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1、有限元分析及应用讲义分析的对象的一些行为计算出的几何项求解的自由度及应力反作用力或节点力识别无效的结果识别无效的结果有限元分析及应用讲义1.分析的对象的一些基本的行为: 重力方向总是竖直向下的 离心力总是沿径向向外的 没有一种材料能抵抗 1,000,000 psi 的应力 轴对称的物体几乎没有为零的 环向应力 弯曲载荷造成的应力使一侧受压，另一侧受拉如果只有一个载荷施加在结构上，检验结果比较容易. 如果有多个载荷，可单独施加一个或几个载荷分别 检验，然后施加所有载荷检验分析结果.2有限元分析及应用讲义2.2.计算出的几何项：计算出的几何项：在输出窗口中输出的质量特性，可能会揭示在几何 模型、材
2、料属性（密度）或实常数方面存在的错误.3.检验求解的自由度及应力： 确认施加在模型上的载荷环境是合理的. 确认模型的运动行为与预期的相符 - 无刚体平动、 无刚体转动、无裂缝等. 确认位移和应力的分布与期望的相符，或者利用物 理学或数学可以解释.3有限元分析及应用讲义4.反作用力或节点力模型所有的反作用力应该与施加的点力、压力和惯性力 平衡.在所有约束节点的竖 直方向的反作用力.在所有约束节点水平方向的反 作用力必须与水平方向的载荷 平衡.所有约束节点的反作用力矩必 须与施加的载荷平衡.注意包含在约束方程中自由度 的反力，不包括由这个约束方 程传递的力.必须与施加的竖直方 向的载荷平衡4有限元
3、分析及应用讲义反作用力和节点力 (续)在任意选取的单元字集中的节点力，应与作用在结构 此部分的已知载荷向平衡，除非节点的符号约定与自 由体图上所示的相反.未选择的单元上的竖 直方向的节点总力.必须与被选择的 单元上施加的竖直 方向的载荷平衡注意包含在约束方程中 自由度的反力，不包括 由这个约束方程传递的 力.5有限元分析及应用讲义 网格误差估算网格误差估算 局部细化局部细化 P P方法方法 不须将复杂形状的 体分解为规则形状的体.体单元仅包含四面体网格, 致 使单元数量较多.仅高阶 (10-节点) 四面体单元 较满意, 因此DOF(自由度)数目可 能很多. 映射网格+通常包含较少的单元数量.+
4、低阶单元也可能得到满意的结 果,因此DOF(自由度)数目较少.面和体必须形状 “规则”, 划分 的网格必须满足一定的准则.难于实现, 尤其是对形状复杂 的体.映射网格划分网格划分的优缺点：有限元分析及应用讲义.映射网格划分自由网格l自由网格是面和体网格划分时的缺省设置.l生成自由网格比较容易:导出 MeshTool 工具, 划分方式设为自由划分.推荐使用智能网格划分 进行自由网格划分, 激 活它并指定一个尺寸级别. 存储数据库.按 Mesh 按钮开始划分网格.l按拾取器中 Pick All 选择所有 实体 (推荐).或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL.有限元分析及应用讲义
5、映射网格划分&举例映射网格划分l由于面和体必须满足一定的要求,生成映射网格不如生成自由网格容 易 :面必须包含 3 或 4 条线 (三角形或四边形).体必须包含4, 5, 或 6 个面 (四面体, 三棱柱, 或六面体).对边的单元分割必须匹配.l对三角形面或四面体, 单元分割数必须为偶数.有限元分析及应用讲义.映射网格划分l因此 ,映射网格划分包含以下三个步骤:保证 “规则的”形状, 即, 面有 3 或4 条边, 或 体有 4, 5, 或 6 个面.指定尺寸和形状控制生成网格0有限元分析及应用讲义.映射网格划分1.保证规则的形状l在许多情况下, 模型的几何形状上有多于4条边的面,有多于6个面
6、的体. 为了将它们转换成规则的形状, 您可能进行如下的一项或两项 操作:把面 (或体) 切割成小的, 简单的形状.连接两条或多条线 (或面) 以减少总的边数.有限元分析及应用讲义.映射网格划分l切割 （divide）可以通过布尔减运算实现.您可以使用工作平面, 一个面, 或一条线 作为切割工具.有时, 生成一条新的线或面会比移动或定向工作平面到正确的方 向容易得多.有限元分析及应用讲义.映射网格划分l连接 操作是生成一条新线 (为网格划分) , 它通过连接两条或多 条线以减少构成面的线数. 使用 LCCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Line
7、s, 然后拾取须连接的线. 对面进行连接, 使用 ACCAT 命令或Preprocessor -Meshing- Concatenate Areas 若两条线或两个面 相切交汇可考虑用加 (布尔) 运算连接这两条线使其成为一个由4条边构成的面Concatenate 有限元分析及应用讲义举例：一个由六条线围成的面L1 and L2 are added.New Line L#L4 and L5 are concatenated.产生四条线围成的面，适于网格划分New concatenated line.原始边的单元数为4条连接边的单元数为8条有限元分析及应用讲义.映射网格划分l您也可以简单地通过一
8、个面上的3个或4个角点 暗 示 一个连接. 此时, ANSYS 内在地 生成一个连接.在MeshTool中选择Quad shape 和 Map 网格.将 3/4 sided 变为 Pick corners.按 Mesh 键, 拾取面, 然后拾取 3 或 4 角点形成一 规则的形状.有限元分析及应用讲义.映射网格划分l使用连接时注意:它仅仅是一个网格划分操作,因而应为网格划分前的最后一步, 在 所有的实体建模之后. 这是因为，经连接操作得到的实体不能在后 续的实体建模操作中使用.可以通过删除产生的线或面 “undo(取消)” 一个连接.连接面 (为在体上映射网格) 通常比较复杂,因为您也应该连接
