《ANSYS建模教程》课件ANSYS实体建模（第2章）

第,2章,ANSYS,实体建模,中南大学,设定工作目录的目的,：使,ANSYS,软件操作所产生的所有文件都存放在此目录下，确保不同问题分析所产生的文件不会有被覆盖的危险。因此建议不同的分析用不同的工作目录，而不使用缺省目录（即系统所在的根目录）。,进入,ANSYS,软件后，工作目录的设置方式有两种：,Command,方式：/,CWD,GUI,方式： ,Utility Menu File|Change Directory,2.1 设定工作目录,一个典型的,ANSYS,分析过程可以分为3个步骤：（1）建立模型；（2）加载并求解；（3）查看分析结果。建立模型在这个分析过程中所花费的时间远远多于其它过程。首先必须指定作业名和分析标题，然后使用,PREP7（,预处理器）定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。,2.2 指定作业名和分析标题,该项工作与设定工作目录一样，不是进行一个,ANSYS,分析过程必须的，但,ANSYS,推荐使用作业名和分析标题。,定义作业名,作业名被用来识别,ANSYS,作业。当为某个分析定义了作业名后，作业名就成为分析过程所产生的所有文件名的第一部分（,Jobname,）,。,如果未指定作业名，所有文件的作业名默认为,file。,在进入,ANSYS,软件后，可按下面的方式改变作业名,Command,方式：/,FILENAME,GUI,方式： ,Utility Menu File|Change,Jobname,需要注意的是：设置作业名仅在,Begin level,才有效（开始级，此时,ANSYS,不处于任何一个处理器中），且新的作业名只适用于更名后打开的文件。在更名前打开的文件，如记录文件、错误信息文件等仍然是原来的作业名。如果想新指定的作业名重新建立这些文件，,2.3 定义图形界面过滤参数,可以将,change,jobname,对话框中,New log and error files,复选框选中。,2. 定义分析标题,Command,方式：/,TITLE,GUI,方式：,Utility MenuFile|Change Title,ANSYS,将在所有的图形显示、所有求解输出中包含该标题。,为了得到一个相对简洁的分析菜单，可以过滤掉与当前所要进行的分析类型无关的选项和菜单项。,Command,方式：/,KEYW,GUI,方式：,Main MenuPreferences,2.4,ANSYS,的单位制,ANSYS,软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，可以使用任何一套自封闭的单位制（所谓自封闭是指这些单位量纲之间可以互相推导得出），只要保证输入的所有数据的单位都是正在使用的同一套单位制里的单位即可。,ANSYS,提供的/,UNITS,命令可以设定系统的单位制系统，但这项设定只有当,ANSYS,与其它系统比如,CAD,系统交换数据时才可用到（表示数据交换的比例关系），对于,ANSYS,本身的结果数据和模型数据没有任何影响。,例如：,ANSYS,系统中建立了实体模型,AXIS1，PROE,中建立了实体,AXIS2，ANSYS,中设定的单位制系统只影响将,AXIS2,转换到,ANSYS,中的效果，而不影响,AXIS1。,ANSYS,单元库中提供了超过150种的不同单元类型，每种单元类型有一个特定的编号和一个标示单元类型的前缀，如,BEAM4（4,号梁单元），,PLANE82（82,号板单元），,SOLID95（95,号实体单元）。,单元类型决定了单元的,： （1）结点数和自由度；（2）单元位于二维空间还是三维空间。,定义途径：必须在通用处理器,PREP7（,预处理器）中定义单元类型。,Command,方式：/,ET,GUI,方式：,Main Menu,Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete,定义了单元类型后，,ANSYS,会自动生成一个与此单元类型对应的单元类型参考号，如果模型中定义了多种单元类型，则与这些单元类型相对应的类型参考号组成的表称为单元类型表。在创建实际单元时（直接创建单元或者划分网格），需要从单元类型表中为其分配,2.5 定义单元类型,一个类型参考号以选择对应的单元类型生成有限元模型。,此处列出已经定义的单元类型,单元类型参考号,单元类别,单元编号名,新添加的两个单元类型：,PLANE42:4,结点四边形单元,PLANE2：6,结点三角形单元,注：,beam:,梁；,Link:,连接；,Solid:,实体；,Pipe:,管；,Shell：,壳,许多单元有一些另外的选项（,KEYOPTs,），,这些项用于控制单元刚度矩阵的生成、单元的输出和单元坐标系的选择等。,KEYOPTs,可以在定义单元类型时指定（单元类型中,Options,选项）。,2.6 定义单元实常数,单元实常数是依赖单元类型的单元特性，如梁单元的横截面特性。例如二维梁单元,BEAM3,的实常数：面积（,AREA）、,惯性矩（,IZZ）、,高度（,HEIGHT）、,剪切变形常数（,SHERZ）,初始应变（,ISTRAN）,和单位长度质量（,ADDMAS）,等。并不是所有的单元类型都需要实常数，同一类型的不同单元可以有不同的实常数值。,对应于特定单元类型，每组实常数有一个参考号，与每组实常数对应的参考号组成的表称为实常数表。在创建单元（直接创建单元或者划分网格）时，可以为将要创建的单元分配实常数号。