建立有限元模型創(chuàng)建模型

建立有限元模型創(chuàng)建模型第一頁，共七十四頁，2022年，8月28日學習完本章后，給定一個簡單的物理現(xiàn)象，學員應該能夠使用ANSYS創(chuàng)建一個2D的有限元模型.ModuleObjectiveLessonA.實體建模的概念3-1. 區(qū)別實體模型和有限元模型.3-2. 四種創(chuàng)建幾何模型的可行方法.3-3. 四類實體模型圖元以及它們之間的層次關系.LessonB.工作平面3-4. 定義工作平面.3-5. 顯示工作平面，工作平面輔助網(wǎng)格的開關及改變網(wǎng)格間距.3-6. 捕捉開關，捕捉增量設置.3-7. 移動工作平面.LessonC.2D體素“primitive”3-8. 定義術語體素“primitive.”3-9. 列出并創(chuàng)建三類2-D體素.LessonObjectives第三章目的第二頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonD.圖元的繪制、編號、刪除3-10. 繪制面、線及關鍵點.3-11. 在圖形窗口中區(qū)分圖元.3-12. 刪除面、線及關鍵點.LessonE.布爾操作3-13. 布爾操作的目的，使用Add,Subtract,andOverlap等布爾操作.LessonF.單元屬性3-14. 定義材料屬性、單元類型以及實常數(shù).LessonG.劃分網(wǎng)格

3-15. 列出劃分網(wǎng)格的四個主要步驟.3-16. 使用默認設置對幾何模型劃分網(wǎng)格.3-17. 單元尺寸大小.LessonH.模型修正3-18. 討論模型修正.LessonObjectives第三章目的(續(xù))第三頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonA.

實體建模的概念4第四頁，共七十四頁，2022年，8月28日實體模型及有限元模型Objective3-1. 區(qū)分實體模型與有限元模型現(xiàn)今幾乎所有的有限元分析模型都用實體模型建模.類似于CAD，ANSYS以數(shù)學的方式表達結構的幾何形狀，用于在里面填充節(jié)點和單元，還可以在幾何模型邊界上方便地施加載荷.但是，幾何實體模型并不參與有限元分析.所有施加在幾何實體邊界上的載荷或約束必須最終傳遞到有限元模型上（節(jié)點或單元上）進行求解.由幾何模型創(chuàng)建有限元模型的過程叫作網(wǎng)格劃分（meshing).

Meshing幾何實體模型有限元模型第五頁，共七十四頁，2022年，8月28日幾何實體模型和有限元模型的來源Objective3-2. 四種創(chuàng)建模型的方法.總共有四種途徑創(chuàng)建ANSYS模型（包括幾何實體模型和有限元模型），如下表所示：第六頁，共七十四頁，2022年，8月28日ANSYS中的圖元(即使想從CAD模型中傳輸實體模型，也應該知道如何使用ANSYS建模工具修改傳入的模型.)下圖示意四類圖元.體(3D模型)由面圍成，代表三維實體.面(表面)由線圍成.代表實體表面、平面形狀或殼（可以是三維曲面）.線(可以是空間曲線)以關鍵點為端點，代表物體的邊.關鍵點

(位于3D空間)代表物體的角點.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3. 四類實體模型圖元,以及它們之間的層次關系.第七頁，共七十四頁，2022年，8月28日ANSYS中圖元(續(xù))層次關系從最低階到最高階，模型圖元的層次關系為：關鍵點（Keypoints）線（Lines）面（Areas）體（Volumes）提示:如果低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪除.KeypointsLinesAreasVolumesI’lljustchangethislineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!第八頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonB.

工作平面9第九頁，共七十四頁，2022年，8月28日工作平面Objective3-4. 定義工作平面工作平面(WP)是一個可移動的參考平面，類似于”繪圖板“。wywxxy工作平面Definition原點輔助網(wǎng)格，間距可調(diào)第十頁，共七十四頁，2022年，8月28日工作平面(續(xù))工作平面控制移動工作平面的選項有關坐標系統(tǒng)的選項(將在以后的課程中討論)UtilityMenu:WorkPlane>

第十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日工作平面(續(xù))要顯示工作平面:UtilityMenu:WorkPlane>

DisplayWorkingPlaneProcedure1......2......3......

