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1、第五章第五章 实体建模实体建模5.15.1 实体建模操作概述实体建模操作概述用直接生成的方法构造复杂的有限元模型费时费力，使用实体建模的方法 就是要减轻这部分工作量。我们先简要地讨论一下使用实体建模和网格划分操 作的功能是怎样加速有限元分析的建模过程。自下向上地模造有限元模型自下向上地模造有限元模型：定义有限元模型顶点的关键点是实体模型中 最低级的图元。在构造实体模型时，首先定义关键点，再利用这些关键点定义 较高级的实体图元（即线、面和体）。这就是所谓的自下向上的建模方法。一 定要牢记的是自下向上构造的有限元模型是在当前激活的坐标系内定义的。图 5-1 自下向上构造模型自上向下构造有限元模型自
2、上向下构造有限元模型：ANSYS 程序允许通过汇集线、面、体等几何体素 的方法构造模型。当生成一种体素时，ANSYS 程序会自动生成所有从属于该体 素的较低级图元。这种一开始就从较高级的实体图元构造模型的方法就是所谓 的自上向下的建模方法。用户可以根据需要自由地组合自下向上和自上向下的 建模技术。注意几何体素是在工作平面内创建的，而自下向上的建模技术是在 激活的坐标系上定义的。如果用户混合使用这两种技术，那么应该考虑使用 CSYSCSYS，WP 或 CSYSCSYS，4 命令强迫坐标系跟随工作平面变化。图 5-2 自上向下构造模型（几何体素）注意注意：建议不要在环坐标系中进行实体建模操作，因为
3、会生成用户不想要 的面或体。运用布尔运算运用布尔运算：可以使用求交、相减或其它的布尔运算雕塑实体模型。通 过布尔运算用户可直接用较高级的图元生成复杂的形体。布尔运算对于通过自 下向上或自上向下方法生成的图元均有效。图 5-3 使用布尔运算生成复杂形体。拖拉或旋转拖拉或旋转：布尔运算尽管很方便，但一般需耗费较多的计算时间。故在 构造模型时，如果用拖拉或旋转的方法建模，往往可以节省计算时间，提高效 率。图 5-4 拖拉一个面生成一个体VDRAG移动和拷贝实体模型图元移动和拷贝实体模型图元：一个复杂的面或体在模型中重复出现时仅需要 构造一次。之后可以移动、旋转或拷贝到所需的地方。用户会发现在方便之处
4、 生成几何体素再将其移动到所需之处，这样往往比直接改变工作平面生成所需 体素更方便。图 5-5 拷贝一个面网格划分网格划分：实体建模的最终目的是为了划分网格以生成节点和单元。在完 成了实体建模和建立了单元属性，网格划分控制之后，ANSYS 程序可以轻松地生成有限元网格。考虑到要满足特定的要求，用户可以请求映射网格划分生成 全部都是四边形、三角形或块单元。图 5-6 自由网格和映射网格移动、拷贝节点和单元移动、拷贝节点和单元：与直接生成节点和单元相比，自动网格划分是一 个巨大的进步，但自动网格划分需耗费较多机时。若模型具有重复性，则可先 对某一部分进行网格划分，再将其拷贝到所需的地方。（一般来说
5、，按这种方 式拷贝网格将比对各重复体素分别进行网格划分来得快）图 5-7 拷贝已划分网格的面实体模型加载实体模型加载：在 ANSYS 程序中，载荷一般是加在节点和单元上的。但采 用实体建模时，对节点和单元直接加载不太方便。幸运的是，用户可以直接在 实体模型上加载，在发出 SOLVE 命令求解时，ANSYS 程序会自动地将实体模型 上的载荷转换到有限元模型上。修改模型修改模型（清除和删除）：在修改模型时，需要知道实体模型和有限元模 型中图元的层次关系。不能删除依附于较高级图元上的低级图元。如不能删除 已划分了网格的体，也不能删除依附于面上的线等。若一个实体已加了载荷， 删除或修改该实体，附加在该
6、实体上的载荷也将从数据库中删除。图元间的层 次关系如下：最高级图元： 单元（包括单元载荷）节点（包括节点载荷）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）在修改已划分了网格的实体模型前，首先必须用 xCLEARxCLEAR 命令（MainMain MenuProprocessorMenuProprocessor ClearClear）清除该实体模型上所有的节点和单元。一旦清除 了网格，就可以自上而下地删除和重新定义图元以达到修改模型的目的。清除、 删除和修改模型时，也可用下列方法直接修改关键点：命令：KMODIFKMODIFGUI : MainMain
7、 MenuPreprocessorMoveMenuPreprocessorMove / / ModifySetModifySet ofof KPsKPsMainMain MenuPreprocessorMoveMenuPreprocessorMove / / ModifySingleModifySingle KPKP用 KMODIFKMODIF 自动清除并重新定义与此关键点相关联的所有线、面和体，修改 完模型之后，还需对已清除部分重新划分网格。图 5-8 修改已划分网格的实体模型。5.25.2 用自下向上的方法建模用自下向上的方法建模无论是使用自下向上还是自上向下的方法构造的实体模型，均由关键
8、点、 线、面和体组成。如图 5-9 所示。图 5-9 基本实体模型图元。顶点为关键点，边为线，表面为面而整个物体内部为体。这些图元的层次 关系是：最高级的图元体以面为边界，面以线为边界，线则以关键点为端点。注意注意：建议不要在环坐标系下进行实体建模操作。因为可能产生并非用户 想要的面或体。5.2.15.2.1 关键点：关键点：用自下向上的方法构造模型时，首先定义最低级的图元：关键点。关键点 是在当前激活的坐标系内定义的。用户不必总是按从低级到高级的办法定义所 有的图元来生成高级图元，可以直接在它们的顶点由关键点来直接定义面和体。 中间的图元需要时可自动生成。例如，定义一个长方体可用八个角的关键