,在分配实常数号时，要注意实常数参考号和要创建单元的单元类型参考号的对应性，这种对应性是由使用者自己保证的，否则在划分网格时将会报错或出现不可预知的错误。,定义途径：,Command:/R,Main Menu：Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete,2.7 定义材料属性,绝大多数单元类型都需要材料属性。根据应用的不同，材料属性可以有如下几种：,线性或者非线性；,弹性（各向同性、正交异性）或非弹性；,不随温度变化或者随温度变化；,像单元类型和单元实常数一样，每一组材料属性也有一个材料属性参考号。与材料属性组对应的材料属性参考号表称为材料属性表。在一个分析中，可能有多个材料属性组（对应模型中的多种材料）。,在创建单元时可以使用相关命令通过材料属性参考号来为单元分配其采用的材料属性组。,定义材料属性：,Command：/MP,GUI:Main MenuPreprocessor|Material Props|Material Models,弹性模量,泊松比,2.8 实体建模基础,一旦定义了材料特性，在分析中下一步的工作是建立能够恰当描述模型几何性质的有限元模型。模型的建立方法,： （1）,直接生成法；（2）实体建模法：几何模型网格划分。,2.8.1 建模原则与方法选择,建模原则:建立有限元模型时，对于结构形式复杂，而对于要分析的问题来讲又不是很关键的局部位置，在建立几何模型时可以根据情况对其进行简化，以便降低建模的难度。,建模方法选择,（1）直接生成方法必须直接确定每个结点的位置，以及每个单元的大小、形状和连接关系，工作量大。直接生成法适用于小型简单模型。缺点是改变网格和模型十分困难，易出错，当模型复杂时，直接生成法叫人无法忍受。,（2）实体建模法是先生成几何模型，再进行网格划分，相对来说容易些，适用于庞大而复杂的模型，特别是三维实体模型，它比直接生成法更加有效和通用，是一般建模的首选方法。其优点是便于几何上的改进和单元类型的改变，容易实现有限元模型的生成；缺点是在某些条件下,ANSYS,可能不能生成有限元网格。,3. 实体建模中几何模型的生成方法,对于不太复杂的模型，可以直接,ANSYS,的实体建模工具完成。,Main MenuPreprocessor|Modeling,如果模型过于复杂，可以考虑在专用的,CAD,中建立几何模型，然后通过,ANSYS,提供的接口导入模型。,导入方法：,Utility MenuFile|Import,ANSYS,支持的接口通常包括以下类型：,IGES、CATIA、Pro/E、UG、SAT、PARA、IDEAS,2.8.2 坐标系,在,不同的分析阶段，,ANSYS,使用到了多种坐标系。,总体和局部坐标系：用来定位几何形状参数的空间位置；,显示坐标系：用于几何形状参数的列表和显示；,结点坐标系：定义每个结点的自由度方向和结点结果数据的方向；,单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向；,结果坐标系：用来列表、显示结点或单元结果,总体坐标系,总体坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。默认情况下，建模操作时使用的坐标系是总体笛卡儿坐标系。但是很多情况下，采用其它坐标表达形式往往会更加方便，比如旋转模型时需要用到柱坐标表达形式。总体坐标系是一个绝对的参考系。,ANSYS,提供了3种坐标表达形式：笛卡儿坐标、柱坐标和球坐标。所有这3种坐标系都是右手法则，且有相同的原点，它们由其参考号识别：0笛卡儿坐标；1柱坐标；3球坐标。,ANSYS,引用坐标值总是采用固定的方式：,X,轴、,Y,轴和,Z,轴，而不管实际激活的坐标形式，因此在不同的坐标系下，,X,轴、,Y,轴，,Z,轴代表的意义也不同：,笛卡儿坐标形式：,X,轴、,Y,轴、,Z,轴分别代表其原始意义；,柱坐标形式：,X,轴、,Y,轴、,Z,轴分别代表径向,R、,周向,和周向,Z；,球坐标形式：,X,轴、,Y,轴、,Z,轴分别代表分别代表,R、,和,2.,局部坐标系,在许多情况下由于特定的用途需要建立各种各样的局部坐标系。其原点可能与总体坐标系有一定的偏移，其坐标轴也可能与总体坐标系有一定的转角。它也有,笛卡儿坐标、柱坐标和,球坐标3种形式。总体坐标系和局部坐标系也是构建其它坐标系（结点坐标系、单元坐标系等）的基础。,（1）局部坐标系的创建,按总体笛卡儿坐标系定义局部坐标系,COMMAND,方式：/,LOCAL,GUI,方式:,Utility Menu,WorkPlane,| Local Coordinate Systems | Create Local CS|At Specified Loc,新建立的局部坐标系的识别号，必须大于10,原点选取对话框,在,指定位置创建局部坐标系对话框,通过已有结点定义局部坐标系,Command,方式：/,CS,GUI,方式：,Utility Menu,WorkPlane,| Local Coordinate Systems | Create Local CS|By 3 Nodes,要求先选取3个结点，再执行上述命令,注：通过这种方式所创建的局部坐标系与结点选取顺序有关，坐标系的确定方法如下：,第一个选取的结点将成为坐标系的原点；,第一个结点到第二个结点的方向为,X,轴；,三个结点构成的平面为,XY,面，,Y,轴为此平面垂直于,X,轴方向，且由第3个结点的位置确定,Y,轴的正向,根据右手法则确定,Z,轴；,通过已有关键点定义局部坐标系,Command,方式：/,CSKP,GUI,方式：,Utility Menu,WorkPlane,| Local Coordinate Systems | Create Local CS|By 3,Kpoints,在,当前工作平面定义局部坐标系,Command,方式：/,CSWPLA,GUI,方式：,Utility Menu,WorkPlane,| Local Coordinate Systems | Create Local CS|At WP Origin,这种方式建立的局部坐标系的各个坐标轴和工作平面的各个轴重合，只需指定坐标表达形式即可。