顯示工作平面標記，表示工作平面的原點.Objective3-5. 顯示工作平面，輔助網(wǎng)格的開關及密度控制第十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日工作平面(續(xù))工作平面輔助網(wǎng)格開關:UtilityMenu:WorkPlane>

WPSettings...Procedure1......2......3......

選取二者其中任意一個，顯示工作平面輔助網(wǎng)格，然后選擇OK或Apply.第十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日輔助網(wǎng)格間距改變輔助網(wǎng)格的間距:UtilityMenu:WorkPlane>

WPSettings...Procedure1......2......3......

輸入間距值，然后選擇OK或Apply.間距為0.1間距為0.05第十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日捕捉功能Objective3-6. 捕捉開關及捕捉增量.在徒手創(chuàng)建幾何圖元時，捕捉功能用離散的、可控的增量代替光滑移動，更精確地選取坐標或關鍵點等.捕捉功能的特點:捕捉可以打開或關閉.捕捉增量可調(diào).捕捉增量可設置與工作平面間距相等(相當于在坐標紙上繪圖).第十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日捕捉功能(續(xù))打開或關閉捕捉:UtilityMenu:WorkPlane>

WPSettings...Procedure1......2......3......

選取則打開捕捉，不選取則關閉捕捉，然后選擇OK或Apply.第十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日捕捉功能(續(xù))要修改捕捉增量:UtilityMenu:WorkPlane>

WPSettings...Procedure1......2......3......

輸入捕捉增量，然后選擇OK或Apply.圖示為使用捕捉功能畫矩形，其中捕捉增量等于輔助網(wǎng)格間距.第十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日移動工作平面Objective3-7. 移動工作平面.工作平面原點的缺省位置與總體坐標原點重合，但可以平移工作平面，便于創(chuàng)建2D幾何模型.缺?。汗ぷ髌矫嬖c與總體坐標原點重合.移動了工作平面以后.第十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日移動工作平面(續(xù))設定平移量將工作平面平移到一個目標上定義工作平面的取向注:從當前的工作平面位置進行平移操作.第十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日移動工作平面(續(xù))要以設置增量方式平移工作平面:UtilityMenu:WorkPlane>

OffsetWPbyIncrements...Procedure1......2......3......

選擇方向平移工作平面，然后選擇OK或Apply.第二十頁，共七十四頁，2022年，8月28日工作平面及激活的坐標系統(tǒng) 工作平面是2D的繪圖板，用于定位在建模過程中幾何項目. MainMenu:Modeling>Create>Keypoints>OnWorkingPlane+ 總體及局部坐標系統(tǒng)（例如柱坐標，用戶定義坐標等）用于設定幾何項目在空間的位置. MainMenu:Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS...激活坐標系統(tǒng)可以與工作平面重合，也可以是總體坐標（或局部坐標）系統(tǒng)。這個話題將在后面的課程中詳細描述.第二十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonC.

2-D體素22第二十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D基本體素Objective3-8. 定義術語體素“primitive”.體素是指預先定義好的、具有共同形狀的面或體.Definition注:體素類似于MicrosoftPowerPoint中的AutoShapes.第二十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D體素(續(xù))Objective3-9. 列出并創(chuàng)建三種2D體素.ANSYS中的2D體素:矩形圓多邊形第二十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D基體素(續(xù))創(chuàng)建2D體素:MainMenu:Preprocessor>

-Modeling-Create>Procedure1......2......3......

選擇以“＋”結尾的菜單，將彈出拾取菜單(見下頁），提示通過拾取方式創(chuàng)建體素.選擇ByDimensions...將彈出對話框，提示輸入體素的坐標.對話框示例第二十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D體素(續(xù))以拾取方式創(chuàng)建示例1.閱讀輸入窗口中的提示.拾取菜單2. 按照提示在圖形窗口通過鼠標左鍵拾取坐標或幾何元素，然后在此對話框中選擇OK或Apply. 也可以在對話框中輸入，代替鼠標拾取.第二十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D基本體素(續(xù))以拾取方式創(chuàng)建示例（續(xù)）a. 單擊一次鼠標左鍵定義第一個對角頂點.b. 移動鼠標確定第二個對角頂點，注意“橡皮筋”效果.c. 單擊一次鼠標左鍵定義第二個對角頂點.注意ANSYS自動將創(chuàng)建的模型放大或縮小到整個圖形窗口.第二十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日2-D體素(續(xù))需要牢記的創(chuàng)建一個矩形，等于自動創(chuàng)建了9個圖元，4個關鍵點，4條線，1個面.Area....LineLineLineLineKeypoints創(chuàng)建的面將位于工作平面內(nèi)，定義取決于工作平面的坐標系.ANSYS將自動對每個圖元編號.Ohyeah!Iremembertheseentitythings.第二十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonD.

