ANSYS創(chuàng)建實體模型精點講解.ppt

本節(jié)的目的是：回顧建模要預先考慮的事宜，討論如何輸入幾何模型, 最后討論如何用ANSYS 命令建立幾何模型。,2-8 建立實體模型,在建立一個分析模型之前必須先決定建模的策略。 應該包含多少細節(jié)? 是否應用對稱性? 模型中是否會有應力異常?,A. 如何建立模型?,細節(jié) 分析模型中不應該包括對分析結果無足輕重的細節(jié)，從CAD系統讀取模型到ANSYS之前，可以先去掉這些細節(jié)。 一些細節(jié)可能很重要，如導角或孔洞，可能出現最大應力，是否保留這些細節(jié)取決于分析的目的。,對稱性 許多結構是對稱的，可以只取其中有代表性的部分或截面建立模型。 應用對稱模型的主要優(yōu)點是： 通常更易于建立模型。 可以建立更細致的模型，以便獲得比整體模型更好的結果。,要利用對稱性，下面因素必須是對稱的： 幾何形狀 材料特性 荷載狀態(tài) 幾種不同類型的對稱： 軸對稱 旋轉對稱 平面或鏡面對稱 重復或平移對稱,軸對稱 沿某一中心軸對稱，如燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。 對稱面是由旋轉形成的結構的截面，可以用一個二維“薄片”（旋轉 360）代替真實的模型。,在多數情況下假定荷載是軸對稱的。如果荷載不是軸對稱的，并且是線性分析，可以將荷載分解為兩個分量進行單獨求解，然后進行疊加。,旋轉對稱 結構由繞中心軸的幾何重復部分組成，如渦輪轉子。 只需對結構的一部分建立模型。 假定荷載也是旋轉對稱的。,該模型是反射或旋轉對稱,平面或反射對稱 結構的一半與另一半成鏡面映射關系，鏡面為對稱平面。 荷載可以關于對稱面對稱或反對稱。,該模型是重復，反射對稱。,重復或平移對稱 重復部分沿直線排列，如有均勻分布的散熱片的長冷卻管。 假定荷載沿模型長度方向“重復”。,某些情況下，僅是一些小的細節(jié)破壞了結構的對稱性?？梢院雎赃@些細節(jié)（認為是對稱的），進而利用對稱性的優(yōu)點，建立更小的分析模型。但精度損失有多少可能難于估計。,應力異常 應力異常是指在有限元模型中某點的應力值極大 ，例如： 點荷載，如集中力或力矩作用處。 孤立的約束點，其支反力如同點荷載。 尖角（倒角半徑為零）處。 在應力異常處，網格越細，應力值也隨之增加且不收斂。,真實結構不應該有應力異常，這是由模型簡化假定造成的。 如何處理應力異常? 如果離感興趣的區(qū)域較遠，可以在觀察結果時不激活受影響區(qū)域，忽略應力異常的現象。 如果在感興趣的區(qū)域，需要做如下糾正： 在尖角處增加倒角，重新進行分析。 用等效壓力荷載代替集中力荷載。 將位移約束散布到一批節(jié)點上。,輸入一個IGES文件 Utility Menu File Import IGES 兩種方法, No Defeaturing 和 Defeaturing Merge, Solid和Small 選項,B. 輸入幾何模型 IGES 輸入,No Defeaturing 方法 輸入并按原樣存儲在標準的ANSYS數據庫中。 ioptn,iges,nodefeat 較Defeaturing方法更快速可靠。 允許全套的實體模型操作。 Defeaturing工具無效。 該方法是ANSYS缺省并推薦的方法。,Defeaturing 方法 輸入并允許對幾何模型修改，將修改模型存入特定的數據庫。允許修改和破壞模型。 ioptn,iges,defeat 允許修改模型，如凸起，洞，小孔等。 因為在特定數據庫存儲幾何模型，只允許對實體模型作有限的一些操作。 要求內存較大，較 “No defeaturing” 方法慢。 該方法對單個實體模型的輸入，加載，網格化和求解效率高。 一般對幾何模型要求很高時，不提倡用此方法。,Merge 選項 缺省為YES ，合并重疊部分，以使相應的面只有一條公用線，相鄰的線只有一個相交的關鍵點。 只有在使用 Defeaturing 方法，且運行超出內存時此項改為NO。 ioptn,merge,yes/no,合并,Solid 選項 缺省為YES ，輸入合并之后自動建立一個體。 若用戶只想輸入面建立殼或二維板單元模型時，可將此項改為NO。 ioptn,solid,yes/no,Small 選項 缺省為YES，自動刪除劃分網格時可能會引起麻煩的小碎片。 