,（2）删除局部坐标,Command,方式：/,CSDELE,GUI,方式：,Utility Menu,WorkPlane,| Local Coordinate Systems | Delete Local CS,(,3)局部坐标系的激活,可以通过定义任意多个局部坐标系，但某一时刻只能有一个局部坐标系被激活（模型操作中，输入的坐标值是以激活坐标系为参照的）。,ANSYS,初始默认的激活坐标系是总体笛卡儿坐标系。每当用户定义一个新的局部坐标系时，这个新的坐标系就会被自动激活。激活坐标系的方法如下：,Command,方式：/,CSYS,GUI,方式：,Utility Menu,WorkPlane,| Change Active CS to | Global Cartesian,或,Global Cylindrical,或,Global Spherical,或,Specified,Coord,Sys,或,Work plane,3,. 显示坐标系,在默认情况下，即使在其它坐标系中定义的结点和关键点，其列表显示输出的坐标值也是它们的总体笛卡儿坐标值，虽然可以改变显示坐标系，但一般不建议。,4. 结点坐标系,结点坐标系用于定义结点自由度的方向,。每个结点都有自己的结点坐标系，默认情况下，它总是平行于总体笛卡儿坐标系（结点坐标系与定义结点激活的坐标系无关）。但很多情况下需要改变结点坐标系。变换结点坐标系的方法略,5.单元坐标系,每个单元都有自己的坐标系，单元坐标系用于规定正交材料特性的方向、面压力的方向和结果（如应力和应变）的输出方向,。二维和三维实体的单元坐标系总是平行于总体笛卡儿坐标系。,6. 结果坐标系,在求解过程中，得到的结果数据有位移、应力等。在对结果数据进行显示、列表和单元数据存储时，这些数据通常先被变换到激活的结果坐标系（默认为总体坐标系）下，然后再输出。可以将激活结果坐标系切换到总体坐标系或自定义的局部坐标系以及求解用坐标系（如结点和单元坐标系）。,Command,方式：,RSYS,GUI,方式：,Main MenuGeneral,Postproc,| Options for Output,GUI,方式： ,Main MenuList |Results |Options,2.8.3 工作平面,工作平面是一个无限的平面，有原点、二维坐标系等，它只是建模的辅助工具，在建立几何模型时，体素一般只能在当前工作平面内创建。工作平面是与坐标系独立存在的，除非打开了工作平面,轨迹跟踪。,进入,ANSYS,时，有一个默认的工作平面，即总体笛卡儿坐标系的,XY,平面。,工作平面可以被移动和旋转,。,2.8.3 实体建模的两种思路,实体建模有两种思路：自底向上构造模型和自顶向下构造模型,二者的区别与联系,自底向上的建模方法,是指在构造几何模型时首先定义几何模型中最低级的图元即关键点，然后再利用这些关键点定义较高级的图元（即线、面、体）。,自底向上构造的模型是在当前激活的坐标系内定义的,。,自顶向下的建模方法,是指一开始就通过,较高级的的图元,来构造模型，即通过汇集线、面、体等几何体素的方法来构造模型。当生成一种体素时，,ANSYS,软件自动生成所有从属于该体素的低级图元。,应该注意的是几何体素是在工作平面上创建的，因此每一时刻都要,清楚地知道当前工作平面的状态。,联系：这两种方法可以根据需要组合使用。对于建立的实体模型还可以通过布尔运算对其进行操作以生成更为复杂的形体。,注意事项,： （1）建模之初,，,必须考虑建立的模型能否生成有限元网格以及能否得到较好的有限元网格。实体建模时特别要注意的是截面有变化的地方以及各个形体的交界面。（2）在自底向上构造模型时可以不必总是按照点生成线、线生成面、面生成体这样严格的顺序生成高级图元，可以直接通过作为顶点的关键点来定义面和体，中间的图元可以在需要时自动生成。例如定义一个长方体可用它的8个顶点（关键点（来定义，,ANSYS,软件会自动地生成该长方体的所有线和面；（3）在修改模型时，需要知道实体模型和有限元模型的层次关系。不能删除依附于较高级图元上的低级图元；不能删除已划分了网格的体。但是可以在删除高级图元的时候连同其低级图元一起删,除。若一个实体已施加了载荷，删除或修改该实体，附加于该实体上的载荷也将被删除。图元的层次关系如下：,2.9 实体建模技术,最高级图元：单元（包括单元载荷）,结点（包括结点载荷）,实体（包括实体载荷）,面（包括面载荷）,线（包括线载荷）,最低级图元：关键点（包括点载荷）,无论是使用自底向上还是使用自顶向下的方法，构造的模型均是由关键点、线、面和体组成,必须记住：自底向上的建模方法是,在当前激活的坐标系,中，通过低级图元来生成高级图元，它涉及关键点、线、面和体这种从低到高的图元。,关键点,关键点是在当前激活的坐标系中定义的，它可以直接定义也可以通过已有的关键点来生成另外的关键点（许多布尔运算可以生成关键点）。