圖元的繪制、編號、及刪除29第二十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日繪制創(chuàng)建2D體素后，ANSYS缺省繪制面.也可以繪制低階的圖元，例如線,...或關鍵點.Objective3-10. 繪制面，線及關鍵點.第三十頁，共七十四頁，2022年，8月28日繪制（續(xù)）要繪制面，線或關鍵點:UtilityMenu:Plot>

KeypointsorLinesorAreasProcedure1......2......3......

第三十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日區(qū)分圖元打開面編號的結果Objective3-11. 在圖形窗口中區(qū)分圖元.當多個圖元同時在圖形窗口中顯示時，可以通過打開某種圖元類型編號來區(qū)分它們，這些圖元以不同的標號和顏色顯示.第三十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日區(qū)分圖元(續(xù))打開編號顯示:UtilityMenu:PlotCtrls>

Numbering...Procedure1......2......3......

選取需要的項目，然后選擇OK.控制是否編號和顏色同時顯示(缺省),只顯示編號,或只顯示顏色.第三十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日區(qū)分圖元需要牢記的編號顯示在圖元的“熱點”上.對于面或體，熱點為圖形中心.對于線，有三個熱點:..為什么這一點非常重要:需要在圖形窗口拾取取圖元時，應該點取圖形的熱點，確保拾取所需要的圖元。這對于有多個圖形重疊的情況非常重要.（如上圖）第三十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日區(qū)分圖元關于編號字體的大小在PC上運行ANSYS，缺省的編號字體比較小，可按下述方法放大：要放大編號字體:1.UtilityMenu:PlotCtrls>FontControls>EntityFont...2. 選擇需要的字體、尺寸等3. 選擇OK.4. UtilityMenu:Plot>ReplotProcedure1......2......3......

第三十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日刪除圖元Objective3-12. 刪除面，線及關鍵點.當刪除圖元時，ANSYS提供兩種選擇:可以只刪除指定的圖元，保留這個圖元所包含的低階圖元也可以連這個圖元包含的低階圖元一塊刪去.只刪除面，保留面上的線及關鍵點刪除面以及面所包含的低階圖元（線，關鍵點）第三十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日刪除圖元(續(xù))要刪除一個或多個圖元

:MainMenu:Preprocessor>

-Modeling-DeleteProcedure1......2......3......

在圖形窗口中拾取一個或多個圖元（本例中為面），然后選擇OK..選擇圖元(注意前頁所述兩種方式）.第三十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日Multi-Plots使用Multi-Plots功能,ANSYS將在圖形窗口同時顯示顯示所有數(shù)據(jù)（包括體、面、線、關鍵點，以及節(jié)點、單元）.要使用multi-plot:UtilityMenu:Plot>Multi-PlotsProcedure1......2......3......

根據(jù)編號對話框中的設置，顯示編號及顏色.第三十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日練習-創(chuàng)建2D圖元;

圖元的繪制，編號及刪除運用剛剛學過的知識，作以下練習:1. 用拾取方式創(chuàng)建一些2D的體素，觀察“橡皮筋”與拾取窗口中顯示的數(shù)據(jù)的關系.2. 顯示工作平面并打開輔助網(wǎng)格線，體驗使用捕捉方式拾取創(chuàng)建2D體素，修改捕捉增量，觀察結果，將捕捉增量設置與網(wǎng)格間距相等，再試一次.3. 移動工作平面，然后創(chuàng)建一些2D體素。觀察圖形窗口中“橡皮筋”上的數(shù)字與拾取窗口中數(shù)字的關系.4. 練習用Bydimensions方式創(chuàng)建體素.設置尺寸創(chuàng)建體素。注意定義尺寸創(chuàng)建與拾取創(chuàng)建之間的區(qū)別.5. 練習繪制線、關鍵點及面.6. 練習使用編號對話框區(qū)分圖元.7. 練習刪除一些面，對比AreasOnly與AreaandBelow之間的區(qū)別.記住使用熱點選取圖元.第三十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonE.

