[工学]03第三课 ANSYS建模

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1、有限元方法及CAE软件 刘恒 ANSYS/ ANSYS/ FLOTRANFLOTRANANSYS/ANSYS/ EmagEmagANSYS/ANSYS/ StructuralStructuralANSYS/ ANSYS/ MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ANSYS/ LS-DYNALS-DYNAANSYS/ANSYS/ MechanicalMechanicalANSYS/ANSYS/ LinearPlusLinearPlusANSYS/ANSYS/ ThermalThermal一、模型输入、建模输入几何模型 概述 若要分析的几何模型已经用CAD建好了,通常只需把该

2、几何模型输入到 ANSYS 中即可,这比在ANSYS中重新 建模更有效. 本章将讨论ANSYS 中的各种输入选项: A.输入IGES文件 对IGES文件输入的扩充, 在第4章 已提及 B.接口产品 向用户介绍如何直接输入CAD零件 C输入有限元模型 简要解释如何输入节点和单元. D. 专题讨论 自己动手做输入 练习.输入几何模型 A.输入IGES文件输入IGES 文件的一般过程已在第4章讨论过了.这部分, 我们将介 绍某些可能用到的选项: 两种方法, No Defeaturing 和 Defeaturing Merge, Solid, 和 Small 选项No Defeaturing 方法 把

3、文件输入并存储在标准ANSYS数据库 中. ioptn,iges,nodefeat + 比Defeaturing方法更快更有效. + 允许对实体模型进行操作. 可使用No defeaturing 工具条. + 这是缺省(DEFAULT)方法,建议用户选该方法.输入几何图形 .输入IGES文件输入几何图形 .输入IGES文件Defeaturing 方法 把文件输入并存储在指定的数据库 中,该数据库允许对模型进行修改和改变模型形状. ioptn,iges,defeat + 允许修改模型, 如, 删去凸出部分,洞,小孔等. 因为指定数据库用于存储模型, 故该数据库只允许对 实体模型做有限次的操作.

4、要求的内存比较大,和“No defeaturing”方法相比有点 慢. + 该方法对单个实体模型的输入、施加荷载、划分网格 和求解效率更高. 一般地, 如果对几何图形的要求很高，则不提倡用此 法.输入几何图形 .输入IGES文件Merge 合并选项 缺省为YES, 合并重叠部分，以使相邻的面相交于一条公用线 ，相邻的线交于一个关键点. 仅在使用Defeaturing 方法且运行超出内存时，才将此选项改 为NO. ioptn,merge,yes/nomerge输入几何图形 .输入IGES文件Solid 实体选项 缺省为YES, 输入、合并之后自动建立一个体（实体）. 若用户仅想输入面并建立壳或2

5、-D 板单元模型时，可将此项转 换为 NO. ioptn,solid,yes/no输入几何图形 .输入IGES文件Small Option 缺省为YES, 自动删除小的碎面，这些碎面在划分网格时可能 会引起麻烦. 仅适用于Defeature方法. 若模型中有缝隙或“洞”，则将洗选项改为 NO. ioptn,small,yes/no输入几何模型 B. 接口产品输入IGES 文件的方法虽然很好，但是双重转换过程 CAD IGES ANSYS 在很多情况下并不能实现100%的转换. ANSYS 的产品接口直接读入“原始”的CAD 文件，解决了上面提 到的问题: Pro/ENGINEER接口 (缩写为

6、“Pro/E”) Unigraphics（单一图形）接口 (缩写为“UG”) SAT接口 Parasolid接口 用产品接口 ，需购买相应的授权.输入几何图形 .接口产品Pro/E接口 读入由Pro/ENGINEER生成的文件 .prt (由Parametric Technology公司提供.). 也可以读入Pro/Engineer组集文件 (.asm) 需要 Pro/ENGINEER 软件. Utility Menu File Import Pro/E. 或 proein删除小特征的选项缺省不删除你的Pro/E的启动命令输入几何图形 .产品接口UG接口 读入由 Unigraphics生成的文

7、件.prt (由Electronic Data Systems 公司提供.). 需要 Unigraphics 软件. Utility Menu File Import UG. 或 ugin删除小特征的选项缺省不删除只读取选择的层和 几何类型的选项输入几何模型 .产品接口 SAT接口读入由 CAD生成的文件.sat，该文件用于ACIS模型制 造者. 不需要 ACIS 软件. Utility Menu File Import SAT. 或 satin删除小特征的选项缺省不删除只读取选择的层和几何类 型的选项输入几何图形 .产品接口 Parasolid接口读入CAD生成的文件由.x_t 或 .xmt

8、_txt，该文件适 用Parasolid 进行建模者. 不需要 Parasolid 软件. Utility Menu File Import PARA. 或 parain删除小特征的选项缺省不删除只读取选择的层和几何模 型类型的选项允许缩放几何模型输入几何图形 C. 输入有限元模型除了实体几何模型外， ANSYS 也可输入由某些软件包生成的有 限元单元模型数据（节点和单元）. 对软件商来说，最常用的方法是用ANSYS 可读的格式“写出”节点 和单元 (用 NREAD 和 EREAD). 这些格式公布在ANSYS Programmers Manual 中. 某些软件包提供了一个界面，该界面不仅允

