建立實(shí)體模型

建立實(shí)體模型第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容如何建立模型輸入幾何模型—IGES輸入輸入幾何模型—接口產(chǎn)品ANSYS命令—由上而下建模ANSYS命令—工作平面ANSYS命令—布爾運(yùn)算ANSYS命令—由下而上建模第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日如何建立模型所分析的模型中不應(yīng)該包括對分析結(jié)果無足輕重的細(xì)節(jié)，從CAD系統(tǒng)讀取模型到ANSYS之前，可以先去掉這些細(xì)節(jié)。一些細(xì)節(jié)可能很重要，如導(dǎo)角或孔洞，可能出現(xiàn)最大應(yīng)力，是否保留這些細(xì)節(jié)取決于分析目的。第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日對稱性許多結(jié)構(gòu)是對稱的，可以只取其中有代表性的部分或截面建立模型。應(yīng)用對稱模型的主要優(yōu)點(diǎn)是：通常更易于建立模型。可以建立更細(xì)致的模型，以便獲得比整體模型更好的結(jié)果。如何建立模型第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日要利用對稱性，下面因素必須是對稱的：幾何形狀材料特性載荷狀態(tài)如何建立模型幾種不同類型的對稱：軸對稱旋轉(zhuǎn)對稱平面或鏡面對稱重復(fù)或平移對稱第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日軸對稱沿某一中心軸對稱，如直管，圓錐體，圓盤等。對稱面是由旋轉(zhuǎn)形成的結(jié)構(gòu)的截面，可以用一個二維“薄片”（旋轉(zhuǎn)360°）代替真實(shí)的模型。在多數(shù)情況下假定載荷是軸對稱的。如果載荷不是軸對稱的，并且是線性分析，可以將荷載分解為兩個分量進(jìn)行單獨(dú)求解，然后進(jìn)行疊加。如何建立模型第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)由繞中心軸的幾何重復(fù)部分組成，如渦輪轉(zhuǎn)子。只需對結(jié)構(gòu)的一部分建立模型。假定載荷也是旋轉(zhuǎn)對稱的。如何建立模型第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日某些情況下，僅是一些小的細(xì)節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)的對稱性。可以忽略這些細(xì)節(jié)（認(rèn)為是對稱的），進(jìn)而利用對稱性的優(yōu)點(diǎn)，建立更小的分析模型。但精度損失有多少可能難以估計(jì)。如何建立模型第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日應(yīng)力異常真實(shí)結(jié)構(gòu)不應(yīng)該有應(yīng)力異常，應(yīng)力異常是由模型簡化假定造成的。應(yīng)力異常是指在有限元模型中某點(diǎn)的應(yīng)力值極大，例如：點(diǎn)載荷，如集中力或力矩作用處。孤立的約束點(diǎn)，其支反力如同點(diǎn)載荷。尖角（倒角半徑為零）處。在應(yīng)力異常點(diǎn)處，網(wǎng)格越細(xì)，應(yīng)力值也隨之增加且不收斂。P s=P/A AsA0,s

如何建立模型第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日如何處理應(yīng)力異常?如果離感興趣的區(qū)域較遠(yuǎn)，可以在觀察結(jié)果時不激活受影響區(qū)域，忽略應(yīng)力異常的現(xiàn)象。如果在感興趣的區(qū)域，需要做如下糾正：在尖角處增加倒角，重新進(jìn)行分析。用等效壓力載荷代替集中力載荷。將位移約束散布到一批節(jié)點(diǎn)上。如何建立模型第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日輸入一個IGES文件UtilityMenu>File>Import>IGES…兩種方法：NoDefeaturing

和DefeaturingMerge,Solid和Small

選項(xiàng)輸入幾何模型—IGES輸入第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日NoDefeaturing方法—輸入并按原樣存儲在標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS數(shù)據(jù)庫中。

較Defeaturing方法更快速可靠。允許全套的實(shí)體模型操作。Defeaturing工具無效。該方法是ANSYS缺省并推薦的方法。輸入幾何模型—IGES輸入第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日Merge

選項(xiàng)缺省為YES，合并重疊部分，以使相應(yīng)的面只有一條公用線，相鄰的線只有一個相交的關(guān)鍵點(diǎn)。只有在使用Defeaturing

