壳模型的多方案评估、自动化优化及后续的模型数据库建立奠定了基础。