《ANSYS建模教程》課件ANSYS實體建模（第2章）

1、 設定工作目錄的目的：使ANSYS軟件操作所產生的所有文件都存放在此目錄下，確保不同問題分析所產生的文件不會有被覆蓋的危險。因此建議不同的分析用不同的工作目錄，而不使用缺省目錄（即系統(tǒng)所在的根目錄）。進入ANSYS軟件后，工作目錄的設置方式有兩種：Command方式：/CWD GUI方式： Utility Menu File|Change Directory2.1 設定工作目錄 一個典型的ANSYS分析過程可以分為3個步驟：（1）建立模型；（2）加載并求解；（3）查看分析結果。建立模型在這個分析過程中所花費的時間遠遠多于其它過程。首先必須指定作業(yè)名和分析標題，然后使用PREP7（預處理器）定義

2、單元類型、單元實常數(shù)、材料特性和幾何模型。2.2 指定作業(yè)名和分析標題 該項工作與設定工作目錄一樣，不是進行一個ANSYS分析過程必須的，但ANSYS推薦使用作業(yè)名和分析標題。定義作業(yè)名 作業(yè)名被用來識別ANSYS作業(yè)。當為某個分析定義了作業(yè)名后，作業(yè)名就成為分析過程所產生的所有文件名的第一部分（Jobname）。如果未指定作業(yè)名，所有文件的作業(yè)名默認為file。在進入ANSYS軟件后，可按下面的方式改變作業(yè)名Command方式：/FILENAMEGUI方式： Utility Menu File|Change Jobname需要注意的是：設置作業(yè)名僅在Begin level才有效（開始級，此時

3、ANSYS不處于任何一個處理器中），且新的作業(yè)名只適用于更名后打開的文件。在更名前打開的文件，如記錄文件、錯誤信息文件等仍然是原來的作業(yè)名。如果想新指定的作業(yè)名重新建立這些文件，2.3 定義圖形界面過濾參數(shù)可以將change jobname對話框中New log and error files復選框選中。2. 定義分析標題Command方式：/TITLEGUI方式：Utility MenuFile|Change TitleANSYS將在所有的圖形顯示、所有求解輸出中包含該標題。為了得到一個相對簡潔的分析菜單，可以過濾掉與當前所要進行的分析類型無關的選項和菜單項。Command方式：/KEYWG

4、UI方式：Main MenuPreferences2.4 ANSYS的單位制 ANSYS軟件并沒有為分析指定系統(tǒng)單位，在結構分析中，可以使用任何一套自封閉的單位制（所謂自封閉是指這些單位量綱之間可以互相推導得出），只要保證輸入的所有數(shù)據(jù)的單位都是正在使用的同一套單位制里的單位即可。 ANSYS提供的/UNITS命令可以設定系統(tǒng)的單位制系統(tǒng)，但這項設定只有當ANSYS與其它系統(tǒng)比如CAD系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)時才可用到（表示數(shù)據(jù)交換的比例關系），對于ANSYS本身的結果數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)沒有任何影響。例如：ANSYS系統(tǒng)中建立了實體模型AXIS1，PROE中建立了實體AXIS2，ANSYS中設定的單位制系統(tǒng)只

5、影響將AXIS2轉換到ANSYS中的效果，而不影響AXIS1。 ANSYS單元庫中提供了超過150種的不同單元類型，每種單元類型有一個特定的編號和一個標示單元類型的前綴，如BEAM4（4號梁單元），PLANE82（82號板單元），SOLID95（95號實體單元）。單元類型決定了單元的： （1）結點數(shù)和自由度；（2）單元位于二維空間還是三維空間。定義途徑：必須在通用處理器PREP7（預處理器）中定義單元類型。Command方式：/ETGUI方式：Main MenuPreprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete定義了單元類型后，ANSYS會自動生成一個與此單元類

6、型對應的單元類型參考號，如果模型中定義了多種單元類型，則與這些單元類型相對應的類型參考號組成的表稱為單元類型表。在創(chuàng)建實際單元時（直接創(chuàng)建單元或者劃分網(wǎng)格），需要從單元類型表中為其分配2.5 定義單元類型 一個類型參考號以選擇對應的單元類型生成有限元模型。此處列出已經定義的單元類型單元類型參考號單元類別單元編號名新添加的兩個單元類型：PLANE42:4結點四邊形單元PLANE2：6結點三角形單元注：beam:梁；Link:連接；Solid:實體；Pipe:管；Shell：殼 許多單元有一些另外的選項（KEYOPTs），這些項用于控制單元剛度矩陣的生成、單元的輸出和單元坐標系的選擇等。KEYOP

