ANSYS 有限元分析第12講-單元操作

1、單元操作第 12 講12. 單元操作多數(shù)前處理 幾何建模，網(wǎng)格劃分，甚至加載 是在建立實體模型中得到執(zhí)行的。所有的后處理都是在節(jié)點和單元上被執(zhí)行，其執(zhí)行更取決于節(jié)點數(shù)量。但依然有幾種情況需要直接對單元進(jìn)行操作:特殊類型面載荷梁的后處理和特殊單元數(shù)據(jù)分層單元 (layered) 連接和合并單元（如桅桿、彈簧、對流）編輯課件.單元操作本章將介紹如下特殊單元主題:A. 單元坐標(biāo)系B. 表面效應(yīng)單元C. 單元表D. 專題編輯課件單元操作A. 單元坐標(biāo)系模型中的每一個單元都伴隨著一個單元坐標(biāo)系。單元坐標(biāo)系的目的是適應(yīng)如下的力學(xué)量: 材料屬性 (EX, KXX, etc.)求解中的應(yīng)力和應(yīng)變計算 (EPX

2、, SX, SY, etc.)正如 MAT (材料), TYPE (單元類型), 和 REAL (實常數(shù)設(shè)置),單元坐標(biāo)系ESYS是第四個單元屬性編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系缺省的 ESYS 定位依賴單元類型。例如:線單元的x坐標(biāo)一般起于單元的 I節(jié)點 止于J節(jié)點殼單元通常的缺省值是:單元坐標(biāo) X的方向是從節(jié)點 I 到節(jié)點 J在單元平面中單元坐標(biāo) Y垂直于單元坐標(biāo) X單元坐標(biāo) Z由右手螺旋法則確定實體單元的缺省作標(biāo)是笛卡爾坐標(biāo)IJXKXYZIJLXgYgZgIJKPMNOXYZ編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系缺省的 ESYS對大部分情況已足夠處理，但還有一小部分情況需要改變后方可處理。例如：實體單

3、元材料屬性的方向，以玻璃纖維為代表，可能與笛卡爾坐標(biāo)方向不平行。作用在表面的切線壓力對單元有影響.XgYgZgX編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系為了改變?nèi)笔〉膯卧鴺?biāo)系，需要建立與單元適應(yīng)的局部坐標(biāo)系 (CSYS 11 或更大).過程如下：1.定義一個具有合適方位的局部坐標(biāo)系。位置任意設(shè)定.Utility Menu WorkPlane Local Coordinate Systems Create Local CS編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系2.選擇所需要的單元。3.把所有選上單元的單元坐標(biāo)系改為第一步中定義的局部坐標(biāo)系號碼。Preprocessor Move/Modify -Elements-

4、Modify Attrib或使用 EMODIF 命令 ( emodif,all,esys,11)4.再度激活所有單元并轉(zhuǎn)回先前坐標(biāo)系 (CSYS).編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系殼單元法線殼單元的法線方向。定義外表面和內(nèi)則面。依次由定義單元的節(jié)點順序(I-J-K-L)和內(nèi)側(cè)面決定。有時需要翻轉(zhuǎn)一些單元的法線來匹配模型中剩余的部分在強(qiáng)大的圖形處理模式中使用不同的顏色來表示外表面和內(nèi)側(cè)面。編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系翻轉(zhuǎn)殼單元法線的兩種方法:翻轉(zhuǎn)下面或翻轉(zhuǎn)單元本身翻轉(zhuǎn)下面:Preprocessor Move/Modify -Areas- Area Normals接著用“正確”方位拾取面，ANSYS會

5、掃描每個面并把與拾取面不匹配的面翻轉(zhuǎn)。相接觸的單元也被翻轉(zhuǎn)（缺省執(zhí)行）。編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系直接顛倒殼單元:Preprocessor Move/Modify -Elements- Shell Normals或 執(zhí)行ENORM,P接著用“正確”方位拾取一個單元編輯課件單元操作.單元坐標(biāo)系演示:進(jìn)入 前處理PREP7 ，恢復(fù)文件 pipe.db (基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范單元的殼體網(wǎng)格劃分文件; 注意一些殼是顛倒的)Move/Modify Shell Normals (或執(zhí)行 ENORM,P)拾取一個紫色單元再列單元和節(jié)點正確方位編輯課件單元操作B. 表面效應(yīng)單元怎樣施加如下的壓力荷載:象剪切荷載

6、一樣與表面相切的荷載?象螺栓荷載一樣在表面上變化的荷載?象屋頂上冰載荷一樣由角到面的載荷?表面效應(yīng)單元為處理一些問題提供了有效的方法。編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元特點:象“皮膚”一樣覆蓋網(wǎng)格表面如同面載荷的管道很容易創(chuàng)建:選擇表面上感興趣的節(jié)點.激活恰當(dāng)?shù)膯卧愋蛨?zhí)行 ESURF (或 Preprocessor Create Elements Surf Effect .).選擇所有節(jié)點編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元對 2-D和 3-D模型都有用:SURF151 & 153 是線單元 (熱和結(jié)構(gòu)的) ，表示 2-D模型的邊。F152 & 154 是面單元 (熱和結(jié)構(gòu)的)，表示 3-D 模型的面

