ansys讲义4.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,*,*,建模与求解,1,建模方法,有限元模型的建立方法可分为：,直接法,直接根据机械结构的几何外型建立节点和单元，因此直接法只适应于简单的机械结构系统。,间接法,适用于,具有复杂几何外型、,节点及单元数目较多的机械结构系统。该方法通过点、线、面、体，先建立实体模型，再进行网格划分，以完成有限元模型的建立。,2,坐标系统及工作平面,总体坐标系,总体笛卡尔坐标系,总体柱坐标系,总体球坐标系,局部坐标系,局部笛卡尔坐标系,局部柱坐标系,局部球坐标系,工作平面坐标系,ANSYS,中的坐标系有：,可以定义任意数目的坐标系，但任何时候只有一个是激活的；,图形窗口的当前设置栏显示激活的坐标系。,3,坐标系统及工作平面,缺省时激活的坐标系为总体笛卡尔坐标系；,利用,CSYS,命令,(,或,Utility Menu,WorkPlane,Change Active CS to),可将激活坐标系改变为,：,总体笛卡尔坐标系,csys,0,总体柱坐标系,csys,1,总体球坐标系,csys,2,工作平面坐标系,csys,4,或用户定义的局部坐标系,csys,n,（,n=11),工作平面,是一个可以移动的二维参考平面，用于定位和确定体素的方向。,缺省时，工作平面的原点与总体坐标系的原点重合，但可以将它移动或旋转到任意想要的位置,通过显示栅格，可以将工作平面作为绘图板,所有的工作平面控制在,Utility Menu,WorkPlane,下。,工作平面设置菜单控制如下,:,WP,显示,只显示栅格,(default),只显示三轴或都显示,捕捉,允许拾取工作平面上的位置，将光标捕捉的最近的栅格点,栅距,栅格线之间的距离,栅格尺寸,显示的工作平面的范围,利用,Offset,及,Align,菜单可以将工作平面移动到任意想要的位置。,Offset WP by Increments,利用推动按钮（连同滑块的增量）进行平移；,或键入增量；,或使用动态模式,(,类似于,pan-zoom-rotate).,Offset WP to,移动工作平面，保持它当前的方向到想要的位置，位置可以是：,已有的关键点。拾取多个关键点移动工作平面到它们的平均位置。,已有的节点,坐标位置,总体坐标原点,激活坐标系的原点,Align WP with,重新定位工作平面,例如,Align WP with,Keypoints,提示你拾取三个关键点：第一个定义原点，第二个定义,X,轴，另一个定义,X-Y,平面,将工作平面恢复到其缺省位置（在总体,X,Y,平面的原点）,点击,Align WP with Global Cartesian.,3.3,实体建模,主题,:,A.,定义,B.,自顶向下建模,体素,工作平面,布尔运算,C.,自底向上建模,关键点,坐标系,线,面,体,操作,3.3,实体建模,布尔运算,相加,输入实体,布尔运算,输出实体,布尔运算,是几何体素之间,加减,或,合并,的操作。,ANSYS,布尔运算包括,加、减、交、分割、粘接和搭接,；,布尔运算输入可以是任何几何实体,包括简单的体素到从,CAD,系统中生成的复杂实体。,加（,Add,）,将两个或多个实体合成一个实体,。,布尔加,相减（,Subtract,）,将输入实体的一个或多个搭接的部分去掉,对生成孔或修剪实体十分有用,布尔减,粘接（,Glue,）,将两个或多个实体粘接起来，在它们之间形成一个公共的边界。,当希望保持两个实体的区别时很有用,(,例如不同的材料,),粘接,搭接（,Overlap,）,除输入实体相互搭接外与粘接相同。,搭接,切分（,Divide,）,将实体切为两个或多个，但相互间仍由,公共边界联接（两者的边界只有一个）,。,切分的工具可以是工作平面、面、线或体。,对将复杂的体切分为简单的体以进行规则网格划分十分有用。