7、Ts可以在定義單元類型時指定（單元類型中Options選項）。2.6 定義單元實常數(shù) 單元實常數(shù)是依賴單元類型的單元特性，如梁單元的橫截面特性。例如二維梁單元BEAM3的實常數(shù)：面積（AREA）、慣性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切變形常數(shù)（SHERZ）初始應變（ISTRAN）和單位長度質量（ADDMAS）等。并不是所有的單元類型都需要實常數(shù)，同一類型的不同單元可以有不同的實常數(shù)值。 對應于特定單元類型，每組實常數(shù)有一個參考號，與每組實常數(shù)對應的參考號組成的表稱為實常數(shù)表。在創(chuàng)建單元（直接創(chuàng)建單元或者劃分網(wǎng)格）時，可以為將要創(chuàng)建的單元分配實常數(shù)號。在分配實常數(shù)號時，要注意實常數(shù)參考號和

8、要創(chuàng)建單元的單元類型參考號的對應性，這種對應性是由使用者自己保證的，否則在劃分網(wǎng)格時將會報錯或出現(xiàn)不可預知的錯誤。定義途徑：Command:/RMain Menu：Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete2.7 定義材料屬性絕大多數(shù)單元類型都需要材料屬性。根據(jù)應用的不同，材料屬性可以有如下幾種：線性或者非線性；彈性（各向同性、正交異性）或非彈性；不隨溫度變化或者隨溫度變化；像單元類型和單元實常數(shù)一樣，每一組材料屬性也有一個材料屬性參考號。與材料屬性組對應的材料屬性參考號表稱為材料屬性表。在一個分析中，可能有多個材料屬性組（對應模型中的多種材料）。在

9、創(chuàng)建單元時可以使用相關命令通過材料屬性參考號來為單元分配其采用的材料屬性組。定義材料屬性：Command：/MPGUI:Main MenuPreprocessor|Material Props|Material Models彈性模量泊松比2.8 實體建?；A 一旦定義了材料特性，在分析中下一步的工作是建立能夠恰當描述模型幾何性質的有限元模型。模型的建立方法： （1）直接生成法；（2）實體建模法：幾何模型網(wǎng)格劃分。2.8.1 建模原則與方法選擇建模原則:建立有限元模型時，對于結構形式復雜，而對于要分析的問題來講又不是很關鍵的局部位置，在建立幾何模型時可以根據(jù)情況對其進行簡化，以便降低建模的難度。

10、建模方法選擇（1）直接生成方法必須直接確定每個結點的位置，以及每個單元的大小、形狀和連接關系，工作量大。直接生成法適用于小型簡單模型。缺點是改變網(wǎng)格和模型十分困難，易出錯，當模型復雜時，直接生成法叫人無法忍受。（2）實體建模法是先生成幾何模型，再進行網(wǎng)格劃分，相對來說容易些，適用于龐大而復雜的模型，特別是三維實體模型，它比直接生成法更加有效和通用，是一般建模的首選方法。其優(yōu)點是便于幾何上的改進和單元類型的改變，容易實現(xiàn)有限元模型的生成；缺點是在某些條件下ANSYS可能不能生成有限元網(wǎng)格。 3. 實體建模中幾何模型的生成方法對于不太復雜的模型，可以直接ANSYS的實體建模工具完成。Main Me

11、nuPreprocessor|Modeling如果模型過于復雜，可以考慮在專用的CAD中建立幾何模型，然后通過ANSYS提供的接口導入模型。導入方法：Utility MenuFile|ImportANSYS支持的接口通常包括以下類型：IGES、CATIA、Pro/E、UG、SAT、PARA、IDEAS 2.8.2 坐標系在不同的分析階段，ANSYS使用到了多種坐標系?？傮w和局部坐標系：用來定位幾何形狀參數(shù)的空間位置；顯示坐標系：用于幾何形狀參數(shù)的列表和顯示；結點坐標系：定義每個結點的自由度方向和結點結果數(shù)據(jù)的方向；單元坐標系：確定材料特性主軸和單元結果數(shù)據(jù)的方向；結果坐標系：用來列表、顯示結點

12、或單元結果總體坐標系 總體坐標系和局部坐標系是用來定位幾何體。默認情況下，建模操作時使用的坐標系是總體笛卡兒坐標系。但是很多情況下，采用其它坐標表達形式往往會更加方便，比如旋轉模型時需要用到柱坐標表達形式?？傮w坐標系是一個絕對的參考系。ANSYS提供了3種坐標表達形式：笛卡兒坐標、柱坐標和球坐標。所有這3種坐標系都是右手法則，且有相同的原點，它們由其參考號識別：0笛卡兒坐標；1柱坐標；3球坐標。 ANSYS引用坐標值總是采用固定的方式：X軸、Y軸和Z軸，而不管實際激活的坐標形式，因此在不同的坐標系下，X軸、Y軸，Z軸代表的意義也不同：笛卡兒坐標形式：X軸、Y軸、Z軸分別代表其原始意義；柱坐標形