僅適用于 Defeature 方法。 若模型需要有縫隙或小洞，則將此選項改為NO。 ioptn,small,yes/no,輸入IGES 文件雖然很好，但是有兩次轉換過程 CAD IGES ANSYS ，在很多情況下不能實現100% 轉換。 ANSYS 的接口產品直接讀入原始的CAD文件，解決了上面提到的問題 Pro/ENGINEER接口 (縮寫為“Pro/E”) Unigraphics接口 (縮寫為“UG”) SAT接口 Parasolid接口 CATIA接口 使用接口產品，需要購買相應的授權。,接口產品,Pro/E接口 讀入由 Pro/ENGINEER生成的 .prt 文件 (由PTC公司提供)。 需要 Pro/ENGINEER 軟件。 也可以讀入 Pro/Engineer裝配 文件 (.asm) Utility Menu File Import Pro/E. 或proein,Defeaturing 選項有效 缺省值是No Defeaturing,啟動 Pro/E的命令,UG接口 讀入由 Unigraphics生成的 .prt 文件 (由Electronic Data Systems 公司提供)。 需要 Unigraphics 軟件。 Utility Menu File Import UG. 或 ugin,激活Defeaturing 選項 缺省為No Defeaturing,只讀入選擇的層和幾何類型的選項,SAT接口 讀入CAD軟件使用ACIS內核生成的 .sat 文件。 不需要 ACIS 軟件。 Utility Menu File Import SAT. 或 satin,激活Defeaturing 選項 No Defeaturing is default,只讀取選擇的幾何類型的選項,Parasolid接口 讀入CAD軟件使用Parasolid內核生成的.x_t 或 .xmt_txt 文件。 不需要 Parasolid 軟件。 Utility Menu File Import PARA. 或 parain,激活Defeaturing選項 缺省為No Defeaturing,只讀取被選擇的幾何類型,選擇幾何模型的比例,Windows系統支持的CAD系統: UNIX系統支持的CAD系統:,詳細信息見接口產品用戶指南以及Windows和Unix安裝指南.,ANSYS 自動模型修補,依賴 ITI的 CADfix軟件 需要安裝CADfix 簡化接口 一條命令 heal,Filename,Ext,Dir,Method 與存在的ANSYS 接口共同作用 (除了 IGES) 基于CADfix的選項在修補模型中有效。 IGES v5.3, STEP AP 203 and AP214, CATIA v4.x, VDAFS 2.0, STL, ACIS 6.3 and Parasolid 12.1 如果不能自動修復，用戶可以在CADfix中手工修復模型。,直接輸入模型雖然方便，但某些情況下需要在ANSYS中建立實體模型，例如： 需要建立參數化模型， 在優(yōu)化設計及參數敏感性分析時，需要建立包含變量的模型。 沒有ANSYS能夠讀入的幾何模型。 用戶計算機平臺沒有所需的接口產品。 需要對輸入的幾何模型進行修改或添加。 ANSYS 有一系列方便的幾何建模工具，以下將討論這些內容。,C. ANSYS 命令概述,實體建模是建立實體模型的過程. 首先回顧前面的一些定義： 一個實體模型由體、面、線及關鍵點組成。 體由面圍成，面由線組成,線由關鍵點組成。 實體的層次由低到高: 關鍵點 線 面。 如果高一級的實體存在，則依附它的低級實體不能刪除。 另外，只由面及面以下層次組成的實體，如殼或二維平面模型，在ANSYS中仍稱為實體。,定義,建立實體模型可以通過兩個途徑: 由上而下 由下而上 由上而下建模：首先定義體（或面），然后對這些體或面按一定規(guī)則組合得到最終需要的形狀。,加,由下而上建模；首先建立關鍵點，用這些點建立線、面等。,用戶可以根據模型形狀，選擇最佳建模途徑。 下面詳細討論建模途徑。,由上而下建模；首先建立體（或面）,對這些體或面按一定規(guī)則組合得到最終需要的形狀。 開始建立的體或面稱為圖元。 借助工作平面進行定位生成圖元。 用圖元組合形成最終形狀的過程稱為布爾運算。