數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)

數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)第1頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日程安排第1講：數(shù)值模擬技術(shù)概述與ANSYS第2講：數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)

第3講：數(shù)值模型網(wǎng)格劃分技術(shù)第4講：數(shù)值模型邊界條件與求解技術(shù)第5講：結(jié)構(gòu)非線性分析與單元生死第6講：ANSYS在土木工程中的應(yīng)用第2頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第2講：數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)有限元分析的最終目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，換句話說(shuō)分析必須是針對(duì)一個(gè)物理原型準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。廣義上講，模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件，以及其它用來(lái)表現(xiàn)這個(gè)物理系統(tǒng)的特征。載荷載荷節(jié)點(diǎn)單元第3頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在ANSYS中，模型生成一般狹義地指：用節(jié)點(diǎn)和單元表示空間體域及實(shí)際系統(tǒng)連接的生成過(guò)程。因此，在這里討論的模型生成指模型的節(jié)點(diǎn)和單元的幾何造型。第4頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ANSYS程序?yàn)橛脩籼峁┝讼铝猩赡Ｐ偷姆椒ǎ涸贏NSYS中創(chuàng)建實(shí)體模型利用直接生成方法輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)創(chuàng)建的模型。2.1生成模型的方法第5頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2建模過(guò)程通常的建模過(guò)程應(yīng)該遵循以下要點(diǎn)：開始確定分析方案。首先確定分析目標(biāo)，決定模型采取什么樣的基本形式，選擇合適的單元類型，并考慮如何能建立適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。進(jìn)入前處理開始建立模型。建立工作平面。利用幾何元素和布爾運(yùn)算操作生成基本的幾何形狀。用自底向上方法生成其它實(shí)體，即先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后再生成線、面和體。第6頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用布爾運(yùn)算或編號(hào)控制將各個(gè)獨(dú)立的實(shí)體模型域適當(dāng)?shù)倪B接在一起。生成單元屬性表（單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性和單元坐標(biāo)系）。設(shè)置網(wǎng)格劃分控制以建立想要的網(wǎng)格密度。通過(guò)對(duì)實(shí)體模型劃分網(wǎng)格來(lái)生成節(jié)點(diǎn)和單元。在生成節(jié)點(diǎn)和單元之后，再定義面對(duì)面的接觸單元，自由度耦合及約束方程等。把模型數(shù)據(jù)存為Jobname.DB退出前處理。第7頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3實(shí)體建模技術(shù)2.3.1自下向上建模方法實(shí)體模型，均由關(guān)鍵點(diǎn)、線、面和體組成。第8頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A關(guān)鍵點(diǎn)（KEYPOINT）：用自下向上的方法構(gòu)造模型時(shí)，首先定義最低級(jí)的圖元：關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)是在當(dāng)前激活的坐標(biāo)系內(nèi)定義的。用戶不必總是按從低級(jí)到高級(jí)的辦法定義所有的圖元來(lái)生成高級(jí)圖元，可以直接在它們的頂點(diǎn)由關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)直接定義面和體。中間的圖元需要時(shí)可自動(dòng)生成。例如，定義一個(gè)長(zhǎng)方體可用八個(gè)角的關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)定義，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)地生成該長(zhǎng)方體中所有的面和線。第10頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月查看、選擇和刪除關(guān)鍵點(diǎn)列表顯示已定義的關(guān)鍵點(diǎn)：第11頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顯示所選關(guān)鍵點(diǎn)：選擇關(guān)鍵點(diǎn)：刪除未劃分網(wǎng)格的關(guān)鍵點(diǎn)：第12頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B線線主要用于表示物體的邊。線是在當(dāng)前激活的坐標(biāo)系內(nèi)定義的。并不總是需要明確地定義所有的線，因?yàn)锳NSYS程序在定義面和體時(shí)，會(huì)自動(dòng)地生成相關(guān)的線。只有在生成線單元（如梁）或想通過(guò)線來(lái)定義面時(shí)，才需要定義線。