13、式： X軸、Y軸、Z軸分別代表徑向R、周向和周向Z；球坐標形式： X軸、Y軸、Z軸分別代表分別代表R、 和2.局部坐標系 在許多情況下由于特定的用途需要建立各種各樣的局部坐標系。其原點可能與總體坐標系有一定的偏移，其坐標軸也可能與總體坐標系有一定的轉角。它也有笛卡兒坐標、柱坐標和球坐標3種形式?？傮w坐標系和局部坐標系也是構建其它坐標系（結點坐標系、單元坐標系等）的基礎。（1）局部坐標系的創(chuàng)建按總體笛卡兒坐標系定義局部坐標系COMMAND方式：/LOCALGUI方式:Utility Menu WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local

14、CS|At Specified Loc新建立的局部坐標系的識別號，必須大于10原點選取對話框在指定位置創(chuàng)建局部坐標系對話框通過已有結點定義局部坐標系Command方式：/CSGUI方式： Utility Menu WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|By 3 Nodes要求先選取3個結點，再執(zhí)行上述命令注：通過這種方式所創(chuàng)建的局部坐標系與結點選取順序有關，坐標系的確定方法如下： 第一個選取的結點將成為坐標系的原點；第一個結點到第二個結點的方向為X軸；三個結點構成的平面為XY面，Y軸為此平面垂直于X軸方向，且由第3個結點的

15、位置確定Y軸的正向根據(jù)右手法則確定Z軸；通過已有關鍵點定義局部坐標系Command方式：/CSKPGUI方式： Utility Menu WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|By 3 Kpoints在當前工作平面定義局部坐標系Command方式：/CSWPLAGUI方式： Utility Menu WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|At WP Origin這種方式建立的局部坐標系的各個坐標軸和工作平面的各個軸重合，只需指定坐標表達形式即可。（2）

16、刪除局部坐標Command方式：/CSDELEGUI方式： Utility Menu WorkPlane | Local Coordinate Systems | Delete Local CS(3)局部坐標系的激活可以通過定義任意多個局部坐標系，但某一時刻只能有一個局部坐標系被激活（模型操作中，輸入的坐標值是以激活坐標系為參照的）。ANSYS初始默認的激活坐標系是總體笛卡兒坐標系。每當用戶定義一個新的局部坐標系時，這個新的坐標系就會被自動激活。激活坐標系的方法如下：Command方式：/CSYSGUI方式： Utility Menu WorkPlane | Change Active CS

17、to | Global Cartesian或Global Cylindrical或Global Spherical或Specified Coord Sys或Work plane3. 顯示坐標系在默認情況下，即使在其它坐標系中定義的結點和關鍵點，其列表顯示輸出的坐標值也是它們的總體笛卡兒坐標值，雖然可以改變顯示坐標系，但一般不建議。4. 結點坐標系 結點坐標系用于定義結點自由度的方向。每個結點都有自己的結點坐標系，默認情況下，它總是平行于總體笛卡兒坐標系（結點坐標系與定義結點激活的坐標系無關）。但很多情況下需要改變結點坐標系。變換結點坐標系的方法略5.單元坐標系 每個單元都有自己的坐標系，單元坐

18、標系用于規(guī)定正交材料特性的方向、面壓力的方向和結果（如應力和應變）的輸出方向。二維和三維實體的單元坐標系總是平行于總體笛卡兒坐標系。6. 結果坐標系 在求解過程中，得到的結果數(shù)據(jù)有位移、應力等。在對結果數(shù)據(jù)進行顯示、列表和單元數(shù)據(jù)存儲時，這些數(shù)據(jù)通常先被變換到激活的結果坐標系（默認為總體坐標系）下，然后再輸出。可以將激活結果坐標系切換到總體坐標系或自定義的局部坐標系以及求解用坐標系（如結點和單元坐標系）。Command方式：RSYSGUI方式：Main MenuGeneral Postproc | Options for OutputGUI方式： Main MenuList |Results

19、|Options2.8.3 工作平面 工作平面是一個無限的平面，有原點、二維坐標系等，它只是建模的輔助工具，在建立幾何模型時，體素一般只能在當前工作平面內創(chuàng)建。工作平面是與坐標系獨立存在的，除非打開了工作平面軌跡跟蹤。 進入ANSYS時，有一個默認的工作平面，即總體笛卡兒坐標系的XY平面。工作平面可以被移動和旋轉。2.8.3 實體建模的兩種思路實體建模有兩種思路：自底向上構造模型和自頂向下構造模型二者的區(qū)別與聯(lián)系 自底向上的建模方法是指在構造幾何模型時首先定義幾何模型中最低級的圖元即關鍵點，然后再利用這些關鍵點定義較高級的圖元（即線、面、體）。自底向上構造的模型是在當前激活的坐標系內定義的。

