ANSYS空间问题分析方法.ppt

,ANSYS的坐标系与工作平面 坐标系的种类：1、总体坐标系，2、局部坐标系，3、工作平面，4、显示坐标系，5、节点坐标系，6、单元坐标系，7、结果坐标系,1、总体坐标系：是最基本的空间描述坐标系，是一个绝对的参考系。ANSYS软件提供4个总体坐标系：,2、局部坐标系: 局部坐标系有创建、删除、激活等操作。 坐标系类型：有直角坐标、柱坐标、球坐标和环坐标系。,局部坐标系有创建、删除、激活和移动等操作。,创建与删除局部坐标系菜单系统,坐标系类型：有直角坐标、柱坐标、球坐标和环坐标系。,图8.8 坐标系类型,3、工作平面： 在总体坐标系中可以任意移动和旋转的流动坐标系。 工作平面是一个无限平面，与其他总体坐标系一样，包括一个原点、二维坐标架（X轴和Y轴)和隐含z轴的坐标系。,工作平面在ANSYS实体建模中发挥着重要作用，是创建各种规则几何对象的基准坐标系，这些规则的几何对象包括圆线、弧线、圆面、矩形面、环面、扇区、长方体、圆柱体、空心圆柱体、部分空心圆柱体、多边形柱等。工作平面还可以作为布尔运算的切分面，作为镜面映射操作的对称平面等。,用户可以设置工作平面的显示风格，也能方便地移动和转动到各种位置和方向上，还能激活工作平面使其成为当前坐标系。,工作平面操作菜单系统,（1）工作平面的显示与隐藏,菜单路径：Utility MenuWork PlaneDisplay Working Plane,8,（2）设置工作平面的显示风格和捕捉功能,设置工作平面选择菜单路径： Utility MenuWorkPlaneWP Settings,9,9,（A） 直角坐标形式 （B） 极坐标形式 图8.13 直角坐标系和极坐标系工作平面栅格,（3）工作平面的平移与旋转变换 增量变换，选择菜单路径： Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments,4、激活坐标系（当前坐标系）,前面介绍了总体坐标系、局部坐标系和工作平面，都是ANSYS几何建模时使用的坐标系。究竟哪个坐标系是当前坐标系？如何将一个坐标系变为当前坐标系？,启动ANSYS，最初的默认激活坐标系总是总体直角坐标系（0号CS）。,对体划分网格的两种选择： 自由网格划分，完全生成四面体网格，这很容易实现，但在某些情况下并不令人满意。 映射网格划分，完全生成六面体网格，这一方法令人满意，但通常很难实现。 过渡单元 提供了第三种选择，它集“两家之长”，将四面体和六面体网格很好的结合起来，并保持网格的完整性。,这个选择是在六面体和四面体单元之间的过度区，生成金字塔形单元。 必须有六面体网格，（至少在交界面上有四边形网格）。 先生成四面体单元，然后通过组合重新组织过渡区的四面体单元形成金字塔形单元。 仅适用于既支持金字塔形又支持四面体形状的单元类型。 结构单元 SOLID95, 186, VISCO89 热单元 SOLID90 多物理场单元 SOLID62, 117, 122,即使在过渡区结果也会很好。向二次四面体过渡，单元表面都是协调的。,SOLID95,过渡网格对二次到二次和线性到二次的过渡都是有用的。,六面体网格,过渡层,四面体网格,二次到二次,线性到二次,包括四个步骤 1. 建立六面体网格。 从规则形状划分映射网格开始（或对交界面划分四边形网格）。 对于应力分析，既可采用8-节点块体单元，(SOLID45 或 SOLID185) ，又可用 20-节点块体单元 (SOLID95 或 SOLID186)。,2. 激活既支持金字塔形又支持四面体的单元类型。 这些块体单元通常可退化为金字塔形或四面体单元，请查看在线帮助的单元手册，看哪些单元类型有效。 例如: 结构单元 SOLID95, 186, VISCO89 热单元 SOLID90 多物理场单元 SOLID62, 117, 122,3. 生成四面体单元。 首先激活自由网格划分。 然后对要生成四面体单元的体划分网格。 在分界面上会自动生成金字塔形单元。,2019/5/20,21,轮子二维结构如图所示（尺寸单位为英寸），现要分析该轮仅承受绕其中心轴旋转角速度的作用下，轮的受力及其变形情况。,已知角速度：w=525rad/s, 材料属性： 弹性模量E30106psi 泊松比为0.3 密度为0.000731bf-2/in4,实例轮子分析,2019/5/20,22,思路分析： 这是一个空间问题的静力学分析，由于结构的复杂性，不能采用由2D网格拖拉生成3D网格的方式，宜采用自由网格和映射网格相结合的网格生成方式，根据该轮的对称性，在分析式只要分析其中的一部分即可。 1）先建立三维几何模型； 2）根据三维模型的特点，对三维模型进行分割，使其中一部分模型能够采用映射网格方式划分，其余部分则可以用自由网格划分。因此必须选用20节点六面体单元（Solid95)，它可以进行映射网格划分，同时也可以变成20节点的四面体网格进行自由网格划分。因此能够实现不同网格形状的连接。,3）对划分网格的连接处进行网格转换。即将20节点的四面体自由网格转换为10节点四面体网格，以减 六面体单元（Solid95)，它可以进行映射网格划分，同时也可以变成20节点的四面体网格进行自由网格划分。因此能够实现不同网格形状的连接。 4）对划分网格的连接处进行网格转换。即将20节点的四面体自由网格转换为10节点四面体网格，以减少解题规模。 5）施加对称约束和角加速度。 6）求解分析。 7）显示结果。