第五章 實體建模

ANSYS實體建模自下向上構(gòu)造有限元模型：在構(gòu)造實體模型時，首先定義關(guān)鍵點，再利用這些關(guān)鍵點定義較高級的實體圖元（即線、面和體）。這就是所謂的自下向上的建模方法。自上向下構(gòu)造有限元模型：這種一開始就從較高級的實體圖元構(gòu)造模型的方法就是所謂的自上向下的建模方法。當生成一種體素時，ANSYS程序會自動生成所有從屬于該體素的較低級圖元。1

最高級圖元：單元（包括單元載荷）節(jié)點（包括節(jié)點載荷）實體（包括實體載荷）面（包括面載荷）線（包括線載荷）最低級圖元：關(guān)鍵點（包括點載荷）

要點：修改圖元必須由低至高刪除圖元必須由高至低AreasVolumeKeypointsLinesArea2自下向上的方法建模-關(guān)鍵點

關(guān)鍵點是在當前激活的坐標系內(nèi)定義的。定義關(guān)鍵點的子菜單如圖5-9所示。2/5/2023ANSYS入門及應用自下向上的方法建模-線生成線單元（如梁）或想通過線來定義面時，才需要定義線。定義線的子菜單如圖5-10至5-13所示。2/5/2023ANSYS入門及應用自下向上的方法建模-面用到面單元或由面生成體時，才需定義面。定義面的子菜單如圖5-14至5-18所示。2/5/2023ANSYS入門及應用自下向上的方法建模-面在有限元模型中，兩個相接觸的面體素之間或?qū)嶓w體素間默認不是真正意義上的連接的，而是有一個不連續(xù)的“接縫”（此接縫并不真正存在，只是ANSYS處理時會認為此處有一個縫），必須用諸如相加（add）、合并（Merge）、粘接（glue）等命令處理一下以消除“接縫”。2/5/2023ANSYS入門及應用自下向上的方法建模-體體用于描述三維實體，生成體的命令自動生成低級的圖元。定義面的子菜單如圖5-19至5-24所示2/5/2023ANSYS入門及應用自下向上的方法建模-體2/5/2023ANSYS入門及應用利用已有的圖元建模由已有的線、面、體生成新的線、面、體選項-由已有的圖元再生成圖元的功能MainMenu:Preprocessor>-Modeling-…1、鏡射(Reflect)

2、平移／修改(Move/Modify)3、復制(Copy)2/5/2023ANSYS入門及應用關(guān)于ReflectReflection操作可關(guān)于一個坐標平面或沿某一坐標軸進行說明：Reflect、Move/Modify、Copy操作的坐標軸均屬于當前激活坐標系。2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算布爾操作

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.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(jié)果.WZWYWX2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算布爾運算在建模的過程中有著極其重要的作用，只有掌握好布爾運算強大的功能才能利用ANSYS建模工具隨心所欲地建立預期的模型在布爾代數(shù)中，對一組數(shù)據(jù)可用諸如交、并、減等邏輯運算處理。ANSYS程序也允許用戶對實體模型進行同樣的布爾運算。這樣修改實體模型就更加容易了。布爾運算的子菜單如圖5-29所示。2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算（1）交運算：求出兩個或多個圖元的共有區(qū)域形成一個新圖元。同類型的圖元求交不同類型圖元求交2/5/2023ANSYS入門及應用（2）兩兩相交：求出所有初始輸入圖元中任意兩個源圖元的公共區(qū)域組成的一個新的圖元集。兩兩相交2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算（3）加運算：得到一個包含各個原始輸入圖元的所有部分新圖元（這種運算也可稱為并、連接、和）。形成的新圖元是一個單一的整體，沒有接縫（實際上，加運算形成的圖元在劃分網(wǎng)格時常不如搭接(Overlapping)。

A1+A2=A3■A3包含原來所有面的區(qū)域，不再保留原來邊界。2/5/2023ANSYS入門及應用（4）減運算：減運算比較復雜。

A1-A2=A3■A3包含原來所有面的區(qū)域，不再保留原來邊界。2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算（5）

Overlap（搭接）命令用于連接兩個或多個圖元，以生成三個或更多個新的圖元的集合。搭接命令除了在搭接域周圍成了多個邊界外，與加運算非常相似。搭接操作生成的是多個相對簡單的區(qū)域，加運算生成的是一個相對復雜的區(qū)域。因而，搭接生成的圖元比加運算生成的圖元更容易劃分網(wǎng)格。2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算（6）粘接（或合并）

Glue(粘接)命令與搭接命令類似，只是圖元之間僅在公共邊界處相交，且公共邊界的維數(shù)低于原始圖元一維。這些圖元仍然相互獨立（并沒有被加在一起），只在邊界上相互連接。（7）分割（partition)略2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算的替代布爾運算有時比較慢且代價高昂。有些情況下，可用一些其它命令來代替布爾運算。下面列出一些可以替代布爾運算的操作。1、拖拉和旋轉(zhuǎn)：用VDRAG和VROTAT命令定義棱柱體或圓柱體，與布爾運算生成同樣方便，但更加高效。如中間鉆了孔的長方體就是一個很好的例子。（1）將面沿一條路徑拖拉生成體：命令：VDRAGGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongLines（2）將面沿一軸旋轉(zhuǎn)生成圓柱體：命令：VROTATGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AboutAxis2/5/2023ANSYS入門及應用布爾運算的替代2、延伸和偏移：利用VEXT和VOFFST命令可將二維橫截面偏移或延伸成為三維體。（1）通過延伸面生成另外的體：命令：VEXTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>ByXYZOffset（2）通過偏移給定的面生成體：命令：VOFFSTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongNormal2/5/2023ANSYS入門及應用實體建模實例如圖所示一薄板零件，尺寸單位為mm，板厚5mm，試按照ANSYS建模方法，建立相應實體模型。2/5/2023ANSYS入門及應用交互操作1.創(chuàng)建矩形MainMenu