20、自頂向下的建模方法是指一開始就通過較高級的的圖元來構造模型，即通過匯集線、面、體等幾何體素的方法來構造模型。當生成一種體素時，ANSYS軟件自動生成所有從屬于該體素的低級圖元。應該注意的是幾何體素是在工作平面上創(chuàng)建的，因此每一時刻都要清楚地知道當前工作平面的狀態(tài)。 聯(lián)系：這兩種方法可以根據(jù)需要組合使用。對于建立的實體模型還可以通過布爾運算對其進行操作以生成更為復雜的形體。 注意事項： （1）建模之初，必須考慮建立的模型能否生成有限元網(wǎng)格以及能否得到較好的有限元網(wǎng)格。實體建模時特別要注意的是截面有變化的地方以及各個形體的交界面。（2）在自底向上構造模型時可以不必總是按照點生成線、線生成面、面生成

21、體這樣嚴格的順序生成高級圖元，可以直接通過作為頂點的關鍵點來定義面和體，中間的圖元可以在需要時自動生成。例如定義一個長方體可用它的8個頂點（關鍵點（來定義，ANSYS軟件會自動地生成該長方體的所有線和面；（3）在修改模型時，需要知道實體模型和有限元模型的層次關系。不能刪除依附于較高級圖元上的低級圖元；不能刪除已劃分了網(wǎng)格的體。但是可以在刪除高級圖元的時候連同其低級圖元一起刪除。若一個實體已施加了載荷，刪除或修改該實體，附加于該實體上的載荷也將被刪除。圖元的層次關系如下：2.9 實體建模技術最高級圖元：單元（包括單元載荷） 結點（包括結點載荷） 實體（包括實體載荷） 面（包括面載荷） 線（包括線

22、載荷）最低級圖元：關鍵點（包括點載荷） 無論是使用自底向上還是使用自頂向下的方法，構造的模型均是由關鍵點、線、面和體組成 必須記?。鹤缘紫蛏系慕７椒ㄊ窃诋斍凹せ畹淖鴺讼抵校ㄟ^低級圖元來生成高級圖元，它涉及關鍵點、線、面和體這種從低到高的圖元。關鍵點關鍵點是在當前激活的坐標系中定義的，它可以直接定義也可以通過已有的關鍵點來生成另外的關鍵點（許多布爾運算可以生成關鍵點）。已經定義的關鍵點可以被修改和刪除（前提是沒有依附于其它高級圖元）。通過左圖的命令創(chuàng)建關鍵點，通過Klist命令或實用菜單中的List | Keypoints | .菜單列表顯示已定義的關鍵點的屬性。創(chuàng)建關鍵點的命令2.9.1

23、自底向上建模技術2. 線 線也是在當前激活的坐標系內定義的。并不總是要求明確定義所有的線，因為ANSYS通過頂點在定義面和體時，會自動生成相關的線。只有在生成線單元（如梁單元）或想通過線來定義面時，才需要明確地定義線。通過左圖的命令創(chuàng)建線。 通過list命令或實用菜單中的List | Lines菜單列表顯示已定義的線的屬性（如線編號、組成線的關鍵點等）。線也可以被修改和刪除。創(chuàng)建線的命令3. 面 平面可以表示二維實體（如平板或軸對稱體）。用到面單元（如板單元）或由面生成體時才需要定義面。生成面的命令也將自動地生成依附于該面的線和關鍵點；同樣，面也可以在定義體時自動生成。 通過左圖的命令創(chuàng)建線，

24、通過Alist命令或實用菜單中的List | Areas列表顯示已定義的面的屬性（如面的編號、組成面的線的編號以及有些面的面積等）。面也可以被修改和刪除，但只有未進行網(wǎng)格劃分且不屬于任何體的面才能被重新定義和刪除。創(chuàng)建面的命令4. 體 體用于描述三維實體，僅當需要用到體單元時才必須建立體。生成體的方式有多種，可由頂點定義體，也可以由邊界面定義體，也可將面沿一定路徑拖拉生成。體生成時將自動生成其低級圖元。 體也可以被修改和刪除，但只有未進行網(wǎng)格劃分的體才能被重新定義和刪除。創(chuàng)建體的命令 幾何體素是可用單個ANSYS命令創(chuàng)建的常用的實體建模的形狀（如一個圓柱體）。因為幾何體素是高級圖元，可不用首先

25、定義任何關鍵點而形成，所以稱利用體素進行建模為自頂向下建模。幾何體素是在工作平面上生成的。 面體素包括矩形、圓形或環(huán)形、正多邊形；實體體素包括長方體、柱體（圓柱和正棱柱）、球體、環(huán)體和錐體。應用幾何體素（面體素、實體體素）需要注意的問題：由命令或GUI途徑生成的幾何體素位于工作面上，方向由工作面坐標系而定，面體素的面積必須大于0；在有限元模型中，兩個相接觸的面體素之間或實體體素間默認不是真正意義上的連接的，而是有一個不連續(xù)的“接縫”（此接縫并不真正存在，只是ANSYS處理時會認為此處有一個縫），必須用諸如相加（add）、合并（Merge）、粘接（glue）等命令處理一下以2.9.2 自頂向下建

