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ansys结构分析单元与应⽤_ANSYS结构分析：⼏何前处理

产品的⼏何模型往往是从产品的功能出发，尽可能的要与产品的实际结构保持⼀致。但在有限元分析中不同，建⽴⼏何模型作为前处理的第 ⼀步，其⽬的在于帮助建⽴有限元模型，因此⼏何前处理⾸先要考虑的是怎样在保证精度的情况下，减⼩划分⽹格的难度，要想达到这⼀ 点，就需要设计⼈员正确的选择⼏何模型的建⽴⽅法，并且对初始模型进⾏合理的简化。
⼀、 ANSYS建⽴⼏何模型的⽅法

ANSYS中⼏何模型的建⽴主要有两种⽅式：
1.导⼊由其他CAD软件(如Solidworks、UG等)建⽴的⼏何模型。导⼊⼏何模型需要在CAD软件中将模型以*.x_t格式保存，再将模型⽂件导 ⼊到ANSYS中，该⽅法常⽤于结构较为复杂的⼏何模型，同时在实际的⼯程应⽤中也较为普遍。对于新产品的设计，设计⼈员往往先给出 的是产品的三维模型，接着需要CAE⼯程师根据三维模型建⽴其有限元模型，通常直接将三维模型导⼊到ANSYS软件中再进⾏处理是较为 ⽅便的，这样做的好处是⽅便快捷，省去了在ANSYS中重新建模的繁复的步骤，坏处是可能会给之后模型的修改带来⼀些不便。
2.在ANSYS中直接构建⼏何模型。对于⼀些结构较为简单的⼏何模型，可以选择在ANSYS软件中直接建模。ANSYS中建⽴⼏何模型⼜可 以分为⾃下⽽上和⾃上⽽下两种⽅式，前者即点—线— ⾯ —体，由底层到⾼层的建模⽅式；后者则直接建⽴较⾼图元对象，对应的较低图元 对象将⾃动产⽣，如直接建⽴体，则其所对应的⾯、线、点也将同时⽣成。两种建⽴⼏何模型的⽅式可以根据⽤户的实际需要⾃由组合。
⼆、 ANSYS建⽴⼏何模型的⼯具

ANSYS产品中包含了多种前处理模块，除经典ANSYS Mechanical APDL中的前处理模块外，还有ANSYS SpaceClaim Direct Modeler 和ANSYS DesignModeler等。
DesignModeler是集成于Workbench平台上的⼀款三维建模软件，提供丰富的三维建模⼯具来建⽴全参数化的⼏何模型，模型可以在任意 ANSYS仿真软件中进⾏分析计算，也可以传到ANSYS DesignXplorer优化模块中进⾏优化分析。
SpaceClaim是⼀款三维实体直接建模软件，是世界⾸个⾃然⽅式3D设计系统，SpaceClaim最显著的两个特点，⼀是全参数化，它的全参 数化有别于DesignModeler软件，DesignModeler软件参数化的参数必须是采⽤DesignModeler软件创建，⽽SpaceClaim软件可以抽取 外部CAD软件建⽴的模型参数并且进⾏参数化。⼆是直接建模，⽤户如果需要修改模型，SpaceClaim软件可以直接修改外部CAD软件导⼊ 的⼏何模型，⽆需担⼼底层技术，并且它基本兼容所有的主流CAD软件。
三、关于⼏何模型的抽象

从理论上来讲，真实的对象都为3D模型，当他们在某⼀个⽅向上具有⼀定的特征时，才将3D模型等效为2D模型或1D模型。当选择梁单 元、管单元或者杆单元进⾏分析时，常常仅需要建⽴结构的1D模型，如在铁轨的结构分析中，若⽤梁单元BEAM188来建⽴其有限元模 型，则可以⽤直线模型来模拟铁轨，铁轨的截⾯形式可以在梁单元的输⼊选项中进⾏定义。2D实体模型主要⽤于薄板结构(平⾯应⼒问题)或 具有等截⾯的“⽆限长”结构(平⾯应变问题)。3D壳模型主要⽤于三维空间的薄板结构，3D实体模型⽤于⼀般性的较为复杂的三维空间结 构。
若进⾏初步设计，可以先建⽴对象的1D或2D模型完成特征分析，再决定是否进⾏下⼀步的设计；若进⾏详细设计，则应该建⽴对象的3D 模型进⾏分析，并采⽤2D模型或1D模型进⾏验证性测试；对于⼀些具有对称性特征的模型，则可以只建⽴模型的部分特征，通过施加对称 约束进⾏分析，从⽽⼤⼤的减⼩计算量。
四、关于⼏何模型的简化

在保证计算可靠性的同时，提⾼求解的效率，是模型简化的原因之⼀。除此以外，简化模型更多的是为了⽅便之后⽹格的划分，减⼩⼯作 量。
1.特征的删除
机械结构中的某些特征往往是由于加⼯、装配等需要⽽设计的，如某些退⼑槽、⾃由边、螺钉孔或凸台等，其对于结构的强度或刚度影响并 不⼤，因此在建⽴⼏何模型时应对这些特征予以删除。
2.抽象简化
实际⼯程的结构都是具有尺⼨和体积的，⽽有限元模型的某些单元是没有体积的，如壳单元。因此，建模时往往需要从⼏何模型中抽象出有 限元模型，常称为中线或中⾯的提取。第三节讲到的将3D模型等效为2D模型或1D模型，其实就是⼀种抽象简化。

3.装配的等效简化
机械装配体的连接⽅式多种多样，按照实际的连接⽅式建模将会对之后的⽹格划分带来极⼤的困扰。在不研究装配处具体的受⼒情况时，可 以对其进⾏等效简化，如两个零部件的螺拴连接，可以⽤两个零部件连接处的节点耦合的⽅式来代替；再如零部件的焊接，可以将焊接的零 部件在焊接处建成⼀个整体。
前处理中⼏何模型建⽴的重点不在于精确，⽽在于合理。⽤户没有必要纠结于是否与实际结构相符，重点要考虑的是是否满⾜结构分析的要 求。⼤胆的简化，⼩⼼的求证。