Algor个人技巧总结.doc

73Error! No text of specified style in document.第2章 ALGOR前处理2.1 概 述易学易用是ALGOR的独到之处。ALGOR软件提供了非常方便的前处理工具，既提供了CAD建模模块，也提供了强大、广泛的CAD模型接口，使用户可以从CAD模型出发利用其强大智能的网格自动划分器划分网格，也可以从无到有地直接建立有限元模型，并可以导入导出其他有限元软件的有限元模型，而且还可以对有限元模型进行编辑操作，真正做到CAD与CAE系统的协同。本教程将不进行令人乏味的菜单罗列与介绍，而是在总体介绍的基础上通过大量的实例，在使用过程中熟悉ALGOR的操作方法和流程。2.2 ALGOR分析环境FEMPROFEMPRO是ALGOR的Windows风格的有限元分析集成环境，ALGOR的分析流程的各个环节前处理、求解、后处理，均需要在FEMPRO环境中进行。2.2.1 启动FEMPRO环境 在Windows 2000以上版本的Windows操作系统中安装ALGOR软件以后，可以按以下方法启动ALGOR FEMPRO。(1)单击“开始”“所有程序”ALGOR 20.00FEMPRO命令，首先将弹出Whats New信息框，提供相应版本的新功能信息，如图2.1所示。图2.1 Whats New信息框(2)单击Close按钮关闭该信息框，将出现“打开”对话框。l Open选项可以打开已有的模型，可以是ALGOR模型、CAD实体模型或者第三方有限元软件模型，如图2.2所示。l New选项可以新建一个任务，选择FEA Model选项可以在FEMPRO中从无到有直接建立有限元模型，如图2.3所示。另外，KinePak选项启动机构运动向导，PV/Designer选项为压力容器建模向导，CAD Modeler则启动CAD建模模块Alibre Design。l Getting Started选项提供了指向超文本教程、在线教程和ALGOR总部网站的 链接。l Recent Files选项用于快速打开最近使用过的模型。l 单击“取消”按钮则退出该对话框，选择FileOpen或者FileNew命令可重新打开此对话框。图2.2 启动FEMPRO，打开已有模型图2.3 启动FEMPRO，建立新模型2.2.2 FEMPRO环境的界面与操作1FEMPRO环境的界面FEMPRO界面如图2.4所示，包括以下部分。l A：标题栏。l B：菜单栏。l C：工具栏。l D：树形管理器。对分析方案、模型和求解参数进行查看和管理。l E：图形显示区。l F：坐标轴(只表示方向)。l G：状态栏。显示重要信息(如提示用户进行某项操作等)。图2.4 FEMPRO环境的界面ALGOR的Windows风格的环境提供了快捷按钮说明，将鼠标光标移至某个工具按钮之上停止12秒钟，就会自动弹出该按钮的快捷说明，帮助用户快速了解该按钮的 功能。2FEMPRO模型操作方法FEMPRO中模型可以通过鼠标、键盘或菜单进行操作，具体方法如下。(1)移动模型：Ctrl+鼠标中键，拖动鼠标。(2)旋转模型：鼠标中键，拖动鼠标。(3)缩放模型：滚动鼠标中键。(4)调整模型适应窗口：选择ViewEnclose命令。(5)预定义视图方向：选择ViewOrientation命令，或通过快捷键，如图2.5(a) 所示。(6)模型选择模式，如图2.5(b)所示，从左到右依次表示：点选、框选、多边形区域、圆形区域。(7)可选择对象，如图2.5(c)所示，从左到右依次表示：零件、面、边、线、构造对象、节点。选择SelectionInvert命令和SelectionSubentities命令提供了反选与子对象选择功能。(8)模型的显示方式可通过快捷按钮进行，如图2.5(d)所示，从左到右依次表示：显示CAD模型、消隐显示、显示特征线、含特征线消隐显示、显示网格线、消隐网格显示。 (a) 预定义视图方向 (b) 模型选择模式 (c) 选择对象 (d) 模型显示方式图2.5 FEMPRO模型操作方法2.2.3 FEMPRO环境的组成1FEMPRO的4个环境FEMPRO包括4个环境，用于完成分析中不同阶段的不同功能。(1)FEA Editor环境：导入CAD实体模型，进行网格控制并划分网格；导入或直接建立有限元模型，建立分析方案，施加载荷、约束，求解参数、进行求解等。(2)结果环境：进行后处理，观察、考察计算结果、数据处理。(3)报告环境：自动生成HTML计算报告，提供了报告向导。(4)Superdraw III环境：直接生成有限元模型，对模型进行修改、编辑。前3个环境直接通过FEMPRO界面左下角的按钮来切换，如图2.6(a)所示，Superdraw III环境可以通过FEMPRO的ToolsExport to Superdraw III进入，如图2.6(b)所示。 (a) 环境切换按钮 (b) FEMPRO与Superdraw III环境的切换图2.6 FEMPRO中环境的切换ALGOR的上述4个环境之间可以实现数据无缝切换，完成完整的分析。2Superdraw III环境简介Superdraw III环境是ALGOR早期版本的建模和分析环境，在Superdraw III环境中不建立CAD模型，而是通过直接建立有限元模型来完成分析，如图2.7所示。图2.7 Superdraw III环境Superdraw III可以完成如下工作。(1) 方便地生成线框、梁、板壳模型。(2) 修改、编辑有限元模型。(3) 脱离CAD模型直接生成有限元模型。(4) 在已有模型上添加有限单元。(5) 修改Part，Surface，Layer等号，这些信息与材料、单元、载荷、截面等相关。(6) 完成分析并考察结果。作为ALGOR早期的界面，Superdraw III的界面操作不符合Windows风格，因此，在现在的Windows风格的ALGOR环境中，Superdraw III的功能已经被全部移植到了Windows风格的FEMPRO FEA Editor环境中，用户可以在新的环境中完成Superdraw III的所有功能，并且利用新增功能完成更为复杂的建模和分析任务。与Superdraw III相比，FEA Editor完全将其取代，而且建模操作更为直观、方便、简单，符合Windows风格，易于掌握。对于新接触ALGOR的用户而言，显然已经不需要Superdraw III界面，但为了方便已经习惯Superdraw III界面的ALGOR老用户，Superdraw III界面仍然保留，可以通过FEMPRO的菜单ToolsExport to Superdraw III进入Superdraw III环境，在Superdraw III建立模型后，也可以通过Superdraw III的菜单 FileExport to FEMPRO将模型转入FEMPRO的FEA Editor环境中。鉴于Superdraw III环境已经不是现代ALGOR版本的首选界面，本教程将不对其进行详细讲解，所有的讲解和实例操作都将基于ALGOR 现代Windows风格的FEMPRO环境进行。如果需要了解Superdraw III环境，请进入Superdraw III界面并参阅其帮助系统的详细说明。2.3 CAD实体建模2.3.1 CAD实体建模方法ALGOR的CAD实体模型基于专业CAD软件建立，通过ALGOR强大而广泛的CAD模型接口实现无缝的模型导入。ALGOR与各种专业的CAD软件提供了直接的接口：Pro/ENGINEER，Solid Edge，SolidWorks，CAXA Solid，CATIA，Inventor，MDT，Alibre Design，IronCAD，CADKEY，Rhinoceros，KeyCreator，AutoCAD。另外，ALGOR还支持多种通用的模型格式：STEP，ACIS，IGES，DXF，STL，CDL。这样的接口功能保证了ALGOR可以和目前流行的所有CAD软件完成模型交换。2.3.2 Alibre Design简介 Alibre Design是ALGOR系列产品提供的CAD实体建模模块。Alibre Design本身是一个专业的CAD软件，可以建立基于特征的参数化CAD模型，如图2.8所示。Alibre Design可以通过在ALGOR启动界面中选择CAD Modeler来启动(如图2.3所示)，或者也可以在Windows中直接启动：“开始”“所有程序”Alibre Design Basic。图2.8 Alibre Design界面Alibre Design和ALGOR之间是嵌入式的接口(参阅2.3.3节)，如图2.9所示，用户在Alibre Design中建立CAD模型后可以直接从Alibre Design菜单中启动ALGOR利用当前的模型进行分析，当然，用户也可以将Alibre Design的模型保存为文件，在启动ALGOR后可以直接读入CAD模型进行分析。由于ALGOR和其他多数国内流行的CAD软件均提供了一体化嵌入式接口，其接口能力和ALGOR自身的实体建模模块Alibre Design是同级别的。因此，用户所熟悉的专业CAD软件均可以看作为ALGOR的实体建模模块。用户显然更习惯于应用自己已经熟悉的CAD软件来为ALGOR建模。因此，本书将不对Alibre Design进行专门讲解，有兴趣的读者可以参阅Alibre Design的帮助系统进行学习。