第13頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義線在兩指定關(guān)鍵點(diǎn)之間生成直線或三次曲線：通過(guò)三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)或兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)外加一個(gè)半徑生成一條弧線：第14頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生成一條由若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)通過(guò)樣條擬合的三次曲線：第15頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生成圓弧線：第16頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線列表：顯示線：第17頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C面：平面可以表示二維實(shí)體（如平板或軸對(duì)稱實(shí)體）。曲面和平面都可表示三維的面，如殼，三維實(shí)體的面等。用到面單元或由面生成體時(shí)，才需定義面。生成面的命令也將自動(dòng)地生成依附于該面的線和關(guān)鍵點(diǎn)；同樣，面也可在定義體時(shí)自動(dòng)生成。第19頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義面：第20頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D體：體用于描述三維實(shí)體，僅當(dāng)需要用體單元的才必須建立體。生成體的命令自動(dòng)生成低級(jí)的圖元。第23頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)用VROTAT、VEXT、VST或VDRAG命令延伸已劃分了網(wǎng)格的面（或?qū)儆谝灰褎澐至司W(wǎng)格的體）生成的體，網(wǎng)格即作為生成體的網(wǎng)格劃分依據(jù)第30頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如何生成實(shí)體體素第31頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4布爾運(yùn)算（BOOLEANS）在布爾代數(shù)中，對(duì)一組數(shù)據(jù)可用諸如交、并、減等邏輯運(yùn)算處理。ANSYS程序也允許用戶對(duì)實(shí)體型進(jìn)行同樣的布爾運(yùn)算。這樣修改實(shí)體模型就更加容易了。第34頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不能對(duì)已劃分網(wǎng)格的圖元進(jìn)行布爾操作。必須在執(zhí)行布爾操作前將網(wǎng)格從圖元中清除。第35頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1交運(yùn)算（intersect）交運(yùn)算的結(jié)果是由每個(gè)初始圖元的共同部分形成一個(gè)新圖元。也就是說(shuō)，交表示二個(gè)或多個(gè)圖元重復(fù)區(qū)域。這個(gè)新的圖元可能與原始的圖元有相同的維數(shù)，也可能低于原始圖元的維數(shù)。例如兩條交可能只是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（或關(guān)鍵點(diǎn)的集合），也可能是一條線（或線的集合）。布爾交命令有如下式：第36頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第38頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩兩相交（intersectpairwise）兩兩相交是由圖元集疊加而形成的一個(gè)新的圖元集。就是說(shuō)，兩兩相交表示至少任意兩個(gè)源圖元的相交區(qū)域。第41頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2加運(yùn)算（ADD）：加運(yùn)算的結(jié)果是得到一個(gè)包含各個(gè)原始圖元所有部分的新圖元。（這種運(yùn)算也可稱為并、連接或和）。這樣形成的新圖元是一個(gè)單一的整體，沒(méi)有接縫。第43頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3減運(yùn)算（subtract）從某個(gè)圖元（E1）減去另一個(gè)圖元（E2）第46頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第47頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第49頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第52頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第54頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4分割運(yùn)算（divide）分割運(yùn)算與減運(yùn)算類似，但它用新圖元來(lái)替代二個(gè)原始的圖元。第55頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5搭接運(yùn)算（overlap）搭接命令用于連接兩個(gè)或多個(gè)圖元，以生成三個(gè)或更多個(gè)新的圖元的集合。搭接命令除了在搭接域周圍生成了多個(gè)邊界外，與加運(yùn)算非常類似。也就是說(shuō)，搭接操作生成的是多個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域，加運(yùn)算生成一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域。因而，搭接生成的圖元比加運(yùn)算生成的圖元更容易劃分網(wǎng)格。第56頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第57頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6互分運(yùn)算（Partition）互分命令用于連接兩個(gè)或多個(gè)圖元，以生成三個(gè)或更多新圖元的集合。第59頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于20