ANSYS创建实体模型精点讲解.ppt

本节的目的是：回顾建模要预先考虑的事宜，讨论如何输入几何模型, 最后讨论如何用ANSYS 命令建立几何模型。,2-8 建立实体模型,在建立一个分析模型之前必须先决定建模的策略。 应该包含多少细节? 是否应用对称性? 模型中是否会有应力异常?,A. 如何建立模型?,细节 分析模型中不应该包括对分析结果无足轻重的细节，从CAD系统读取模型到ANSYS之前，可以先去掉这些细节。 一些细节可能很重要，如导角或孔洞，可能出现最大应力，是否保留这些细节取决于分析的目的。,对称性 许多结构是对称的，可以只取其中有代表性的部分或截面建立模型。 应用对称模型的主要优点是： 通常更易于建立模型。 可以建立更细致的模型，以便获得比整体模型更好的结果。,要利用对称性，下面因素必须是对称的： 几何形状 材料特性 荷载状态 几种不同类型的对称： 轴对称 旋转对称 平面或镜面对称 重复或平移对称,轴对称 沿某一中心轴对称，如灯泡，直管，圆锥体，圆盘和圆屋顶。 对称面是由旋转形成的结构的截面，可以用一个二维“薄片”（旋转 360）代替真实的模型。,在多数情况下假定荷载是轴对称的。如果荷载不是轴对称的，并且是线性分析，可以将荷载分解为两个分量进行单独求解，然后进行叠加。,旋转对称 结构由绕中心轴的几何重复部分组成，如涡轮转子。 只需对结构的一部分建立模型。 假定荷载也是旋转对称的。,该模型是反射或旋转对称,平面或反射对称 结构的一半与另一半成镜面映射关系，镜面为对称平面。 荷载可以关于对称面对称或反对称。,该模型是重复，反射对称。,重复或平移对称 重复部分沿直线排列，如有均匀分布的散热片的长冷却管。 假定荷载沿模型长度方向“重复”。,某些情况下，仅是一些小的细节破坏了结构的对称性。可以忽略这些细节（认为是对称的），进而利用对称性的优点，建立更小的分析模型。但精度损失有多少可能难于估计。,应力异常 应力异常是指在有限元模型中某点的应力值极大 ，例如： 点荷载，如集中力或力矩作用处。 孤立的约束点，其支反力如同点荷载。 尖角（倒角半径为零）处。 在应力异常处，网格越细，应力值也随之增加且不收敛。,真实结构不应该有应力异常，这是由模型简化假定造成的。 如何处理应力异常? 如果离感兴趣的区域较远，可以在观察结果时不激活受影响区域，忽略应力异常的现象。 如果在感兴趣的区域，需要做如下纠正： 在尖角处增加倒角，重新进行分析。 用等效压力荷载代替集中力荷载。 将位移约束散布到一批节点上。,输入一个IGES文件 Utility Menu File Import IGES 两种方法, No Defeaturing 和 Defeaturing Merge, Solid和Small 选项,B. 输入几何模型 IGES 输入,No Defeaturing 方法 输入并按原样存储在标准的ANSYS数据库中。 ioptn,iges,nodefeat 较Defeaturing方法更快速可靠。 允许全套的实体模型操作。 Defeaturing工具无效。 该方法是ANSYS缺省并推荐的方法。,Defeaturing 方法 输入并允许对几何模型修改，将修改模型存入特定的数据库。允许修改和破坏模型。 ioptn,iges,defeat 允许修改模型，如凸起，洞，小孔等。 因为在特定数据库存储几何模型，只允许对实体模型作有限的一些操作。 要求内存较大，较 “No defeaturing” 方法慢。 该方法对单个实体模型的输入，加载，网格化和求解效率高。 一般对几何模型要求很高时，不提倡用此方法。,Merge 选项 缺省为YES ，合并重叠部分，以使相应的面只有一条公用线，相邻的线只有一个相交的关键点。 只有在使用 Defeaturing 方法，且运行超出内存时此项改为NO。 ioptn,merge,yes/no,合并,Solid 选项 缺省为YES ，输入合并之后自动建立一个体。 若用户只想输入面建立壳或二维板单元模型时，可将此项改为NO。 ioptn,solid,yes/no,Small 选项 缺省为YES，自动删除划分网格时可能会引起麻烦的小碎片。 仅适用于 Defeature 方法。 若模型需要有缝隙或小洞，则将此选项改为NO。 ioptn,small,yes/no,输入IGES 文件虽然很好，但是有两次转换过程 CAD IGES ANSYS ，在很多情况下不能实现100% 转换。 