图2.9 Alibre Design的嵌入式ALGOR接口2.3.3 ALGOR的插件式CAD (InCAD)接口技术 ALGOR为CAD软件提供了InCAD接口技术，即插件式接口，也就是说安装ALGOR软件和CAD软件后，CAD系统的菜单中会出现ALGOR选项，通过该菜单可以直接启动ALGOR软件并将CAD模型导入ALGOR进行分析，如图2.10所示。图2.10 ALGOR的插件式接口技术插件式接口技术直接采用CAD软件的内核转换模型到ALGOR环境，避免了通过中间文件或者不同内核的转换，从而保证了模型传输的成功率。另外，在CAD系统的ALGOR菜单中还会出现Feature Control选项(特征抑制)，可以抑制CAD模型的小特征，比如，小的倒角或开口，无须修改CAD模型，抑制的特征就不会在ALGOR的模型中出现，这为模型的简化提供了极大的方便，如图2.11所示。 (a) 特征抑制前 (b) 特征抑制后图2.11 ALGOR的插件式接口特征抑制工具(Feature Control)基于参数化建模的CAD模型可以灵活地修改模型，利用插件式接口技术就可以方便地进行各种模型方案的分析和对比。而且ALGOR和CAD模型可以参数相关，在CAD系统中修改模型后，可以自动更新ALGOR中的模型。可参阅2.6节关于插件式接口技术的实例练习。2.3.4 ALGOR导入CAD实体模型的方法 ALGOR可以通过两种方法导入在CAD系统中建立的三维实体模型。(1)通过插件式接口技术直接从CAD系统进入ALGOR，见2.3.3节。(2)在FEMPRO中打开CAD模型，如图2.12所示，步骤如下。选择FileOpen命令。选择CAD模型文件或CAD通用格式文件(如，step格式等)。单击“打开”按钮。 注意：只有在安装ALGOR之前安装了某种CAD软件，ALGOR中才可以选择相应CAD软件的模型格式(通用格式不受此限制)。菜单命令FileMerge可用于将多个CAD文件装配到同一个Algor模型中，CAD模型可以来自不同的CAD系统。图2.12 在FEMPRO中打开CAD模型2.4 网 格 划 分ALGOR可以通过如下几种方法生成有限元模型。l FEA Editor环境中对CAD实体模型自动划分网格(三维或板壳)。l FEA Editor环境中建立。l Superdraw III中直接建立。l PV/Designer专用压力容器建模模块。l PipePak管路系统专用建模。由于Superdraw III的功能以及被全部移植到了直观友好的FEA Editor环境中，所以本书将不进行Superdraw III的介绍，而是重点针对CAD实体网格划分和FEA Editor模型建立方法进行讲解。PV/Designer以及PipePak是ALGOR针对压力容器和管路系统的专用建模分析模块，参阅本书第9章和第10章的内容。本节将介绍ALGOR的CAD实体模型网格划分技术，在2.5节中我们将介绍直接构建有限元网格的功能。2.4.1 ALGOR网格划分的一般步骤对于体型复杂的几何实体，在有限元软件中直接建立模型会相当困难，而借助于商业CAD软件的强大三维造型功能则可以完成极其复杂的建模任务，我们已经知道，ALGOR提供了强大的CAD接口，为用户在CAD模型的基础上进行有限元计算提供了方便，而在CAD模型基础上的网格功能则是能否保证有限元计算效率和精度的一个关键因素。ALGOR提供了独特、智能、强大的六面体主导网格划分功能，对于任意复杂的CAD几何实体均可以生成以六面体为主的网格，而众所周知，六面体网格是有限元计算中效率最高、精度最好的网格形式。ALGOR的这种网格技术得益于其内在的网格划分流程，即首先在外表面生成规则的四边形表面网格，然后向内部扩展生成六面体网格，六面体网格无法填充的空隙则用过渡单元填充，这种方法保证了六面体主导网格的实现，而且保证了表面附近的网格质量最好。由于应力最大的区域通常位于结构的表面，高质量的表面网格可以保证应力分析的 精度。ALGOR的网格划分功能在其FEA Editor环境中完成。FEA Editor环境可以导入三维实体模型或者面模型，三维实体模型可以自动生成三维实体网格，而面模型可以自动划分板壳有限元模型。如果导入的面模型位于YZ平面内，则可以生成二维有限元模型。ALGOR提供了智能的网格控制参数，用户也可以自定义参数对网格进行控制。ALGOR进行网格划分的一般步骤如下。(1)在FEA Editor环境中打开CAD模型。(2)启动Model Mesh Settings设置框进行网格参数设置并划分网格。l 在Mesh Type选项中选择网格类型。u Solid选项生成实体网格。u Midplane选项对薄壁模型进行中面提取生成面网格。u Plate/shell选项对面模型生成面网格。l 单击Options按钮可以进行更详细的设置，2.4.2节将会介绍。l 单击Mesh model按钮划分网格。(3)如果网格可以接受，则进入后续步骤。