機(jī)械零件有限元分析--3直接生成法(最基礎(chǔ)的方法-矩形單元.ppt

第二講、直接建立有限元模型,一、系統(tǒng)的界面和基本操作介紹,應(yīng)用菜單和主菜單 工具條：常用工具欄、ansys工具條、視圖（右側(cè)）工具欄（改變視圖、視角） 顯示的設(shè)置：plot下的內(nèi)容；plotctrls下的numbering和symbols的顯示設(shè)置（按過程舉例，顯示點(diǎn)、線、面、體、節(jié)點(diǎn)、單元、號(hào)碼、顏色等） 設(shè)置工作目錄；改名、改標(biāo)題；保存文件。,二、坐標(biāo)系與工作平面,1、坐標(biāo)系 坐標(biāo)系的種類：笛卡爾CS0；柱坐標(biāo)CS1（Z軸為高度尺寸）；球坐標(biāo)CS2，此外還有Y、（X）軸為高度尺寸的柱面坐標(biāo)。,激活的坐標(biāo)系 缺省為總體笛卡爾坐標(biāo)系 利用 CSYS 命令(或 Utility Menu WorkPlane Change Active CS to) 將其改變?yōu)?總體笛卡爾坐標(biāo)系csys,0 總體柱坐標(biāo)系csys,1 總體球坐標(biāo)系csys,2 工作平面坐標(biāo)系csys,4 或用戶定義的局部坐標(biāo)系csys, n,顯示當(dāng)前活動(dòng)坐標(biāo)系：在屏幕下方的狀態(tài)提示欄：csys=*,總體坐標(biāo)系 模型的總體參考系 可以是笛卡爾(系號(hào)0), 柱(1), 或球(2) 例如總體笛卡爾坐標(biāo)系下的位置(0,10,0)等同于總體柱坐標(biāo)系下的位置 (10,90,0),局部坐標(biāo)系 在任意位置的用戶定義的坐標(biāo)系，標(biāo)識(shí)號(hào)碼為11或更大。位置可以是: 工作平面的原點(diǎn)CSWP 在指定的坐標(biāo)處LOCAL 已有的關(guān)鍵點(diǎn)處CSKP 或節(jié)點(diǎn)CS 可以是笛卡爾、柱或球坐標(biāo)系 可以沿X, Y, Z 軸旋轉(zhuǎn)（通過關(guān)鍵點(diǎn)來指定）,創(chuàng)建： WorkplaneLocal Coordinate Systems-Creat Local CS-,可以定義任意數(shù)目的坐標(biāo)系，但任何時(shí)候只能有一個(gè)是激活的 當(dāng)坐標(biāo)系是激活的時(shí)候，當(dāng)定義幾種幾何體素時(shí)受到坐標(biāo)系的影響： 關(guān)鍵點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)的位置 線的曲率 面的曲率 生成和填充關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn) 等等,用空間點(diǎn)演示球面（三點(diǎn)連成的球面不過球心） 曲面連接時(shí)如果改坐標(biāo)系則遷就前面的曲面,2、工作平面,工作平面 是一個(gè)可以移動(dòng)的二維參考平面用于定位和確定體素的方向。 缺省，工作平面的原點(diǎn)與總體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，但可以將它移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)到任意想要的位置 通過顯示柵格，可以將工作平面作為繪圖板,WX,WY,X2,X1,Y2,Y1,WP (X,Y),width,height,所有的工作平面控制在Utility Menu WorkPlane. 工作平面設(shè)置菜單控制以下: WP 顯示 只顯示柵格(default), 只顯示三軸或都顯示 捕捉 允許拾取工作平面上的位置，將光標(biāo)捕捉的最近的柵格點(diǎn) 柵距 柵格線之間的距離 柵格尺寸 顯示的工作平面有多大,利用Offset及Align菜單可以將工作平面移動(dòng)到任意想要的位置。 Offset WP by Increments 利用推動(dòng)按鈕（連同滑塊的增量）進(jìn)行平移 或鍵入增量 或使用動(dòng)態(tài)模式(類似于 pan-zoom-rotate).,旋轉(zhuǎn),Offset WP to 移動(dòng)工作平面，保持它當(dāng)前的方向到想要的位置，位置可以是： 已有的關(guān)鍵點(diǎn)。