工程力学软件方法--高级建模技巧3网格力.ppt

网格划分,一、网格种类 对应网格,自由网格 1.平面2-D结构，对应网格的面积为四边形，相对应边的元素数目一定要相等，网 格后元素为四边形，如图(a)及图(c)所示，但也可以强制进行自由网格化(网格化后元素为非四边形)，如图(b)及图(d)。,相对应边元素数目相同的对应网格与自由网格示意图,相对应边元素数目相同但元素长度不同的对应网格与自由网格示意图,相对应边元素数目不同，元素形状不同的自由网格示意图,2.自由网格化时则相对应边元素个数不一定相同，如图(e)所示，网格化后元素可为全部三角形，如图(f).或四边形和三角形的混合，如图(e)所示。,3.对三角形，进行对应网格化时，则其三边元素数目一定要相等且为偶数，如图(g)、(h)所示。,4.对 3-D结构，对应网格化时，体积必为六面体，相对应的线段元素数目一定要相等如图所示，所形成元素也是六面体。反之，自内网格化时，任何形状的体积皆可，元素形状一定为四面体的三角锥。,二、网格化步骤 实体模型网格化有限元模型的建立，需要进行3个步骤： 1建立、选取元素的数据。 2设定网格建立所需的参数。 3产生网格。,第一个步骤是建立元素的数据 这些数据包括元素的种类 元素的几何常数 元素的材料性质 及元素形成时所在的坐标系统， 当对象进行网格化后，元素的属性是什么，其命令在前面已有详细介绍。当然，我们可以设定不同种类的元素，相同的元素又可设定不同的几何常数，也可以设定不同的材料特性，以及不同的元素坐标系统。,定义X对象网格后元素属性 XATT，MAT,REAL,TYPE,ESYS,SECSUM 定义X对象网格后元素属性(ATTributes)。MAT,REAL,TYPE,是前面所定义元素材料特性、几何常数、元素类型的号码，与直接建立法相比较，仅将原三行命令合并为一个命令，X代表对象名称。ESYS为建立元素时所在坐标系统号码，通常圆柱形体积可在圆柱坐标系统下建立。系统默认MAT,REAL，TYPE皆为第一组及ESYS为卡式坐标。,第二个步骤设定网格建立所需的参数 1、 元素的数据设定后，即可进行网格划分所需的参数设定. 2、最主要在于定义对象边界(即线段)元素的大小与数目。 3、网格设定所需要的参数将决定网格的大小、形状，这一个步骤非常重要，将影响分析时的正确性及经济性。 4、网格太细也许会得到较好的结果，但并非网格细就是最好的结果，因为网格太密太细，会造成占用大量的分析时间。有时较细的网格与较粗的网格比较起来，较细的网格分析的精确度只增加百分之几，但占用的计算机资源比较粗的网格却是数倍之多，同时较细的网格在复杂的结构中常会造成不同网格划分时连接的因难，这一点不能不特别注意。,声明网格时使用何种方法网格化 MSHKEY,KEY 声明网格时使用自由网格化(KEY=0，系统默认)、对应网格化(KEY=1)或对应网格及自由网格混合(KEY=2)。 对应网格化优先考虑，而且SMRTSIZE命令将不起作用。 KEY=2时，适用于2-D实体模型，并不适用3-D实体模型，因3-D网格中不允许六面体元素及角推元素共存。如果实体模型不符合对应网格的需求，执行此命令则会产生错误消息。,声明网格化时元素的形状 MSHAPE，KFY, Dimension 声明网格(Meshing)化时元素的形状(SHAPE)。2-D实体模型(Dimension=2D)时采用四边形(KEY=0)或全部为三角形(KEY=1)。虽然对应网格的系统默认元素为四边形和六面体，我们仍可利用该命令，强制元素为三角形和角锥。,定义所选择的线段进行元素网格化时元素的大小 LESIZE，NL1,SIZE，ANGSIZ，NDIV, SPACE,KFORC,LAYER1，LAYER2 定义所选择的线段(Line,NLl)进行元素(Element)网格化时元素的大小(SIZE)，元素的大小可用线段的长度(SIZE)或该条线段要分割元素的数目(NDIV)来确定。