有限元法与程序-ANSYS实体建模

1、1 ANSYS实体建模实体建模 2 一、一、 ANSYS软件的单位制和坐标系软件的单位制和坐标系 二、二、 ANSYS实体建模概述实体建模概述 三、三、 自底向上建模自底向上建模 五、五、 图形显示、拾取和选择图形显示、拾取和选择 四、四、 自上而下建模自上而下建模 六、六、 布尔运算布尔运算 七、七、 编辑操作编辑操作 八、八、 导入导入CAD几何模型几何模型 3 一、一、 ANSYS软件的单位制和坐标系软件的单位制和坐标系 1、ANSYS的单位制的单位制 ANSYS 不进行单位换算不进行单位换算 ! 它只是简单的接受所输它只是简单的接受所输 入的数据而不会怀疑它们的合法性。入的数据而不会怀

2、疑它们的合法性。 注意四种单位：长度、质量、时间、力注意四种单位：长度、质量、时间、力 1) m kg s N Pa 2)mm t(吨吨) s（时间）（时间） N MPa 3) mm g(克克) ms （时间）（时间） N MPa 4 建议初学者用国际单位制建议初学者用国际单位制 推导单位注意公式的使用推导单位注意公式的使用 AF /maF 使用弧度（使用弧度（RAD）和角度（）和角度（DEG）时应当设置）时应当设置 ParametersAngular Units 5 2、ANSYS的坐标系的坐标系 ANSYS 提供如下多种坐标系供用户选取提供如下多种坐标系供用户选取 1）总体坐标系和局部坐标

3、系：用来定位几何形状参数（节点、）总体坐标系和局部坐标系：用来定位几何形状参数（节点、 关键点等）空间位置。关键点等）空间位置。 2）显示坐标系：用于几何形状的列表和显示。）显示坐标系：用于几何形状的列表和显示。 3）节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的）节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的 方向。方向。 4）单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据方向。）单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据方向。 5）结果坐标系：用来列表、显示或在通用后处理操作中将节点）结果坐标系：用来列表、显示或在通用后处理操作中将节点 或单元结果转换到一个特定的坐标系中。或单元结

4、果转换到一个特定的坐标系中。 这里，介绍总体坐标系和局部坐标系、显示坐标系及坐标系 的激活与响应。 6 2、ANSYS的坐标系的坐标系 1)总体坐标系总体坐标系 总体直角坐标系 csys,0（默认）（默认） 总体柱坐标系csys,1(Y代表角度） 总体球坐标系csys,2 总体柱坐标系csys,5 (代表角度） 例如总体笛卡尔坐标系下的位置(0,10,0)等同于总体柱坐 标系下的位置 (10,90,0) 7 柱坐标系的一个应用柱坐标系的一个应用 8 2)局部坐标系局部坐标系 坐标系编号：编号大于坐标系编号：编号大于10 坐标类型：笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系。坐标类型：笛卡儿坐标系、柱坐标

5、系和球坐标系。 坐标系坐标系原点：可以不同于总体坐标系原点：可以不同于总体坐标系 坐标系各轴坐标系各轴方向：可以不同于总体坐标系方向：可以不同于总体坐标系 WorkplaneLocal Coordinate Sytemcreate local CS 9 创建局部坐标系创建局部坐标系 10 可以定义任意数目的坐 标系，但任何时候只能 有一个是激活的 当坐标系是激活的时候， 当定义几种几何体素时 受到坐标系的影响： 关键点及节点的位置 线的曲率 面的曲率 生成和填充关键点和节点 等等 图形窗口的标题显示激 活的坐标系 3)激活坐标系激活坐标系 11 需要哪个坐标系工作需要哪个坐标系工作 也可以在输

6、入窗口直接输入编号也可以在输入窗口直接输入编号 局部坐标系创建完自动激活局部坐标系创建完自动激活 12 4)工作平面工作平面 工作平面二维绘图版，有原点，二维坐标系，捕捉增量和 显示格栅。 工作平面可作为切割面、对称面 工作平面可任意移动和转动。方便建模。 WX WY X2 X1 Y2 Y1 WX WY WP (X,Y) width height 13 工作平面坐标系csys,4 有工作平面相连 主要用于实体模型体素的定位和取向 可以利用工作平面通过拾取定义关键点 2021-8-13 14 Utility Menu WorkPlane. WP display - 只显示三个坐标轴 (缺 省),