已经定义的关键点可以被修改和删除（前提是没有依附于其它高级图元）。通过左图的命令创建关键点，通过,Klist,命令或实用菜单中的,List |,Keypoints,| .,菜单列表显示已定义的关键点的属性。,创建关键点的命令,2.9.1 自底向上建模技术,2. 线,线也是在当前激活的坐标系内定义的。并不总是要求明确定义所有的线，因为,ANSYS,通过顶点在定义面和体时，会自动生成相关的线。只有在生成线单元（如梁单元）或想通过线来定义面时，才需要明确地定义线。通过左图的命令创建线。,通过,list,命令或实用菜单中的,List | Lines,菜单列表显示已定义的线的属性（如线编号、组成线的关键点等）。线也可以被修改和删除。,创建线的命令,3. 面,平面可以表示二维实体（如平板或轴对称体）。用到面单元（如板单元）或由面生成体时才需要定义面。生成面的命令也将自动地生成依附于该面的线和关键点；同样，面也可以在定义体时自动生成。,通过左图的命令创建线，通过,Alist,命令或实用菜单中的,List | Areas,列表显示已定义的面的属性（如面的编号、组成面的线的编号以及有些面的面积等）。面也可以被修改和删除，但只有未进行网格划分且不属于任何体的面才能被重新定义和删除。,创建面的命令,4. 体,体用于描述三维实体，仅当需要用到体单元时才必须建立体。生成体的方式有多种，可由顶点定义体，也可以由边界面定义体，也可将面沿一定路径拖拉生成。体生成时将自动生成其低级图元。,体也可以被修改和删除，但只有未进行网格划分的体才能被重新定义和删除。,创建体的命令,几何体素是可用单个,ANSYS,命令创建的常用的实体建模的形状（如一个圆柱体）。因为几何体素是高级图元，可不用首先定义任何关键点而形成，所以称利用体素进行建模为自顶向下建模。,几何体素是在工作平面上生成的,。,面体素包括矩形、圆形或环形、正多边形；实体体素包括长方体、柱体（圆柱和正棱柱）、球体、环体和锥体,。,应用几何体素（面体素、实体体素）需要注意的问题：,由命令或,GUI,途径生成的几何体素位于工作面上，方向由工作面坐标系而定，面体素的面积必须大于0；,在有限元模型中，两个相接触的面体素之间或实体体素间默认不是真正意义上的连接的，而是有一个不连续的“接缝”（此接缝并不真正存在，只是,ANSYS,处理时会认为此处有一个缝），必须用诸如相加（,add）、,合并（,Merge）、,粘接（,glue）,等命令处理一下以,2.9.2 自顶向下建模技术,消除“接缝”；, 在建立圆、圆环等面体素以及圆柱体、球体、锥体等实体体素时，如果需要指定生成这些几何体素的弧（一般会有两个弧度输入项），弧从代数值小的角度开始，按正的角度方向，到代数值大的角度处终止。,创建面体素的命令,创建实体体素的命令,布尔运算在建模的过程中有着极其重要的作用，只有掌握好布尔运算强大的功能才能利用,ANSYS,建模工具随心所欲地建立预期的模型。,布尔运算设置,Command,方式：/,BOPTN,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor | Operate | Booleans|Setting,是否保留输入图元,布尔运算的公差,2.9.3 布尔运算,2.布尔运算,（1）,交运算,：求出两个或多个图元的共有区域形成一个新图元。,（2）,两两相交,：,求出所有初始输入图元中任意两个源图元的公共区域组成的一个新的,图元集。,同,类型的图元求交,不同类型的图元求交,两两相交,（3）加运算：得到一个包含各个原始输入图元的所有部分新图元（这种运算也可称为并、连接、和）。形成的新图元是一个单一的整体，没有接缝（实际上，加运算形成的图元在划分网格时常不如搭接(,Overlapping)。,（4）,减运算：减运算比较复杂。,（5）搭接,Overlap（,搭接）命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个新的图元的,集合,。搭接命令除了在搭接域周围成了多个边界外，与加运算非常相似。搭接操作生成的是,多个相对简单的区域,，加运算生成的是,一个相对复杂的区域,。因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网格。,（6）粘接（或合并）,Glue(,粘接)命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处相交，且公共边界的维数低于原始图元一维。这些图元仍然相互独立（并没有被加在一起），只在边界上相互连接。,（7）分割（,partition),略,2.9.4 布尔运算的替代,布尔运算有时比较慢且代价昂贵。有些情况下，可用一些其它命令来代替布尔操作运算。,拖拉和旋转,用拖拉和旋转命令定义复杂的棱柱体或圆柱体，与布尔运算生成同,样,方便，但更加有效。如中间钻了孔的长方体就是一个很好的例子。,（1）将面沿一条路径拖拉生成体：,Command,方式：/,VDRAG,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|,Areas|Along Lines,（2）,将面沿一轴旋转生成圆柱体,Command,方式：/,VROTAT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|,Areas|About Axis,2.,延伸和偏移,利用延伸和偏移命令可将二维横截面偏移或延伸成为三维体。