SPACE为间距比，最后一段长与最先一段长的比值，正值代表以线段的方向为基准，负值代表以中央为基难，系统默认为等间距。NLl=ALL为目前所有的线段。,定义通过点的所有线段进行元素网格化时元素的大小 KESIZE,NPT,SIZE,FACT1,FACT2 定义通过点(Keypoint，NPT)的所有线段进行元素(EIement)网格化时元素的大小(SIZE)，不含LESIZE所定义的线段。元素的大小仅能用元素的长度(SIZE)输入。该命令必须成对使用，因为线段基本上含两点。 NPT =ALL为通过目前所有点的线段。如仅对一条线段而言，使用该命令两次其结果和直接采用LESIZE一样。,定义元素网格化时元素的大小 ESIZE,SIZE,NDIV 该命令以目前所有对象为基准，也就是全部线段(不含LESIZE，KESIZE所定义的线段)，定义元素(Elemet)网格化时元素的大小(SIZE)，元素的大小可以用元素的边长(SIZE)或者线段要分成元素的数目(NDIV)来确定。,系统默认元素大小 DESIZE，MINL，MINH,MXEL,ANGL，ANGH，EDGMIN，EDGMX，ADJF,ADJM 该命令为系统默认元素大小，也就是全部线段(不含LESIZE、 KESIZE、ESIZE所定义的线段)。系统默认低阶元素(即元素节点与节点间无附加节点，如BEAM3，PLAND2，SOLID45)时，线段最少(MINL)为三段，高级元素(即元素的节点与节点间附加一个节点，如PLANE82，SOLID95)线段最少为两段，线段最多为15段。可修改MINL，MINH,MXEL的值，调整元素的大小，LPLOT无法检查其分割状态。,自由网格化时网格大小的高级控制 SMRTSIZE,SIZVAL，FAC,EXPND，TRANS，ANGL，ANGH，GRATIO，SMHLC，SMANC，MXITR、SPRX 该命令用于自由网格化时，在网格大小的高级控制(不合LESIZE、KESIZE、ESIZE所定义的线段)中，系统默认值就不起作用。一般由DESIZE控制元素大小，DESIZE及SMRTSIZE是互相独立的命令，仅能存在一个，执行SMRTSIZE命令后DESIZE自动无效了。该命令可由两个层面输入，第一个是所有参数自行调整，对初学者而言，可暂时不考虑，第二个是利用系统默认的等级输入(SIZVAL)。每一个等级都已设定其后的参数值，共有十级，系统的默认值为第六级，级数越高网格越粗。该命令原理是利用目前实体模型线段长度、曲率自行进行最佳网格化。,第三步 网格的产生 当元素属性及网格所需的参数定义后，便可对实体模型进行网格化。线元素由线段网格产生，平面元素由面积网格产生，立体元素由体积网格产生。,将一组线进行网格化 LMESH，NLl，NL2，NINC 将一组(NLl，NL2，NINC)线(Lines)进行网格化(MESH)并产生节点及元素，若NLlALL，则NL2及NINC都忽略掉，网格化目前所有线段。,将一组面积进行网格化 AMESH，NAl，NA2，NINC 将一组(NAl，NA2，NINC)面积进行网格化(MESH)并产生节点及元素，若NAl=ALL，则NA2及NINC都忽略掉，网格化目前所有面积。,将一组体积进行网格化 VMESH，NVl，NV2，NINC 将一组(NVl，NV2，NINC)体积(voLume)进行网格化(MESH)并产生节点及元素，若NVl =ALL，则NV2及NINC都忽略掉，网格化目前所有体积。,将网格化的一组线段上节点与元素清除 LCLEAR，NL1，NL2，NINC 将网格化的一组(NLI，NL2，NINC)线段上节点与元素清除(CLEAR)。清除的节点及元素，只与所选的线有关而不管在此线上的节点及元素是否已被筛选出宋，但若一个节点是 由很多元素共享，而元素不在所选出来的线上，则不会被删除，节点、元素的号码等都会因节点、元素删除而去掉。,将网格化的一组面积上节点与元素清除 ACLEAR,NA1，NA2，NINC 将网格化的一组(NA1，NA2，NINC)面积上节点与元素清除。