ANSYS 的接口产品直接读入原始的CAD文件，解决了上面提到的问题 Pro/ENGINEER接口 (缩写为“Pro/E”) Unigraphics接口 (缩写为“UG”) SAT接口 Parasolid接口 CATIA接口 使用接口产品，需要购买相应的授权。,接口产品,Pro/E接口 读入由 Pro/ENGINEER生成的 .prt 文件 (由PTC公司提供)。 需要 Pro/ENGINEER 软件。 也可以读入 Pro/Engineer装配 文件 (.asm) Utility Menu File Import Pro/E. 或proein,Defeaturing 选项有效 缺省值是No Defeaturing,启动 Pro/E的命令,UG接口 读入由 Unigraphics生成的 .prt 文件 (由Electronic Data Systems 公司提供)。 需要 Unigraphics 软件。 Utility Menu File Import UG. 或 ugin,激活Defeaturing 选项 缺省为No Defeaturing,只读入选择的层和几何类型的选项,SAT接口 读入CAD软件使用ACIS内核生成的 .sat 文件。 不需要 ACIS 软件。 Utility Menu File Import SAT. 或 satin,激活Defeaturing 选项 No Defeaturing is default,只读取选择的几何类型的选项,Parasolid接口 读入CAD软件使用Parasolid内核生成的.x_t 或 .xmt_txt 文件。 不需要 Parasolid 软件。 Utility Menu File Import PARA. 或 parain,激活Defeaturing选项 缺省为No Defeaturing,只读取被选择的几何类型,选择几何模型的比例,Windows系统支持的CAD系统: UNIX系统支持的CAD系统:,详细信息见接口产品用户指南以及Windows和Unix安装指南.,ANSYS 自动模型修补,依赖 ITI的 CADfix软件 需要安装CADfix 简化接口 一条命令 heal,Filename,Ext,Dir,Method 与存在的ANSYS 接口共同作用 (除了 IGES) 基于CADfix的选项在修补模型中有效。 IGES v5.3, STEP AP 203 and AP214, CATIA v4.x, VDAFS 2.0, STL, ACIS 6.3 and Parasolid 12.1 如果不能自动修复，用户可以在CADfix中手工修复模型。,直接输入模型虽然方便，但某些情况下需要在ANSYS中建立实体模型，例如： 需要建立参数化模型， 在优化设计及参数敏感性分析时，需要建立包含变量的模型。 没有ANSYS能够读入的几何模型。 用户计算机平台没有所需的接口产品。 需要对输入的几何模型进行修改或添加。 ANSYS 有一系列方便的几何建模工具，以下将讨论这些内容。,C. ANSYS 命令概述,实体建模是建立实体模型的过程. 首先回顾前面的一些定义： 一个实体模型由体、面、线及关键点组成。 体由面围成，面由线组成,线由关键点组成。 实体的层次由低到高: 关键点 线 面。 如果高一级的实体存在，则依附它的低级实体不能删除。 另外，只由面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体。,定义,建立实体模型可以通过两个途径: 由上而下 由下而上 由上而下建模：首先定义体（或面），然后对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。,加,由下而上建模；首先建立关键点，用这些点建立线、面等。,用户可以根据模型形状，选择最佳建模途径。 下面详细讨论建模途径。,由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。 开始建立的体或面称为图元。 借助工作平面进行定位生成图元。 用图元组合形成最终形状的过程称为布尔运算。,由上而下建模,图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形和球体。 二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。,三维图元包括块体、圆柱体、棱柱、球体和圆锥体。,当建立二维图元时，ANSYS 将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。 