,（,1）通过延伸面生成另外的体,Command,方式：/,VEXT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|,Areas|By XYZ Offset,（2）,通过偏移给定的面生成体,Command,方式：/,VOFFSET,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|,Areas|Along Normal,2.9.5 实体建模实例,1.创建矩形,Main MenuPreprocessor|Create|Rectangle|By Dimensions,弹出的对话框如图所示,如图所示一薄板零件，尺寸单位为,mm，,板厚5,mm，,试按照,ANSYS,建模方法，建立相应实体模型。,X1,X2,为矩形相对于坐标原点左右两个边的,X,坐标，,Y1,Y2,为矩形相对于坐标原点下上两个边的,Y,坐标。输入如下数值,X1=0,X2=60;Y1=-10,Y2=10,单击,Apply，,输入第二个矩形的坐标数值：,X1=40,X2=60;Y1=-10,Y2=30,单击,OK,2.,改变画法，重画该图形,Utility Menu,PlotCtrls,|Numbering,弹出如下对话框,将,AREA Area Numbers,选中，将/,REPLOT,Replot,upon OK/Apply,项设置为,Replot,，,这样,ANSYS,就会自动以不同的颜色区分不同的面积图形。,3.将工作平面转换到极坐标形式，创建两个外圆,(1) ,Utility Menu,WorkPlane,|Display Working Plane(toggle on),需要指出的是，单击该条命令后，并不会弹出什么窗口，你所看到的只是该条命令前面有一个被选中的符号，且在图形区域显示工作平面坐标系。,(2) ,Utility Menu,WorkPlane,|WP Settings,在,Cartesian(,笛卡尔坐标)和,Polar(,极坐标)中间选择,POLAR，,显而易见，这样做只是为了方便地创建圆孔。,同样在,Grid only、Grid and Triad,和,Triad only,之中选择,Grid and Triad。Grid（,删格）：展示删格，,Triad,是用来展示工作平面的坐标原点和坐标轴方向。,（,3）,Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle,创建圆心为(0,0)，半径为10的圆。可以参数值用键盘输入，也可以用鼠标移动得到。单击,OK,关闭该对话框,（4）移动工作平面，创建第二个外圆,Utility Menu,WorkPlane,|Offset WP to,Keypoints,弹出对话框后，分别选取右侧矩形底边左右两个点作为关键点，单击,OK,按钮，则工作平面（极坐标）移动到了以所取关键点连线的中点为原点的平面上。,Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle,创建圆心为（0，0），半径为10 的圆，单击,OK,关闭对话框。创建的图形如图所示。单击,Toolbar,上的,SAVE_DB,存盘。,4. 将面积和在一起,Main Menu Preprocessor|Operate|Add|Areas,选择,pick all，,将面积和在一起。,5.创建补丁面积并把它们和在一起,（1）,Utility Menu,PlotCtrls,|Numbering,打开,line numbering，,单击,OK,关闭对话框。该命令只是让,ANSYS,将图形中的线加以编号，方便以后的操作。,（2）,Main MenuPreprocessor|Create|Line Fillet,弹出,Line Fillet,对话框如图所示，将两条线的标号输入（或鼠标选择），并设置半径4，单击,OK,关闭对话框,L5,L4,L1,（3）,Main MenuPreprocessor|Create|,Arbitray,|By Lines,用鼠标选择三条线,L1,L4,L5，,单击,OK,关闭对话框。,（4）,Utility MenuPlot|Areas，,并存盘,（5）整合面积,Main MenuPreprocessor|Operate|Add|Areas,选择,Pick All，,单击,OK,关闭对话框并进行存盘。,6. 创建两个小圆孔,（1）,Utility MenuWork plane|Display Working plane(toggle on),（2）Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle,创建一个圆心在（0，0），半径为4 的小圆孔，即右下方圆,（3） ,Utility Menu Work Plane|Offset WP to|global origin,（4）Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle,创建一个圆心在（0，0），半径为4 的小圆孔，即左边圆,结果如左图所示。,7.从支架中减去两个小圆孔，保存数据,（1） ,Main MenuPreprocessor | Operate|Subtract|Areas,选取支架为基体(,base area from which to subtract)，,单击,Apply;,选取两个小圆孔作为被减去部分(,areas to be subtracted)，,单击,OK,按钮。