Ansys后处理及高级分析技术PPT65

分析的对对象的一一些行为为计算出的的几何项项求解的自自由度及及应力反作用力力或节点点力识别无效效的结果果1.分析的对对象的一一些基本本的行为为:重力方向向总是竖竖直向下下的离心力总总是沿径径向向外外的没有一种种材料能能抵抗1,000,000psi的应力轴对称的的物体几几乎没有有为零的的环向向应力弯曲载荷荷造成的的应力使使一侧受受压，另另一侧受受拉如果只有有一个载载荷施加加在结构构上，检检验结果果比较容容易.如果有多多个载荷荷，可单单独施加加一个或或几个载载荷分别别检验，，然后施施加所有有载荷检检验分析析结果.22.计算出的的几何项项：在输出窗窗口中输输出的质质量特性性，可能能会揭示示在几何何模型、、材料属属性（密密度）或或实常数数方面存存在的错错误.3.检验求解解的自由由度及应应力：确认施加加在模型型上的载载荷环境境是合理理的.确认模型型的运动动行为与与预期的的相符-无刚体平平动、无无刚体转转动、无无裂缝等等.确认位移移和应力力的分布布与期望望的相符符，或者者利用物物理学或或数学可可以解释释.34.反作用力力或节点点力模型所有有的反作作用力应应该与施施加的点点力、压压力和惯惯性力平平衡.在所有约约束节点点的竖直直方向的的反作用用力...在所有约约束节点点水平方方向的反反作用力力必须与与水平方方向的载载荷平衡衡.所有约束束节点的的反作用用力矩必必须与施施加的载载荷平衡衡.注意包含含在约束束方程中中自由度度的反力力，不包包括由这这个约束束方程传传递的力力.…必须与施施加的竖竖直方向向的载荷荷平衡4反作用力力和节点点力(续)在任意选选取的单单元字集集中的节节点力，，应与作作用在结结构此部部分的已已知载荷荷向平衡衡，除非非节点的的符号约约定与自自由体图图上所示示的相反反.未选择的的单元上上的竖直直方向的的节点总总力...…必须与被被选择的的单元上上施加的的竖直方方向的载载荷平衡衡注意包含含在约束束方程中中自由度度的反力力，不包包括由这这个约束束方程传传递的力力.5网格误差差估算局部细化化P方法&举例ANSYS网格划分分精度估估算ANSYS网格误差差估计ANSYS通用后处处理包含含网格离离散误差差估计.误差估计计是依据据沿单元元内边界界的应力力或热流流的不连连续性，，是平均均与未平平均节点点应力间间的差值值.Elem1Elem2savg=1100s=1200s=1000savg=1200s=1300s=1100(节点的ss是积分点点的外插插）7误差估计计作用条条件：线性静力力结构分分析及线线性稳态态热分析析大多数2-D或3-D实体或壳壳单元PowerGraphicsoff误差信息息:能量百分分比误差差sepc单元应力力偏差sdsg单元能量量偏差serr应力上、下限smnbsmxbANSYS网格误差差估计8能量百分分比误差差能量百分分比误差差是对所选选择的单单元的位位移、应应力、温温度或热热流密度度的粗略略估计.它可以用用于比较较承受相相似载荷荷的相似似结构的的相似模模型.这个值的的通常应应该在10%以下.如果不选选择其他他单元，，而只选选择在节节点上施施加点载载荷或应应力集中中处的单单元，误误差值有有时会达达到50%或以上.SEPC~2%PowerGraphicoffMainmenu>generalpostproc>plotresults>deformedshape选：：Def+undefedge9要检验验某个个位置置的网网格离离散应应力误误差，，可以以列出出或绘绘制应应力偏偏差.某一个个单元元的应应力偏偏差是是此单单元上上全部部节点点的六六个应应力分分量值值与此此节点点的平平均应应力值值之差差的最最大值值.应力偏偏差：：节点n的应力力矢量量：所关心心位置置上的的应力力偏差差值～～450psi(30,000psi应力的的1.5%)应力偏偏差察看应应力偏偏差：：PlotResults>ElementSolu>ErrorEstimation>Stressdeviation(SDSG)10举例平均应应力为为4421（nodalsolution）应力偏偏差为为689.598误差=689.598/4421=15.53%（局部部细化化）每个单单元的的另一一种误误差值值是能能量误误差.