机械零件有限元分析--3直接生成法(最基础的方法-矩形单元.ppt

第二讲、直接建立有限元模型,一、系统的界面和基本操作介绍,应用菜单和主菜单 工具条：常用工具栏、ansys工具条、视图（右侧）工具栏（改变视图、视角） 显示的设置：plot下的内容；plotctrls下的numbering和symbols的显示设置（按过程举例，显示点、线、面、体、节点、单元、号码、颜色等） 设置工作目录；改名、改标题；保存文件。,二、坐标系与工作平面,1、坐标系 坐标系的种类：笛卡尔CS0；柱坐标CS1（Z轴为高度尺寸）；球坐标CS2，此外还有Y、（X）轴为高度尺寸的柱面坐标。,激活的坐标系 缺省为总体笛卡尔坐标系 利用 CSYS 命令(或 Utility Menu WorkPlane Change Active CS to) 将其改变为 总体笛卡尔坐标系csys,0 总体柱坐标系csys,1 总体球坐标系csys,2 工作平面坐标系csys,4 或用户定义的局部坐标系csys, n,显示当前活动坐标系：在屏幕下方的状态提示栏：csys=*,总体坐标系 模型的总体参考系 可以是笛卡尔(系号0), 柱(1), 或球(2) 例如总体笛卡尔坐标系下的位置(0,10,0)等同于总体柱坐标系下的位置 (10,90,0),局部坐标系 在任意位置的用户定义的坐标系，标识号码为11或更大。位置可以是: 工作平面的原点CSWP 在指定的坐标处LOCAL 已有的关键点处CSKP 或节点CS 可以是笛卡尔、柱或球坐标系 可以沿X, Y, Z 轴旋转（通过关键点来指定）,创建： WorkplaneLocal Coordinate Systems-Creat Local CS-,可以定义任意数目的坐标系，但任何时候只能有一个是激活的 当坐标系是激活的时候，当定义几种几何体素时受到坐标系的影响： 关键点及节点的位置 线的曲率 面的曲率 生成和填充关键点和节点 等等,用空间点演示球面（三点连成的球面不过球心） 曲面连接时如果改坐标系则迁就前面的曲面,2、工作平面,工作平面 是一个可以移动的二维参考平面用于定位和确定体素的方向。 缺省，工作平面的原点与总体坐标系的原点重合，但可以将它移动或旋转到任意想要的位置 通过显示栅格，可以将工作平面作为绘图板,WX,WY,X2,X1,Y2,Y1,WP (X,Y),width,height,所有的工作平面控制在Utility Menu WorkPlane. 工作平面设置菜单控制以下: WP 显示 只显示栅格(default), 只显示三轴或都显示 捕捉 允许拾取工作平面上的位置，将光标捕捉的最近的栅格点 栅距 栅格线之间的距离 栅格尺寸 显示的工作平面有多大,利用Offset及Align菜单可以将工作平面移动到任意想要的位置。 Offset WP by Increments 利用推动按钮（连同滑块的增量）进行平移 或键入增量 或使用动态模式(类似于 pan-zoom-rotate).,旋转,Offset WP to 移动工作平面，保持它当前的方向到想要的位置，位置可以是： 已有的关键点。拾取多个关键点移动工作平面到它们的平均位置。 已有的节点 坐标位置 总体坐标原点 活动坐标系的原点,Align WP with 重新定位工作平面 例如, Align WP with Keypoints 提示你拾取三个关键点一个是原点，一个定义X轴另一个定义X-Y平面 将工作平面恢复到其缺省位置（在总体XY平面的原点）, 点击 Align WP with Global Cartesian.,显示坐标系：列表或图形显示结果时所用坐标系，指定为谁则按谁显示，方法： Workplane-ChangeDisplay CS to 可List查看关键点的坐标来验证：List-Keypoints-Coordinates Only,三、节点,用直接法建模时必须先生成单元的节点才能定义单元。,1、生成节点,PreprocessorModelingCreateNodes-In Active CS（注意：不填时默认值为0） 可以直接用命令N（在命令行窗口）来生成节点 如N，0，0，0-节点编号为系统默认值1、2、3、4、5递增；坐标为0，0，0；N，4，30，0，0-节点编号为4；坐标为30，0，0,PreprocessorModelingCreateNodes-On Working Plane在工作平面里定义节点 PreprocessorModelingCreateNodes-On Keypoint 在关键点处定义节点,2、节点的填充及复制,填充： PreprocessorModelingCreateNodes-Fill Between Nds用鼠标选要在其间插入节点的两个节点（填充可以不等距，由Spacing