7、。本節(jié)只討論 SURF154,其他單元可同理處理。SURF154 同單元參考手冊中的描述l 編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元SURF154使用不同的單元面號來承擔(dān)不同類型的載荷。面號在 “Apply PRES on elems” 對話框中 (Solution -Loads- Apply Pressures On Elements), 如下所示.或 在 SFE 命令的LKEY范圍內(nèi):SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元假設(shè)給一套SURF154單元施加幅值為1000的壓力，它的方向取決于使用了單元的那一個面。LK

8、EY=1:法線方向的壓力.作用在單元上的絕對值 (沿著單元坐標(biāo)Z的方向).例如: sfe,all,1,pres,1000 (選定所要的單元之后).編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元LKEY=2和LKEY=3:切線壓力，分別沿著單元坐標(biāo)系的 X 和 Y 軸方向例如:sfe,eflat,3,pres,1000sfe,eslope,2,pres,1000(eflat 和 eslope由單元構(gòu)成)編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元LKEY=4:梯形分布的法線壓力。 數(shù)值 = P1 + XgP2 + YgP3 + ZgP4P1-P4 被列入 VAL1-VAL4 （ SFE 命令）Xg,Yg, Zg 是單元各點在

9、以載荷合力作用點為坐標(biāo)原點的單元坐標(biāo)系的笛卡爾坐標(biāo).P1 為平均壓力P2,P3,P4 分別壓力在坐標(biāo)中的斜率，若留空白缺省為P1作用在單元上的絕對值 (沿單元坐標(biāo)Z的方向).XgP2Xg=0P1編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元LKY=4 (續(xù)):例如, 施加一沿X方向、大小從200到1000的錐形壓力，作用范圍在X軸上的-2到 +2斜率 P2 = (1000-200)/4 = 200; P3 = 0; P4 = 0P1 是在 Xg=0處的值,按 P1 = 2(200) + 200 = 600計算sfe,eflat,4,pres,600,200,0,0編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元LKEY=5任意

10、方向的壓力，P1為壓力矢量的數(shù)值 方向 = P2,P3,P4 現(xiàn)在代表矢量的方向余弦，對數(shù)值無影響。例如: sfe,eflat,5,pres,1000,-1,-1,0 定義了 X-Y面內(nèi)45度方向的壓力編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元 KEYOPT(11)對壓力載荷的影響：壓力矢量的數(shù)值也依賴 KEYOPT(11).KEYOPT(11)=0 (缺省) 壓力載荷作用于載荷作用面的投影面，并且包含切向投影面。KEYOPT(11)=1， 壓力載荷作用于載荷作用面的投影面，不包含切向投影面。KEYOPT(11)=2， 壓力載荷作用于載荷的整個作用面。編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元例如: 在KEYOPT(

11、11)=0的條件下，sfe,ecurv,5,pres,1000,0,-1,0 在曲面上定義了一螺栓荷載。如下圖位置1輪廓線所示。 編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元KEYOPT(11)=2 對整個面施加壓力。對斜面有用(如屋頂)或風(fēng)載荷。如: sfe,eslope,5,pres,1000,0,-1,0 對整個斜面定義了完全相同的壓力。如下圖所示編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元其他表面效應(yīng)單元的應(yīng)用:實體單元的扭矩借助修改的單元坐標(biāo)系施加切線荷載.對軸和螺釘問題非常適用熱描述 (SURF151 & 152) 有許多內(nèi)容, 包括: 轉(zhuǎn)移到1維管道單元 FLUID116的熱量通過一個面的熱量損失的簡便計算

12、。輻射編輯課件單元操作.表面效應(yīng)單元演示:進(jìn)入前處理 PREP7 ，恢復(fù)文件 boltload.db添加 SURF154 作為單元類型 1 (顯示選項)選擇孔的底面和與之接觸的節(jié)點激活類型 1，執(zhí)行 ESURF操作建立表面單元選擇 everything 并列單元選擇類型1單元，對面 5 施加壓力:value= 1000, val2= 0, val3= -1, val4= 0選擇t everything, 保存數(shù)據(jù)庫文件，求解在POST1中列 Y方向的應(yīng)力停留在 POST1中 (下一個演示)編輯課件單元操作C. 單元表單元表，在 POST1 (綜合后處理)中使用有兩個功能:對結(jié)果數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算