>Preprocessor>Create>Rectangle>ByDimensions彈出的對話框如圖所示實體建模實例X1,X2為矩形相對于坐標原點左右兩個邊的X坐標，Y1,Y2為矩形相對于坐標原點下上兩個邊的Y坐標。輸入如下數(shù)值X1=0,X2=60;Y1=-10,Y2=10,單擊Apply，輸入第二個矩形的坐標數(shù)值：X1=40,X2=60;Y1=-10,Y2=－30,單擊OK解釋22交互操作2.改變畫法，重畫該圖形UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering彈出如下對話框解釋將AREAAreaNumbers選中，將[/REPLOT]ReplotuponOK/Apply項設(shè)置為Replot，這樣ANSYS就會自動以不同的顏色區(qū)分不同的面積圖形。實體建模實例23交互操作3.將工作平面轉(zhuǎn)換到極坐標形式，創(chuàng)建兩個外圓(1)UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane(toggleon)解釋需要指出的是，單擊該條命令后，并不會彈出什么窗口，你所看到的只是該條命令前面有一個被選中的符號，且在圖形區(qū)域顯示工作平面坐標系。實體建模實例24交互操作(2)UtilityMenu>WorkPlane>WPSettings解釋在Cartesian(笛卡爾坐標)和Polar(極坐標)中間選擇POLAR，顯而易見，這樣做只是為了方便地創(chuàng)建圓孔。同樣在Gridonly、GridandTriad和Triadonly之中選擇GridandTriad。Grid（刪格）：展示刪格，Triad是用來展示工作平面的坐標原點和坐標軸方向。實體建模實例25交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle（4）移動工作平面，創(chuàng)建第二外圓UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPtoKeypointsMainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle解釋創(chuàng)建圓心為(0,0)，半徑為10的圓?？梢詤?shù)值用鍵盤輸入，也可以用鼠標移動得到。單擊OK關(guān)閉該對話框。彈出對話框后，分別選取右側(cè)矩形底邊左右兩個點作為關(guān)鍵點，單擊OK按鈕，則工作平面（極坐標）移動到了以所取關(guān)鍵點連線的中點為原點的平面上創(chuàng)建圓心為（0，0），半徑為10的圓，單擊OK關(guān)閉對話框。創(chuàng)建的圖形如圖所示。單擊Toolbar上的SAVE_DB存盤。實體建模實例26交互操作4.將面積和在一起MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas選擇pickall，將面積和在一起。5.創(chuàng)建補丁面積并把它們和在一起（1）UtilityMenu>PlotCtrls

>Numbering打開linenumbering，單擊OK關(guān)閉對話框。該命令只是讓ANSYS將圖形中的線加以編號，方便以后的操作。（2）MainMenu>Preprocessor>Create>LineFillet彈出LineFillet對話框如圖所示，將兩條線的標號輸入（或鼠標選擇），并設(shè)置半徑4，單擊OK關(guān)閉對話框解釋實體建模實例27交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>

Arbitray

>ByLines用鼠標選擇三條線L1,L4,L5，單擊OK關(guān)閉對話框。（4）UtilityMenu>Plot>Areas，并存盤（5）整合面積MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas選擇PickAll，單擊OK關(guān)閉對話框并進行存盤。解釋實體建模實例28交互操作6.創(chuàng)建兩個小圓孔（1）UtilityMenu>Workplane>DisplayWorkingplane(toggleon)（2）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle創(chuàng)建一個圓心在（0，0），半徑為4的小圓孔，即右下方圓（3）UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>globalorigin（4）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle創(chuàng)建一個圓心在（0，0），半徑為4的小圓孔，即左邊圓解釋結(jié)果如圖所示實體建模實例29交互操作7.從支架中減去兩個小圓孔，保存數(shù)據(jù)（1）MainMenu>Preprocessor>Operate>Subtract>Areas選取支架為基體(baseareafromwhichtosubtract)，單擊Apply;選取兩個小圓孔作為被減去部分(areastobesubtracted)，單擊OK按鈕。（2）UtilityMenu>File>saveas輸入MODEL01.DB為文件名，單擊OK關(guān)閉對話框。建模完成。解釋實體建模實例30交互操作1. 啟動

ANSYS.

以交互模式進入ANSYS，工作文件名為beam.2.

創(chuàng)建基本模型a. MainMenu:Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS...解釋使用帶有兩個關(guān)鍵點的線模擬梁，梁的高度及橫截面積將在單元的實常數(shù)中設(shè)置.實體建模實例31圖元的繪制、編號、及刪除32繪制面、線及關(guān)鍵點創(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(guān)鍵點.要繪制面，線或關(guān)鍵點:UtilityMenu:Plot>

Keypoints

orLinesorAreas33區(qū)分圖元打開面編號的結(jié)果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.34區(qū)分圖元打開編號顯示:UtilityMenu:PlotCtrls>

Numbering...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.35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）36區(qū)分圖元關(guān)于編號字體的大小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. Utility