(4)如果网格不能接受，则修改控制参数或进行网格细化、增强，见2.4.2节。关于Model Mesh Settings设置将在2.4.2节进行详述。2.4.2Model Mesh Settings设置详述 导入CAD模型后，选择MeshModel Mesh Settings或者单击相应按钮，启动Model Mesh Settings设置框。1Model Mesh Setting启动界面(见图2.13)(1)Mesh Type选项：选择网格类型。l Solid：实体网格(六面体、四面体、混合网格)。l Midplane：对薄壁实体模型提取中面并生成板壳单元。l Plate/Shell：对面模型划分面网格，生成板壳或二维(YZ平面内的面)网格。(2)Mesh size：通过滑条控制网格梳密、尺寸。(3)Mesh model：划分网格。(4)Defaults：单击此按钮将设置回归系统默认设置或者将当前设置定义为系统默认设置。(5)Options：单击此按钮将进行详细设置。下面将详细介绍Options中的设置(注：以下的设置界面是单击Options按钮之后在左边选择某个选项如xx，再从右边切换到某个选项卡如yy，简记为Optionsxxyy设置界面)。 (a) 初始界面 (b) Defaults选项图2.13 Model Mesh Settings启动界面2OptionsSurfaceGeneral设置界面(见图2.14)(1)Mesh size：选择网格尺寸。l Type下拉列表框中Percent of automatic选项表示程序基于模型尺寸自动计算默认单元尺寸，Size表示单元尺寸采用默认尺寸的百分比。l Type下拉列表框中Absolute mesh size选项表示网格的绝对尺寸，Size为单元的绝对尺寸。图2.14 OptionsSurfaceGeneral设置界面(2)Retries：网格重试设置。l Number of retries：如果没有得到有效的表面网格，程序将减小网格尺寸重新划分，最大重试次数在这里设置。l Retry reduction factor：每次重试时网格尺寸减小的系数。(3)Generate 2nd order elements：二阶网格选项。如果选中此选项，则定义二次单元(含中节点)的时候，外表面的边中节点将被精确布置到CAD表面，单元边线可以是曲线，可以更准确地模拟曲面。而如果不选中此项，则边中节点只能位于角点的正中央。关于如何定义中节点参见3.2.5节关于块体单元的说明。3OptionsSurfaceOptions设置界面(见图2.15)图2.15 OptionsSurfaceOptions设置界面(1)Feature curve splitting angle：控制曲线分割数。(2)Edge curve refinement：曲线细化。l None：不进行曲线细化。l Curvature of edge curve：曲边的平均分割角度。l Minimum adjacent surface curvature：曲边的分割角度不小于该值。l Maximum adjacent surface curvature：曲边的分割角度不大于该值。(3)Splitting quadrangles into triangles，将四边形单元分割成三角形。l Fold angle is greater than：如果四边形单元的翘曲角大于该值，则分割为三 角形。l Node angle is greater than：如果四边形单元的内角大于该值，则分割为三角形。4OptionsSolidGeneral设置界面(见图2.16)此界面的选项设置网格类型。(1)Bricks and tetrahedral：生成六面体主导的网格，在必要的时候会有三棱柱、金字塔、四面体单元作为过渡。(2)All tetrahedra：全部为四面体，不推荐，需要选用的时候应该定义中节点。(3)All bricks：全部为六面体单元，不推荐。仅用于只接受六面体单元的求解器，会生成大量的单元。(4)Tetrahedra and wedges(boundary layer)：在模型外表面生成楔形层状网格，内部为四面体。用于流体分析中需要精确模拟边界层流速梯度的情况。(5)Bricks and wedges(Layered mesh of thin parts)：生成薄壁结构的层状网格，可以指定厚度方向的网格数量，生成更规则的实体网格。图2.16 OptionsSolidGeneral设置界面(6)Gasket：只有对单个Part设定时(选中Part并右击在弹出的快捷菜单中选择CAD Mesh OptionsPart命令)才有效。该选项在厚度方向生成一层单元，用于定义垫片单元。