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1、-第五章 实体建模5.1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局部工作量。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：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：ANSYS程序允许通过聚集线、面、体等几何体素的方法构造模型。当生成一种体素时，
2、ANSYS程序会自动生成所有附属于该体素的较低级图元。这种一开场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创立的，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，则应该考虑使用CSYS，WP或CSYS，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：建议不要在环坐标系中进展实体建模操作，因为会生成用户不想要的面或体。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
3、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：布尔运算尽管很方便，但一般需消耗较多的计算时间。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：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：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
4、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：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，但自动网格划分需消耗较多机时。假设模型具有重复性，则可先对*一局部进展网格划分，再将其拷贝到所需的地方。一般来说，按这种方式拷贝网格将比对各重复体素分别进展网格划分来得快图5-7拷贝已划分网格的面实体模型加载：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，ANS
5、YS程序会自动地将实体模型上的载荷转换到有限元模型上。修改模型去除和删除：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。假设一个实体已加了载荷，删除或修改该实体，附加在该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*CLEAR命令Main MenuProprocessor Clear去除该实体模型上所有的节点和单元。一旦去
6、除了网格，就可以自上而下地删除和重新定义图元以到达修改模型的目的。去除、删除和修改模型时，也可用以下方法直接修改关键点：命令：KMODIFGUI : Main MenuPreprocessorMove / ModifySet of KPsMain MenuPreprocessorMove / ModifySingle KP用KMODIF自动去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，还需对已去除局部重新划分网格。图5-8修改已划分网格的实体模型。5.2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，均由关键点、线、面和体组成。如图5-9所示。图5-9
7、根本实体模型图元。顶点为关键点，边为线，外表为面而整个物体部为体。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：建议不要在环坐标系下进展实体建模操作。因为可能产生并非用户想要的面或体。5.2.1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定义的。用户不必总是按从低级到高级的方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。5.2.1.1 定义关键点：AN
8、SYS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：KGUI : Main MenuPreprocessorCreateKeypointsIn Active CSMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOn Working Plane在己知线上给定位置定义关键点。命令：KLGUI: Main MenuPreprocessorCreateKeypointsOn LineMain MenuPreprocessorCreateKeypointsOn Line w/Ratio5.2.1.2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，可以利用以下方
9、法产生另外的关键点许多布尔运算命令能生成关键点。在已有两关键点之间生成关键点：命令：KBETWGUI : Main MenuPreprocessorCreateKeypointsKP between KPs在两关键点之间生成关键点：命令：KFILLGUI : Main MenuPreprocessorCreateKeypointsFill between KPs在由三点定义的圆弧的中心生成一个关键点：命令：KCENTERGUI : Main MenuPreprocessorCreateKeypointsKP at Center由一种模式的关键点生成另外的关键点：命令：KGENGUI : Mai
10、n MenuPreprocessorCopyKeypoints用KSCALE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KSCALE相应的途径。通过映像产生关键点：命令：KSYMMGUI : Main MenuPreprocessorReflectKeypoints将一种模式的关键点转到另外一个坐标系中命令：KTRANGUI : Main MenuPreprocessorMove / ModifyTransfer CoordKeypoints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
11、个交点上：命令：KMOVEGUI : Main MenuPreprocessorMove / ModifyTo Intersect在已有节点处定义一个关键点：命令：KNODEGUI : Main MenuPreprocessorCreateKeypointsOn Node5.2.1.3 查看、选择和删除关键点。用户可用以下方法操作关键点：列表显示已定义的关键点：命令：KLISTGUI : Utility MenuListKeypointsCoordinates +AttributesUtility MenuListKeypointsCoordinates onlyUtility MenuLis
12、tKeypointsHard PointsUtility MenuListPicked EntitiesKeypointsCoordinates OnlyUtility MenuListPicked EntitiesKeypointsCoords +Attributes显示所选关键点：命令：KPLOTGUI : Utility MenuPlotKeypointsUtility MenuPlotSpecified EntitiesKeypoints选择关键点：命令：KSELGUI : Utility MenuSelectEntities删除未划分网格的关键点：命令：KDELEGUI : Main
13、 MenuPreprocessorDeleteKeypoints用户如果使用命令/PNUM，KP，1Utility MenuPlotCtrlsNumbering在显示高级图元线、面和体LPLOT，APLT和VPLOT时会显示依附其上的关键点。ANSYS提供的使用关键点的方法：计算两关键点之间的距离。命令：KDISTGUI : Main MenuPreprocessor-Modeling-Check GeomKP distances修改关键点的坐标即将关键点移动到一个新的位置，使用以下方法。这样做能自动去除与该关键点相连区域的网格，与该关键点相连所有高级图元也需重新定义。如一个“自由的关键点，即
14、未与任何线相连，也未划分网格，则可用K命令重新定义。命令：KMODIFGUI : Main MenuPreprocessorMove / ModifySet of KPsMain MenuPreprocessorMove / ModifySingle KP5.2.2 硬点硬点实际上是一种特殊的关键点。用户可利用硬点施加载荷或从模型线和面上的任意点获得数据。硬点不改变模型的几何形状和拓扑构造。大多数关键点命令如FK、KLIST和KSEL等都适用于硬点。而且硬点有自己的命令集和GUI中的局部。如果用户发出更新图元几何形状的命令，例如布尔运算或简化命令，任何与图元相连的硬点都将被删去。因此在完成实体
15、模型之后应当将所有的硬点参加。如果删除一个联系着硬点的图元，硬点会：与图元一起被删除如果硬点与其它任何图元都没有关系与被删除的图元别离如果硬点与另外的图元相连不能用拷贝、移动或修改关键点的命令操作硬点。硬点有其自己的命令和GUI控制。当使用硬点时不支持映射网格划分。5.2.2.1 定义硬点：可以在现有线或面上定义硬点。在这两种情况下，用户可通过如下定义硬点在图元上的位置：拾取不适于从IGES文件中输入的模型指定比率只适用于线指定总体*、Y和Z坐标用以下方法生成硬点：在已有线上定义单个的硬点：命令：HPTCREATEGUI: MainMenuPreprocessorCreateKeypointsHard PT on LineHard PT by ratioMainMenuPreprocessorCreateKeypointsHard PT on LineHard PT