清除的节点及元素，只与所选的面积有关而不管在此面积上的节点及元素是否已被筛选出来，但若一个节点是 由很多元素共享，而元素不在所选出来的面积上，则不会被删除，节点、元素的号码等都会因节点、元素删除而去掉。,将网格化的一组体积上的节点与元素清除 VCLEAR， NVl，NV2，NINC 将网格化的一组(NVl，NV2，NINC)体积上的节点与元素清除。清除的节点及元素，只与所选的体积有关而不管在此体积上的节点及元素是否已被筛选出来，但若一个节点是由很多元素共享，而元素不在所选出来的体积上，则不会被删除，节点、元素的号码等都会因节点、元素删除而去掉。,/PREP7 ET, 1, PLANE42 K, 1, , -2.5 $ K, 2, 6, -2.5 $ K, 3, , 2.5 K, 4, 6, 2.5 CSYS, 1 $ K, 5, 10, -30 $ K, 6, 10, 30 CSYS, 0 SAVE L, 1, 2 $ L, 4, 3 CSYS, 1 $ L, 2, 4 $ L, 5, 6 CSYS, 0 A, 1, 2, 4, 3 $ A, 2, 5, 6, 4 SAVE,网格划分 综合练习,AMESH, ALL,此时网格以系统默认DESIZE进行自由网格化，但由于面积符合对应网格的要求，故不需MSHKEY及MSHAPE命令，系统优 先采用对应网格四边形元素。元素属性AATT默认为第一组也可省略，以下为改变DESIZE后网格化的效果。,RESUME DESIZE, 5 AMESH, ALL,RESUME DESIZE, 10, , 20 AMESH, ALL,RESUME SMRTSIZE, 6 AMESH, ALL,RESUME SMRTSIZE, 8 AMESH, ALL,RESUME SMRTSIZE, 1 AMESH, ALL,RESUME $ MSHAPE, 1 $ DESIZE, 5 $ AMESH, ALL RESUME $ MSHAPE, 1 $ DESIZE, 10, ,20 $ AMESH, ALL,RESUME $ MSHAPE, 1 $ SMRTSIZE, 6 $ AMESH, ALL RESUME $ MSHAPE, 1 $ SMRTSIZE, 8 $ AMESH, ALL RESUME $ MSHAPE, 1 $ SMRTSIZE, 1 $ AMESH, ALL,RESUME $ LESIZE, 1, , , 6, 6 $ LESIZE, 2, , , 6, 3 LESIZE, 3, , , 5 $ LESIZE, 4, , , 5, 2 $ ESIZE, , 4 SAVE ESIZE, , 4 $ AMESH, ALL,LESIZE，NL1,SIZE，ANGSIZ，NDIV, SPACE,KFORC,LAYER1，LAYER2,ACLEAR, ALL $ ESIZE, , 7 $ AMESH, ALL RESUME $ LESIZE, 5, , ,5 $ AMESH,ALL,RESUME $ ET, 1, PLANE2 $ ET, 2, PLANE82 ESIZE, , 4 AMESH, 1 AATT, , ,2 AMESH, 2,线的划分 /UNITS, SI /PREP7 ET, 1, BEAM3 MP, EX, 1, 207e9 R, 1, 1e-4, 2.083e-10,0.005 K, 1 $ K, 2, 0.3 L, 1, 2 Save ESIZE, , 4 LATT, 1, 1, 1, 0 LMESH, 1 RESUME ESIZE, 0.03 LATT, 1, 1, 1, 0 LMESH, 1,实体划分 /PREP7 K, 1 K, 2, 1 K, 3, 2, 1 K, 4, -1, 1.5 K, 5, -0.5, 2, 3 K, 6, 3, 1.5, 2 K, 7, 4, 3, 2 K, 8, -1.5, 3, 3 