,切分,相交（,Intersect,）,只保留两个或多个实体的重叠部分,如果有两个以上的输入实体，有两种选择,:,公共相交和两两相交,公共相交找出所有输入实体的公共重叠部分,两两相交找出每一对实体的重叠区域，可能产生一个以上的输出实体,公共相交,两两相交,互分（,Partition,）,将两个或多个相交的实体切成多片但仍通过公共的边界相互联接十分有用，如图，找到两条线的交点并保留四条线段。,L1,L2,L3,L6,L5,L4,分割,3.3,实体建模,其它操作,布尔操作对,由上到下,和,由下到上,建模方法生成的实体都有效。,除布尔操作外，还可用许多其它的操作,:,拖拉,Extrude,缩放,Scale,移动,Move/modify,拷贝,Copy,反射,Reflect,合并,Merge,倒角,Fillet,拖拉（,Extrude,）,由已有面快速生成体（或由线生成面，关键点生成线）,如果面已划分了单元，可以由面单元拖拉出体单元,。,四种拖拉面的方法,:,沿着法向,通过法向偏移面生成体,VOFFST,通过,XYZ,偏移,通过一般的,x-y-z,偏移,VEXT,生成体。允许有锥度的拖拉,沿着轴,通过沿着轴（两个关键点来定义）旋转面生成体,VROTAT,沿着线,通过将面沿着一条或一组连续的线拖拉生成体,VDRAG,缩放,（,Scale,）,用于将一种单位制转化为另一种单位制，比如模型在由,CAD,系统导入,ANSYS,中时。,移动,（,Move/modify,）,通过指定,DX,DY,DZ,将实体平移或旋转。,DX,DY,DZ,表达为,激活,的坐标系下,平移实体,，激活的坐标系为,笛卡尔坐标系,；,旋转实体,，激活的坐标系为,柱坐标系或球坐标系,拷贝,（,Copy,）,产生一个实体的多个备份；,对每一次拷贝指定拷贝数目及,DX,DY,DZ,偏移距离。,DX,DY,DZ,表示为激活的坐标系下；,用于生成多个孔、肋或突起,。,反射,（,Reflect,）,沿一个平面镜像实体,定义反射的方向,:,X,表示沿,YZ,平面反射,Y,表示沿,XZ,平面,Z,表示沿,XY,平面,注意,：,所有的方向都表达为激活坐标系下的方向，,且激活的坐标系必须为笛卡尔坐标系,。,合并,（,Merge,）,（,Numbering,Ctrls,Merge Items,Keypoints,）,通过合并重合的关键点或节点等，将两个实体贴上；,合并关键点将会自动合并重合的高级实体。,通常在,反射、拷贝,、,或其它操作,引起重合的实体时,需要合并。,需要合并或粘接,反射,倒角,（,Fillet,）,线倒角要求两条相交的线在相交处有一个公共点；,ANSYS,不更新,下面的面，因此需要加或减去倒角区域。,面倒角与此类似。,由基本面剪去倒角面,生成面,载荷,自由度约束,(Constrains),-,定义自由度值,如应力分析中的位移或热分析的温度,力,/,力矩,(Force/Moment)-,点载荷,如力或热流率,表面载荷,(Pressure),-,表面的分布载荷,如压力或对流,体载荷,(Temp)-,体或场力，如温度,(,引起热膨胀,),或内部热生成,惯性载荷,(Inertia)-,由于结构的质量或惯性引起的载荷 如,重力及旋转角速度,可以对实体模型加载或对有限元模型直接加载（节点和单元）。,实体模型更容易加载，因为可供拾取的实体少。,而且，实体模型载荷独立于网格。如果改变网格无需重新加载。,节点约束,FEA,模型,单元表面施加压力,节点力,线约束,实体模型,线上施加压力,关键点上的力,无论怎样加载，求解器都要求载荷加在有限元模型上。因此，在求解时加在实体模型上的载荷，将,自动转化到有限元模型上。,在求解之前，通过使用,Solution,Define load Operate,Transfer to FE,可以将实体模型载荷转化到有限元模型上。在察看实体模型和有限元模型上所有载荷的时候经常用到。