当建立三维图元时，ANSYS 将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。,图元可以通过输入几何尺寸或在图形窗口拾取来建立 例如建立一个实体圆： Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle ,提示,面积输入,1.)在图形窗口拾取圆心和半径 2.)或在此输入数值,通过拾取,建立一个块体: Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Block ,提示,通过拾取,体输入,1.) 在图形窗口拾取对角线上的两个端点和 Z轴方向的深度. 2.) 或在拾取对话框中键入相关尺寸,工作平面 一个可动的二维参考平面，用来确定图元的位置和方位。 缺省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，但可以把工作平面移动或旋转到任意位置。 借助显示格栅，在工作平面上作图就象在米格纸上作图一样。 除了格栅设置，工作平面是无限的。,所有的工作平面控制菜单均在 Utility Menu WorkPlane. 工作平面控制菜单（WP Settings ) 控制下列内容： 工作平面显示 只显示三个坐标轴 (缺省)，只显示格栅，或两者都显示。 Snap 便于用户在工作平面上拾取最接近格栅点的位置 Grid spacing 两条格栅线之间的距离。 Grid size 显示工作平面的大小(大小无限制)。,用Offset 和 Align菜单可以把工作平面移到期望的任意位置。 通过增量移动工作平面 用按扭实现 (通过指针滑动改变增量)。 或输入希望的增量值。 或使用动态方式 (类似 平面移动- 缩放- 转动)。,Offset WP to 保持当前方位，简单将工作平面移动到期望的位置： 已经存在的一个或多个关键点。 若拾取多个关键点，则工作平面移到这些关键点的中心。 存在的一个或多个节点。 通过坐标值指定关键点的中心位置。 总体坐标系原点。 激活坐标系的原点（以后讨论）。,Align WP with 用于工作平面定位。 例如, Align WP with Keypoints 命令提示拾取三个关键点 第一个是原点，第二个定义X 轴,第三个定义 X-Y 平面。 把工作平面移动到缺省位置时（总体坐标系原点，X-Y 平面内），点击 Align WP with Global Cartesian,演示: 清除数据库 显示工作平面并通过拾取方式建立几个关键点，注意拾取时显示的坐标值。 打开格栅，改变间距，并激活捕捉。 建立更多的关键点.注意指针如何捕捉格栅上的点。 定义两个矩形 一个用拾取角点，另一个通过定义尺寸。 把工作平面平移到几个关键点的中心, 然后在面内旋转30。 通过拾取角点或定义尺寸生成多于两个矩形。注意矩形方位。 将工作平面原点恢复到总体坐标系原点，然后用拾取或输入尺寸的方法生成三维图元。,布尔运算 是对几何实体进行组合的运算。ANSYS 中的布尔运算包括： 加、减、相交、叠分、粘接和搭接。 布尔运算时，输入可以是任意几何实体，从简单的图元到通过CAD系统输入的复杂的几何体。,加,输入实体,布尔运算,输出实体,所有的布尔操作可以在GUI界面下获得 Preprocessor -Modeling- Operate。 缺省状态下, 布尔操作时输入的几何实体在运算结束后将被删除。 被删除实体的编号将“释放” (即, 这些编号从最小编号开始，指定给新的实体）。,加 把两个或多个实体合并为一个。,粘接 把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界。 当你想定义两个不同的实体时特别方便（如不同材料组成的实体）。,搭接 除了输入实体彼此搭接外，与粘接相同。,减 删除“母体”中一块或多块与子体重合的部分。 对于建立带孔的实体或准确删除部分实体特别方便。,切割 把一个实体分割为两个或多个，它们仍通过共同的边界连接在一起。 “切割工具” 可以是工作平面、面、线甚至于体。 在用块体划分网格时，通过对实体的分割，可以把复杂的实体变为简单的体。,相交 只保留两个或多个实体重叠的部分。 如果输入了多于两个的实体，则有两种选择： 公共相交和两两相交。 公共相交只保留全部实体的共同部分。 