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ET, 1, SOLID45 SAVE VMESH, 1 RESUME DESIZE, 10, , 20 VMESH, 1,RESUME SMRTSIZE, 6 VMESH, 1 RESUME MSHAPE, 1 DESIZE, 5 VMESH, 1 RESUME MSHAPE, 1 SMRTSIZE, 6 VMESH, 1,实体模型外力,实体模型外力 1、外力的负载对结构系统而言，不管是直接建立法或间接建立法，力的形式都是相同的。 2、直接建立法时，外力是直接作用在节点、平面元素的边或者立体元素的面上。实体模型建立法时，由于节点及元素产生后较难掌握节点、元素号码及其相对应元素边及面的号码，故在元素或节点上很不容易直接施加外力。所以对实体模型而言，施力方式可采用直接建构在实体模型的点、线段、面积上，其相对应效果如同作用于节点、元素边及元素面。 当网格化完成后，原先作用在实体模型上的力，可自动转换至相对应的节点及元素上。 3、实体模型外力的命令和直接建立法外力的命令非常相似。,直接法建立外力 实体建模后，有些简易的外力，仍然采用直接建立法方式，即完成网格化后，直接施加外力至节点或元素上。 集中力施加 集中力是作用于一点的力，故较容易掌握，但必须注意施力点要建立一个节点，因为所有与实体模型有关的节点在网格化中，必定会成为一 个节点，所以只要知道施力点的号码、网格后再进行检查该点相对应节点号码便可直接施加外力。假设第7点为外力施加点完成网格后检查节点号码如下： KSEL,S,KP,7 !选择7点为有效点NSLK !选择有效点上的节点 NLIST !显示该节点资料 NPLOT !检查该节点,间接法外力建立 间接法的外力直接施加外力于实体模型上，若施加在点、线段及面积上，网格化后都会自动转换到有限元模型上，此转换手续会在/soLu处理器中下达SOLVE命令后自动进行.,D,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,Lab6,NODE:节点号码 Lab: 相对节点的每一个节点受自由度约束的形式 Lab=UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ (结构力学量) =TEMP( 热学量) VALUE:约束值的大小 NODE,NEND,NINC: 选取节点的范围,定义节点自由度约束(有限元模型上加约束),与D相对应，在点上定义约束条件 DK，KPOI，Lab，VALUE,VALUE2,KEXPND，Lab2，Lab3，Lab4，Lsb5,Lab6 该命令与D相对应，定义约束条件(Displaceme)在点上，KPOI为受限制点的号码，VALUE为受约束点的值。Lab-Lab6与D命令相同，可借着KEXPND去扩展定义在不同点间的节点所受的约束.,在线段上定义约束条件 DL，LINE，AREA，Lab，VALUEl，Value2 在线段(LINE)上定义约束条件(Displacement)， LINE，AREA为受约束线段及线段所属面积的号码，Lab与D命令相同但增加对称(Lab=SYMM)与反对称(Lab=ASYM)， Value1为受约束的值。,在面积上定义约束条件 DA,AREA，Lab，Value1，Value2 在面积上定义约束条件(DispIacement)，AREA为受约束面积的号码， Lab与D命令相同但增加对称(Lab=SYMM)与反对称(Lab=ASYM)，valuel为受约束的值。,DTRAN 将DX(XK，L，A)命令所定义的约束条件转换(TRANsfer)到有限元模块上，当下达SOLVE命令后，该命令为自动执行，使用者也可先转换(在SOLVE指令之前)并检查其结果。