9、许把节点和单元，也 允许把更多的内容从一个有限元包中移入到ANSYS 中.实体建模概述直接输入几何实体来建模很方便,但有些情况下需要在ANSYS中 来建立实体模型。例如: 需要建立参数模型时， 在优化设计及参数敏感性分析时建 立的包含包含变量的模型. 没有ANSYS能够读入的几何实体模型时. 计算机上没有相关的绘图软件时（与ANSYS程序兼容的）. 在对输入的几何实体需要修改或增加时，或者对几何实体进 行组合时. ANSYS 有一组很方便的几何作图工具。本章将讨论这些作图工 具.实体建模概述主要内容: A. 定义 B. 自上而下建模 前言 工作平面 布尔运算 C. 例题 D. 自下而上建模 关

10、键点 坐标系 线,面,体 操作 E. 例题实体建模 A. 定义实体建模 可以定义为建立实体模型的过程. 首先回顾前面的一些定义：: 一个实体模型有体、面、线及关键点组成。. 体由面围成，面由线组成,线由关键点组成. 实体的层次从底到高: 关键点 线 面 体. 如果高一级的实体存在，则低一级的与之 依附的实体不能删除. 另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，如 壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体.体面线及关键点关键点线面体实体建模 A. 定义建立实体模型可以通过两个途径: 由上而下 由下而上 由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组 合得到最终需要的形状.加实体建模

11、A. 定义由下而上建模；首先建立关键点，由这些点建立线、.可以根据模型形状选择最佳建模途径. 下面详细讨论建模途径。.实体建模 B. 由上而下建模由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组 合得到最终需要的形状. 开始建立的体或面称为图元. 工作平面用来定位并帮助生成图元. 对原始体组合形成最终形状的过程称为布尔运算.实体建模 - 由上而下建模 图元图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形和球体. 二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形.实体建模 - 由上而下建模 .图元三维图元包括块体, 圆柱体, 棱体， 球体,和圆锥体.实体建模 - 由上而下建模 .图元当建立二维图元时，A

12、NSYS 将定义一个面，并包括其下层的线 和关键点。 当建立三维图元时，ANSYS 将定义一个体，并包括其下层的面 、线和关键点。实体建模 - 由上而下建模 .图元图元可以通过输入尺寸或在图形窗口拾取来建立。. 例如建立实心圆: 前处理 -建模- 生成 -面- 圆 指令拾取器在图形窗口拾取中心及半径拾取或在这里输入数值实体建模 - 由上而下建模 .图元 生成块体: Preprocessor -Modeling- Create -Volumes- Block V指令拾取器 在图形窗口 拾取期望的位置.拾取或在这儿输入值实体建模 - 由上而下建模 工作平面工作平面 一个可动的二维参考平面，用来定位

13、确定图元。缺 省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，但可以把工作 平面移动或旋转到任意位置. 利用显示格栅，在工作平面上作图就象在方格纸上作图。 除了格栅的设置外，工作平面是无限的。WXWYX 2X 1Y 2Y 1WXW YWP (X,Y)widthheight实体建模 - 由上而下建模 工作平面所有的工作平面命令菜单均在 Utility Menu WorkPlane. 工作平面控制菜单（WP Settings）控制下 列内容: WP display - 只显示三个坐标轴 (缺省),只显示格栅，或两者均显示。 Snap - 便于在工作平面上拾取格栅上的点. Grid spacing 栅距

14、. Grid size -显示的工作平面大小(大小无限制).实体建模 - 由上而下建模 工作平面用Offset 和 Align菜单可以把工 作平面移到期望的任意位置. 通过增量移动工作平面 用按扭实现 (通过指针滑动实现). 或输入希望的增量值. 或使用动态方式 (类似移动-缩放-转动).实体建模 - 由上而下建模 工作平面 Offset WP to 保持其当前方向，简单地平移工 作平面到期望的位置: 已经存在的一个或多个关键点 . 若拾取多个关键点，则工作 平面移到这些关键点的平均位 置处. 已经存在的一个或多个结点. 通过坐标值指定的一个或多个 位置. 总体坐标系原点. 激活坐标系的原点.

15、实体建模 - 由上而下建模 工作平面 Align WP with 此命令用于定位工作平面. 例如, Align WP with Keypoints 命令提示拾取三个关键点 - 一 个为原点一个定义X-轴, 一个定 义 X-Y 平面. 把工作平面移动到其缺省位置 （总体坐标系原点，X-Y 平面 内)时, 点击 Align WP with Global Cartesian.实体建模 - 由上而下建模 工作平面演示: 清除数据库 显示工作平面并通过拾取方式建立几个关键点，注意拾取时 显示的坐标值. 打开格栅，改变间距，并激活捕捉. 建立更多的关键点.注意指针如何捕捉格栅上的点. 定义两个矩形 一个通过定义角点，另一个通过定义尺寸. 现在把工作平面平移到几个关键点的平均位置处, 然后在平面 内将其转30. 定义多于两个矩形 通过定义角点或通过定义尺寸生成。注 意矩形方向的变化. 沿总体坐标原点调整工作平面，然后用拾取或