参阅第12章。5OptionsSolidQuality设置界面(见图2.17)图2.17 OptionsSolidQuality设置界面(1)Maximum aspect ratio：单元长宽比l Automatic enforcement：自动控制，可以用滑条控制相对值，越小精度越高。l Upper limit：单元长宽比不能超过此值。l None：单元长宽比不受限制。(2)Include maximum warp angle constraint：所有实体单元的内部面翘曲角小于 此值。(3)Include maximum volume-to-length ratio：所有实体单元体积立方根与最大边长之比小于此值。6OptionsSolidOptions设置界面(见图2.18)图2.18 OptionsSolidOptions设置界面(1)Allow microholes：允许程序在模型内部产生小的空洞以改善单元形态，在模型比较复杂时，采用此选项可以加速网格划分，改善单元质量。空洞很小并且被控制在远离表面的区域，通常对精度影响很小，在ALGOR帮助系统中提供了一篇文章对此进行了论述，本书不对此详细介绍，有兴趣的读者请参阅ALGOR Users GuideMeshing OverviewMeshing CAD Solid ModelsModel Mesh SettingsSolidThe Effects of Microholes within a Solid Mesh。(2)Use thin cross-section scheme：对于薄壁结构，使面网格尽量一致以改善单元质量。(3)Dont change surface mesh of layer number：本选项在选中Use thin cross-section scheme复选框时可用，指定该Layer对应的面网格不变，Layer号来自于CAD系统，或者用户可以自定义(修改线属性)。7OptionsSolidTetrahedra设置界面(见图2.19)本选项卡在实体网格类型选择为All Bricks或Bricks and wedges(Layered mesh of thin parts)时不可以应用。图2.19 OptionsSolidTetrahedra设置界面(1)Tetrahedra meshing options：四面体单元选项。l Target edge length based on：网格边长控制方法。u Fraction of mesh size：表面网格尺寸乘以Target edge length文本框中输入的因子。u Absolute length dimension：Target edge length中输入尺寸的绝对值。l Transition rate：相邻单元边长比值，必须大于1，越大网格形态越差。l Quality：同一单元边长之比的上限，用来控制单元质量。(2)Boundary layer options：边界层网格选项，此选项只有实体网格类型为Bricks and wedges(Layered mesh of thin parts)时可用。l Extrusion distance based on：控制边界层的厚度。u Fraction of mesh size：表面网格尺寸乘以Total Extrusion Distance文本框中的因子。u Absolute length dimension：Total Extrusion Distance文本框中输入厚度的绝 对值。u Percentage average local size：边界层区域的局部网格平均尺寸乘以Total Extrusion Distance文本框中输入的因子。l Growth rate：相邻边界单元边长比值，必须大于1。l Layers：边界层中的单元层数。8OptionsSolidAdvanced设置界面(见图2.20)(1)Provide detailed status information：被选中的话，详细的网格划分信息将被输出到一个日志文件中，分网失败时有助于检查问题。图2.20 OptionsSolidAdvanced设置界面(2)Connectivity void check。l Fix errors and continue solid meshing：如果表面网格有错，程序将试图修复并继续生成实体网格。l Do not fix errors：如果表面网格有错，程序将不建立实体网格，除非网格被 修复。(3)Disable self-intersection check：建立实体网格时不进行表面网格自相交检查，应该在已经建立了初始实体网格时才可以选中。