,定义集中力(有限元模型上加约束),F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,NODE:节点号码 Lab: 外力的形式 Lab=FX,FY,FZ,MX,XY,XZ (结构力学的力,力矩方向), =HEAT ( 热学的热流量) =AMP,CHRG(电学的电流,电荷) =FLUX VALUE:外力的大小 NODE,NEND,NINC: 选取节点的范围,与F相对应，在点上定义集中外力 FK,KPOI，Lab，VALUE，VALUE2 该命令与F相对应，在点(Keypoint)上定义集中外力(Force)，KPOI为受外力点的号码,VALUE为外力的值。Lab与F命令相向。,FTRAN 将FK命令所定义的外力(Force)转换到有限元模块上，当下达SOLVE命令后,该命令为自动执行，也可先转换(在solve指令之前)并检查其结果。,定义分布力,SFE,ELEM,LKEY,Lab,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4,ELEM:单元号码 LKEY:建立单元后,依节点顺序,平面单元四个边,该参数是边号 Lab=PRES(表面分布压力 ) CONV(热力学的对流) VAL1,VAL4:相对应作用于单元边及面上节点的值.,与SFE相对应，在面积线上定义分布力 SFL, LINE，Lab，VALI，VALJ，VAL2I，VAL2J 该命令与SFE相对应，在面积线(Line)上定义分布力(surface load)作用的方式和大小，应用于2-D的实体模型表面力。LINE为线段的号码，Lab的定义与SFE相同， VALI，VALJ为当初建立线段时点顺序的分布力值。,与SFE相对应，在体积的面积上定义分布力 SFA，AREA，LKEY,Lab，VALUE，VALUE2 该命令与SFE相对应，在体积的面积(Area)上定义分布力(surface load)作用的方式和大小，应用于3-D的实体模型表面力.AREA为面积的号码，LKEY为当初建立体积时面积的顺序，选择AREA与LKEY其中一个输入。Lab的定义与SFE相同，VALUE为分布力值。,SFTRAN 将SFL及SFA命令所定义的外力转换到有限元模块上，当下达SOLVE命令后，该命令为自动执行，也可先转换并检查其结果。,/PSF，Item，Comp，KEY, KSHELL 在图形窗口中绘制(plot)分布力(SurFaceload)状态。Item、Comp为外力的类别和方向KEY0为不显示,KEY=1以面型表示,KEYl= 2以箭头表示.,此外还有 DKLIST、DKDELE、DLLIST、DLDELE、 DALIST、DADELE、FKLIST、FKDELE, SFLLIST、SFLDELE、SFALIST、SFADELE 为显示及删除己定义约束条件、已定义外力、 己定义分布力，与其他对象的显示和删除相同,例子：加温度载荷 /UNITS, BIN /PREP7 ET, 1, PLANE55, , ,1 MP, KXX, 1, 50 K, 1, 0.5 K, 2, 1.5 K, 3, 1.5, 0.1 K, 4, 0.5, 0.1 A, 1, 2, 3, 4 LESIZE, 1, , , 5 LESIZE, 2, , , 1 LESIZE, 3, , , 5 LESIZE, 4, , , 1 AATT, 1, 1, 1, 0 AMESH, 1 FINISH /SOLU DK, 1, TEMP, 100 DK, 4, TEMP, 100 DK, 2, TEMP, 0 DK, 3, TEMP, 0 SOLVE FINISH /POST1,/PREP7 ET, 1, PLANE42 MP, EX, 1, 30E6 K, 1 $ K, 2, 15 K, 3, 15, 2 $ K, 4, 15, 5 K, 5, 15, 8 $ K, 6, 15, 10 K, 7, , 10 $ K, 8, 15, 5, 1 L, 1, 2 $ L, 2, 3 $ L,