两两相交则保留每一对实体的共同部分，这样，结果可能有多个实体,Common Intersection,Pairwise Intersection,分割 把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。 若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示。(相交运算可以找到交点但删除线）,演示: 在矩形中减去一个圆，实现钻孔操作（或从块体中减去柱体）。 建立两个相交的实体，存储数据库文件, 作搭接运算. 然后恢复数据库,对实体相加. 注意比较两种运算的不同。 (粘接类似于搭接。) 模型: block,-2,2, 0,2, -2,2 sphere,2.5,2.7 vinv,all ! intersection,由下向上建模从关键点开始，由下而上建立其它实体。 如建立一个L-形面时, 可以先定角点， 然后连接点形成面，或者先形成线，再用线定义面。,定义关键点: Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints 或者使用K系列命令: K, KFILL, KNODE, 等等.,建立关键点只需要关键点编号及坐标值。 关键点编号缺省值为下一个整数数。 坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z 坐标值确定，坐标值的确定依赖于当前激活坐标系。,激活坐标系 缺省为整体直角坐标系。 用CSYS命令 (或Utility Menu WorkPlane Change Active CS to) 可将其改变为 整体直角坐标系 csys,0 整体柱坐标系csys,1 整体球坐标系csys,2 工作平面 csys,4 或用户定义的局部坐标系 csys, n 这些坐标系将在下面介绍。,整体坐标系 模型的整体参考系统。 可以是直角坐标系（0）、柱坐标系（1）或球坐标系 (2)。 例如, 整体直角坐标系中的点 (0,10,0)，与整体柱坐标系中的点 (10,90,0)是同一个点。,局部坐标系 用户在所需位置定义的坐标系, 其ID编号大于11. 位置可以在: 工作平面原点 CSWP 指定的坐标位置LOCAL 在已有的关键点 CSKP或结点 CS处 可以是直角坐标系、柱坐标系或球坐标系. 可以绕X、Y、Z - 轴旋转.,工作平面坐标系 附着在工作平面上。 主要使用局部和使用模型的坐标. 通过拾取还可以在工作平面上定义关键点。,可以定义多个坐标系，但任何时候只能有一个坐标系被激活。 激活坐标系影响一部分几何参数的定义 CSYS： 关键点和节点位置 线的曲率 面的曲率 生成或填充的关键点和节点 等 图形窗口的标题显示了激活坐标系。,在关键点 (1,0,0), (0,1,0),和 (0,0,1)之间建立面。,有许多方法定义线，如下所示： 如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激活坐标系确定。 建立线的关键点必须可用。,Create Lines Arcs,Create Lines Lines,Create Lines Splines,Operate Extrude,用由下向上的方法建立面，所需的关键点、线必须预先定义。 如果定义体，ANSYS 将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前激活坐标系确定,Create Areas Arbitrary,Operate Extrude,用由下向上的方法生成体，需要的关键点、线和面必须预先定义好,Create Volumes Arbitrary,Operate Extrude,演示: 清除数据库。 在 (1,2), (3,2), (4,0), (1,1.5), (2.5,0)建立关键点。 转到激活坐标系 CSYS,1 并在关键点4和5之间生成线 （ “in active CS” ）。 转到坐标系 CSYS,0 并通过关键点生成面，注意线自动生成，全部是直线。 定义两个圆： 半径0.3R, 圆心位于 (2.25,1.5) 半径0.35R, 圆心位于 (3.0,0.6) 从原来的面减去定义的两个圆。 (这里采用由上而下和由下而上的建模方法的组合。) 保存数据库,在由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔操作。 除了布尔操作，还有许多其它操作命令： 拖拉 缩放 移动 复制 反射 合并 倒角,拖拉 利用已有的面快速生成体 (或由线生成面,由关键点生成线). 