9、一 些线. 只有在对相邻的两个4边形面作连接时其中的线会自动连接.有限元分析及应用讲义.映射网格划分指定尺寸和形状控制l这是映射网格划分3个步骤中的第2步.l选择单元形状非常简单. 在 MeshTool中, 对面的网格划分选择 Quad,对体的网格划分 选择 Hex, 点击 Map.l其中通常采用的尺寸控制和级别如下:线尺寸 LESIZE 级别较高. 若指定了总体单元尺寸, 它将用于 “未给定尺寸的” 线. 缺省的单元尺寸 DESIZE仅在未指定ESIZE时用 于 “未给定尺寸的” 线上. (智能网格划分 无效.)有限元分析及应用讲义.映射网格划分l若您指定线的分割数, 切记:对边的分割数必须
10、匹配, 但您只须指定一边的分割数. 映射网格划 分器 将把分割数自动传送到它的对边.如果模型中有连接(Concatenate)线, 只能在原始(输入)线上指定分 割数,而不能在合成线上指定分割数.每条初始线上指定6份分割.此线上将自动使用12 份分 割 (合成线的对边).其它两条线上会采用几 份分 割 呢? (后面的演示将会回 答这一问题.)有限元分析及应用讲义.映射网格划分生成映射网格l只要保证了规则的形状 并指定了合适的份数, 生成网格将非常简 单. 只须按MeshTool中的 Mesh 键, 然后按拾取器中的 Pick All 或选择需要的实体即可.有限元分析及应用讲义映射网格划分举例：
11、轮说明l用自由及映射网格对轮模型进行混合的网格划分.有限元分析及应用讲义 轮 1.按指定的工作目录，以 “wheelb-3d”为作业名，进入ANSYS. 或清除 ANSYS 数据库，改换作业名为 “wheelb-3d”: Utility Menu File Clear & Start New . Utility Menu File Change Jobname . 2.恢复 “wheelb.db1” 数据库文件: Utility Menu File Resume from l选择 “wheelb.db” 数据库文件, 然后选择 OK 或用命令: RESUME,wheelb,db1 3.进入前处
12、理器，用工作平面切分体 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane +l拾取Pick All Utility Menu Plot Volumes 或用命令: /PREP7 VSBW,1 VPLOT有限元分析及应用讲义4.平移工作平面到19号关键点:Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints +l选择如图所示的19号关键点, 然后选择 OK或用命令: KWPAVE,19有限元分析及应用讲义5.以工作平面切分体:Main Menu Pre
13、processor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane +l拾取Pick AllUtility Menu Plot Volumes或用命令: VSBW,4 VPLOT有限元分析及应用讲义6.关闭工作平面，设置总体单元尺寸为 0.25: Utility Menu WorkPlane Display Working Plane Main Menu Preprocessor MeshTool l设置大小控制为Global，按 Setl设置SIZE = 0.25l按OK 或用命令: WPSTYLE ESIZE,0.25 7.用SO
14、LID45单元，对四个外部的体进行映射网格划分 (TYPE 1): Main Menu Preprocessor MeshTool l在Shape下选择 “Hex” 和 “Mapped” :l按Meshl拾取四个外部的体 (体号 1, 2, 3, 和 5)l按OK 或用命令: MSHAPE,0,3D MSHKEY,1 VMESH,1,3,1 VMESH,5有限元分析及应用讲义有限元分析及应用讲义8.用SOLID95单元，对内部的体进行自由网格划分 (TYPE 2): Main Menu Preprocessor MeshTool l单击单元属性（Element Attributes）下的 Se
15、t :lTYPE = “2 SOLID95”, 然后选择 OKl设置大小控制为Global，按 Setl设置SIZE = 0.2l按OKl在Shape 下选择 “Tet”和“Free” :l按Meshl拾取内部的体 (体号 6)l按OK 或用命令: TYPE,2 ESIZE,0.2 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0 VMESH,6有限元分析及应用讲义9.将 SOLID95单元转变为 SOLID92单元:Main Menu Preprocessor -Meshing - Modify Mesh Change Tets .l按OK 或用命令: TCHG,95,92 10.选择并画出 SOLID95 四面体单元: Utility Menu Select Entities .l选择 “Elements”, “By Attributes”, “Elem type num”l设置 Min,Max,Inc = 2l按OK Utility Menu Plot Elements 或用命令: ESEL,S,TYPE,2 EPLOT有限元分析及应用讲义11.选择 “全部实体”并保存数据库 : Utility Menu Select Every