它与单单元上上节点点应力力差值值有关关的,用于计计算选选择的的单元元的能能量百百分比比误差差.察看能量误误差：：PlotResults>ElementSolu>ErrorEstimation>Energyerror(ENER).能量误误差12应力上上下限限可以以确定定由于于网格格离散散误差差对模模型的的应力力最大大值的的影响响.显示或或列出出的应应力上上下限限包括括:估计的的上限限-SMXB估计的的下限限- 应力上下限限并不是估计实际的最高或最小应力。它定义了一个确信范围。如果没有其他的确凿的验证，就不能认为实际的最大应力低于SMXB.例如:SMX=32750是节点解的实际值SMXB=33200是估计的上限XstressSMAX~32,750psiSMXB~33,200psi(difference~450psi~1.5%)应力上上下限限13局部的的细化化采用plane42单元网网格局局部细细化与与未细细化能量百分比误差局部细化未细化DisplacementDMX=0.88E-03SEPC=14.442DMX=0.803E-03应力偏差ElementSolution(SDSG)SMN=63.453SMX=426.86SDSGSMN=64.528SMX=689.589能量误差估计ElementSolution(SERR)SMN=0.365E-03SMX=0.600595SERRSMN=0.005173SMX=0.38503应力上下限Nodalsolution(SEQV)SMN=725.21SMNB=720.133SMX=4579SMXB=4623SEQVSMN=773.769SMNB=708.94SMX=4421SMXB=4999P方法及及p单元的的应用用P方法应应用控控制：：P方法用用于线线弹性性结构构分析析—实体和和壳体体。P单元由由以下下5种单元元：2-DQuadrilateral(Plane145)2-DTriangle(Plane146)3-DBrick(Solid147)3-DTetrehedron(Solid148)3-DShell(Solid150)规定0.1%局部应力差，使用p方法计算的最大X方向应力约为34,700psi(比普通h方法高出大约5%)P单元的的位移移形函函数u=a1+a2x+a3y+a4x2+a5xy+a6y2v=a7+a8x+a9y+a10x2+a11xy+a12y2P方法的的优点点：如果使使用p-方法进行结结构分分析，，可以以依靠靠p单元自自动调调整单单元多多项式式阶数数（2-8），达达到收收敛到到设定定的精精度.对这种种方法法的相相信程程度，，与使使用经经验有有关.151.选择P方法作作业GUI:MainMenu>Preference>P-Method定义一一个P单元，，P方法被被激活活。2.建模建模过过程与与H-单元分分析相相同，，单元元类型型必须须用P单元（a）指定P单元水水平平定义局局部P-水平等等级定义P单元时时用KeyOpt选项定定义定义整整体p-水平等等级命令：：PPRANGE,START,MAXGUI:MainMenu>Solution>P-Method>SetPRange(b)定义几几何模模型应应用用实体体建模模(c)用P单元分分网。。自自适应应网格格对P方法是是无效效的3.施加载载荷、、求解解应用实实体模模型加加载，，而不不是有有限元元模型型求解：：推荐荐采用用条件件共轭轭梯度度法（（PCG），但但PCG对于壳壳体P单元无无效4.后处理理察察看结结果P方法进进行静静力分分析的的步骤骤举例：：platep.datE=30e6lb/in2V=0.29Thick=0.25in在节点点（0，5，0）处的的收敛敛标准准设为为1%高级网网格划划分技技术延伸网网格划划分映射网网格划划分层状网网格划划分延伸网网格划划分&举例将一个个二维维网格格延伸伸生成成一个个三维维网格格；三三维网网格生生成后后去掉掉二维维网格格步骤：：1.先生成成横截截面2.指定网网格密密度并并对面面进行行网格格划分分3.