布爾操作40第四十頁，共七十四頁，2022年，8月28日布爾操作Objective3-13. 布爾操作的目的，使用Add,Subtract,andOverlap等布爾操作.布爾操作

是指幾何圖元進行組合計算.ANSYS的布爾操作包括add,subtract,intersect,divide,glue以及overlap.它們不僅適用于簡單的體素中的圖元，也適用于從CAD系統(tǒng)傳入的復雜幾何模型.WZWYWXDefinition這個看起來復雜的模型，實際上是一個方塊與一個空心的球進行求交（intersect）布爾操作的結果.第四十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日布爾操作(續(xù))選擇圖形類型.將彈出選取菜單(見下頁)提示選擇圖形進行布爾操作.要使用布爾操作:MainMenu:Preprocessor>-Modeling-Operate>Procedure1......2......3......

選擇一種布爾操作(例如：Add)第四十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日布爾操作(續(xù))1.閱讀輸入窗口的提示信息.拾取菜單示例2.根據(jù)提示在圖形窗口拾取取圖形，然后在選取對話框中選擇OK或APPLY.第四十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日布爾操作(續(xù))需要牢記的在缺省情況下，布爾操作完成后，輸入的圖元被刪除.被刪除的圖元編號變成“自由”的(這些自由的編號將附給新創(chuàng)建的圖元，從最小的自由編號開始).要想找出哪些圖元在布爾操作后仍然彼此相互干擾，用Pick/Selectlines(byNum/Pick).選取Looping來確定連接在一起作為一個圖元一部分的全部線.第四十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日練習-布爾操作練習創(chuàng)建不同類型的面體素，并使用Add,Subtract及Overlap等布爾操作，觀察結果.確認打開相應的編號顯示，觀察布爾操作前后，圖元編號的變化.第四十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日練習-角支架:建模練習ANSYSTutorials中角支架靜力分析（StaticAnalysisofaCornerBracket）問題的1～12步.參考如下提示，設置ANSYS在線教學環(huán)境.Exercise第四十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日ANSYS在線教學要進入ANSYS在線教學:注意:需要符合HTML3.2標準的瀏覽器Toolbar:TUTORIALProcedure1......2......3......

1. 選擇瀏覽器.2. 選擇OK.2/6/2023第四十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日ANSYS在線教學（續(xù)）調(diào)整ANSYS及瀏覽器的窗口，使它們在屏幕中并排.(下圖是21英寸顯示器窗口排步示例.)1. 縮小瀏覽器寬度，使圖中三個按鈕在窗口中央，并將窗口移到平面右邊.2. 縮小ANSYS輸入窗口、應用窗口以及工具條窗口的寬度（全部向左排列）.3. 縮小ANSYS圖形窗口的尺寸，使主菜單在左邊，瀏覽器窗口在右邊，.231231222/6/2023第四十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日ANSYS在線教學（續(xù)）選擇在線教學窗口上部的StartHere按鈕將得到更多運行在線教學方面的信息.注意:運行ANSYS在線教學需要計算機系統(tǒng)至少支持256色(建議32,768色或更高),請參閱ANSYS安裝配置手冊.2/6/2023第四十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonF.

單元屬性50第五十頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199651單元屬性單元屬性是指在劃分網(wǎng)格以前必須指定的所分析對象的特征.這些特征包括:材料屬性單元類型實常數(shù)Definition第五十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199652材料屬性ANSYS所有的分析都需要輸入材料屬性-例如在結構分析至少要輸入材料的楊氏模量EXX，熱分析至少要輸入材料的導熱系數(shù)等KXX.Objective3-14. 定義材料屬性、單元類型以及實常數(shù).第五十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199653材料屬性（續(xù)）下表是ANSYS全部的材料屬性.第五十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199654定義材料屬性要定義材料屬性:MainMenu:Preprocessor>MaterialProperties>-Constant-IsotropicProcedure1......2......3......