拾取多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)工作平面到它們的平均位置。 已有的節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)位置 總體坐標(biāo)原點(diǎn) 活動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn),Align WP with 重新定位工作平面 例如, Align WP with Keypoints 提示你拾取三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)一個(gè)是原點(diǎn)，一個(gè)定義X軸另一個(gè)定義X-Y平面 將工作平面恢復(fù)到其缺省位置（在總體XY平面的原點(diǎn)）, 點(diǎn)擊 Align WP with Global Cartesian.,顯示坐標(biāo)系：列表或圖形顯示結(jié)果時(shí)所用坐標(biāo)系，指定為誰則按誰顯示，方法： Workplane-ChangeDisplay CS to 可List查看關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)來驗(yàn)證：List-Keypoints-Coordinates Only,三、節(jié)點(diǎn),用直接法建模時(shí)必須先生成單元的節(jié)點(diǎn)才能定義單元。,1、生成節(jié)點(diǎn),PreprocessorModelingCreateNodes-In Active CS（注意：不填時(shí)默認(rèn)值為0） 可以直接用命令N（在命令行窗口）來生成節(jié)點(diǎn) 如N，0，0，0-節(jié)點(diǎn)編號(hào)為系統(tǒng)默認(rèn)值1、2、3、4、5遞增；坐標(biāo)為0，0，0；N，4，30，0，0-節(jié)點(diǎn)編號(hào)為4；坐標(biāo)為30，0，0,PreprocessorModelingCreateNodes-On Working Plane在工作平面里定義節(jié)點(diǎn) PreprocessorModelingCreateNodes-On Keypoint 在關(guān)鍵點(diǎn)處定義節(jié)點(diǎn),2、節(jié)點(diǎn)的填充及復(fù)制,填充： PreprocessorModelingCreateNodes-Fill Between Nds用鼠標(biāo)選要在其間插入節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（填充可以不等距，由Spacing ratio定；可指定填充節(jié)點(diǎn)的起始號(hào)Starting Node No和增量Inc Between Filled Nodes） 復(fù)制： PreprocessorModelingCopyNodes-Copy（設(shè)置好復(fù)制的倍數(shù)；偏移量；節(jié)點(diǎn)號(hào)的增量；間距比率）,3、查看節(jié)點(diǎn)（列表查看和圖形查看）,列表查看： 將當(dāng)前顯示坐標(biāo)系下的節(jié)點(diǎn)資料顯示于一個(gè)新窗口（改變顯示坐標(biāo)系的命令：DSYS，坐標(biāo)系序號(hào)，或WorkPlaneChange Display Cs to）： ListNodes ListPicked Entities（Nodes） 圖形查看： Plot-Nodes 顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)PlotCtrlsNumbering設(shè)置相關(guān)選項(xiàng),4、刪除節(jié)點(diǎn),PreprocessorModelingDelete-nodes(除鼠標(biāo)選擇外還可以在文本框中輸入要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，逗號(hào)間隔)刪除節(jié)點(diǎn)后定義在節(jié)點(diǎn)上的任何邊界條件及任何耦合或約束也同時(shí)被刪除。