拖拉面面网格格生成成体网网格指定单单元属属性拖拉，，完成成体网网格划划分。。4.释放已已选的的平面面单元元举例：：飞机机模型型机翼翼机翼沿沿着长长度方方向轮轮廓一一致，，且它它的横横截面面由直直线和和样条条曲线线定义义。机机翼的的一端端固定定在机机体上上，另另一端端为悬悬空的的自由由端。。采样样点点:A(0,0,0)B(2,0,0)C(2.3,0.2,0)D(1.9,0.45,0)E(1,0.25,0)斜度=0.25弹性性模模量量Ex=38E03psi泊松松比比：：0.3密度度：：D=1.033e-3slugs/in3截面面宽宽度度：：10mm截面面形形状状：：正正六六变变形形手柄柄长长度度：：20cm杆长长：：7.5cm导角角半半径径：：1cm弹性性模模量量：：2.07E11pa延伸伸网网格格划划分分：：作作业业映射射网网格格划划分分有两两种种主主要要的的网网格格划划分分方方法法:自由由划划分分和和映映射射划划分分.自由由划划分分无单单元元形形状状限限制制.网格格无无固固定定的的模模式式.适用用于于复复杂杂形形状状的的面面和和体体.映射射划划分分面的的单单元元形形状状限限制制为为四四边边形形,体的的单单元元限限制制为为六六面面体体(方块块).通常常有有规规则则的的形形式式,单元元明明显显成成行行.仅适适用用于于““规规则则的的”面和和体体,如矩矩形形和和方方块块.自由由网网格格易于于生生成成;不须须将将复复杂杂形形状状的的体体分分解解为为规规则则形形状状的的体体.体单单元元仅仅包包含含四四面面体体网网格格,致使使单单元元数数量量较较多多.仅高高阶阶(10-节点点)四面面体体单单元元较较满满意意,因此此DOF(自由由度度)数目目可可能能很很多多.映射射网网格格通常常包包含含较较少少的的单单元元数数量量.低阶阶单单元元也也可可能能得得到到满满意意的的结结果果,因此此DOF(自由由度度)数目目较较少少.面和和体体必必须须形形状状““规规则则””,划分分的的网网格格必必须须满满足足一一定定的的准准则则.难于于实实现现,尤其其是是对对形形状状复复杂杂的的体体.映射射网网格格划划分分网格格划划分分的的优优缺缺点点：：...映射射网网格格划划分分自由由网网格格自由由网网格格是是面面和和体体网网格格划划分分时时的的缺缺省省设设置置.生成成自自由由网网格格比比较较容容易易:导出出MeshTool工具具,划分分方方式式设设为为自自由由划划分分.推荐荐使使用用智智能能网网格格划划分分进进行行自自由由网网格格划划分分,激活活它它并并指指定定一一个个尺尺寸寸级级别别.存储储数数据据库库.按Mesh按钮钮开开始始划划分分网网格格.按拾拾取取器器中中[PickAll]选择择所所有有实实体体(推荐荐).或使使用用命命令令VMESH,ALL或AMESH,ALL.映射射网网格格划划分分&举例例映射射网网格格划划分分由于于面面和和体体必必须须满满足足一一定定的的要要求求,生成成映映射射网网格格不不如如生生成成自自由由网网格格容容易易:面必必须须包包含含3或4条线线(三角角形形或或四四边边形形).体必必须须包包含含4,5,或6个面面(四面面体体,三棱棱柱柱,或六六面面体体).对边边的的单单元元分分割割必必须须匹匹配配.对三三角角形形面面或或四四面面体体,单元元分分割割数数必必须须为为偶偶数数....映射射网网格格划划分分因此此,映射射网网格格划划分分包包含含以以下下三三个个步步骤骤:保证证““规规则则的的””形形状状,即,面有有3或4条边边,或体体有有4,5,或6个面面.指定定尺尺寸寸和和形形状状控控制制生成成网网格格0...映射射网网格格划划分分1.保证证规规则则的的形形状状在许许多多情情况况下下,模型型的的几几何何形形状状上上有有多多于于4条边的面面,有多于6个面的体体.为了将它它们转换换成规则则的形状状,您可能进进行如下下的一项项或两项项操作:把面(或体)切割成小小的,简单的形形状.连接两条条或多条条线(或面)以减少总总的边数数....映射网格格划分切割（divide）可以通过过布尔减减运算实实现.