(4)Attempt completion with errors：即使表面网格有错，仍然生成实体网格，这种情况下应该注意检查实体网格的有效性。9OptionsMidplaneGeneral设置界面(见图2.21)此选项只有在Mesh type被选为Midplane时才会出现。(1)Thickness control：中面提取的厚度控制参数。l User-specified maximum thickness：用户指定最大厚度。厚度超过该值的部分不进行中面提取，默认情况下，程序沿零件的最小厚度提取中面。l Maximum allowed thickness variation：最大允许厚度差。程序只对最大厚度与最小厚度之差小于该值的部分提取中面。(2)Use junction method：对于具有复杂连接关系的薄壁结构和采用该选项，该选项采用一种新的算法，可以更精确地对相互连接的薄板提取中面，避免连接部位出现网格断开的现象。图2.21 OptionsMidplaneGeneral设置界面10OptionsModelGeneral设置界面(见图2.22)图2.22 OptionsModelGeneral设置界面(1)Default meshing options：默认的网格选项l Automatically refine surface mesh：如果指定，则程序在生成表面网格后，将自动设置细化点并重新细化。l Perform solid meshing at time of analysis：如果指定，实体单元将在求解时生成，这意味着划分网格阶段只生成表面网格，对大模型可以提高分网效率。(2)Part matching：此选项只有对装配体会出现，设置网格装配关系。l On-surface tolerance based on：u Fraction of mesh size：如果两个面之间节点距离小于单元边长乘以Tolerance value，则程序认为共面，会强制网格匹配。u Absolute length dimension：如果两个面之间节点距离小于Tolerance value，则程序认为共面，会强制网格匹配。2.4.3 网格细化与增强有限元分析中为了提高某些关键部位的计算精度，经常需要对局部的网格进行调整，ALGOR提供了两种方便的网格调整技术：网格细化和表面增强。1网格细化FEA Editor模型环境中的如下菜单命令用于设置细化点：MeshRefinement Points。可以通过如下几个方式设置细化点。(1)Specify：直接指定细化点，见图2.23。在弹出的对话框中需要逐一添加细化点 数据。l ID：细化点编号，程序自动指定。l X，Y，Z：细化点坐标。l Radius：细化半径，在细化点为中心由该半径确定的球形区域内细化网格。l Mode：细化模式，有Size(网格尺寸)和Divide(细分数)两个选项。l Mesh Size：当Mode选为Size时，此处输入细化网格尺寸。l Divide factor：当Mode选为Divide时，在此处输入细化因子(细分数)。图2.23 指定细化点(2)Automatic：自动指定细化点，见图2.24。通过滑条控制细化级别，单击Generate按钮后，程序自动分析结构的几何特征，创建细化点，并自动设置细化点和参数。图2.24 自动生成细化点(3)选择节点(一个或多个)直接指定为细化点。选择节点后右击，在弹出的快捷菜单中选择AddRefinement Points命令，然后输入细化参数，如图2.25所示。参数含义与 图2.23相同。设置细化点后执行MeshGenerate mesh命令重新划分网格，则本软件程序会自动对细化点附近的网格进行细化。图2.25 指定节点为细化点2表面增强有限元模型中表面的网格质量是最关键的，因为表面通常是应力最大的区域。对于ALGOR来说，表面网格尤其关键，因为ALGOR基于表面网格向内部扩展生成三维实体网格，高质量的表面网格不仅能够保证计算精度，而且可以保证ALGOR生成质量更好的六面体主导网格。表面增强功能可以对ALGOR的表面网格进一步调整和细化，得到更加规则和均匀的表面网格。表面增强与直接的Generate Mesh生成的表面网格的主要区别如下。(1)表面增强对网格的控制更严，在Generate Mesh的已有网格基础上进一步调整。(2)即使尺寸设置完全一样，表面增强后也会生成形态更好、更合理的网格。表面增强通过如下菜单命令进行：MeshSurface Mesh Enhancer，弹出Surface Mesh Enhancer对话框，如图2.26所示。其中各项设置说明如下。(1)Mesh Size：控制网格尺寸，滑条中部代表默认的网格尺寸，可以指定网格绝对尺寸或者相对于默认尺寸百分比。(2)Part：输入增强零件号，控制增强零件。