,（2）,Utility MenuFile|save as,输入,MODEL01.DB,为文件名，单击,OK,关闭对话框，建模完成。,2.10 实体模型的网格划分,已经建立的几何模型，需要对其划分网格，生成包含结点和单元的有限元模型。有限元网格划分过程包括3个步骤。,（1）设定单元属性。包括单元类型、分配实常数或者截面属性（对有些单元类型）、分配材料属性等。,（2）设置网格控制（可选择的）。,（3）生成网格。,2.10.1 网格类型,在,对,模型划分网格之前，确定是采用,自由网格,还是采用,映射网格,进行分析是十分重要的。,自由网格对于单元形状没有限制，并且对几何模型没有特定的要求；映射网格对其包含的单元形状有限制，而且要求几何模型必须满足特定的规则，即必须有相当规则的体或面才能进行映射网格,才能进行映射网格划分。,映射面网格,只能包含四边形和三角形单元，,映射体网格,只能包含六面体单元。一般说来映射网格往往比自由网格得到的结果更加精确，而且在求解时对,CPU,和内存的需求也相对低些。,2.10.2 定义单元属性,在定义单元类型、实常数以及材料属性时，已形成了单元类型表、实常数表和材料属性表。在生成单元时可以通过指向各个表中合适（通过各个表项的参考号）的条目来为要生成的单元分配单元属性，也可以给选定的实体模型图元分配单元属性。,1.为实体模型,图元,分配单元属性,给实体模型图元分配单元属性允许对模型的每个区域预置单元属性，从而可以避免在网格划分过程中重置单元属性。,利用下列命令和,GUI,方式的菜单命令可直接给实体模型图元分配属性。,（,1）给关键点分配属性,Command,方式：/,KATT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,All,Keypoints,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,Picked,KPs,（2）,给线分配属性,Command,方式：/,LATT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,All Lines,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,Picked Lines,3）给面分配属性,Command,方式：/,AATT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,All Areas,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,Picked Areas,（2）,给,体分配属性,Command,方式：/,VATT,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,All Volumes,GUI,方式：,Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|,Picked Volumes,2.默认单元属性,通常的工作中，如果各个属性表（单元类型表、材料属性表以及实常数表）只包含一个条目，即只定义了一项材料属性、一个单元类型等，则在划分网格时可以不再为各个图元分配单元属性，,ANSYS,将唯一的表项生成默认单元属性，在生成网格时自动将默认单元属性分配给实体模型和单元。,2.10.3 网格划分控制,ANSYS,使用默认的网格控制也许可以让分析模型生成满足要求的网格，否则必须在对模型划分网格前设定网格划分控制，如单元形状、中间结点位置、单元大小等。,网格工具,网格工具提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作。从主菜单中选择,Preprocessor|Meshing|Mesh Tool,命令，打开网格工具，如下图所示，一旦打开了它，它就保持打开状态直到单,击,Close,关闭它或离开预处理器（,PREP7）,为止。,网格划分工具提供了如下功能：,单元属性分配,SmartSize,控制：智能单元尺寸。,局部网格尺寸控制,网格生成控制（指单元形状和网格划分方式）,局部细化网格控制,以上功能的详细使用说明略,单元属性分配,SmartSizing,局部网格尺寸控制,局部细化网格控制,网格生成控制,2.10.4 自由网格划分,自由网格划分操作，对实体模型无任何特殊要求，即使是不规则的，也可以进行网格划分。,(1),面,的自由网格划分：自由网格可以是三角形或者是四边形单元组成，也可由两者混合组成，当面边界上总的单元划分数目为偶数时，面的自由网格将全部生成四边形网格，当单元划分数目为奇数时将可能生成三角形单元。,(2),体,的自由网格：只能包含四面体单元（三棱锥）,2.10.5 映射网格划分,映射网格划分要求面或者体有规则的形状，即必须满足一定的准则，映射网格在网格工具(,MESH TOOL),中不能进行,SmartSizing,(,智能划分），而需要通过局部网格尺寸控制的相关选项设定。,(1),面,的映射网格划分,面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元。面接受,映射网格划分，必须满足以下条件：,该面必须是三或四条边；,面的对边必须设置为相同数目的单元划分数目；,面如有三条边，则各边设置的单元划分数必须为偶数且相等；,网格划分必须设置为映射网格。