有限元教案_第三章.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,May.2008,ANSYS Software,*,ANSYS Software,1,第三章 材料设置与网格划分,第二部分,ANSYS,软件,应用,ANSYS Software,2,3.1,单元属性,第三章 材料设置与网格划分,3.3,实体模型网格划分,3.2,网格划分控制,单元类型、实常数、材料属性,网格划分工具、自由网格与映射网格,3.4,模型修正,ANSYS Software,3,单元属性,ANSYS Software,4,单元属性,单元属性,是指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征,。,单元类型,实常数,材料属性,Definition,ANSYS Software,5,Objective,介绍单元属性,有限元模型中的任一单元都具有特定,属性,:,单元类型（实体单元、梁单元、壳单元等,）-,TYPE,材料性质(,Steel、aluminum、Plastic,等,)-,MAT,实常数(壳单元厚度、梁单元横截面等,)-,REAL,厚3/8,inch,厚1/4,inch,Steel hopper(,壳单元和梁单元）,Concrete silo,(壳单元),2 种材料:,MAT 1=concrete,MAT 2=steel,2,种单元类型:,TYPE 1=shells,TYPE 2=beams,2,种实常数:,REAL 1=3/8 inch shell thickness,REAL 2=1/4 inch shell thickness,单元属性,(,续),ANSYS Software,6,单元属性,(,续),在创建有限元模型的过程中，单元特性的赋予一般有两种方法：,在划分单元网格前将单元特性赋予,实体模型,；,在划分单元网格前设置“,global,”,的,MAT、TYPE、,和,REAL；,如果没有赋予单元特性，,ANSYS,则自动将,所有单元,赋予缺省值：,MAT=1、TYPE=1,和,REAL=1。,ANSYS Software,7,要定义材料属性,:,Main Menu:Preprocessor Material Properties,-Structural-LinearIsotropic,例如:定义恒定的各向同性材料属性,Procedure,1.,2.,3.,材料性质,单元属性,(,续),ANSYS Software,8,设定单元类型,:,Main Menu:Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,Procedure,1.,2.,3.,1.选择,Add.,单元类型,单元属性,(,续),ANSYS Software,9,3.选择单元类型,.,2.选择单元分类.,4.选择,OK.,单元类型,单元属性,(,续),ANSYS Software,10,.,.,.,.,.,.,常用单元的形状,点,(,质量),线,(,弹簧，梁，杆,),面(薄壳,二维实体,轴对称实体),线性,二次,体,(,三维实体),线性,二次,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,单元种类,单元属性,(,续),ANSYS Software,11,单元种类,单元属性,(,续),准则,在结构分析中，结构的,应力状态,决定,单元类型,的选择;,选择,维数最低的单元,去获得预期的结果,(,尽量做到能选择点而不选择线,，,能选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳，能选择壳而不选择三维实体,),;,对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的,不同复杂程度,的模型。你可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不同分析选项作实验性探讨。,May.2008,ANSYS Software,12,主要单元类型举例,线单元,:,Beam,(梁)单元是用于螺栓(杆)，薄壁管件，,C,形截面构件，角钢等模型。,Spar,(,杆,)单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆和薄膜桁架等模型,。,Spring,单元是用于弹簧，螺杆，或细长构件，或,通过刚度等效替代复杂结构等模型,。,单元种类,单元属性,(,续),ANSYS Software,13,主要单元类型举例,壳单元,:,Shell,(,壳,)单元用于薄面板或曲面模型。,单元种类,单元属性,(,续),ANSYS Software,14,主要单元类型举例,（,Brick/Tet),三维实体单元,:,用于那些由于几何、材料、载荷或分析结果要求考虑的细节等原因造成无法采用更简单单元进行建模的结构。,K,R,L,Q,O,P,M,N,J,I,X,Y,Z,Tetrahedron mesh,Brick mesh,单元种类,单元属性,(,续),ANSYS Software,15,建立三维实体模型需要作出下列选择：,使用四面体（,Tet）,单元划分网格,采用简便方法建立实体模型,。