(3)Mesh：单击此按钮开始增强。(4)Options：提供了更多的高级选项，和Model Mesh Settings对话框中的设置有类似之处，通常并不需要设置，程序提供了默认参数。有兴趣的读者可以参阅帮助系统的说明：ALGOR Users GuideMeshing Overview Surface Mesh Enhance。(5)Done：表面增强结束后单击Done才能显示新的网格。(6)Undo：增强后的网格可以通过Undo按钮恢复增强之前的网格。表面增强过程将对Part中指定的整个零件表面网格进行增强，并且会考虑已经指定的细化点。图2.26 表面增强请参阅2.7节和2.8节练习ALGOR网格划分技术。2.5 网 格 构 建ALGOR除了本节所述的基于CAD模型的自动网格划分功能以外，还可以在FEMPRO的FEA Editor环境中直接进行有限元模型的构建和编辑。对于形状比较规则的模型，利用直接建模功能可以脱离CAD模型直接建立有限元模型，模型可以包括ALGOR提供的各种单元类型，直接建模可以生成比自动划分网格形状更为规则的有限元网格。对于形状复杂的实体，通常直接建模有困难，需要借助于CAD软件建立模型，通过ALGOR强大的CAD接口导入FEMPRO划分有限元网格。在ALGOR FEMPRO环境中可以对实体网格进行修改或者编辑，比如，在自动网格基础上添加直接建立的有限元对象。因此，用户可以灵活地组合运用ALGOR的自动网格功能和直接建模功能建立有效而复杂的有限元模型。2.5.1 Part(零件)、Surface(面)和Layer(层)ALGOR直接建模时需要指定所建对象的Part(零件)、Surface(面)、Layer(层)，其意义如下。1. Part(零件)和CAD模型的Part具有同样的意义，有限元模型的任何部分(以单元线为对象)可以定义不同的Part号，但同一Part中的单元线必须能够组成封闭的完整单元，因此不同Part之间的连接面应该具有重叠的界面。Part号与单元类型、材料号、单元定义密切相关，一个Part中的网格只能具有相同的单元类型、材料参数和单元定义，换句话说，具有不同单元类型、材料参数或者单元定义的模型区域必须位于不同的Part中。与线性分析中的梁单元稍有不同，同一Part中的梁单元可以通过指定不同的Layer号而定义不同的梁截面。但为了避免混淆，建议用户仍然通过Part号区别梁截面。Part还与某些载荷有关，比如选中某个Part可以直接定义Part的温度载荷、初始速度。指定位移等。2. Surface(面)和CAD模型的Surface具有同样的意义，有限元模型的任何部分(以单元线为对象)可以定义不同的Surface号。Surface号与载荷、约束、边界条件有关，对Surface可以直接定义面约束、面载荷(压力、分布力等)、接触关系等。因此，指定Surface号可以使载荷、边界条件地施加更为方便。3. Layer(层)有限元模型的任何部分(以单元线为对象)均可以定义不同的Layer号。Layer号主要用途是方便选择，在FEA Editor环境下选择ViewOptionsLayer Control命令可以查看模型中定义的Layer并对具有不同Layer号的对象进行过滤。另外，在线性分析中可以基于Layer定义梁截面，同一Part中具有不同Layer号的梁单元可以定义不同的梁截面。由于通过Part号和Surface号同样可以很方便的选择对象，而不同Part的梁单元可以定义不同的梁截面，因此在ALGOR中很少要求指定不同的Layer号的情况，建议用户建立模型时仅仅根据需要修改Part号和Surface号，而保持Layer号始终为1。2.5.2 建立空模型从无到有直接建立有限元模型需要首先建立一个空模型，在FEMPRO环境中可以按以下方法建立空模型。(1)选择FileNew命令，打开如图2.27所示的界面。(2)选择左侧的New，并在Choose analysis type下拉列表框中选择分析类型，单击New按钮，然后指定模型名称和路径，单击“保存”按钮即可。此时的模型没有包含任何的有限元信息，需要直接建立。如果是对CAD模型自动划分的网格进行编辑或修改，则不需要以上步骤。FEMPRO的直接建模方法有两种：直接建立网格和基于草图建立网格。图2.27 建立空模型2.5.3 直接建立网格在FEMPRO中可以直接建立线网格、面网格或者体网格。1建立线网格线网格用于定义线单元，如杆、梁、弹簧，也可用于进一步生成面网格或者体网格。FEMPRO中可以直接建立直线、四边形、圆弧(通过三点，或者圆心和端 点)、圆(通过圆心和一点，或者直径两端点)、样条曲线。单击相应的工具按钮后会弹出输入对话框，在所有类型的线生成对话框中都要保证Use as Construction选项为“不选”状态，才能直接生成线网格。