,注：,如果一个面多于四条边，原则上不能直接用映射网格划分，但可以进行技术处理，即可以用,LCCAT（,连接）或,LCOMB（,合并）命令使总边数减少到4条或3条。,LCCAT,生成的线在生成网格时必然会在交点处产生一个结点，而用,LCOMB,合并的线在两条线的交点处不一定会产生节点。,连接线、合并线的操作方式,Command:LCCAT,GUI： Main MenuPreprocessor|Meshing|Concatenate|Lines,Command:LCOMB,GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Lines,划分网格时在依附于线、面或者体上的关键点处将生成结点。因此一条线将至少有关键点同样多的单元划分数，程序不允许对这样的线用更少的划分数来指定其单元划分数。,单元尺寸的定义是针对原始线的，连接线（,LCCAT）,并没有将形成新的原始线，而合并线(,LCOMB),形成了新的原始线，因此，对连接线只能对原始线分别定义单元划分数，对合并线可以直接指定单元划分数。使用合并线比连接线有优势。,对边数多于4条边的面划分映射网格，除了将多余的边通过连接或者合并操作使面的总边数减少到4或3外，还可以使用,AMAP,命令。,AMAP,命令提供了对多边面划分映射网格的简捷途径，不再需要连接或者合并线，只需拾取面边界上的三或四个关键点为顶点进行映射网格划分。如左图的面，依次选择关键点1，3，6，4后，生成的网格如图示。,（见参考书图2.79),在网格划分工具中选择对面进行映射网格划分，附加选项为“,pick corners”,（2）,体,的映射网格划分,要将,体,全部划分为六面体单元，体必须满足以下条件：,体的外形应为块状(有六个面)、楔形三棱柱(五个面)或者四面体(四个面),体的对边上必须划分相同的单元数,如果体是棱柱或四面体，三角形面边界上的单元划分数必须是偶数,要点：,体要满足体的面数不多于6，同时体的各个边界面要满足对面进行映射网格划分的条件,。,技巧：当体有多余的面时，也需要减少围成体的面的个数以进行映射网格的划分。可以对面进行,ACCT,或,AADD,操作，注意先连接面，再连接线。,Command:ACCAT,GUI： Main MenuPreprocessor|Meshing|Concatenate|Areas,Command:AADD,GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Areas,2.10.7,对面通过旋转、偏移、拖拉以及拉伸生成体及网格,可以对面进行,VROTAT(,旋转)、,VOFFSET(,偏移)、,VDARG (,拖拉)、,VEXT(,拉伸)操作生成体，如果对面划分了网格后再进行这些操作，还可能在生成体的同时生成体的网格。,将面沿某个轴旋转生成体,Command:VROTAT,GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|About Axis,将面沿其法向偏移生成体,Command:VOFFSET,GUI:Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Normal,对面沿某个路径扫掠生成体,Command:VDRAG,GUI：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Along Lines,在激活坐标系下对面进行延伸和缩放来生成体,Command:VEXT,GUI：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|By XYZ Offset,若想通过对面旋转、偏移、拖拉、拉伸生成体及体网格，可以按以下步骤操作：,1)定义单元类型（包括待操作的面网格所需的单元类型以及即将生成的体网格所需的单元类型）,2)通过,EXTOPT,命令(或,Preprocessor|Modeling|Operate,|Extrude|,Elem,Ext Opts),为待生成的体分配单元属性,3)对待旋转、偏移、拖拉或拉伸的面划分网格,4)指定在旋转、偏移、拖拉或拉伸的方向上单元划分数(,No,Elem divs,),5),执行相应的命令，生成体及网格。,实例六方孔螺钉头用扳手的体及网格生成,几何参数为:截面形状：正六边形，截面宽:1,cm,杆长：7.5,cm,手柄长：20,cm；,弯曲半径：1,cm,1.为建立模型时的输入方便，设定单位制和一些参数,从实用菜单中选择,Parameters|Angular Units,命令设置,ANSYS,内部函数角度参数的单位为,Degress,DEG(,度)；,从实用菜单中选择,Parameters|Scalar Parameters,命令，定义参数变量，即宏参定义。在,Selection,文本框中输入“,high=0.01”，,不管输入时字母的大小写，,ANSYS,自动转换成大写，单击,Accept，,在在数据库中生成,EXX,变量。重复上述步骤，定义完全部参变量，单击,close,按钮关闭对话框,待定义的参变量如下表,HIGH=0.01,正六边形截面的高度,L_SIDE=HIGH*TAN(30),正六边形的边长,L_SHANK=0.075,扳手杆短端长度,L_HANDLE=0.2,扳手杆长端长度,BENDRAD0.01,弯处半径,L_ELEM=0.0075,单元边长,NO_DIV_SIDE=2,截面每边的单元划分数,2.