方法，且運(yùn)行超出內(nèi)存時此項(xiàng)改為NO。合并輸入幾何模型—IGES輸入第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日Solid選項(xiàng)缺省為YES，輸入合并之后自動建立一個體。若用戶只想輸入面建立殼或二維板單元模型時，可將此項(xiàng)改為NO。輸入幾何模型—IGES輸入第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日Small選項(xiàng)缺省為YES，自動刪除劃分網(wǎng)格時可能會引起麻煩的小碎片，僅適用于Defeature

方法。若模型需要有縫隙或小洞，則將此選項(xiàng)改為NO。輸入幾何模型—IGES輸入第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日輸入IGES

文件雖然很好，但是有兩次轉(zhuǎn)換過程：CAD—IGES—ANSYS，在很多情況下不能實(shí)現(xiàn)100%轉(zhuǎn)換。輸入幾何模型—接口產(chǎn)品第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日ANSYS

的接口產(chǎn)品直接讀入原始的CAD文件，解決了上面提到的問題Pro/ENGINEER接口(縮寫為“Pro/E”)Unigraphics接口(縮寫為“UG”)SAT接口Parasolid接口CATIA接口使用接口產(chǎn)品，需要購買相應(yīng)的授權(quán)。輸入幾何模型—接口產(chǎn)品第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日Pro/E接口需要Pro/E軟件。讀入由Pro/E生成的.prt文件。也可讀入Pro/E裝配文件(.asm)UtilityMenu>File>Import>Pro/E...Defeaturing選項(xiàng)有效缺省值是NoDefeaturing啟動Pro/E的命令輸入幾何模型—接口產(chǎn)品第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日UG接口需要

UG

軟件。讀入由

UG生成的.prt

文件。UtilityMenu>File>Import>UG...激活Defeaturing選項(xiàng)缺省為NoDefeaturing只讀入選擇的層和幾何類型的選項(xiàng)輸入幾何模型—接口產(chǎn)品第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日直接輸入模型雖然方便，但某些情況下需要在ANSYS中建立實(shí)體模型，例如：需要建立參數(shù)化模型—在優(yōu)化設(shè)計(jì)及參數(shù)敏感性分析時，需要建立包含變量的模型；沒有ANSYS能夠讀入的幾何模型；用戶計(jì)算機(jī)平臺沒有所需的接口產(chǎn)品；需要對輸入的幾何模型進(jìn)行修改或添加。ANSYS命令第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日實(shí)體建模是建立實(shí)體模型的過程。首先回顧前面的一些定義：一個實(shí)體模型由體、面、線及關(guān)鍵點(diǎn)組成。體由面圍成，面由線組成，線由關(guān)鍵點(diǎn)組成。實(shí)體的層次由低到高：關(guān)鍵點(diǎn)—線—面—體。如果高一級的實(shí)體存在，則依附它的低級實(shí)體不能刪除。ANSYS命令第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日另外，只由面及面以下層次組成的實(shí)體，如殼或二維平面模型，在ANSYS中仍稱為實(shí)體。建立實(shí)體模型可以通過兩個途徑:由上而下由下而上用戶可以根據(jù)模型形狀，選擇最佳建模途徑。ANSYS命令第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日由上而下建模：首先定義體（或面），然后對這些體或面按一定規(guī)則組合得到最終需要的形狀。加ANSYS命令由下而上建模：首先建立關(guān)鍵點(diǎn)，用這些點(diǎn)建立線、面等。第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日由上而下建模：首先建立體（或面），對這些體或面按一定規(guī)則組合得到最終需要的形狀。開始建立的體或面稱為圖元。借助工作平面進(jìn)行定位生成圖元。用圖元組合形成最終形狀的過程稱為布爾運(yùn)算。ANSYS命令—由上而下建模第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖元是預(yù)先定義好的幾何體，如圓、多邊形和球體。二維圖元包括矩形、圓、三角形和其它多邊形。ANSYS命令—由上而下建模第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日三維圖元包括塊體、圓柱體、棱柱、球體和圓錐體。ANSYS命令—由上而下建模第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日當(dāng)建立二維圖元時，ANSYS將定義一個面，并包括其下層的線和關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)建立三維圖元時，ANSYS