7、只显示格栅，或两者均显示。 Snap - 便于在工作平面上拾取格栅上 的点. Grid spacing 栅距. Grid size -显示的工作平面大小(大小 无限制). 工作平面属性工作平面属性 15 通过增量移动工作平面通过增量移动工作平面 用按扭实现 (通过指针 滑动实现). 或输入希望的增量值. 或使用动态方式 (类似 移动-缩放-转动). 工作平面定位工作平面定位 16 用Offset 和 Align菜单可以把工作平面移到期望的任意位置. OffsetAlign 17 1、两种获得几何模型的方法、两种获得几何模型的方法 1）ANSYS环境中实体建模环境中实体建模 2）输入）输入CAD

8、中创建的几何模型中创建的几何模型 二、二、 ANSYS实体建模概述实体建模概述 18 2、两种实体建模思路、两种实体建模思路 自底向上建模自底向上建模 点点线线面面体体 自上而下建模自上而下建模 加 直接建立高级图元，然后利用工作平面、布尔运算等操作直接建立高级图元，然后利用工作平面、布尔运算等操作 ( (激活坐标系激活坐标系) ) ( (工作平面工作平面) ) 19 3、ANSYS中的图元中的图元 由低到高排列顺序由低到高排列顺序 关键点关键点线线面面体体节点节点单元单元 说明说明1 1 关键点、线、面、体是几何模型图元关键点、线、面、体是几何模型图元 节点、单元是有限元模型图元节点、单元是

9、有限元模型图元 20 说明说明2 2 体 面 线及关键点 如果高一级的实体存在，则低一级的与如果高一级的实体存在，则低一级的与 之依附的实体不能删除之依附的实体不能删除. . 关键点关键点线线面面体体节点节点单元单元 关键点关键点 线线 面面 体体 我要改这我要改这 条线条线 线线 关键点关键点 面面 体体 呀！呀！ 21 三、自三、自底向上建模底向上建模 1、关键点、关键点Keypoints 1）定义关键点）定义关键点 2）关键点操作）关键点操作3）硬点）硬点hard points A、硬点是一种特殊的关键点。、硬点是一种特殊的关键点。 B、硬点在划分网格后生成节点。、硬点在划分网格后生成节

10、点。 C、硬点作用：集中载荷加载点或读取数据位置、硬点作用：集中载荷加载点或读取数据位置 D、硬点不能在线和面的边界上创建、硬点不能在线和面的边界上创建 E、硬点存在时，所关联的面和体不支持映射网格划分、硬点存在时，所关联的面和体不支持映射网格划分 22 2、线、线 1）直线）直线 2）弧线）弧线 3）样条曲线）样条曲线 4）倒圆角）倒圆角 只有共享关键点的两条线之间才能创建倒圆角只有共享关键点的两条线之间才能创建倒圆角 5）线的操作）线的操作 3、面、面 1）创建面）创建面2）面的操作）面的操作 4、体、体 23 自底向上建模实例自底向上建模实例1 问题描述 模型如上图所示，两个圆孔的半径和

11、倒角的半径都是0.4m，两 个半圆的半径都是1.0m，板厚度为0.5m。 X Y O 24 思路：思路： 教师演示教师演示 挖孔挖孔创建圆面创建圆面 加成一个实体加成一个实体 创建圆角面创建圆角面 倒角倒角 加为一个实体加为一个实体创建圆创建圆 定义矩形定义矩形 25 自底向上建模实例自底向上建模实例2 X Y O 26 从上到下建模开始定义体（或面），连同其它 方法生成最终的形状 开始定义的体或面称为体素 体素定位和取向依赖于工作平面 用于产生最终形状的合并称为布尔运算 2021-8-13 四、自四、自上而下建模上而下建模 27 体素是前面定义的几何形状诸如圆、多边形和球 二维体素包括矩形、

12、圆、三角形和其它多边形 28 三维体素包括块、圆柱、棱柱、球和锥、环 29 当生成二维体素时，ANSYS定义一个面及其它 所包含的线和关键点 当生成三维体素时，ANSYS定义一个体及其所 包含的面、线及关键点。 2021-8-13山东科技大学 30 五、图形显示、拾取和选择 接下来学习使用几何实体（包括体、面、线，关键 点）以及有限元实体（包括节点、单元）。本节将 主要介绍在GUI方式下如何显示和操作这些实体， 主要有： 绘图 拾取 选择 组件 31 在模型上绘制实体非常方 便。 在主菜单 Utility Menu Plot , 你能够绘制几何实体， 有限单元以及其他实体。 用Multi-Pl