9、点来 定义，ANSYS 程序会自动地生成该长方体中所有的面和线。5.2.1.15.2.1.1 定义关键点：定义关键点：ANSYS 程序提供了多种定义关键点的方法，包括：定义单个关键点：命令：K KGUI : MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsInMenuPreprocessorCreateKeypointsIn ActiveActive CSCSMainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOnMenuPreprocessorCreateKeypointsOn WorkingWorking PlanePlane在己
10、知线上给定位置定义关键点。命令：KLKLGUI: MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOnMenuPreprocessorCreateKeypointsOn LineLineMainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOnMenuPreprocessorCreateKeypointsOn LineLine w/Ratiow/Ratio5.2.1.25.2.1.2 从已有关键点生成关键点从已有关键点生成关键点一旦用户定义了初始形式的关键点，可以利用下列方法产生另外的关键点 （许多布尔运算命令能生成关键点）。在已有两关
11、键点之间生成关键点：命令：KBETWKBETWGUI : MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsKPMenuPreprocessorCreateKeypointsKP betweenbetween KPsKPs在两关键点之间生成关键点：命令：KFILLKFILLGUI : MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsFillMenuPreprocessorCreateKeypointsFill betweenbetween KPsKPs在由三点定义的圆弧的中心生成一个关键点：命令：KCENTERKCENTERGUI
12、: MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsKPMenuPreprocessorCreateKeypointsKP atat CenterCenter由一种模式的关键点生成另外的关键点：命令：KGENKGENGUI : MainMain MenuPreprocessorCopyKeypointsMenuPreprocessorCopyKeypoints用 KSCALEKSCALE 命令从一给定模式的关键点生成另外的有一定比例模式的关 键点，在 GUI 中没有与 KSCALEKSCALE 相应的途径。通过映像产生关键点：命令：KSYMMKSYMMGUI :
13、 MainMain MenuPreprocessorReflectKeypointsMenuPreprocessorReflectKeypoints将一种模式的关键点转到另外一个坐标系中命令：KTRANKTRANGUI : MainMain MenuPreprocessorMoveMenuPreprocessorMove / / ModifyTransferModifyTransfer CoordKeypointsCoordKeypoints给未定义的节点或关键点定义一个缺省位置，用 SOURCE 命令。在 GUI 中没有与 SOURCE 相应的途径。计算并移动一个关键点到一个交点上：命令：K
14、MOVEKMOVEGUI : MainMain MenuPreprocessorMoveMenuPreprocessorMove / / ModifyToModifyTo IntersectIntersect在已有节点处定义一个关键点：命令：KNODEKNODEGUI : MainMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOnMenuPreprocessorCreateKeypointsOn NodeNode5.2.1.35.2.1.3 查看、选择和删除关键点。查看、选择和删除关键点。用户可用下列方法操作关键点：列表显示已定义的关键点：命令：KLISTKLISTG
15、UI : UtilityUtility MenuListKeypointsCoordinatesMenuListKeypointsCoordinates +Attributes+AttributesUtilityUtility MenuListKeypointsCoordinatesMenuListKeypointsCoordinates onlyonlyUtilityUtility MenuListKeypointsHardMenuListKeypointsHard PointsPointsUtilityUtility MenuListPickedMenuListPicked EntitiesKeypointsCoordinatesEntitiesKeypointsCoordinates OnlyOnlyUtilityUtility MenuListPickedMenuListPicked EntitiesKeypointsCoordsEntitiesKeypointsCoords +Attributes+Attributes显示所选关键点：命令：KPLOTKPLOTGUI : UtilityUtility MenuPlotKeypointsMenuPlotKeypointsUtilityUtility MenuPlot