將定義一個體，并包括其下層的面、線和關(guān)鍵點(diǎn)。ANSYS命令—由上而下建模第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日提示面積輸入1.)在圖形窗口拾取圓心和半徑2.)或在此輸入數(shù)值通過拾取圖元可以通過輸入幾何尺寸或在圖形窗口拾取來建立例如：建立一個實(shí)體圓：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>ANSYS命令—由上而下建模第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日建立一個塊體:MainMenu>Preprocessor>Modeling>CreateVolumes>Block提示通過拾取體輸入1.)在圖形窗口拾取對角線上的兩個端點(diǎn)和Z軸方向的深度.2.)或在拾取對話框中鍵入相關(guān)尺寸ANSYS命令—由上而下建模第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日工作平面—一個可動的二維參考平面，工作平面是無限的，用來確定圖元的位置和方位。缺省狀態(tài)下，工作平面原點(diǎn)與整體坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，但可以把工作平面移動或旋轉(zhuǎn)到任意位置。借助顯示格柵，在工作平面上作圖就象在米格紙上作圖一樣。WXWYX2X1Y2Y1WXWYWP(X,Y)寬高ANSYS命令—工作平面第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日所有的工作平面控制菜單均在：

UtilityMenu>WorkPlaneANSYS命令—工作平面第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日ANSYS命令—工作平面工作平面控制菜單WPSettings：工作平面顯示—只顯示三個坐標(biāo)軸(缺省)；只顯示格柵；或兩者都顯示。Snap—便于用戶在工作平面上拾取最接近格柵點(diǎn)的位置。Gridspacing—兩條格柵線之間的距離。Gridsize—顯示工作平面的大小(大小無限制)。第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日用Offset

