第五章 实体建模

ANSYS实体建模自下向上构造有限元模型：在构造实体模型时，首先定义关键点，再利用这些关键点定义较高级的实体图元（即线、面和体）。这就是所谓的自下向上的建模方法。自上向下构造有限元模型：这种一开始就从较高级的实体图元构造模型的方法就是所谓的自上向下的建模方法。当生成一种体素时，ANSYS程序会自动生成所有从属于该体素的较低级图元。1

最高级图元：单元（包括单元载荷）节点（包括节点载荷）实体（包括实体载荷）面（包括面载荷）线（包括线载荷）最低级图元：关键点（包括点载荷）

要点：修改图元必须由低至高删除图元必须由高至低AreasVolumeKeypointsLinesArea2自下向上的方法建模-关键点

关键点是在当前激活的坐标系内定义的。定义关键点的子菜单如图5-9所示。2/5/2023ANSYS入门及应用自下向上的方法建模-线生成线单元（如梁）或想通过线来定义面时，才需要定义线。定义线的子菜单如图5-10至5-13所示。2/5/2023ANSYS入门及应用自下向上的方法建模-面用到面单元或由面生成体时，才需定义面。定义面的子菜单如图5-14至5-18所示。2/5/2023ANSYS入门及应用自下向上的方法建模-面在有限元模型中，两个相接触的面体素之间或实体体素间默认不是真正意义上的连接的，而是有一个不连续的“接缝”（此接缝并不真正存在，只是ANSYS处理时会认为此处有一个缝），必须用诸如相加（add）、合并（Merge）、粘接（glue）等命令处理一下以消除“接缝”。2/5/2023ANSYS入门及应用自下向上的方法建模-体体用于描述三维实体，生成体的命令自动生成低级的图元。定义面的子菜单如图5-19至5-24所示2/5/2023ANSYS入门及应用自下向上的方法建模-体2/5/2023ANSYS入门及应用利用已有的图元建模由已有的线、面、体生成新的线、面、体选项-由已有的图元再生成图元的功能MainMenu:Preprocessor>-Modeling-…1、镜射(Reflect)

2、平移／修改(Move/Modify)3、复制(Copy)2/5/2023ANSYS入门及应用关于ReflectReflection操作可关于一个坐标平面或沿某一坐标轴进行说明：Reflect、Move/Modify、Copy操作的坐标轴均属于当前激活坐标系。2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算布尔操作

是指几何图元进行组合计算.ANSYS的布尔操作包括add,subtract,intersect,divide,glue以及overlap.它们不仅适用于简单的体素中的图元，也适用于从CAD系统传入的复杂几何模型.这个看起来复杂的模型，实际上是一个方块与一个空心的球进行求交（intersect）布尔操作的结果.WZWYWX2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算布尔运算在建模的过程中有着极其重要的作用，只有掌握好布尔运算强大的功能才能利用ANSYS建模工具随心所欲地建立预期的模型在布尔代数中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。ANSYS程序也允许用户对实体模型进行同样的布尔运算。这样修改实体模型就更加容易了。布尔运算的子菜单如图5-29所示。2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算（1）交运算：求出两个或多个图元的共有区域形成一个新图元。同类型的图元求交不同类型图元求交2/5/2023ANSYS入门及应用（2）两两相交：求出所有初始输入图元中任意两个源图元的公共区域组成的一个新的图元集。两两相交2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算（3）加运算：得到一个包含各个原始输入图元的所有部分新图元（这种运算也可称为并、连接、和）。形成的新图元是一个单一的整体，没有接缝（实际上，加运算形成的图元在划分网格时常不如搭接(Overlapping)。

A1+A2=A3■A3包含原来所有面的区域，不再保留原来边界。2/5/2023ANSYS入门及应用（4）减运算：减运算比较复杂。

A1-A2=A3■A3包含原来所有面的区域，不再保留原来边界。2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算（5）

Overlap（搭接）命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个新的图元的集合。搭接命令除了在搭接域周围成了多个边界外，与加运算非常相似。搭接操作生成的是多个相对简单的区域，加运算生成的是一个相对复杂的区域。因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网格。2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算（6）粘接（或合并）

Glue(粘接)命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处相交，且公共边界的维数低于原始图元一维。这些图元仍然相互独立（并没有被加在一起），只在边界上相互连接。（7）分割（partition)略2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算的替代布尔运算有时比较慢且代价高昂。有些情况下，可用一些其它命令来代替布尔运算。下面列出一些可以替代布尔运算的操作。1、拖拉和旋转：用VDRAG和VROTAT命令定义棱柱体或圆柱体，与布尔运算生成同样方便，但更加高效。如中间钻了孔的长方体就是一个很好的例子。（1）将面沿一条路径拖拉生成体：命令：VDRAGGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongLines（2）将面沿一轴旋转生成圆柱体：命令：VROTATGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AboutAxis2/5/2023ANSYS入门及应用布尔运算的替代2、延伸和偏移：利用VEXT和VOFFST命令可将二维横截面偏移或延伸成为三维体。（1）通过延伸面生成另外的体：命令：VEXTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>ByXYZOffset（2）通过偏移给定的面生成体：命令：VOFFSTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongNormal2/5/2023ANSYS入门及应用实体建模实例如图所示一薄板零件，尺寸单位为mm，板厚5mm，试按照ANSYS建模方法，建立相应实体模型。2/5/2023ANSYS入门及应用交互操作1.创建矩形MainMenu