定义单元类型,在进行有限元分析时，首先要根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题的精度要求等，选定适合分析实例的有限单元类型。本例中选用8结点实体单元，考虑到将要采用沿路径拉伸的方式建立模型和有限元网格，还需要定义二维单元类型，本例中采用,Mesh200，,此中单元类型划分网格生成的单元和结点在求解时是无效的。,主菜单,Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete,命令，单击,Add,按钮，将弹出,Library of Element Types(,单元类型库,),对话框；,SOLID45。,由于,MESH200,能够兼容,ANSYS,几乎所有的单元类型，因此需要对其进行设定，使其形状为二维4结点单元。选择,Type1 Mesh200,项，然后单击按钮,左边列表框中选择,Not Solved,选项（此类单元将不予求解），在右边的列表框中选择,Mesh Facet 200,选项，此单元类型可模拟,ANSYS,提供的大多数二维或者三维实体单元，单击,Apply,按钮，添加,MESH200,单元；然后左选,Solid,选项，右选,Brick 8node 45,选项，选择8结点六面体单元，即,Options，,弹出,MESH200 element type options,设定对话框，在,Element shape and #of node(,单元形状和结点)下拉列表框中选择,QUAD 4NODE,选项，即单元形状为4结点4边形。,3. 建立扳手模型,本例采用沿路径拖拉的方式建立实体模型和有限元网格，因此首先建立扳手的截面，然后作出扳手的一条路径线，将截面沿此路径线拖拉生成扳手实体模型和网格。,扳手截面为正六边形，可以采用自顶向下的思想，利用,ANSYS,提供的面元直接生成：,Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Polygon|By Side Length,设定边数6，边长,L_SIDE，,则生成正六边形以及6个关键点。,创建截面拖拉路径上的关键点,选择,Preprocessor|Modeling|Create|,Keypoints,|In Active CS,命令，在激活坐标系分别创建下列点7(0,0,0),8(0,0,-,L_SHANK),9(0, L_HANDLE ,-L_SHANK)，,并从实用菜单中选择,Plot|,Muti,_plots,命令显示所有图元，且通过实用菜单中,PlotCtrls,|Pan Room Rotate,对话框改变视角及大小；,创建拖拉路径线,从实用菜单中选择,PlotCtrls,|Numbering,命令，打开点编号和线编号显示控制开关，,通过建立直线命令，依次拾取（或直接输入直线端点编号）7，8以及8，9端点生成直线,L7，L8，,再通过直线圆角命令，选取,L7，L8，,弹出,Line Fillet,对话框后，设定圆角半径,BENDRAD,返回。单击,ANSYS,工具栏上的,SAVE_DB,按钮保存数据库。结果如图示。,4.对截面划分网格,要将面沿路径拖拉生成体，同时生成有限元网格，首先需要对源面进行网格划分。,从,Preprocessor|Meshing|,MeshTool,命令，单击,lines,域,Set,按钮，弹出,Element Size on Picked Lines(,在选定线上设置单元划分数)对话框，以设定正六边形每条边的单元划分数，在其对话框的,No of element division(,单元划分数)文本框中输入“,No_Div_SIDE”，,返回网格工具对话框。,在网格工具中选择分网对象为,Areas，,网格形状为,Quad(,四边形)，分网形式为,Mapped(,映射)，在附加选项中选择“,Pick corners”；,单击,MESH,按钮，首先弹出的是面选择对话框，选择定义的截面后单击,OK,按钮，接着弹出点选择对,择对话框，选取正六边形的其中34个顶点，如1，3，5点。单击,OK,按钮，则,ANSYS,将截面划分网格，生成单元和结点；,从实用菜单中选择,Plot|Element,命令，并经缩放和视角处理，结果如图示。,5.将截面沿路径拖拉生成体和网格,单击,ANSYS,标准工具栏上的 按钮，调出已隐藏的,Mesh Tool,对话框，单击,Size Controls,域中,Global,行的,Set,按钮，弹出,Global Element Size,对话框，设置,Element edge length(,单元边长）文本框中值为,L_ELEM，,返回。,从实用菜单中选择,Plot|Lines,命令，只显示直线，并调整好大小和视角；,下面将要把前面创建的扳手截面沿路径线拖拉生成扳手实体和网格。从主菜单中选择,Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Lines,命令，弹出面选择的对话框，选择欲拖拉的截面，又弹出线选择对话框，依次点取,L7、L9、L8（,或者直接在文本框中输入7，9，8）。单击,OK，ANSYS,将创建实体和网格，选择,Plot|Element，,显示扳手的实体单元，并选择,Preprocessor|Meshing| Clear|Areas,命令，选择,pick all,按钮，清除所有面网格（此处即使保留源面网格对计算结果也毫无影响，清除只是使以后的操作更方便）。结果如下页图示。,