13、ots, 可以画实体 组合. 1.绘图 /replot kplot lplot aplot vplot nplot eplot gplot 32 PlotCtrls 菜单是用 于控制图形显示： 图形的方位 缩放 颜色 符号 注释 动画 等。 33 缺省的视图方向是主视图方向： 是从 +Z 轴观察模型。 用动态模式（拖动模式）拖动模 式是用 Control 键和 鼠标键调整观 察方向的途径。 Ctrl + Left( 鼠标左键)可以平移 模型。 Ctrl + Middle(鼠标中键）: Zooms（缩放） 模型 旋转模型 (绕屏幕 Z轴方向) Ctrl + Right（鼠标右键）旋转模 型 :

14、绕屏幕X轴方向 绕屏幕Y轴方向 P Z R Ctrl 34 使用模型 控制工具 按钮来改 变视图。 模型控制 工具按钮 包括动态 旋转选项。 动态模型方式图标的作用等同于动态模型方式图标的作用等同于CTRL 键键. 模型控制工具按钮模型控制工具按钮 35 允许用户在图形窗口点击模型位置或 指明模型实体来拾取。 典型拾取操作通过鼠标或拾取菜单完 成。拾取操作在菜单中的标志是一个 “ +”号。 例如, 用户可以在图形窗口拾取关键 点位置，然后按 OK按钮建立关键点。 2.拾取 36 鼠标左键 拾取 (或取消)距离鼠标光 点最近的实体或位置. 鼠标中键 相当于拾取图形菜单中的 Apply. 用中键可

15、以节省移动鼠标的 时间. 鼠标右键 在拾取、取消之间切换. 拾取拾取 执行执行 切换切换 拾取拾取 / 不拾取不拾取 不拾取 拾取 光标显示光标显示: 37 热点的拾取位置热点的拾取位置: : 面和体面和体 有一个热点在实体模型中心。有一个热点在实体模型中心。 线线 有三个热点有三个热点 一个在中间另两个在两端。一个在中间另两个在两端。 这点很重要这点很重要: : 拾取所需实体时，必须拾取热点。拾取所需实体时，必须拾取热点。 38 假设用户想做以下操作: 绘出第二象限的所有面 删除半径0.2到0.3的所有圆弧 在全部外轮廓线上施加荷载 把 Z=3.5 的所有节点写入一个文件 只观察钢材料单元上

16、的节点 通常这些都要在模型的集合上操作。 Select Logic 允许用户选择一个集合并只对该集合内的 实体进行操作。 3.选择 39 分三个步骤: 选择一个子集 在子集上进行操作 重新激活整个集合 激活整个集合 选择子集 在子集上操作 40 选择子集 可以选择实体对话框的 工具 : Utility Menu Select Entities. 或用 xSEL 系列命令: KSEL, LSEL, ASEL, VSEL, NSEL, ESEL 选择的实体 选择用的准则 选择类型 41 选择所用的准则: By Num/Pick: 通过键入实体号码或用拾 取操作进行选择. Attached to:

17、通过相关实体选择.例如,选 择与面相关的线. By Location: 根据 X,Y,Z 坐标位置选择. 如,选择所有X=五、的节点.X,Y,Z 是激活 坐标系的坐标。 By Attributes: 根据材料号,实常数号等选 择.不同实体的属性不尽相同. Exterior: 选择模型外边界. By Results: 根据结果数据选择,例如,按节 点位移. 42 选择方式 From Full: 从整个实体集 选择子集。 Reselect: 从当前子集中 再选择子集。 Also Select: 在当前子集 中再添加另一个子集。 Unselect: 从当前子集中 去掉一部分 Invert:选择当前子

18、集的补 集。 Select None: 选择空集。 Select All: 选择所有实体。 Select None Reselect Also Select Unselect Invert From Full Select All 43 子集操作 典型操作包括施加荷载,列出子集的结果, 或仅仅是画出所选实体. 选择子集后可以在拾取对话框上方便 的使用 Pick All 按钮或在命令参数中 使用 ALL 拾取子集的全部实体. 注意: 大部分的 ANSYS 操作,包括 SOLVE 命令只在子集上进行. 其它操作是给子集一个名,建立一个组件 （将在下一节讨论）. 44 重新激活整个集合 完成子集的操

19、作之后,应重新激活整个实体集. 如果求解时不激活所有节点和单元,求解器会发出警告. 激活整个实体的最简单操作是选择 “everything”: Utility Menu Select Everything 或用命令 ALLSEL 也可以在选择实体对话框中选择 Sele All 按钮分别激 活不同实体（或用命令 KSEL,ALL; LSEL,ALL; 等.) 45 组件 是命名后的子集合.该名称可以在对话框中或命令 参数中替代实体编号或 ALL. 一组节点,或线,面,体都可以定义为组件.组件只能包含同 一类实体. 组件可以被选择也可以不被选择. 选择了一个组件,就等 于选择了组件中的全部实体.