您可以使使用工作作平面,一个面,或一条线线作为为切割工工具.有时,生成一条条新的线线或面会会比移动动或定向向工作平平面到正正确的方方向容易易得多....映射网格格划分连接操作是生成一一条新线线(为网格划划分),它通过连连接两条条或多条条线以减减少构成成面的线线数.使用LCCAT命令或Preprocessor>-Meshing-Concatenate>Lines,然后拾取取须连接接的线.对面进行行连接,使用ACCAT命令或Preprocessor>-Meshing-Concatenate>Areas若两条线线或两个个面相切交汇汇可考虑虑用加(布尔)运算连接这两条线使其成为一个由4条边构成的面Concatenate

举例：一个由六六条线围围成的面面L1andL2areadded.NewLineL#L4andL5areconcatenated.产生四条线围围成的面，适适于网格划分分Newconcatenatedline.原始边的单元元数为4条连接边的单元元数为8条...映射网格划分分您也可以简单单地通过一个个面上的3个或4个角点暗示一个连接.此时,ANSYS内在地生成一个连接接.在MeshTool中选择Quadshape和Map网格.将3/4sided变为Pickcorners.按Mesh键,拾取面,然后拾取3或4角点形成一规规则的形状....映射网格划分分使用连接时注注意:它仅仅是一个个网格划分操操作,因而应为网格格划分前的最最后一步,在所有的实体体建模之后.这是因为，经经连接操作得得到的实体不不能在后续的的实体建模操操作中使用.可以通过删除除产生的线或或面“undo(取消)”一个连接.连接面(为在体上映射射网格)通常比较复杂杂,因为您也应该该连接一些线线.只有在对相邻邻的两个4边形面作连接接时其中的线线会自动连接接....映射网格划分分指定尺寸和形形状控制这是映射网格格划分3个步骤中的第第2步.选择单元形状状非常简单.在MeshTool中,对面的网格划划分选择Quad,对体的网格划划分选择Hex,点击Map.其中通常采用用的尺寸控制制和级别如下下:线尺寸[LESIZE]级别较高.若指定了总体体单元尺寸,它将用于“未给定尺寸的的”线.缺省的单元尺尺寸[DESIZE]仅在未指定ESIZE时用于“未给定尺寸的的”线上.(智能网格划分分无效.)...映射网格划分分若您指定线的的分割数,切记:对边的分割数数必须匹配,但您只须指定定一边的分割割数.映射网格划分分器将把分分割数自动传传送到它的对对边.如果模型中有有连接(Concatenate)线,只能在原始(输入)线上指定分割割数,而不能在合成成线上指定分分割数.每条初始线上上指定6份分割.此线上将自动动使用12份分割(合成线的对边边).其它两条线上上会采用几份份分割呢呢?(后面的演示将将会回答这一一问题.)...映射网格划分分生成映射网格格只要保证了规规则的形状并并指定了合合适的份数,生成网格将非非常简单.只须按MeshTool中的Mesh键,然后按拾取器器中的[PickAll]或选择需要的的实体即可.映射网格划分分举例：轮说明用自由及映射射网格对轮模模型进行混合合的网格划分分.轮1.按指定的工作作目录，以“wheelb-3d”为作业名，进进入ANSYS.或清除ANSYS数据库，改换换作业名为“wheelb-3d”:UtilityMenu>File>Clear&StartNew...UtilityMenu>File>ChangeJobname...2.恢复“wheelb.db1””数据库文件:UtilityMenu>File>Resumefrom…选择“wheelb.db”数据库文件,然后选择[OK]或用命令:RESUME,wheelb,db13.进入前处理器器，用工作平平面切分体:MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Divide>VolubyWrkPlane+拾取[PickAll]UtilityMenu>Plot>Volumes或用命令:/PREP7VSBW,1VPLOT4.