26、模技術消除“接縫”； 在建立圓、圓環(huán)等面體素以及圓柱體、球體、錐體等實體體素時，如果需要指定生成這些幾何體素的?。ㄒ话銜袃蓚€弧度輸入項），弧從代數(shù)值小的角度開始，按正的角度方向，到代數(shù)值大的角度處終止。創(chuàng)建面體素的命令創(chuàng)建實體體素的命令 布爾運算在建模的過程中有著極其重要的作用，只有掌握好布爾運算強大的功能才能利用ANSYS建模工具隨心所欲地建立預期的模型。布爾運算設置Command方式：/BOPTNGUI方式：Main MenuPreprocessor | Operate | Booleans|Setting是否保留輸入圖元布爾運算的公差2.9.3 布爾運算2.布爾運算（1）交運算：求出兩

27、個或多個圖元的共有區(qū)域形成一個新圖元。（2）兩兩相交：求出所有初始輸入圖元中任意兩個源圖元的公共區(qū)域組成的一個新的圖元集。同類型的圖元求交不同類型的圖元求交兩兩相交（3）加運算：得到一個包含各個原始輸入圖元的所有部分新圖元（這種運算也可稱為并、連接、和）。形成的新圖元是一個單一的整體，沒有接縫（實際上，加運算形成的圖元在劃分網(wǎng)格時常不如搭接(Overlapping)。（4）減運算：減運算比較復雜。（5）搭接 Overlap（搭接）命令用于連接兩個或多個圖元，以生成三個或更多個新的圖元的集合。搭接命令除了在搭接域周圍成了多個邊界外，與加運算非常相似。搭接操作生成的是多個相對簡單的區(qū)域，加運算生成

28、的是一個相對復雜的區(qū)域。因而，搭接生成的圖元比加運算生成的圖元更容易劃分網(wǎng)格。（6）粘接（或合并） Glue(粘接)命令與搭接命令類似，只是圖元之間僅在公共邊界處相交，且公共邊界的維數(shù)低于原始圖元一維。這些圖元仍然相互獨立（并沒有被加在一起），只在邊界上相互連接。（7）分割（partition) 略2.9.4 布爾運算的替代 布爾運算有時比較慢且代價昂貴。有些情況下，可用一些其它命令來代替布爾操作運算。拖拉和旋轉用拖拉和旋轉命令定義復雜的棱柱體或圓柱體，與布爾運算生成同樣方便，但更加有效。如中間鉆了孔的長方體就是一個很好的例子。（1）將面沿一條路徑拖拉生成體：Command方式：/VDRAGG

29、UI方式：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Lines（2）將面沿一軸旋轉生成圓柱體Command方式：/VROTATGUI方式：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|About Axis2. 延伸和偏移利用延伸和偏移命令可將二維橫截面偏移或延伸成為三維體。（1）通過延伸面生成另外的體Command方式：/VEXTGUI方式：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|By XYZ

30、Offset（2）通過偏移給定的面生成體Command方式：/VOFFSETGUI方式：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Normal2.9.5 實體建模實例1.創(chuàng)建矩形Main MenuPreprocessor|Create|Rectangle|By Dimensions彈出的對話框如圖所示如圖所示一薄板零件，尺寸單位為mm，板厚5mm，試按照ANSYS建模方法，建立相應實體模型。X1,X2為矩形相對于坐標原點左右兩個邊的X坐標，Y1,Y2為矩形相對于坐標原點下上兩個邊的Y坐標。輸入如下數(shù)值X1=0,X2=6

31、0;Y1=-10,Y2=10,單擊Apply，輸入第二個矩形的坐標數(shù)值： X1=40,X2=60;Y1=-10,Y2=30,單擊OK2. 改變畫法，重畫該圖形Utility MenuPlotCtrls|Numbering彈出如下對話框將AREA Area Numbers選中，將/REPLOTReplot upon OK/Apply項設置為Replot，這樣ANSYS就會自動以不同的顏色區(qū)分不同的面積圖形。3.將工作平面轉換到極坐標形式，創(chuàng)建兩個外圓(1) Utility MenuWorkPlane|Display Working Plane(toggle on)需要指出的是，單擊該條命令后，并

32、不會彈出什么窗口，你所看到的只是該條命令前面有一個被選中的符號，且在圖形區(qū)域顯示工作平面坐標系。(2) Utility MenuWorkPlane|WP Settings在Cartesian(笛卡爾坐標)和Polar(極坐標)中間選擇POLAR，顯而易見，這樣做只是為了方便地創(chuàng)建圓孔。同樣在Grid only、Grid and Triad和Triad only之中選擇Grid and Triad。Grid（刪格）：展示刪格，Triad是用來展示工作平面的坐標原點和坐標軸方向。（3）Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle創(chuàng)建圓心為(0,0