ratio定；可指定填充节点的起始号Starting Node No和增量Inc Between Filled Nodes） 复制： PreprocessorModelingCopyNodes-Copy（设置好复制的倍数；偏移量；节点号的增量；间距比率）,3、查看节点（列表查看和图形查看）,列表查看： 将当前显示坐标系下的节点资料显示于一个新窗口（改变显示坐标系的命令：DSYS，坐标系序号，或WorkPlaneChange Display Cs to）： ListNodes ListPicked Entities（Nodes） 图形查看： Plot-Nodes 显示节点编号PlotCtrlsNumbering设置相关选项,4、删除节点,PreprocessorModelingDelete-nodes(除鼠标选择外还可以在文本框中输入要删除的节点编号，逗号间隔)删除节点后定义在节点上的任何边界条件及任何耦合或约束也同时被删除。,四、单元,单元有100多种，每一种有固定编号，前面的名称如Solid、Link可判断单元的适用范围,1、丰富的单元库,点单元 质量单元MASS21 线单元 梁 单元用于模拟螺栓、管件、C-sections、角 钢或只需膜应力和弯曲应力的任何细长杆件 杆单元 用于模拟弹簧、螺栓、预应力螺栓及桁架 弹簧 单元用于模拟弹簧、螺栓、细长部件或通过 等效刚度替代复杂部件,壳单元 用于模拟薄板或曲面。 一般来讲，细的定义依赖于应用，主要方向的尺寸至 少为其厚度的10倍,二维实体单元: 用于模拟实体的横截面 必须在总体笛卡尔坐标系的XY平面内建模 所有载荷都在XY平面上，响应（位移）也在XY平面 单元的可以有下列特性: 平面应力 平面应变 轴对称,平面应力 假定在Z方向的应力为零 有效的组成为Z方向比X及Y方向的尺寸小得多 允许任意厚度(Z向) 用于诸如承受面内载荷的平板 或承受压力或离心载荷的薄盘,轴对称 假定三维结构及其载荷可由2维截面通过沿Y轴旋转360 得到 对称轴必须与总体Y轴重合 负的X 坐标不允许 Y 方向为轴向，X方向为径向，Z方向为周向（环向） 环向位移为零；环向应变和应力通常十分显著 用于压力容器、直管、轴等,结构分析常用单元类型: 实体 SOLID45 SOLID92 SOLID95 壳 SHELL63 SHELL181 梁 BEAM4 BEAM188 BEAM189 质量 MASS21 杆 LINK10 LINK11 管 PIPE16 PIPE17 PIPE18 PIPE20 PIPE59 PIPE60 表面效应 SURF153 SURF154 弹簧 COMBIN14,在帮助文件中查看各种单元,2、定义单元的类型,PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,3、定义实常数,实常数是指某些单元的几何特征，如梁单元的面积，壳单元的厚度（其序号应与单元的序号一致） PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete（Add）,4、定义材料特性,弹性模量、泊松比、剪切模数、密度、热膨胀系数等 PreprocessorMaterial PropsMaterial Models 选StructuralLinearElasticIsotropic表示各向同性的线弹性材料。,5、生成单元,可以通过节点定义单元，必须输入的节点数和节点的输入顺序由单元的类型决定，节点的输入顺序决定了单元的法向方向。生成单元时一定要确定单元类型属性指针、单元实常数、单元材料。 设置单元指针的方法： PreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes 生成单元的命令： PreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes,五、ANSYS有限元建模的直接法,下面用一个简单的例子介绍ANSYS有限元建模的最基础方法-直接生成法。 对材料特性为（弹性模量:21000MPa，泊松比为0.3）的中空板，形状和受力如下图所示，用直接生成法建立有限元模型，考察Y向位移情况和梁内应力分布情况。,300,中空板示意图,300,200,25N,50N,25N,50N,25N,25N,50N,25N,50N,25N,R50,直接生成法的基本步骤,先手工确定节点的位置、坐标。 然后输入到系统中建立节点。 根据节点建立单元。 其他内容与其他方法类同。,根据图形的对称性进行简化,手工确定节点的位置、坐标,手工创建节点,输入节点后,定义单元类型-,定义单元类型-,手工生成单元-,手工生成单元-,1,5,2,6,手工生