,2019/5/20,24,GUI操作方式 （1）定义工作名”Wheel_Anal“和工作标题”The Stress calculating of Wheel by angular velocity” （2）定义单元类型和材料属性 选择Structural Solid类型的Brick 20node 95两种单元； 材料属性：在EX框输入30e6，PRXY框输入0.3，DENS框输入0.00073 （3）建立2D模型（如下页所示） Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimension 生成左边矩形面：X11.0,X21.5，Y10,Y2=5.0 生成右边矩形面：X13.25,X23.75，Y10.5,Y2=3.75 生成中间矩形面：X11.0,X23.75，Y11.75,Y2=2.5 面叠分布尔操作Overlap，Pick All,2019/5/20,25,线倒角，生成由倒角线围成的面 生成弧线的中心关键点（共两个）： X=3.5,Y=0.475 X=3.5,Y=3.505 生成圆弧线(如图所示） ArcBy End Kps&Rad R=0.35 生成由圆弧线围成的面（共两处） 面相加（Pick All） 线相加以减少线的数量（可不作）：L17L12L13；L22L10L20,2019/5/20,26,压缩编号操作，并重新显示线 保存结果数据：存为Wheel_Anal_2D （4）通过拖拉生成3D模型 生成轴线的关键点： (0,0)-(0,5) 2D拖拉成3D PreprocessorModelingOperateExtrudeAbout Axis 在Arc length in degree框中输入22.5度，输入NSEG1，即生成的实体由一块体积组成 关闭线号显示 改变视图方向：ISO 结果如下页所示。,2019/5/20,27,（5）生成一个圆柱孔 激活工作平面 旋转工作平面：WorkplaneOffset by increments，在”XY，YZ，ZX Angles”下面的输入栏中输入”0，90“,工作平面的”WZ”将指向上方； 生成一个圆柱体：CreateCylinderSolid Cylinder，出现一个对话框，输入WP X=2.375 WP Y=0，Radius0.45，Depth2.6(注：2.5) 体相减 得到的3D几何模型如图所示 另存盘为：Save as “Wheel_Anal_3D”,2019/5/20,28,（6）生成网格 平移工作平面到关键点9上。用工作平面切分体：OperateDivideVolu by WrkPlane，拾取“Pick All”。显示体 平移工作平面到关键点14上。用工作平面切分体：OperateDivideVolu by WrkPlane，拾取下部分体（编号为V4）。关闭工作平面 结果如上图所示,2019/5/20,29,设置单元尺寸：用Mesh Tool工具，单击Gloabal上的Set，输入Size0.25 采用映射网格生成单元：在MeshTool工具条下的“Shape”下选择”Hex”六面体网格类型和“Mapped”映射生成方式，单击Mesh，拾取V1，V2，V3，V5。生成的网格单元如下图所示。 采用自由网格划分单元：在MeshTool工具条上，选择Shape下的“Tet”四面体网格类型和“Free”自由网格生成方式，单击Mesh，拾取V6，则完成自由网格划分。,注：20节点六面体网格到10节点四面体网格之间的连接，必须在会合面上通过五面体（20节点的退化形式）过渡，即20节点六面体20节点五面体20节点四面体，退化是通过节点重合实现的。,转变的单元类型：MeshingModify MeshChange Tets， 出现一个对话框，在“Change from”后面的框中选择”95 to 92”。即20节点95退化四面体单元转换成10节点四面体单元。以降低求解规模。,2019/5/20,30,显示单元的过渡区域：通过建立选择集来局部观察，UtilitySelectEntities 弹出对话框，选择Elements和By Element name，输入Soli95，再显示单元UtilityplotElement，得到如图左上所示图形； 再选择全部实体UtilitySelectEverything, UtilitySelectEntities 弹出对话框，选择Elements和By Element name，输入Soli92，再显示单元UtilityplotElement，得到如图左下所示图形； 可以清楚看到，六面体单元到四面体单元通过连接边界面附近的五面体单元过渡而成。 保存单元网格数据： save as”Wheel_Anal_Mesh”,2019/5/20,31,（7）施加载荷并求解 1）在面上施加对称约束：由于图中截面（A1+A39+A7+A20+A40+A27）及其反面（A15A41A3A34A41）均不能沿面的法向移动，面也不能沿两个方向摆动，因此应对这两个面施加对称约束。 DisplacementSymmetry B.C.On Areas 在弹出的对话框中输入1,39,7,20,40,27，单击Apply，再输入15，21，3，34，41,单击OK,注：这两个截面上的约束实际上是斜约束，即与总体坐标系成角度，因此无法用诸如UX，UY等来表示，只能通过对称约束实现,2）在关键点1上施加UY0的约束，原因是防止计算误差导致轴向合力近似0，而这一较小的轴向力将造成Y向刚体位移。因此只要约束一个角点就足够了。,2019/5/20,32,3）施加旋转角速度： ApplyStructuralIntertiaAngular Veloc Global，在弹出的对话框OMEGY框中输入525 4）保存：Save As “Wheel_Anal_Load” 5)开始求解运算 SolutionSolveCurrent LS,2019/5/20,33,(8)浏览分析结果 浏览Von Mises应力：General postProcPlot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出对话框，在Item to be