平移工作平面面到19号关键点:UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>Keypoints+选择如图所示示的19号关键点,然后选择[OK]或用命令:KWPAVE,195.以工作平面切切分体:MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Divide>VolubyWrkPlane+拾取[PickAll]UtilityMenu>Plot>Volumes或用命令:VSBW,4VPLOT6.关闭工作平面面，设置总体体单元尺寸为为0.25:UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlaneMainMenu>Preprocessor>MeshTool…设置大小控制制为Global，按[Set]设置SIZE=0.25按[OK]或用命令:WPSTYLEESIZE,0.257.用SOLID45单元，对四个个外部的体进进行映射网格格划分(TYPE1):MainMenu>Preprocessor>MeshTool…在Shape下选择“Hex”和“Mapped”:按[Mesh]拾取四个外部部的体(体号1,2,3,和5)按[OK]或用命令:MSHAPE,0,3DMSHKEY,1VMESH,1,3,1VMESH,58.用SOLID95单元，对内部部的体进行自自由网格划分分(TYPE2):MainMenu>Preprocessor>MeshTool…单击单元属性性（ElementAttributes）下的[Set]:TYPE=“2SOLID95””,然后选择[OK]设置大小控制制为Global，按[Set]设置SIZE=0.2按[OK]在Shape下选择“Tet”和“Free”:按[Mesh]拾取内部的体体(体号6)按[OK]或用命令:TYPE,2ESIZE,0.2MSHAPE,1,3DMSHKEY,0VMESH,69.将SOLID95单元转变为SOLID92单元:MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>ChangeTets...按[OK]或用命令:TCHG,95,9210.选择并画出SOLID95四面体单元:UtilityMenu>Select>Entities...选择“Elements”,““ByAttributes””,“Elemtypenum”设置Min,Max,Inc=2按[OK]UtilityMenu>Plot>Elements或用命令:ESEL,S,TYPE,,2EPLOT11.选择“全部部实体”并保保存数据库:UtilityMenu>Select>EverythingUtilityMenu>Plot>ElementsUtilityMenu>File>Saveas……输入数据库文文件名“wheelb-3d-mesh.db”,然后选择[OK]或用命令:ALLSEL,ALLEPLOTSAVE,wheelb-3d-mesh,db11.退出ANSYS:在工具条中中选择““QUIT””选择“Quit-NoSave!”按[OK]或用命令:FINISH/EXIT,NOSAVE层状网格划划分适用于2D情况，生成成线性过渡渡的自由网网格平行于边线线方向的单单元尺寸相相当垂直于边线线方向的单单元尺寸和和数目急剧剧变化当分析要求求边界单元元高精度时时，层状网网格很有用用层状网格划划分GUI：MainMenu:Preprocessor>MeshTool>Layer>Setbutton指定：线上上的单元尺尺寸，线上上两端单元元的比率和和内部网格格层的厚度度。线间距比率率（space）,对层状划分分一般取1.0内部网格层层厚度（layer1）线上单元尺尺寸系数：：sizefactor=2沿线生成两两行尺寸均均匀的单元元外部网格层层厚度（layer2）这层的单元元尺寸会从从layer1缓慢增加到到总体单元元尺寸，layer2的厚度可以以用一个网网格过渡系系数如：Transitionfactor=2生成大约等等于前面垂垂直于线网网格2倍尺寸的单单元在完成此章章的学习之之后，给出出一个已经经划分好网网格的模型型的数据库库文件，我我们应该能能够使用耦耦合或约束束方程来建建立节点自自由度之间间的联系第一讲耦耦合定义耦合设设置说明耦合的的三种普遍遍应用.