,由上而下建模,圖元是預先定義好的幾何體，如圓、多邊形和球體。 二維圖元包括矩形、圓、三角形和其它多邊形。,三維圖元包括塊體、圓柱體、棱柱、球體和圓錐體。,當建立二維圖元時，ANSYS 將定義一個面，并包括其下層的線和關鍵點。 當建立三維圖元時，ANSYS 將定義一個體，并包括其下層的面、線和關鍵點。,圖元可以通過輸入幾何尺寸或在圖形窗口拾取來建立 例如建立一個實體圓： Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle ,提示,面積輸入,1.)在圖形窗口拾取圓心和半徑 2.)或在此輸入數值,通過拾取,建立一個塊體: Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Block ,提示,通過拾取,體輸入,1.) 在圖形窗口拾取對角線上的兩個端點和 Z軸方向的深度. 2.) 或在拾取對話框中鍵入相關尺寸,工作平面 一個可動的二維參考平面，用來確定圖元的位置和方位。 缺省狀態(tài)下，工作平面原點與整體坐標系原點重合，但可以把工作平面移動或旋轉到任意位置。 借助顯示格柵，在工作平面上作圖就象在米格紙上作圖一樣。 除了格柵設置，工作平面是無限的。,所有的工作平面控制菜單均在 Utility Menu WorkPlane. 工作平面控制菜單（WP Settings ) 控制下列內容： 工作平面顯示 只顯示三個坐標軸 (缺省)，只顯示格柵，或兩者都顯示。 Snap 便于用戶在工作平面上拾取最接近格柵點的位置 Grid spacing 兩條格柵線之間的距離。 Grid size 顯示工作平面的大小(大小無限制)。,用Offset 和 Align菜單可以把工作平面移到期望的任意位置。 通過增量移動工作平面 用按扭實現 (通過指針滑動改變增量)。 或輸入希望的增量值。 或使用動態(tài)方式 (類似 平面移動- 縮放- 轉動)。,Offset WP to 保持當前方位，簡單將工作平面移動到期望的位置： 已經存在的一個或多個關鍵點。 若拾取多個關鍵點，則工作平面移到這些關鍵點的中心。 存在的一個或多個節(jié)點。 通過坐標值指定關鍵點的中心位置。 總體坐標系原點。 激活坐標系的原點（以后討論）。,Align WP with 用于工作平面定位。 例如, Align WP with Keypoints 命令提示拾取三個關鍵點 第一個是原點，第二個定義X 軸,第三個定義 X-Y 平面。 把工作平面移動到缺省位置時（總體坐標系原點，X-Y 平面內），點擊 Align WP with Global Cartesian,演示: 清除數據庫 顯示工作平面并通過拾取方式建立幾個關鍵點，注意拾取時顯示的坐標值。 打開格柵，改變間距，并激活捕捉。 建立更多的關鍵點.注意指針如何捕捉格柵上的點。 定義兩個矩形 一個用拾取角點，另一個通過定義尺寸。 把工作平面平移到幾個關鍵點的中心, 然后在面內旋轉30。 通過拾取角點或定義尺寸生成多于兩個矩形。注意矩形方位。 將工作平面原點恢復到總體坐標系原點，然后用拾取或輸入尺寸的方法生成三維圖元。,布爾運算 是對幾何實體進行組合的運算。ANSYS 中的布爾運算包括： 加、減、相交、疊分、粘接和搭接。 布爾運算時，輸入可以是任意幾何實體，從簡單的圖元到通過CAD系統輸入的復雜的幾何體。,加,輸入實體,布爾運算,輸出實體,所有的布爾操作可以在GUI界面下獲得 Preprocessor -Modeling- Operate。 缺省狀態(tài)下, 布爾操作時輸入的幾何實體在運算結束后將被刪除。 被刪除實體的編號將“釋放” (即, 這些編號從最小編號開始，指定給新的實體）。,加 把兩個或多個實體合并為一個。,粘接 把兩個或多個實體粘合到一起，在其接觸面上具有共同的邊界。 當你想定義兩個不同的實體時特別方便（如不同材料組成的實體）。,搭接 除了輸入實體彼此搭接外，與粘接相同。,減 刪除“母體”中一塊或多塊與子體重合的部分。 對于建立帶孔的實體或準確刪除部分實體特別方便。,切割 把一個實體分割為兩個或多個，它們仍通過共同的邊界連接在一起。 “切割工具” 可以是工作平面、面、線甚至于體。 在用塊體劃分網格時，通過對實體的分割，可以把復雜的實體變?yōu)楹唵蔚捏w。,相交 只保留兩個或多個實體重疊的部分。 