加载 STL 文件并计算涡轮叶片载荷状态¶
在本脚本中，我们将举例说明 Engee 环境是如何实现以下功能的：
- 从 STL 格式加载零件的 3D 模型
- 可视化该模型的网格 使用 MATLAB 命令计算零件的加载状态。
要打开 CAD 文件（STL 格式），我们将使用 [Meshes.jl] 库（https://juliageometry.github.io/Meshes.jl/stable/）。它允许使用多种不同的 CAD 格式和计算网格，并能为进一步操作准备一个已保存的物体 3D 模型。
在可视化方面，我们首先使用 Engee 内置的标准 Plots 库，然后使用高级库 Makie。您可以访问 Makie's Plots Gallery，评估其功能。
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在第三部分中，我们将演示如何使用 Engee 进行涡轮叶片所受机械载荷的示例计算，并将图形放大。
加载三维模型¶
首先，让我们为这一步连接必要的库
Pkg.add(["CairoMakie", "Makie", "Animations", "Meshes", "MeshIO"])
import Pkg; Pkg.add(["Meshes", "MeshIO"], io=devnull);
using Meshes, MeshIO, FileIO, Plots
#plotly();
gr();
指定一个工作文件夹，用于今后的所有文件操作。
cd( @__DIR__ )
现在让我们加载模型，并使用独立的三角形在图形上显示计算网格，每个三角形都可以以任何方式单独设置样式。
obj = load( "Blade.stl" );
p = plot()
for i in obj
m = Matrix([i[1] i[2] i[3] i[1]])'
plot!( p, m[:,1], m[:,2], m[:,3], lc=:black, label=:none, lw=.1 )
end
plot!( camera=(120, 30), axis=nothing, border=:none, aspect_ratio=:equal, projection_type=:persp )
display(p)
我们为什么不绘制该部件旋转的三维动画呢？
Pkg.add( "Animations", io=devnull );
using Animations
obj = load( "Blade.stl" );
@gif for az in 0:10:359
p = plot()
for i in obj
m = Matrix([i[1] i[2] i[3] i[1]])'
plot!( p, m[:,1], m[:,2], m[:,3], lc=:black, label=:none, lw=.1 )
end
plot!( camera = (az, 30), axis=nothing, border=:none, aspect_ratio=:equal )
end
为了演示处理模型的高级方法，让我们连接可视化库Makie ，并选择合适的工具包进行快速图形绘制 (CairoMakie)。浏览器支持的另一个选项是软件包WGLMakie ，它需要更复杂的设置。其他软件包 (GLMakie 和RPRMakie) 需要额外的窗口，Engee尚不支持。
import Pkg; Pkg.add(["Makie", "CairoMakie"], io=devnull);
using Makie, CairoMakie
用单线可视化模型。
在加载 Makie 库后立即首次执行该单元格可能需要一分钟以上。
Makie.wireframe( obj, linewidth=.2 )
让我们使用 MATLAB 内核执行计算¶
对于有限元计算，通常需要使用成熟的外部工具。这方面有许多优秀的研究软件包。例如，将网格划分为多边形的软件包 (tetgen,gmsh) 中的 Julia shells 可以插入 Engee 进行计算。
如果您在 MATLAB 中已有一个项目，或者找到了与您所需非常相似的演示代码，Engee 将允许您运行它并将结果保存到云中。
using MATLAB
让我们设置一个计算问题并加载零件的三维模型。
连接 MATLAB 库后立即首次执行该单元格可能需要超过一分钟____________________________________________。
mat"cd $(@__DIR__)"
outp = mat"""
smodel = createpde('structural','static-solid');
g = importGeometry(smodel, 'Blade.stl');
figure;
p = pdegplot( smodel, 'FaceLabels', 'on', 'FaceAlpha',0.5);
axis off;
view( [133.027 16.056] );
saveas( gcf, 'Blade.png' );
""";
让我们在 Engee 环境中使用 Engee 库Images 中内置的load 命令显示保存的图像。
using Images
img = Images.load( "Blade.png" )
下载的文件只包含曲面的描述。现在让我们在该曲面内创建一个三维计算网格。
outp = mat"""
msh = generateMesh(smodel,'Hmax',0.01);
figure
p1 = pdemesh(msh, 'FaceAlpha', 1)
view([133.027 16.056])
saveas( gcf, "Blade_mesh.png" )
""";
img = Images.load( "Blade_mesh.png" )
第三，我们需要设置问题的参数（计算参数和物理参数），尤其是边界条件。
让我们使用函数solve 计算叶片的变形，并输出三维图形，其中零件的机械变形将被放大数百倍，颜色信息将显示零件给定点圆周上的机械应力程度。
outp = mat"""
E = 227E9; % in Pa
CTE = 12.7E-6; % in 1/K
nu = 0.27;
s1 = structuralProperties(smodel,'YoungsModulus',E, ...
'PoissonsRatio',nu, ...
'CTE',CTE);
s2 = structuralBC(smodel,'Face',3,'Constraint','fixed');
p1 = 5e5; %in Pa
p2 = 4.5e5; %in Pa
s3 = structuralBoundaryLoad(smodel,'Face',11,'Pressure',p1); % Pressure side
s4 = structuralBoundaryLoad(smodel,'Face',10,'Pressure',p2); % Suction side
Rs = solve(smodel);
figure
p2 = pdeplot3D(smodel,'ColorMapData',Rs.VonMisesStress, ...
'Deformation',Rs.Displacement, ...
'DeformationScaleFactor',100);
%view([116,25]);
view( [133.027 16.056] );
saveas(gcf, "Blade_solved.png");
""";
让我们在同一投影中显示两幅图：第一幅图显示我们设置了边界条件的叶片区域的分布。第二张图显示了变形模型，并标注了高机械应力区域。
img_topo = Images.load( "Blade.png" );
img_mesh = Images.load( "Blade_mesh.png" );
img_solved = Images.load( "Blade_solved.png" );
mosaic(img_topo, img_mesh, img_solved; nrow=1)