采用3种不同的方方法建立耦耦合关系.第二讲约约束方程定义“约束束方程”说明约束方方程的四种种普遍应用用采用四种不不同的方法法生成约束束方程.47耦合设置耦合是使一一组节点具具有相同的的自由度值值.除了自由度度值是由求求解器计算算而非用户户指定外，，与约束相相类似。例如:如果节点1和节点2在UX方向上耦合合，求解器将计计算节点1的UX值并简单地地把该值赋赋值给节点点2的UX。一个耦合设设置是一组组被约束在在一起，有有着同一方方向的节点点(即一个自由由度)。一个模型中中可以定义义多个耦合合，但一个个耦合中只只能包含一一个方向的的自由度。。48耦合的三种种一般应用用1.施加对称性性条件：耦合自由度度常被用来来实施移动动或循环对对称条件.考虑在均匀匀轴向压力力下的空心心长圆柱体体，此3－D结构可用下下面右图所所示的2－D轴对称模型型表示.xyxy123451112131415由于结构的的对称性，，上面的一一排结点在在轴向上的的位移应该该相同492.无摩擦的界界面如果满足下下列条件，，则可用耦耦合自由度度来模拟接接触面:表面保持接接触,此分析是几几何线性的的（小变形形）忽略摩擦在两个界面面上，节点点是一一对对应的.通过仅耦合合垂直于接接触面的移移动来模拟拟接触.优点:分析仍然是是线性的无间隙收敛敛性问题503.铰接耦合可用来来模拟力耦耦松弛，例例如铰链、、无摩擦滑滑动器、万万向节考虑一个2D的梁模型，，每个节点点上有三个个自由度ux、uy和rotz，A点为一铰链链连接。将将同一位置置节点的自自由度ux、uy耦合起来。。12A节点1和节点2处于同一位位置，但为为于清楚起起见，在图图上分开显显示。.为了模拟铰铰接，将同同一位置两两个节点的的移动自由由度耦合起起来，而不不耦合转动动自由度51在循环对称称切面上的的对应位置置实施自由由度耦合。。用耦合施加加循环对称称性52三种建立耦耦合关系的的方法进入创建耦耦合关系的的菜单路径径:MainMenu:Preprocessor>Coupling/Ceqn>CoupleDOFs2.单击OK1.拾取将要耦耦合的结点点3.输入耦合设设置参考号号，选择自自由度卷标标.4.单击OK.53在零偏移量量的一组节节点之间生生成附加耦耦合关系:MainMenu:Preprocessor>Coupling/Ceqn>Genw/SameNodes3.单击OK1.输入现存耦耦合设置的的参考号.2.对每个设置置指定新的自自由度卷标标.54在同一位置置的节点之之间自动生生成耦合关关系:MainMenu:Preprocessor>Coupling/Ceqn>CoincidentNodes1.指定自由度度卷标.2.指定节点位位置的容差差3.单击OK55练习－用耦合关关系来模拟拟接触在此练习中中，将用耦耦合/约束选项在在两部分间间产生耦合合DOF设置来模拟拟接触问题题1.恢复数据库库cpnorm.db1，并在图形窗窗口中画单单元.2.在重合节点点的所有节节点对上建建立UY耦合关系a.选择耦合重重合的结点点.b.拾取UY3.求解并进行行后处理56约束方程约束方程定定义节点自自由度之间间的线性关关系约束方程的的特点自由度卷标标的任意组组合.任意节点号号.任意实际的的自由度方方向――在不同的节节点上ux可能不同.例Constant=Coef1*DOF1+Coef2*DOF2+...57四种约束方方程的应用用1.连接不同的的网格:实体与实体体的界面2－D或3－D相同或相似似的单元类类型单元面在同同一表面上上，但结点点位置不重合合58建立转动自自由度和移移动自由度度之间的关关系2.连接不相似似的单元类类型:壳与实体垂直于壳或或实体的梁梁.593.建立刚性区区在某些特殊殊情况下，，全刚性区区给出了约束方程的的另一种应应用全刚性区和和部分刚性性区的约束束方程都可由程程序自动生生成4.过盈装配与接触耦合合相似