如果輸入了多于兩個的實體，則有兩種選擇： 公共相交和兩兩相交。 公共相交只保留全部實體的共同部分。 兩兩相交則保留每一對實體的共同部分，這樣，結果可能有多個實體,Common Intersection,Pairwise Intersection,分割 把兩個或多個實體分為多個實體，但相互之間仍通過共同的邊界連接在一起。 若想找到兩條相交線的交點并保留這些線時，此命令特別有用，如下圖所示。(相交運算可以找到交點但刪除線）,演示: 在矩形中減去一個圓，實現鉆孔操作（或從塊體中減去柱體）。 建立兩個相交的實體，存儲數據庫文件, 作搭接運算. 然后恢復數據庫,對實體相加. 注意比較兩種運算的不同。 (粘接類似于搭接。) 模型: block,-2,2, 0,2, -2,2 sphere,2.5,2.7 vinv,all ! intersection,由下向上建模從關鍵點開始，由下而上建立其它實體。 如建立一個L-形面時, 可以先定角點， 然后連接點形成面，或者先形成線，再用線定義面。,定義關鍵點: Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints 或者使用K系列命令: K, KFILL, KNODE, 等等.,建立關鍵點只需要關鍵點編號及坐標值。 關鍵點編號缺省值為下一個整數數。 坐標位置可以通過在工作平面上拾取或輸入X,Y,Z 坐標值確定，坐標值的確定依賴于當前激活坐標系。,激活坐標系 缺省為整體直角坐標系。 用CSYS命令 (或Utility Menu WorkPlane Change Active CS to) 可將其改變?yōu)?整體直角坐標系 csys,0 整體柱坐標系csys,1 整體球坐標系csys,2 工作平面 csys,4 或用戶定義的局部坐標系 csys, n 這些坐標系將在下面介紹。,整體坐標系 模型的整體參考系統。 可以是直角坐標系（0）、柱坐標系（1）或球坐標系 (2)。 例如, 整體直角坐標系中的點 (0,10,0)，與整體柱坐標系中的點 (10,90,0)是同一個點。,局部坐標系 用戶在所需位置定義的坐標系, 其ID編號大于11. 位置可以在: 工作平面原點 CSWP 指定的坐標位置LOCAL 在已有的關鍵點 CSKP或結點 CS處 可以是直角坐標系、柱坐標系或球坐標系. 可以繞X、Y、Z - 軸旋轉.,工作平面坐標系 附著在工作平面上。 主要使用局部和使用模型的坐標. 通過拾取還可以在工作平面上定義關鍵點。,可以定義多個坐標系，但任何時候只能有一個坐標系被激活。 激活坐標系影響一部分幾何參數的定義 CSYS： 關鍵點和節(jié)點位置 線的曲率 面的曲率 生成或填充的關鍵點和節(jié)點 等 圖形窗口的標題顯示了激活坐標系。,在關鍵點 (1,0,0), (0,1,0),和 (0,0,1)之間建立面。,有許多方法定義線，如下所示： 如果定義面或體, ANSYS 將自動生成未定義的線，線的曲率由當前激活坐標系確定。 建立線的關鍵點必須可用。,Create Lines Arcs,Create Lines Lines,Create Lines Splines,Operate Extrude,用由下向上的方法建立面，所需的關鍵點、線必須預先定義。 如果定義體，ANSYS 將自動生成未定義的面、線，線的曲率由當前激活坐標系確定,Create Areas Arbitrary,Operate Extrude,用由下向上的方法生成體，需要的關鍵點、線和面必須預先定義好,Create Volumes Arbitrary,Operate Extrude,演示: 清除數據庫。 在 (1,2), (3,2), (4,0), (1,1.5), (2.5,0)建立關鍵點。 轉到激活坐標系 CSYS,1 并在關鍵點4和5之間生成線 （ “in active CS” ）。 轉到坐標系 CSYS,0 并通過關鍵點生成面，注意線自動生成，全部是直線。 定義兩個圓： 半徑0.3R, 圓心位于 (2.25,1.5) 半徑0.35R, 圓心位于 (3.0,0.6) 從原來的面減去定義的兩個圓。 (這里采用由上而下和由下而上的建模方法的組合。) 保存數據庫,在由上而下和由下而上的建模方式均可對實體進行布爾操作。 除了布爾操作，還有許多其它操作命令： 拖拉 縮放 移動 復制 反射 合并 倒角,拖拉 利用已有的面快速生成體 (或由線生成面,由關鍵點生成線). 