和Align菜單可以把工作平面移到期望的任意位置。通過增量移動工作平面：用按扭實(shí)現(xiàn)(通過指針滑動改變增量)?；蜉斎胂Ｍ脑隽恐??；蚴褂脛討B(tài)方式(類似平面移動-縮放-轉(zhuǎn)動)。ANSYS命令—工作平面第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日OffsetWPto>保持當(dāng)前方位，簡單將工作平面移到期望的位置：已經(jīng)存在的一個或多個關(guān)鍵點(diǎn)。若拾取多個關(guān)鍵點(diǎn)，則工作平面移到這些關(guān)鍵點(diǎn)的中心。存在的一個或多個節(jié)點(diǎn)。通過坐標(biāo)值指定關(guān)鍵點(diǎn)的中心位置。總體坐標(biāo)系原點(diǎn)。激活坐標(biāo)系的原點(diǎn)。ANSYS命令—工作平面第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日布爾運(yùn)算是對幾何實(shí)體進(jìn)行組合的運(yùn)算。ANSYS中的布爾運(yùn)算包括：加、減、相交、疊分、粘接和搭接。布爾運(yùn)算時，輸入可以是任意幾何實(shí)體，從簡單的圖元到通過CAD系統(tǒng)輸入的復(fù)雜的幾何體。加輸入實(shí)體布爾運(yùn)算輸出實(shí)體ANSYS命令—布爾運(yùn)算第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日所有的布爾操作可以在GUI界面下獲得Preprocessor>Modeling>Operate。缺省狀態(tài)下,布爾操作時輸入的幾何實(shí)體在運(yùn)算結(jié)束后將被刪除。被刪除實(shí)體的編號將“釋放”(即,這些編號從最小編號開始，指定給新的實(shí)體）。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日加把兩個或多個實(shí)體合并為一個。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日粘接把兩個或多個實(shí)體粘合到一起，在其接觸面上具有共同的邊界。當(dāng)你想定義兩個不同的實(shí)體時特別方便（如不同材料組成的實(shí)體）。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日搭接除了輸入實(shí)體彼此搭接外，與粘接相同。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日減刪除“母體”中一塊或多塊與子體重合的部分。對于建立帶孔的實(shí)體或準(zhǔn)確刪除部分實(shí)體特別方便。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日切割把一個實(shí)體分割為兩個或多個，它們?nèi)酝ㄟ^共同的邊界連接在一起?！扒懈罟ぞ摺笨梢允枪ぷ髌矫妗⒚?、線甚至于體。在用塊體劃分網(wǎng)格時，通過對實(shí)體的分割，可以把復(fù)雜的實(shí)體變?yōu)楹唵蔚捏w。ANSYS命令—布爾運(yùn)算第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日相交只保留兩個或多個實(shí)體重疊的部分。如果輸入了多于兩個的實(shí)體，則有兩種選擇：公共相交和兩兩相交。公共相交只保留全部實(shí)體的共同部分；兩兩相交則保留每一對實(shí)體的共同部分，這樣，結(jié)果可能有多個實(shí)體。CommonIntersectionPairwiseIntersectionANSYS命令—布爾運(yùn)算第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日分割把兩個或多個實(shí)體分為多個實(shí)體，但相互之間仍通過共同的邊界連接在一起。若想找到兩條相交線的交點(diǎn)并保留這些線時，此命令特別有用，如下圖所示。(相交運(yùn)算可以找到交點(diǎn)但刪除線）L1L2L3L6L5L4PartitionANSYS命令—布爾運(yùn)算第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日由下向上建模從關(guān)鍵點(diǎn)開始，由下而上地建立其它實(shí)體。如建立一個L形面時，可以先定角點(diǎn)，然后連接點(diǎn)形成面，或者先形成線，再用線定義面。ANSYS命令—由下而上建模第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日定義關(guān)鍵點(diǎn):MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>KeypointsANSYS命令—由下而上建模第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日建立關(guān)鍵點(diǎn)只需要關(guān)鍵點(diǎn)編號及坐標(biāo)值。關(guān)鍵點(diǎn)編號缺省值為下一個整數(shù)。坐標(biāo)位置可以通過在工作平面上拾取或輸入X,Y,Z坐標(biāo)值確定，坐標(biāo)值的確定依賴于當(dāng)前激活坐標(biāo)系。ANSYS命令—由下而上建模第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日Create>Lines>ArcsCreate>Lines>LinesCreate>Lines>SplinesOperate>ExtrudeANSYS命令—由下而上建模第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日用由下向上的方法建立面，所需的關(guān)鍵點(diǎn)、線必須預(yù)先定義。如果定義體，ANSYS將自動生成未定義的面、線，線的曲率由當(dāng)前的激活坐標(biāo)系確定。Operate>ExtrudeCreate>Areas>ArbitraryANSYS命令—由下而上建模第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日用由下向上的方法生成體，需要的關(guān)鍵點(diǎn)、線和面必須預(yù)先定義好。Operate>ExtrudeCreate>Volumes>ArbitraryANSYS命令—由下而上建模第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日由上而下和由下而上的建模方式均可對實(shí)體進(jìn)行布爾操作。除了布爾操作，還有許多其它操作命令：ANSYS命令—由下而上建模反射合并倒角拖拉縮放移動復(fù)制第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日拖拉利用已有的面快速生成體(或由線生成面，由關(guān)鍵點(diǎn)生成線)。如果面已經(jīng)劃分了網(wǎng)格，單元也可以隨著面一起拉伸。有如下四種方法拉伸面：ANSYS命令—由下而上建模第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日法向拖拉—通過對面的標(biāo)準(zhǔn)偏移形成體。XYZ偏移—通過對面的XYZ偏移量形成體，可以錐形拉伸。沿坐標(biāo)軸—繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)面形成體(也可通過兩個關(guān)鍵點(diǎn)旋轉(zhuǎn))。沿直線—沿一條線或一組鄰近的線拖拉面形成體。ANSYS命令—由下而上建模第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日如果用戶想把模型從一種單位制轉(zhuǎn)到另一種單位制，例如，從英尺到毫米，比例縮放就顯得特別重要。在ANSYS中縮放模型：先保存數(shù)據(jù)庫--Toolbar>SAVE_DB

或用命令

SAVE

然后MainMenu>Preprocessor>Operate>Scale>Volumes(在模型上選擇相應(yīng)實(shí)體部分）ANSYS命令—由下而上