33、)，半徑為10的圓?？梢詤?shù)值用鍵盤輸入，也可以用鼠標移動得到。單擊OK關閉該對話框（4）移動工作平面，創(chuàng)建第二個外圓Utility MenuWorkPlane|Offset WP to Keypoints彈出對話框后，分別選取右側矩形底邊左右兩個點作為關鍵點，單擊OK按鈕，則工作平面（極坐標）移動到了以所取關鍵點連線的中點為原點的平面上。Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle創(chuàng)建圓心為（0，0），半徑為10 的圓，單擊OK關閉對話框。創(chuàng)建的圖形如圖所示。單擊Toolbar上的SAVE_DB存盤。4. 將面積和在一起Main Menu

34、Preprocessor|Operate|Add|Areas選擇pick all，將面積和在一起。5.創(chuàng)建補丁面積并把它們和在一起（1）Utility MenuPlotCtrls|Numbering打開line numbering，單擊OK關閉對話框。該命令只是讓ANSYS將圖形中的線加以編號，方便以后的操作。（2）Main MenuPreprocessor|Create|Line Fillet彈出Line Fillet對話框如圖所示，將兩條線的標號輸入（或鼠標選擇），并設置半徑4，單擊OK關閉對話框L5L4L1（3）Main MenuPreprocessor|Create|Arbitray|

35、By Lines用鼠標選擇三條線L1,L4,L5，單擊OK關閉對話框。（4）Utility MenuPlot|Areas，并存盤（5）整合面積Main MenuPreprocessor|Operate|Add|Areas選擇Pick All，單擊OK關閉對話框并進行存盤。6. 創(chuàng)建兩個小圓孔（1）Utility MenuWork plane|Display Working plane(toggle on)（2）Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle創(chuàng)建一個圓心在（0，0），半徑為4 的小圓孔，即右下方圓（3） Utility Menu

36、Work Plane|Offset WP to|global origin（4）Main MenuPreprocessor|Create|Circle|Solid Circle創(chuàng)建一個圓心在（0，0），半徑為4 的小圓孔，即左邊圓結果如左圖所示。7.從支架中減去兩個小圓孔，保存數(shù)據(jù)（1） Main MenuPreprocessor | Operate|Subtract|Areas選取支架為基體(base area from which to subtract)，單擊Apply;選取兩個小圓孔作為被減去部分(areas to be subtracted)，單擊OK按鈕。（2）Utility Me

37、nuFile|save as輸入MODEL01.DB為文件名，單擊OK關閉對話框，建模完成。2.10 實體模型的網(wǎng)格劃分 已經建立的幾何模型，需要對其劃分網(wǎng)格，生成包含結點和單元的有限元模型。有限元網(wǎng)格劃分過程包括3個步驟。（1）設定單元屬性。包括單元類型、分配實常數(shù)或者截面屬性（對有些單元類型）、分配材料屬性等。（2）設置網(wǎng)格控制（可選擇的）。（3）生成網(wǎng)格。2.10.1 網(wǎng)格類型 在對模型劃分網(wǎng)格之前，確定是采用自由網(wǎng)格還是采用映射網(wǎng)格進行分析是十分重要的。 自由網(wǎng)格對于單元形狀沒有限制，并且對幾何模型沒有特定的要求；映射網(wǎng)格對其包含的單元形狀有限制，而且要求幾何模型必須滿足特定的規(guī)則，即

38、必須有相當規(guī)則的體或面才能進行映射網(wǎng)格才能進行映射網(wǎng)格劃分。映射面網(wǎng)格只能包含四邊形和三角形單元，映射體網(wǎng)格只能包含六面體單元。一般說來映射網(wǎng)格往往比自由網(wǎng)格得到的結果更加精確，而且在求解時對CPU和內存的需求也相對低些。2.10.2 定義單元屬性 在定義單元類型、實常數(shù)以及材料屬性時，已形成了單元類型表、實常數(shù)表和材料屬性表。在生成單元時可以通過指向各個表中合適（通過各個表項的參考號）的條目來為要生成的單元分配單元屬性，也可以給選定的實體模型圖元分配單元屬性。1.為實體模型圖元分配單元屬性 給實體模型圖元分配單元屬性允許對模型的每個區(qū)域預置單元屬性，從而可以避免在網(wǎng)格劃分過程中重置單元屬性。

39、 利用下列命令和GUI方式的菜單命令可直接給實體模型圖元分配屬性。（1）給關鍵點分配屬性Command方式：/KATTGUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|All KeypointsGUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Picked KPs（2）給線分配屬性Command方式：/LATT GUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|All LinesGUI方式：Main MenuPreprocessor|