如果面已經劃分了網格，單元也可以隨著面一起拉伸. 有四種方法拉伸面： 法向拖拉 通過對面的標準偏移形成體 VOFFST。 XYZ偏移 通過對面的XYZ偏移量形成體 VEXT。 可以錐形拉伸。 沿坐標軸 繞坐標軸旋轉面形成體(也可通過兩個關鍵點旋轉) VROTAT。 沿直線沿一條線或一組鄰近的線拖拉面形成體 VDRAG。,如果用戶想把模型從一種單位制轉到另一種單位制，例如，從英尺到毫米，比例縮放就顯得特別重要。 在ANSYS 中縮放模型：,先保存數據庫 - Toolbar SAVE_DB 或用命令 SAVE 。 然后 Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上選擇相應實體部分） 使用Pick All 來選擇整個實體 然后鍵入想要的比例系數 RX, RY, RZ，設置 “Moved” 取代原先的 “Copied” 或使用 VLSCALE 命令： vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1,移動 通過指定增量DX,DY,DZ控制實體的移動或旋轉。 DX,DY,DZ按激活坐標系。 平移激活直角坐標系。 轉動激活柱坐標系或球坐標系。 或使用命令VGEN, AGEN, LGEN, KGEN。 另一個選項是把坐標轉換到另一個坐標系中. 從激活坐標系轉換到指定的坐標系。 實體平移與旋轉同時進行時這個操作很有用。 或使用命令 VTRAN, ATRAN, LTRAN, KTRAN KTRAN,從 csys,0轉換 到 csys,11,旋轉 -30,拷貝 生成實體的多個拷貝。 指定復制份數（2或更多）或每個拷貝的增量 DX,DY,DZ 。DX,DY,DZ按激活坐標系。 對生成多個孔、翼等特別有用,在局部柱坐標中拷貝,通過蒙皮建立外表面,反射 關于一個平面反射實體. 指定反射方向: X是對關于YZ平面反射 Y是對關于XZ平面反射 Z是對關于XY平面反射 所有的方向均按激活坐標系，且必須是直角坐標系.,What is the direction of reflection in this case?,合并 合并兩個實體，并刪除重合的關鍵點。 合并關鍵點時，如果存在高一層次重合的實體，也將自動被合并。 通常在反射、復制或其它操作后產生重合的實體時需要合并。,合并或粘合,反射,從原面中 減去倒角面,倒角 線倒角需要兩條相交的線，且在相交處有共同的關鍵點。 如果沒有共同的關鍵點，則先作分割操作。 ANSYS不改變原來依附的面（如果有），因此，需要用加或減填充區(qū)域。 面倒角與線倒角類似。,建立倒角,建立面,演示: 恢復 r.db 文件(如果需要)。 在點 (0,0) 和 (0,1)建立關鍵點,連成軸,然后把面繞軸旋轉60拉伸。 恢復r.db 數據庫文件。 沿Y軸方向復制rib： 在整體坐標系原點按角度THYZ = -90建立柱體局部坐標系。 復制7份 (6份是新復制的）增量為 DY=15。 用ASKIN,P命令生成3個外部表面。 恢復 r.db 數據庫文件。 以0.5為半徑在上部和右邊線之間作填充。 (注意附著于面上的線已被修改。這在某些情況下是允許的)。 用線生成三角形面，然后從原來面中減去。,D. 最好的建模方法,本節(jié)的目的是給用戶一些好的建模方法的建議，它將幫助用戶避免數據庫的損壞。 將同樣的ANSYS 輸入寫入輸入文件，(即使一些簡單的數據，如材料數據和實常數數據) ，以便調試（完全參數化）。 在數據庫中不保留“刪除”，用輸入文件編輯幾何模型或設置單元大小，替代刪除幾何體或清除網格。 在網格化之前，賦單元屬性（xATT）和執(zhí)行布爾操作（絕對不能在網格化之后進行布爾操作。 不能使用 NUMMRG,KP 把不重合的關鍵點合并到一起。 檢查任何有縫的、無效的、邊界不封閉的幾何體或任何其它幾何問題。 理想情況是： 用ANSYS建立的幾何模型最容易網格劃分。然而部分用戶必須輸入幾何模型，用戶首先選擇接口產品和 SAT, Parasolid等文件， IGES 文件只能作為最后的輸入手段。 (注意： 一些用戶的經驗是，時間花費在反復清除 IGES文件，購買接口產品代價是最小的),請根據你的情況嘗試各種辦法。,更多的建議 在實體模型上賦單元屬性