13、訪問非直接有用的結(jié)果數(shù)據(jù) (如certain line elements)單元表有點象電子數(shù)據(jù)表:每一行描繪一個單元每一列由單元的數(shù)據(jù)構(gòu)成編輯課件單元操作 . 單元表一個單元表的標(biāo)準(zhǔn)形成過程由下列幾個步驟構(gòu)成:首先選擇需要的單元把結(jié)果數(shù)據(jù)裝填到表中列出或繪出數(shù)據(jù)執(zhí)行所想要的算術(shù)運(yùn)算 GUI方式下的 General Postproc Element Table.中給出了單元表的功能編輯課件單元操作 . 單元表選擇想要的單元許多情況下，只需要在模型中為單元的子集使用單元表。.因此,第一步就是挑選想要的單元:根據(jù)屬性(MAT, TYPE, REAL, or ESYS)根據(jù)節(jié)點根據(jù)相連接的模型實體根據(jù)

14、結(jié)果等等.編輯課件單元操作 . 單元表給單元表添加結(jié)果數(shù)據(jù)明確想要添加的數(shù)據(jù)項并給它取一個名字或卷標(biāo)，名字或卷標(biāo)被用來列出、繪出數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行操作。使用 ETABLE 命令 (e.g, etable,evolume,volu)或 Element Table Define Table編輯課件單元操作 . 單元表一些數(shù)據(jù)類型只能被有序數(shù)識別，在單元參考手冊中提供了有序數(shù)的大量資料。例如, SURF154單元5號面上的有效壓力作為有序數(shù) “SMISC 17.”被保存起來。把SURF154 添加到單元表: etable,p5,smisc,17參閱你手中的基礎(chǔ)分析過程指導(dǎo) (可網(wǎng)上瀏覽)，獲取有序數(shù)方

15、法的細(xì)節(jié)編輯課件單元操作 . 單元表列出或繪出單元表數(shù)據(jù)Element Table List Elem Table (或 PRETAB 命令)編輯課件單元操作 . 單元表Element Table Plot Elem Table (or PLETAB,name)編輯課件單元操作 . 單元表缺省不是求節(jié)點數(shù)據(jù)的平均, 每一個單元有一種顏色. 為了得到平滑的輪廓線，激活求平均按鈕。編輯課件單元操作 . 單元表注意每個單元的每個數(shù)據(jù)項只有一個值:即該單元的平均或有效值。例如,如果把節(jié)點的位移 UX添加到單元表,單元節(jié)點的平均 UX就被存儲到每個單元。其他查閱單元表數(shù)據(jù)的方法:把數(shù)據(jù)繪制成圖線從而獲得

16、徑線圖或列數(shù)據(jù)?？梢蕴砑?個標(biāo)量數(shù) (如單元x方向的壓力，y方向的壓力,z方向的壓力)，合并他們可獲得一矢量圖。查看 PLVECT 命令獲取細(xì)節(jié)編輯課件單元操作 . 單元表運(yùn)算操作有點象電子數(shù)據(jù)表，可以在單元表的列間進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。一些有用的操作:兩列相加 (SADD)乘 (SMULT)比較和保存兩列的最大值和最小值 (SMAX or SMIN)每列的和 (SSUM 對選擇的批單元的總量的計算很有用等等編輯課件單元操作 . 單元表例如:編輯課件單元操作 . 單元表若一個想要的操作無效，可以把單元表中的項上載到一數(shù)組參數(shù)，使用數(shù)組操作。使用 *VGET 命令 （或 Utility Menu Par

17、ameters Get Array Data)接著使用一個數(shù)組操作: *VOPER, *VSCFUN, 等例如,象平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差這些統(tǒng)計量在單元表水平上無法計算，但可以在數(shù)組水平上計算。編輯課件單元操作 . 單元表更新單元表如果為不同的載荷步驟或從不同的結(jié)果文件讀進(jìn)結(jié)果，單元表不會自動更新。執(zhí)行 ETABLE,REFL (或在單元表數(shù)據(jù)對話框中點擊 Update 按鈕) 來“填充”或更新單元表。列頭部的 “current” 或 “previous” 標(biāo)示依賴數(shù)據(jù)項的狀況。編輯課件單元操作 . 單元表既然單元表不能自動更新，那么就很容易比較兩個載荷步的結(jié)果或兩個不同的分析,如下所示:讀載荷步1

18、,把結(jié)果項作為A1保存到單元表 。接著讀進(jìn)載荷步2 ，把結(jié)果項作為A2保存到單元表。現(xiàn)在可以比較 A1 和 A2，把最大值和最小值保存到第三列，或進(jìn)行其他想要的操作。這項設(shè)置可以被擴(kuò)展來比較相同模型的不同結(jié)果文件。編輯課件單元操作.單元表單元表的保存和刪除:通過保存ANSYS數(shù)據(jù)庫來保存單元表:在POST1 中保存數(shù)據(jù)庫(Toolbar SAVE_DB 或 SAVE 命令).或退出ANSYS時使用 “Save everything” 選項來保存 (Toolbar QUIT 或 /EXIT,ALL 命令).刪除全部單元表:Element Table Erase Table或 ETABLE,ERASE刪除單元表中的一項