40、Meshing|Mesh Attributes|Picked Lines3）給面分配屬性Command方式：/AATTGUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|All AreasGUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Picked Areas（2）給體分配屬性Command方式：/VATT GUI方式：Main MenuPreprocessor|Meshing|Mesh Attributes|All VolumesGUI方式：Main MenuPreprocessor|

41、Meshing|Mesh Attributes|Picked Volumes2.默認單元屬性 通常的工作中，如果各個屬性表（單元類型表、材料屬性表以及實常數(shù)表）只包含一個條目，即只定義了一項材料屬性、一個單元類型等，則在劃分網(wǎng)格時可以不再為各個圖元分配單元屬性，ANSYS將唯一的表項生成默認單元屬性，在生成網(wǎng)格時自動將默認單元屬性分配給實體模型和單元。2.10.3 網(wǎng)格劃分控制 ANSYS使用默認的網(wǎng)格控制也許可以讓分析模型生成滿足要求的網(wǎng)格，否則必須在對模型劃分網(wǎng)格前設定網(wǎng)格劃分控制，如單元形狀、中間結點位置、單元大小等。網(wǎng)格工具 網(wǎng)格工具提供了最常用的網(wǎng)格劃分控制和最常用的網(wǎng)格劃分操作。從

42、主菜單中選擇Preprocessor|Meshing|Mesh Tool命令，打開網(wǎng)格工具，如下圖所示，一旦打開了它，它就保持打開狀態(tài)直到單擊Close關閉它或離開預處理器（PREP7）為止。網(wǎng)格劃分工具提供了如下功能：單元屬性分配SmartSize控制：智能單元尺寸。局部網(wǎng)格尺寸控制網(wǎng)格生成控制（指單元形狀和網(wǎng)格劃分方式）局部細化網(wǎng)格控制以上功能的詳細使用說明略單元屬性分配SmartSizing局部網(wǎng)格尺寸控制局部細化網(wǎng)格控制網(wǎng)格生成控制2.10.4 自由網(wǎng)格劃分自由網(wǎng)格劃分操作，對實體模型無任何特殊要求，即使是不規(guī)則的，也可以進行網(wǎng)格劃分。(1)面的自由網(wǎng)格劃分：自由網(wǎng)格可以是三角形或者是

43、四邊形單元組成，也可由兩者混合組成，當面邊界上總的單元劃分數(shù)目為偶數(shù)時，面的自由網(wǎng)格將全部生成四邊形網(wǎng)格，當單元劃分數(shù)目為奇數(shù)時將可能生成三角形單元。(2)體的自由網(wǎng)格：只能包含四面體單元（三棱錐）2.10.5 映射網(wǎng)格劃分映射網(wǎng)格劃分要求面或者體有規(guī)則的形狀，即必須滿足一定的準則，映射網(wǎng)格在網(wǎng)格工具(MESH TOOL)中不能進行SmartSizing(智能劃分），而需要通過局部網(wǎng)格尺寸控制的相關選項設定。(1)面的映射網(wǎng)格劃分面映射網(wǎng)格包括全部是四邊形單元或者全部是三角形單元。面接受映射網(wǎng)格劃分，必須滿足以下條件：該面必須是三或四條邊；面的對邊必須設置為相同數(shù)目的單元劃分數(shù)目；面如有三條邊

44、，則各邊設置的單元劃分數(shù)必須為偶數(shù)且相等；網(wǎng)格劃分必須設置為映射網(wǎng)格。注：如果一個面多于四條邊，原則上不能直接用映射網(wǎng)格劃分，但可以進行技術處理，即可以用LCCAT（連接）或LCOMB（合并）命令使總邊數(shù)減少到4條或3條。LCCAT生成的線在生成網(wǎng)格時必然會在交點處產生一個結點，而用LCOMB合并的線在兩條線的交點處不一定會產生節(jié)點。 連接線、合并線的操作方式 Command:LCCAT GUI： Main MenuPreprocessor|Meshing|Concatenate|LinesCommand:LCOMB GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Op

45、erate|Booleans|Add|Lines劃分網(wǎng)格時在依附于線、面或者體上的關鍵點處將生成結點。因此一條線將至少有關鍵點同樣多的單元劃分數(shù)，程序不允許對這樣的線用更少的劃分數(shù)來指定其單元劃分數(shù)。單元尺寸的定義是針對原始線的，連接線（LCCAT）并沒有將形成新的原始線，而合并線(LCOMB)形成了新的原始線，因此，對連接線只能對原始線分別定義單元劃分數(shù)，對合并線可以直接指定單元劃分數(shù)。使用合并線比連接線有優(yōu)勢。對邊數(shù)多于4條邊的面劃分映射網(wǎng)格，除了將多余的邊通過連接或者合并操作使面的總邊數(shù)減少到4或3外，還可以使用AMAP命令。AMAP命令提供了對多邊面劃分映射網(wǎng)格的簡捷途徑，不再需要連接