例如:定義恒定的各向同性材料屬性1.選擇OK定義第一種材料.2.在相應的框中輸入材料屬性值(如果需要可使用滾動條).3.選擇OK.第五十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199655ANSYS分析中的單位制除了磁場分析以外，用戶不需要告訴ANSYS使用的是什么單位制.只需要自己決定使用何種單位制，然后確保所有輸入的值的單位制保持統(tǒng)一(ANSYS并不轉換單位制).ANSYS讀入輸入的數(shù)值，并不檢驗單位制是否正確.[注意:/UNITS命令只是一種簡單的記錄，告訴別的人現(xiàn)在使用的單位制.]單位制將影響輸入的實體模型尺寸、材料屬性、實常數(shù)以及載荷等.第五十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199656定義單元類型設定單元類型:MainMenu:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/DeleteProcedure1......2......3......

1.選擇Add.第五十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199657定義單元類型(續(xù))2.選擇Help得到關于單元類型的信息.3.選擇單元圖示摘要.4.選擇GoTo.第五十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199658定義單元類型(續(xù))5. 使用圖示摘要可以幫助選擇單元類型.如果需要某種單元的詳細描述，點取單元圖形即可.當選定了單元類型后，記住名稱和代號，選擇chooseFile>Exit退出.第五十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199659定義單元類型(續(xù))7.選擇單元類型.6.選擇單元分類.8.選擇OK.第五十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199660定義單元類型(續(xù))9.如果必要，選擇Options修改單元選項.以下是PLANE82的單元選項設置.10.選擇Close結束單元類型定義.選擇Help得到更多單元選項的幫助.第六十頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199661ANSYS“實常數(shù)”實常數(shù)是針對某一單元的幾何特征,例如:梁單元的橫截面積.殼單元的厚度. 分析用中到的單元的實常數(shù)，可以查閱單元在線幫助.注意并不是所有的單元都需要實常數(shù).Definition第六十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199662定義實常數(shù)選擇了單元類型后，定義單元實常數(shù):MainMenu:Preprocessor>RealConstantsProcedure1......2......3......

1.選擇Add.2.選擇要定義的實常數(shù)是針對哪種單元類型.3.選擇OK.第六十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日June3,199663定義實常數(shù)(續(xù))5.選擇eOK.4.輸入實常數(shù).6.如果要定義另一實常數(shù)，選擇Add并重復2～5步.7. 結束實常數(shù)定義，選擇Close.第六十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日LessonG.

網(wǎng)格劃分64第六十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日網(wǎng)格劃分Objective3-15. 劃分網(wǎng)格四個主要步驟.網(wǎng)格劃分主要包括以下四個步驟:1.定義單元屬性(單元類型、實常數(shù)、材料屬性).2.設定網(wǎng)格尺寸控制(控制網(wǎng)格密度).3.網(wǎng)格劃分以前保存數(shù)據(jù)庫.4.執(zhí)行網(wǎng)格劃分.BestPractice第六十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日Objective3-16. 使用缺省設置劃分網(wǎng)格.網(wǎng)格劃分(續(xù))要進行網(wǎng)格劃分:MainMenu:Preprocessor>MeshToolProcedure1......2......3......

1. 給圖元定義單元屬性(體、面等).2. 設定網(wǎng)格密度控制.3. 保存DB,然后執(zhí)行網(wǎng)格劃分.4. 將出現(xiàn)拾取對話框，提示拾取要劃分網(wǎng)格的圖元.拾取后選擇OK或Apply.第六十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日網(wǎng)格劃分(續(xù)) 如果沒有對網(wǎng)格進行任何控制，ANSYS將使用缺省設置:自由網(wǎng)格劃分，即四邊形網(wǎng)格劃分(2-D模型)，其中可能包含少量三角形.單元尺寸由ANSYS確定(通常是比較合理的).單元屬性為：類型為1,材料為1,實常數(shù)為1.第六十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日網(wǎng)格劃分(續(xù))ANSYS網(wǎng)格劃分中有許多不同的單元尺寸控制方式:“SmartSizing”總體（“Global”）單元尺寸指定的線上的單元分割數(shù)及間距控制給定關鍵點附近的單元尺寸控制層網(wǎng)格劃分-在壁面附近劃分較密的的網(wǎng)格(適于模擬CFD邊界層及電磁分