,四、單元,單元有100多種，每一種有固定編號(hào)，前面的名稱如Solid、Link可判斷單元的適用范圍,1、豐富的單元庫,點(diǎn)單元 質(zhì)量單元MASS21 線單元 梁 單元用于模擬螺栓、管件、C-sections、角 鋼或只需膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的任何細(xì)長桿件 桿單元 用于模擬彈簧、螺栓、預(yù)應(yīng)力螺栓及桁架 彈簧 單元用于模擬彈簧、螺栓、細(xì)長部件或通過 等效剛度替代復(fù)雜部件,殼單元 用于模擬薄板或曲面。 一般來講，細(xì)的定義依賴于應(yīng)用，主要方向的尺寸至 少為其厚度的10倍,二維實(shí)體單元: 用于模擬實(shí)體的橫截面 必須在總體笛卡爾坐標(biāo)系的XY平面內(nèi)建模 所有載荷都在XY平面上，響應(yīng)（位移）也在XY平面 單元的可以有下列特性: 平面應(yīng)力 平面應(yīng)變 軸對(duì)稱,平面應(yīng)力 假定在Z方向的應(yīng)力為零 有效的組成為Z方向比X及Y方向的尺寸小得多 允許任意厚度(Z向) 用于諸如承受面內(nèi)載荷的平板 或承受壓力或離心載荷的薄盤,軸對(duì)稱 假定三維結(jié)構(gòu)及其載荷可由2維截面通過沿Y軸旋轉(zhuǎn)360 得到 對(duì)稱軸必須與總體Y軸重合 負(fù)的X 坐標(biāo)不允許 Y 方向?yàn)檩S向，X方向?yàn)閺较颍琙方向?yàn)橹芟颍ōh(huán)向） 環(huán)向位移為零；環(huán)向應(yīng)變和應(yīng)力通常十分顯著 用于壓力容器、直管、軸等,結(jié)構(gòu)分析常用單元類型: 實(shí)體 SOLID45 SOLID92 SOLID95 殼 SHELL63 SHELL181 梁 BEAM4 BEAM188 BEAM189 質(zhì)量 MASS21 桿 LINK10 LINK11 管 PIPE16 PIPE17 PIPE18 PIPE20 PIPE59 PIPE60 表面效應(yīng) SURF153 SURF154 彈簧 COMBIN14,在幫助文件中查看各種單元,2、定義單元的類型,PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,3、定義實(shí)常數(shù),實(shí)常數(shù)是指某些單元的幾何特征，如梁單元的面積，殼單元的厚度（其序號(hào)應(yīng)與單元的序號(hào)一致） PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete（Add）,4、定義材料特性,彈性模量、泊松比、剪切模數(shù)、密度、熱膨脹系數(shù)等 PreprocessorMaterial PropsMaterial Models 選StructuralLinearElasticIsotropic表示各向同性的線彈性材料。,5、生成單元,可以通過節(jié)點(diǎn)定義單元，必須輸入的節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)的輸入順序由單元的類型決定，節(jié)點(diǎn)的輸入順序決定了單元的法向方向。生成單元時(shí)一定要確定單元類型屬性指針、單元實(shí)常數(shù)、單元材料。 設(shè)置單元指針的方法： PreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes 生成單元的命令： PreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes,五、ANSYS有限元建模的直接法,下面用一個(gè)簡單的例子介紹ANSYS有限元建模的最基礎(chǔ)方法-直接生成法。 對(duì)材料特性為（彈性模量:21000MPa，泊松比為0.3）的中空板，形狀和受力如下圖所示，用直接生成法建立有限元模型，考察Y向位移情況和梁內(nèi)應(yīng)力分布情況。,300,中空板示意圖,300,200,25N,50N,25N,50N,25N,25N,50N,25N,50N,25N,R50,直接生成法的基本步驟,先手工確定節(jié)點(diǎn)的位置、坐標(biāo)。 然后輸入到系統(tǒng)中建立節(jié)點(diǎn)。 根據(jù)節(jié)點(diǎn)建立單元。 其他內(nèi)容與其他方法類同。,根據(jù)圖形的對(duì)稱性進(jìn)行簡化,手工確定節(jié)點(diǎn)的位置、坐標(biāo),手工創(chuàng)建節(jié)點(diǎn),輸入節(jié)點(diǎn)后,定義單元類型-,定義單元類型-,手工生成單元-,手工生成單元-,1,5,2,6,手工生