,初值和边值问题：,对一般的微分方程，求其定解，必须引入条件，这个条件大概分两类,-,初始条件和边界条件，如果方程要求未知量,y(x,),及其导数,y(x,),在自变量的同一点,x=x,0,取给定的值，即,y(x,0,)=y,0,，,y(x,0,)=y,0,，则这种条件就称为初始条件，由方程和初始条件构成的问题就称为,初值问题；,而在许多实际问题中，往往要求微分方程的解在在某个给定的区间,a x b,的端点满足一定的条件，如,y(a,)=A,y(b,)=B,则给出的在端点,(,边界点,),的值的条件，称为边界条件，微分方程和边界条件构成数学模型就称为,边值问题,。,三类边界条件,:,边值问题中的边界条件的形式多种多样，在端点处大体上可以写成这样的形式，,Ay+By,=C,，若,B=0,，,A0,则称为第一类边界条件或狄里克莱,(,Dirichlet,),条件；,B0,A=0,，称为第二类边界条件或诺依曼,(Neumann),条件；,A0,B0,，则称为第三类边界条件或洛平,(Robin),条件。,总体来说，,第一类边界条件：,给出未知函数在边界上的数值；,第二类边界条件：,给出未知函数在边界外法线的方向导数；,第三类边界条件：,给出未知函数在边界上的函数值和外法向导数的线性组合。,边界条件,注意单元节点的自由度，添加约束的时候与所选择的单元有关。,三维实体单元节点有,3,个自由度，一般,3,维梁单元,6,个自由度,(,也有,7,个自由度，含翘曲自由度,),，板单元,3,个自由度，传统壳单元,5,个自由度,(,不含法向转角,+),，改进的壳,6,个自由度,边界条件的施加,节点坐标,所有的力及其他方向相关的节点量是在节点坐标系下表达的,输入量,:,力和力矩,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ,位移约束,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,耦合及约束方程,等等,输出量,:,计算出的位移,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,反力,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ,等等,节点坐标系依附在模型的每一个节点上,缺省，节点坐标系平行于总体笛卡尔坐标系。所有施加的力和位移约束缺省都是按总体笛卡尔坐标系进行表示的。,可以将节点坐标系旋转到任意的局部坐标系上,X,Y,X,n,Y,n,X,n,Y,n,X,n,Y,n,X,n,Y,n,节点坐标系,每一个节点都有一个附着的坐标系。节点坐标系缺省总是笛卡尔坐标系并与总体笛卡尔坐标系平行。节点力和节点边界条件,(,约束,),指的是节点坐标系的方向,。,在实际应用中，有时要给节点施加不同与坐标系主方向上的载荷或约束，这就需要节点坐标系旋转到所需要的方向，然后在节点坐标系上施加载荷或约束。,例如模型中任意位置的一个圆，要施加径向约束。首先需要在圆的中心创建一个柱坐标系并分配一个坐标系号码,(,例如,CS,11),。这个局部坐标系现在成为 激活的标系。然后选择圆上的所有节点。,通过用,Prep7Move/ModifyRotateNodalCStoactiveCS,选择节点的节点坐标系的朝向将沿着激活坐标系的方向。未选择节点保持不变。,节点坐标系的显示通过菜单路径,Pltctrls,Symbols,NodalCS,。这些节点坐标系的,X,方向现在沿径向。约束这些选择节点的,X,方向，就是施加的径向约束。,对于有角速度的旋转体，只需,加载,w,与限制轴向位移。径向,有相对的离心运动。,在实际问题中，很多模型和载荷往往是具有某种对称结构的，故可以建立,1/2,或,1/4,的模型。,对称与反对称边界条件,在结构分析中，对称边界条件指平面外移动和平面内旋转被设置为,0,，而反对称边界条件指平面内移动和平面外旋转被设置为,0,。,