20、4.组件组件 组件管理器能够新建、显示、列表、 选择组件和组合. Utility Menu Select Component Manager. 46 建立组件 Utility Menu Select Component Manager 单击新建组件图标 在这一步所有选择的实体都将被包括，或者你可 以选择你想要的实体。 47 建立一个组合 加亮用来建立组合的组件。 单击新建组合按钮，然后输入不同名称。 选择组合下面临近组件的选择框，可以将组件加入 到组合中去。 在上面的组件管理器中, N_OUTER 和 N_INNER 在 ASSM_NODES (ASM1) 组合. ASSM_NODES 在 A

21、SSM_2 (ASM2)组合. 48 所有的布尔运算都可以在GUI 下 的Preprocessor -Modeling- Operate得到。 缺省，布尔运算的输入实体在运 算之后被删除。 删除的实体号码变为自由的(将会 分配给新生成的实体，由最小可 用的号码开始) 六、布六、布尔运算尔运算 49 加（加（Add) 把两个或多个实体合并为一个把两个或多个实体合并为一个. 50 Main Menu:Preprocessor -Modeling- Operate - Booleans- Add 51 粘接粘接(Glue) 把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共把两个或多个实体粘合到一起，在

22、其接触面上具有共 同的边界同的边界 当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材 料组成的实体）料组成的实体） 52 Main Menu:Preprocessor -Modeling- operate - Booleans- Glue 53 减减(Substract) 删除删除“母体母体”中一块或多块与子体重合的部分。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切除部分实体特别方便对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便. A1-A2 54 Main Menu:Preprocessor -Modeling- Operate - B

23、ooleans- Subtract 55 切分（切分（Divide) 把一个实体分割为两个或多个，它们仍通过共同的边把一个实体分割为两个或多个，它们仍通过共同的边 界连接在一起界连接在一起. “切割工具切割工具” 可以是工作平面、面线甚至于体可以是工作平面、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杂的实体变为简单的体. 56 57 58 59 60 相交相交( Intersect) 只保留两个或多个实体重叠的部分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如果输入了多于两个的实体,则有两种选

24、择则有两种选择: 公共相交和两两相交公共相交和两两相交 公共相交公共相交两两相交两两相交 61 Main Menu:Preprocessor -Modeling- Operate - Booleans-Intersect 62 63 64 搭接（搭接（Overlap) 类似于粘合运算，类似于粘合运算，但输入的实体有重叠但输入的实体有重叠. 加操作生成复杂的形状加操作生成复杂的形状,搭接操作形成多个搭接操作形成多个 简单的图形，有利于网格划分。简单的图形，有利于网格划分。 65 Main Menu:Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Overla

25、p 66 互分互分Partition 把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通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。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，如下图所示令特别有用，如下图所示. (交运算可以找到交点但交运算可以找到交点但 删除了两条线）删除了两条线） L1 L2 L3 L6 L5 L4 Partition 67 七、七、 操作操作 1 1、拖拉、拖拉 Main Menu PreprocessorModeling OperateExtrude 2 2、缩放、缩

26、放 Main Menu PreprocessorModeling OperateScale 思考题：椭圆如何 绘制 68 3 3、移动、移动 Main Menu PreprocessorModeling Move/Modify 旋转旋转 -30 移动的是独立对象移动的是独立对象. . 69 4 4、拷贝、拷贝 Main Menu PreprocessorModeling Copy 拷贝单元首先要拷贝其节点拷贝单元首先要拷贝其节点 Copy in local cylindrical CS Create outer areas by skinning 70 5 5、镜面映射、镜面映射 Main M

27、enu PreprocessorModeling Reflect 镜面映射必须在激活镜面映射必须在激活 的直角坐标系中进行的直角坐标系中进行 执行镜面映射一般要执行镜面映射一般要 合并几何对象合并几何对象. . 71 6 6、合并、合并 Main Menu PreprocessorNumbering Ctrls Merge Items 把两个实体合并，并删除重合的关键点把两个实体合并，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. . Merge or glue required Reflect 72 7 7、删除、删除 Main Menu PreprocessorModeling Delete 73 8 8、倒角、倒角 Main Menu Preprocessor