>Preprocessor>Create>Rectangle>ByDimensions弹出的对话框如图所示实体建模实例X1,X2为矩形相对于坐标原点左右两个边的X坐标，Y1,Y2为矩形相对于坐标原点下上两个边的Y坐标。输入如下数值X1=0,X2=60;Y1=-10,Y2=10,单击Apply，输入第二个矩形的坐标数值：X1=40,X2=60;Y1=-10,Y2=－30,单击OK解释22交互操作2.改变画法，重画该图形UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering弹出如下对话框解释将AREAAreaNumbers选中，将[/REPLOT]ReplotuponOK/Apply项设置为Replot，这样ANSYS就会自动以不同的颜色区分不同的面积图形。实体建模实例23交互操作3.将工作平面转换到极坐标形式，创建两个外圆(1)UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane(toggleon)解释需要指出的是，单击该条命令后，并不会弹出什么窗口，你所看到的只是该条命令前面有一个被选中的符号，且在图形区域显示工作平面坐标系。实体建模实例24交互操作(2)UtilityMenu>WorkPlane>WPSettings解释在Cartesian(笛卡尔坐标)和Polar(极坐标)中间选择POLAR，显而易见，这样做只是为了方便地创建圆孔。同样在Gridonly、GridandTriad和Triadonly之中选择GridandTriad。Grid（删格）：展示删格，Triad是用来展示工作平面的坐标原点和坐标轴方向。实体建模实例25交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle（4）移动工作平面，创建第二外圆UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPtoKeypointsMainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle解释创建圆心为(0,0)，半径为10的圆。可以参数值用键盘输入，也可以用鼠标移动得到。单击OK关闭该对话框。弹出对话框后，分别选取右侧矩形底边左右两个点作为关键点，单击OK按钮，则工作平面（极坐标）移动到了以所取关键点连线的中点为原点的平面上创建圆心为（0，0），半径为10的圆，单击OK关闭对话框。创建的图形如图所示。单击Toolbar上的SAVE_DB存盘。实体建模实例26交互操作4.将面积和在一起MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas选择pickall，将面积和在一起。5.创建补丁面积并把它们和在一起（1）UtilityMenu>PlotCtrls

>Numbering打开linenumbering，单击OK关闭对话框。该命令只是让ANSYS将图形中的线加以编号，方便以后的操作。（2）MainMenu>Preprocessor>Create>LineFillet弹出LineFillet对话框如图所示，将两条线的标号输入（或鼠标选择），并设置半径4，单击OK关闭对话框解释实体建模实例27交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>

Arbitray

>ByLines用鼠标选择三条线L1,L4,L5，单击OK关闭对话框。（4）UtilityMenu>Plot>Areas，并存盘（5）整合面积MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas选择PickAll，单击OK关闭对话框并进行存盘。解释实体建模实例28交互操作6.创建两个小圆孔（1）UtilityMenu>Workplane>DisplayWorkingplane(toggleon)（2）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle创建一个圆心在（0，0），半径为4的小圆孔，即右下方圆（3）UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>globalorigin（4）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle创建一个圆心在（0，0），半径为4的小圆孔，即左边圆解释结果如图所示实体建模实例29交互操作7.从支架中减去两个小圆孔，保存数据（1）MainMenu>Preprocessor>Operate>Subtract>Areas选取支架为基体(baseareafromwhichtosubtract)，单击Apply;选取两个小圆孔作为被减去部分(areastobesubtracted)，单击OK按钮。（2）UtilityMenu>File>saveas输入MODEL01.DB为文件名，单击OK关闭对话框。建模完成。解释实体建模实例30交互操作1. 启动

ANSYS.

以交互模式进入ANSYS，工作文件名为beam.2.

创建基本模型a. MainMenu:Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS...解释使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置.实体建模实例31图元的绘制、编号、及删除32绘制面、线及关键点创建2D体素后，

ANSYS缺省绘制面.也可以绘制低阶的图元，例如线,...或关键点.要绘制面，线或关键点:UtilityMenu:Plot>

Keypoints

orLinesorAreas33区分图元打开面编号的结果当多个图元同时在图形窗口中显示时，可以通过打开某种图元类型编号来区分它们，这些图元以不同的标号和颜色显示.34区分图元打开编号显示:UtilityMenu:PlotCtrls>

Numbering...选取需要的项目，然后选择OK.控制是否编号和颜色同时显示(缺省),只显示编号,或只显示颜色.35区分图元需要牢记的编号显示在图元的“热点”上.对于面或体，热点为图形中心.对于线，有三个热点:..为什么这一点非常重要:

需要在图形窗口拾取取图元时，应该点取图形的热点，确保拾取所需要的图元。这对于有多个图形重叠的情况非常重要.（如上图）36区分图元关于编号字体的大小缺省的编号字体比较小，可按下述方法放大：要放大编号字体:1.UtilityMenu:PlotCtrls>FontControls>EntityFont...2. 选择需要的字体、尺寸等3. 选择

OK.4. Utility