,选用二次单元(,Solid95)。,或 者,使用块（,Brick),单元划分单元网格,选用块单元网格建立实体模型,通常需要花费更多时间和精力:,划分子区域,连接处理,延伸,块单元网格:,125,个单元,216,个节点,四面体单元网格:,679,个单元,1230,个节点,单元种类,单元属性,(,续),ANSYS Software,16,实常数是针对某一单元的几何特征,例如,:,梁单元的横截面积,.,壳单元的厚度,.,Definition,实常数,单元属性,(,续),注意:并不是所有的单元都需要实常数,.,ANSYS Software,17,选择了单元类型后，定义单元实常数,:,Main Menu:Preprocessor Real Constants,Procedure,1.,2.,3.,1.选择,Add.,2.选择要定义的实常数是针对哪种单元类型,.,3.选择,OK.,实常数定义,单元属性,(,续),ANSYS Software,18,5.选择,OK.,4.输入实常数.,6.如果要定义另一实常数，选择,Add,并重复25步,.,7.结束实常数定义，选择,Close.,实常数定义,单元属性,(,续),ANSYS Software,19,网格划分控制,ANSYS Software,20,网格划分,Objective,划分网格四个主要步骤,.,网格划分主要包括以下四个步骤,:,1.,定义单元属性,(,单元类型、实常数、材料属性,).,2.,设定网格尺寸控制,(,控制网格密度,).,3.,网格划分以前保存数据库,.,4.,执行网格划分,.,ANSYS Software,21,网格划分工具,打开网格划分工具,:,Main Menu:Preprocessor MeshTool,Procedure,1.,2.,3.,网格划分工具是网格控制的一种快捷方式,单元属性控制,智能网格划分控制,尺寸控制,指定单元形状,自由网格划分或映射网格划分,执行网格划分,清除网格,局部细划,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,ANSYS Software,22,网格划分(续),要进行网格划分,:,Main Menu:Preprocessor MeshTool,1.给图元定义单元属性,(,体、面等,).,2.设定网格密度控制.,Procedure,1.,2.,3.,3.,保存,DB,然后执行网格划分,.,ANSYS Software,23,网格划分(续),ANSYS,网格划分中有许多不同的,单元尺寸控制方式,:,“,Smart Sizing”-,智能网格;,总体（“,Global”）,单元尺寸;,指定的线/面上的单元分割数及间距控制;,层网格划分,-,在壁面附近划分较密的的网格,(,适于模拟,CFD,边界层及电磁分析中的,skin effects);,网格细化,-,在制定区域细化网格,(,并不清除已经划好的).,Objective,单元尺寸.,ANSYS Software,24,网格划分(续),如果没有对网格进行任何控制，,ANSYS,将使用缺省设置,:,自由网格划分,，即四边形网格划分,(2-,D,模型,)，,其中可能包含少量三角形；,单元尺寸由,ANSYS,确定,(,通常是比较合理的,)；,单元属性为：单元类型为1,材料为1,实常数为1。,Objective,使用缺省设置划分网格,.,ANSYS Software,25,Objective,使用智能网格划分,智能网格,（,Smart Sizing）,创建自由网格划分的初始单元尺寸,在进行自由网格划分时，建议采用智能网格,网格划分(续),打开智能网格，然后移动滚动条到所期望的值，级别越高说明网格越粗。,激活智能网格,:,Main Menu:Preprocessor MeshTool,ANSYS Software,26,对同一模型，采用不同的智能网格级别,进行网格划分时所得到的网格,网格划分(续),May.2008,ANSYS Software,27,Objective,人工调整网格控制,总体单元尺寸,：根据面的边界（线）上所用单元的边,长或每条线上划分的单元数进行控制；,指定局部线/面上的单元划分数；,网格细化,网格划分(续),由于结构形状的多样性，在许多情况下，由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并不合适？,例如：,应力集中和奇异点的模型或者梯度变化大的部位,May.2008,ANSYS Software,28,自由网格与映射网格,ANSYS Software,29,自由网格与映射网格,Objective,映射网格和自由网格的比较,自由网格,对单元的形状没有限制,映射网格,受映射网格模式及其单元形状限制,通常单元排列整齐,几何模型应由规则的面或体构成,May.2008,ANSYS Software,30,面划分映射网格,Objective,说明给面划分映射网格时，必须满足的三个条件,给面划分映射网格时，下面的条件必须被满足,:,此面必须由,3或4条线,围成,在,对边上,必须有相等的单元划分数,如果此面由,3条线,围成，则三条边上的单元,划分数必须相等且必须是,偶 数,或者，可以用拾取一个面的,3个或4个角点,来进行面映射网格划分，这种简化的映射网格划分方法将两个关键点之间的多条线内部连接起来。