建立实体模型

建立实体模型第1页，共59页，2023年，2月20日，星期四本章主要内容如何建立模型输入几何模型—IGES输入输入几何模型—接口产品ANSYS命令—由上而下建模ANSYS命令—工作平面ANSYS命令—布尔运算ANSYS命令—由下而上建模第2页，共59页，2023年，2月20日，星期四如何建立模型所分析的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目的。第3页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。如何建立模型第4页，共59页，2023年，2月20日，星期四要利用对称性，下面因素必须是对称的：几何形状材料特性载荷状态如何建立模型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第5页，共59页，2023年，2月20日，星期四轴对称沿某一中心轴对称，如直管，圆锥体，圆盘等。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。在多数情况下假定载荷是轴对称的。如果载荷不是轴对称的，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。如何建立模型第6页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。假定载荷也是旋转对称的。如何建立模型第7页，共59页，2023年，2月20日，星期四某些情况下，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以估计。如何建立模型第8页，共59页，2023年，2月20日，星期四应力异常真实结构不应该有应力异常，应力异常是由模型简化假定造成的。应力异常是指在有限元模型中某点的应力值极大，例如：点载荷，如集中力或力矩作用处。孤立的约束点，其支反力如同点载荷。尖角（倒角半径为零）处。在应力异常点处，网格越细，应力值也随之增加且不收敛。P s=P/A AsA0,s

如何建立模型第9页，共59页，2023年，2月20日，星期四如何处理应力异常?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。用等效压力载荷代替集中力载荷。将位移约束散布到一批节点上。如何建立模型第10页，共59页，2023年，2月20日，星期四输入一个IGES文件UtilityMenu>File>Import>IGES…两种方法：NoDefeaturing

和DefeaturingMerge,Solid和Small

选项输入几何模型—IGES输入第11页，共59页，2023年，2月20日，星期四NoDefeaturing方法—输入并按原样存储在标准的ANSYS数据库中。

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。输入几何模型—IGES输入第12页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。合并输入几何模型—IGES输入第13页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。输入几何模型—IGES输入第14页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。输入几何模型—IGES输入第15页，共59页，2023年，2月20日，星期四输入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。输入几何模型—接口产品第16页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。输入几何模型—接口产品第17页，共59页，2023年，2月20日，星期四Pro/E接口需要Pro/E软件。读入由Pro/E生成的.prt文件。也可读入Pro/E装配文件(.asm)UtilityMenu>File>Import>Pro/E...Defeaturing选项有效缺省值是NoDefeaturing启动Pro/E的命令输入几何模型—接口产品第18页，共59页，2023年，2月20日，星期四UG接口需要

UG

软件。读入由

UG生成的.prt

文件。UtilityMenu>File>Import>UG...激活Defeaturing选项缺省为NoDefeaturing只读入选择的层和几何类型的选项输入几何模型—接口产品第19页，共59页，2023年，2月20日，星期四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命令第20页，共59页，2023年，2月20日，星期四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—体。如果高一级的实体存在，则依附它的低级实体不能删除。ANSYS命令第21页，共59页，2023年，2月20日，星期四另外，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。建立实体模型可以通过两个途径:由上而下由下而上用户可以根据模型形状，选择最佳建模途径。ANSYS命令第22页，共59页，2023年，2月20日，星期四由上而下建模：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ANSYS命令由下而上建模：首先建立关键点，用这些点建立线、面等。第23页，共59页，2023年，2月20日，星期四由上而下建模：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。ANSYS命令—由上而下建模第24页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。ANSYS命令—由上而下建模第25页，共59页，2023年，2月20日，星期四三维图元包括块体、圆柱体、棱柱、球体和圆锥体。ANSYS命令—由上而下建模第26页，共59页，2023年，2月20日，星期四当建立二维图元时，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。ANSYS命令—由上而下建模第27页，共59页，2023年，2月20日，星期四提示面积输入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：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>ANSYS命令—由上而下建模第28页，共59页，2023年，2月20日，星期四建立一个块体:MainMenu>Preprocessor>Modeling>CreateVolumes>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ANSYS命令—由上而下建模第29页，共59页，2023年，2月20日，星期四工作平面—一个可动的二维参考平面，工作平面是无限的，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。WXWYX2X1Y2Y1WXWYWP(X,Y)宽高ANSYS命令—工作平面第30页，共59页，2023年，2月20日，星期四所有的工作平面控制菜单均在：

UtilityMenu>WorkPlaneANSYS命令—工作平面第31页，共59页，2023年，2月20日，星期四ANSYS命令—工作平面工作平面控制菜单WPSettings：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。Gridspacing—两条格栅线之间的距离。Gridsize—显示工作平面的大小(大小无限制)。第32页，共59页，2023年，2月20日，星期四用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)。ANSYS命令—工作平面第33页，共59页，2023年，2月20日，星期四OffsetWPto>保持当前方位，简单将工作平面移到期望的位置：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。ANSYS命令—工作平面第34页，共59页，2023年，2月20日，星期四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ANSYS命令—布尔运算第35页，共59页，2023年，2月20日，星期四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）。ANSYS命令—布尔运算第36页，共59页，2023年，2月20日，星期四加把两个或多个实体合并为一个。ANSYS命令—布尔运算第37页，共59页，2023年，2月20日，星期四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）。ANSYS命令—布尔运算第38页，共59页，2023年，2月20日，星期四搭接除了输入实体彼此搭接外，与粘接相同。ANSYS命令—布尔运算第39页，共59页，2023年，2月20日，星期四减删除“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。ANSYS命令—布尔运算第40页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。ANSYS命令—布尔运算第41页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。CommonIntersectionPairwiseIntersectionANSYS命令—布尔运算第42页，共59页，2023年，2月20日，星期四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）L1L2L3L6L5L4PartitionANSYS命令—布尔运算第43页，共59页，2023年，2月20日，星期四由下向上建模从关键点开始，由下而上地建立其它实体。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。ANSYS命令—由下而上建模第44页，共59页，2023年，2月20日，星期四定义关键点:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>KeypointsANSYS命令—由下而上建模第45页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。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。ANSYS命令—由下而上建模第46页，共59页，2023年，2月20日，星期四Create>Lines>ArcsCreate>Lines>LinesCreate>Lines>SplinesOperate>ExtrudeANSYS命令—由下而上建模第47页，共59页，2023年，2月20日，星期四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，线的曲率由当前的激活坐标系确定。Operate>ExtrudeCreate>Areas>ArbitraryANSYS命令—由下而上建模第48页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。Operate>ExtrudeCreate>Volumes>ArbitraryANSYS命令—由下而上建模第49页，共59页，2023年，2月20日，星期四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：ANSYS命令—由下而上建模反射合并倒角拖拉缩放移动复制第50页，共59页，2023年，2月20日，星期四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。有如下四种方法拉伸面：ANSYS命令—由下而上建模第51页，共59页，2023年，2月20日，星期四法向拖拉—通过对面的标准偏移形成体。XYZ偏移—通过对面的XYZ偏移量形成体，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)。沿直线—沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体。ANSYS命令—由下而上建模第52页，共59页，2023年，2月20日，星期四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MainMenu>Preprocessor>Operate>Scale>Volumes(在模型上选择相应实体部分）ANSYS命令—由下而