如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起拉伸. 有四种方法拉伸面： 法向拖拉 通过对面的标准偏移形成体 VOFFST。 XYZ偏移 通过对面的XYZ偏移量形成体 VEXT。 可以锥形拉伸。 沿坐标轴 绕坐标轴旋转面形成体(也可通过两个关键点旋转) VROTAT。 沿直线沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体 VDRAG。,如果用户想把模型从一种单位制转到另一种单位制，例如，从英尺到毫米，比例缩放就显得特别重要。 在ANSYS 中缩放模型：,先保存数据库 - Toolbar SAVE_DB 或用命令 SAVE 。 然后 Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上选择相应实体部分） 使用Pick All 来选择整个实体 然后键入想要的比例系数 RX, RY, RZ，设置 “Moved” 取代原先的 “Copied” 或使用 VLSCALE 命令： vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1,移动 通过指定增量DX,DY,DZ控制实体的移动或旋转。 DX,DY,DZ按激活坐标系。 平移激活直角坐标系。 转动激活柱坐标系或球坐标系。 或使用命令VGEN, AGEN, LGEN, KGEN。 另一个选项是把坐标转换到另一个坐标系中. 从激活坐标系转换到指定的坐标系。 实体平移与旋转同时进行时这个操作很有用。 或使用命令 VTRAN, ATRAN, LTRAN, KTRAN KTRAN,从 csys,0转换 到 csys,11,旋转 -30,拷贝 生成实体的多个拷贝。 指定复制份数（2或更多）或每个拷贝的增量 DX,DY,DZ 。DX,DY,DZ按激活坐标系。 对生成多个孔、翼等特别有用,在局部柱坐标中拷贝,通过蒙皮建立外表面,反射 关于一个平面反射实体. 指定反射方向: X是对关于YZ平面反射 Y是对关于XZ平面反射 Z是对关于XY平面反射 所有的方向均按激活坐标系，且必须是直角坐标系.,What is the direction of reflection in this case?,合并 合并两个实体，并删除重合的关键点。 合并关键点时，如果存在高一层次重合的实体，也将自动被合并。 通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并。,合并或粘合,反射,从原面中 减去倒角面,倒角 线倒角需要两条相交的线，且在相交处有共同的关键点。 如果没有共同的关键点，则先作分割操作。 ANSYS不改变原来依附的面（如果有），因此，需要用加或减填充区域。 面倒角与线倒角类似。,建立倒角,建立面,演示: 恢复 r.db 文件(如果需要)。 在点 (0,0) 和 (0,1)建立关键点,连成轴,然后把面绕轴旋转60拉伸。 恢复r.db 数据库文件。 沿Y轴方向复制rib： 在整体坐标系原点按角度THYZ = -90建立柱体局部坐标系。 复制7份 (6份是新复制的）增量为 DY=15。 用ASKIN,P命令生成3个外部表面。 恢复 r.db 数据库文件。 以0.5为半径在上部和右边线之间作填充。 (注意附着于面上的线已被修改。这在某些情况下是允许的)。 用线生成三角形面，然后从原来面中减去。,D. 最好的建模方法,本节的目的是给用户一些好的建模方法的建议，它将帮助用户避免数据库的损坏。 将同样的ANSYS 输入写入输入文件，(即使一些简单的数据，如材料数据和实常数数据) ，以便调试（完全参数化）。 在数据库中不保留“删除”，用输入文件编辑几何模型或设置单元大小，替代删除几何体或清除网格。 在网格化之前，赋单元属性（xATT）和执行布尔操作（绝对不能在网格化之后进行布尔操作。 不能使用 NUMMRG,KP 把不重合的关键点合并到一起。 检查任何有缝的、无效的、边界不封闭的几何体或任何其它几何问题。 理想情况是： 用ANSYS建立的几何模型最容易网格划分。然而部分用户必须输入几何模型，用户首先选择接口产品和 SAT, Parasolid等文件， IGES 文件只能作为最后的输入手段。 (注意： 一些用户的经验是，时间花费在反复清除 IGES文件，购买接口产品代价是最小的),请根据你的情况尝试各种办法。,更多的建议 在实体模型上赋单元属性