46、或者合并線，只需拾取面邊界上的三或四個關鍵點為頂點進行映射網(wǎng)格劃分。如左圖的面，依次選擇關鍵點1，3，6，4后，生成的網(wǎng)格如圖示。（見參考書圖2.79)在網(wǎng)格劃分工具中選擇對面進行映射網(wǎng)格劃分，附加選項為“pick corners”（2）體的映射網(wǎng)格劃分要將體全部劃分為六面體單元，體必須滿足以下條件：體的外形應為塊狀(有六個面)、楔形三棱柱(五個面)或者四面體(四個面)體的對邊上必須劃分相同的單元數(shù)如果體是棱柱或四面體，三角形面邊界上的單元劃分數(shù)必須是偶數(shù)要點：體要滿足體的面數(shù)不多于6，同時體的各個邊界面要滿足對面進行映射網(wǎng)格劃分的條件。技巧：當體有多余的面時，也需要減少圍成體的面的個數(shù)以進行

47、映射網(wǎng)格的劃分?？梢詫γ孢M行ACCT或AADD操作，注意先連接面，再連接線。Command:ACCAT GUI： Main MenuPreprocessor|Meshing|Concatenate|AreasCommand:AADD GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Areas2.10.7 對面通過旋轉、偏移、拖拉以及拉伸生成體及網(wǎng)格可以對面進行VROTAT(旋轉)、VOFFSET(偏移)、VDARG (拖拉)、 VEXT(拉伸)操作生成體，如果對面劃分了網(wǎng)格后再進行這些操作，還可能在生成體的同時生成體的網(wǎng)格。將面

48、沿某個軸旋轉生成體Command:VROTAT GUI： Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|About Axis將面沿其法向偏移生成體Command:VOFFSETGUI:Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Normal 對面沿某個路徑掃掠生成體Command:VDRAGGUI：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Along Lines在激活坐標系下對面進行延伸和縮放來生成體Command:VEX

49、TGUI：Main MenuPreprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|By XYZ Offset若想通過對面旋轉、偏移、拖拉、拉伸生成體及體網(wǎng)格，可以按以下步驟操作：1)定義單元類型（包括待操作的面網(wǎng)格所需的單元類型以及即將生成的體網(wǎng)格所需的單元類型）2)通過EXTOPT命令(或Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Elem Ext Opts)為待生成的體分配單元屬性3)對待旋轉、偏移、拖拉或拉伸的面劃分網(wǎng)格4)指定在旋轉、偏移、拖拉或拉伸的方向上單元劃分數(shù)(No Elem divs)5)執(zhí)行相應的命令，生成體

50、及網(wǎng)格。實例六方孔螺釘頭用扳手的體及網(wǎng)格生成幾何參數(shù)為:截面形狀：正六邊形，截面寬:1cm桿長：7.5cm 手柄長：20cm；彎曲半徑：1cm1.為建立模型時的輸入方便，設定單位制和一些參數(shù)從實用菜單中選擇Parameters|Angular Units命令設置ANSYS內部函數(shù)角度參數(shù)的單位為Degress DEG(度)；從實用菜單中選擇Parameters|Scalar Parameters命令，定義參數(shù)變量，即宏參定義。在Selection文本框中輸入“high=0.01”，不管輸入時字母的大小寫，ANSYS自動轉換成大寫，單擊Accept，在在數(shù)據(jù)庫中生成EXX變量。重復上述步驟，定義

51、完全部參變量，單擊close按鈕關閉對話框待定義的參變量如下表HIGH=0.01 正六邊形截面的高度L_SIDE=HIGH*TAN(30) 正六邊形的邊長L_SHANK=0.075 扳手桿短端長度L_HANDLE=0.2扳手桿長端長度BENDRAD0.01 彎處半徑L_ELEM=0.0075單元邊長NO_DIV_SIDE=2 截面每邊的單元劃分數(shù)2.定義單元類型在進行有限元分析時，首先要根據(jù)分析問題的幾何結構，分析類型和所分析的問題的精度要求等，選定適合分析實例的有限單元類型。本例中選用8結點實體單元，考慮到將要采用沿路徑拉伸的方式建立模型和有限元網(wǎng)格，還需要定義二維單元類型，本例中采用Mesh200，此中單元類型劃分網(wǎng)格生成的單元和結點在求解時是無效的。主菜單Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete命令，單擊Add按鈕，將彈出Library of Element Types(單元類型庫)對話框；SOLID45。由于MESH200能夠兼容ANSYS幾乎所有的單元類型，因此需要對其進行設定，使其形狀為二維4結點單元。選擇Type1 Mesh200項，然后單擊按鈕左邊列表框中選擇Not Solved選項（此類單元將不予求解），在右邊的列表框中選擇Mesh Facet 200選項，此單元類型可模擬