,ANSYS Software,31,Objective,描述,ANSYS,怎样处理线的划分,.,在面的对边上指定,相等,的线的划分数；,不需要在所有的线上指定划分数，只要是采用映射网格划分，程序会将线的划分数由一条边传递到对边，传递所有相邻的要划分网格的面；,程序会尽可能的根据总体尺寸或关键点尺寸的定义产生一个相匹配的线的划分数；,20,divisions transferred by mapped mesh,(,Element size assigned to L1),(,Global element size),面划分映射网格（续）,ANSYS Software,32,体划分映射网格,Objective,说明给体划分映射网格时必须满足的四个条件,为了给一个体划分六边形单元，则必须满足四个条件：,它必须是砖形（六面体），楔形体（五面体）或四面体形；,在对面和侧边上所定义的单元划分数必须相等；,如果体是棱柱形或四面体形，在三角形面上的单元划分数必须是偶数；,相对棱边上划分的单元数必须相等。,ANSYS Software,33,体划分映射网格（续）,给体进行映射网格划分的例子,ANSYS Software,34,演示,面映射网格/自由网格划分,此题用来练习使用2种方法，给一个有洞平面的四分之一模型划分网格。,1.,恢复数据库文件,plate.db,2.,在图形窗口中显示面,3.在网格划分工具中使用,“,pick corners,”,进行映射网格划分,4.在网格划分工具中使用,“,Mesh,”,进行自由网格划分,Exercise,ANSYS Software,35,实体模型网格划分,ANSYS Software,36,面网格拖拉生成体网格,由面生成体网格-,拖拉,/,扫略,ANSYS Software,37,Objective,拖拉单元功能可由 2-,D,单元生成3-,D,单元。,单元拖拉,:,1.,定义适当的2-,D,单元类型,2.,将所有将要拖拉操作的面划分单元,3.,定义适当的,3-,D,单元类型,(2-,D,单元：,triangle vs.quad,3-D,单元：,tet vs.Brick，,单元阶数：低阶单元,vs.,高阶单元),4.,设置3-,D,单元属性,Main Menu:Preprocessor OperateExtrude/SweepElem Ext Opts,Select Element Type Number(to 3-D).,设置沿拖拉方向生成的单元数,Main Menu:PreprocessorOperateExtrude/SweepElem Ext Opts,Set No.of Element Divisions(VAL1)to appropriate size.,初始化拖拉操作,7.,删除或不选择,(,Delete or unselect)2-D,单元。,由面生成体网格-,拖拉,/,扫略,Procedure,1.,2.,3.,ANSYS Software,38,由面生成体网格-拖拉,/,扫略,(,续),通过扫略功能在几何体生成3-,D,单元,不需要初始的,2-,D,网格,对读入的几何体划分单元是非常有用,(,IGES,Connection products),扫略网格（,Sweep)：,可由几何体上未划分网格的面扫略生成整个几何体上的网格,Objective,未划分网格的实体,初始面,(,Source unmeshed area),目标面,扫略划分体网格,ANSYS Software,39,模型修正,ANSYS Software,40,模型修正,清除网格，意味删除节点和单元,.,要清除网格，必须知道节点和单元与图元的层次关系,.,Keypoints,Lines,Areas,Volumes,Ill try to,change,this line,again,Lines,Keypoints,Areas,Volumes,Oh No!,Its worse,than before,Nodes,Elements,Elements,Nodes,Objective,讨论模型修正.,ANSYS Software,41,模型修正(续),要修正一个已经划分了网格的模型,:,1.,清除,要修正的模型的节点和单元,.,2.,删除,实体模型图元（由高阶到低阶）,.,3.,创建,新的实体模型，代替旧模型,.,4.,对新的实体模型,划分网格,.,(,a)Original meshed model,(,b)Mesh cleared,(,c)Solid model modified,(,d)Revised remeshed model,ANSYS Software,42,模型修正(续),出现拾取框后，在图形窗口中拾取要清除的图元,.,并选择,OK,或,Apply,执行,.,要清除网格,:,Main Menu:Preprocessor MeshTool,Choose Clear.,Procedure,1.,2.,3.,ANSYS Software,43,第三章 小 节,单元属性,实体模型网格划分,网格划分控制,模型修正,