以生成样条曲线网格为例，单击Create Spline Curve按钮，则弹出如图2.28(a)所示的对话框。l Use as Construction：取消该选项以生成网格线而不是草图线。l Attributes：输入线的Part、Surface、Layer号。l Minimum Segments：输入曲线的分割数。l Maximum Length：曲线的最大分割长度。l Interpolate：选中则样条曲线通过所有指定点。l Close：如果选中则保持曲线的封闭状态(第一点和最后一点重合)。l X,Y,Z：点的坐标，按Enter键完成一点的输入，可以依次输入多个点，也可以用鼠标点选已有点或者构造点。FEMPRO环境左下角状态栏会提示每个步骤应该采取的操作或输入参数，因此应该时刻留意状态栏的提示信息，如图2.28(b)所示，这会使得操作变得非常简单。(a) 参数输入界面(b) FEMPRO环境左下角状态栏提示信息图2.28 样条曲线网格2建立面网格面网格可以用于定义面单元，如板壳、二维平面模型(YZ平面内)，也可用于进一步建立体网格。FEMPRO中可以直接建立三角形区域或者四边形区域的面网格，以四边形区域为例，单击4 Point Rectangular Mesh按钮，弹出如图2.29所示的对话框。l Attributes：输入Part、Surface、Layer号。l Divisions：输入边的分割数。点输入以后，ALGOR会用字母A,B,C,D表示各角点，分割数为相应角点间的单元数。l X,Y,Z：输入点的坐标，按Enter键完成一点的输入，也可以用鼠标点选已有点或者构造点，需要依次输入4个点，然后单击Apply按钮。 面网格也可以由线网格通过拖拉、旋转、缩放等操作建立，参见本章练习题。图2.29 四边形区域面网格3建立体网格体网格可以用于定义体单元，如三维块体模型。FEMPRO中可以直接建立六面体区域的体网格，其方法和四边形区域面网格类似，单击8 Point 3-D Mesh按钮，弹出如图2.30所示的对话框。l Attributes：输入Part、Surface、Layer号。l Divisions：输入边的分割数。点输入以后，ALGOR会用A,B,C,D,A,B,C,D表示各角点，分割数为相应角点间的单元数。l X,Y,Z：输入点的坐标，按Enter键完成一点的输入，也可以用鼠标点选已有点或者构造点，需要依次输入8个角点，然后单击Apply。8个角点的输入次序需要注意，后4个角点应该和前4个角点一一对应，且输入次序一致。体网格也可以由面网格通过拖拉、旋转、缩放等操作建立，参见本章练习题。图2.30 六面体区域体网格4网格操作工具通过任何方法建立的网格均可以通过网格操作工具来进行编辑，如布尔运算、倒角、移动、镜像、复制、修改属性等，我们会在今后各章的例子中逐步熟悉这些操作。ALGOR直接建立的网格可以为对象关联的操作，也就是说后续的操作与前面的操作参数关联，这种基于对象的技术在进行网格修改的时候非常方便。参见2.11节例题。2.5.4 基于草图建立网格草图对象不是有限元对象，不参与有限元计算。其作用是作为参考对象，方便有限元模型的建立，草图可以是点或者线，是用于标识有限元区域的基准点或者轮廓线。FEMPRO中基于草图可以方便地建立有限元网格。这又包括两种途径，基于草图直接建立和草图区域自动划分网格。1建立草图的基本步骤草图通过草图绘制工具来建立，如图2.31所示。本小节24部分将对草图绘制工具进行说明。图2.31 草图绘制工具利用草图绘制工具可以直接在三维空间开始建立草图，也可以先指定草图平面，在平面内建立草图，指定草图平面的步骤如下。(1)草图平面可以是已有的坐标平面，如图2.32(a)所示。也可以如下新建草图平面：树形管理器中右击Planes，在弹出的快捷菜单中选择New Plane命令，弹出如图2.32(b)所示的对话框，然后通过3种方法建立新平面：坐标平面偏置(Offset)、输入平面方程、三点确定平面。(2)选择草图平面并右击，在弹出的快捷菜单中选择Sketch命令，如图2.33(a)所示，将进入草图绘制环境。 (a) 坐标平面 (b) 新建平面图2.32 草图平面(3)在草图绘制环境中利用如图2.31所示的草图绘制工具建立草图，完成草图后选择草图平面并右击，在弹出的快捷菜单中取消Sketch命令的选取状态，退出草图，如 图2.33(b)所示。 (a) 开始草图 (b) 结束草图图2.33 草图平面建立草图2草图绘制工具利用草图绘制工具，可以完成点、线、圆、多边形、曲线等的绘制，并且可以完成复制、旋转、切割以及各种草图线条之间的布尔运算。1)建立构造点构造点是空间的点，可以作为建立线、面、体网格的参考点。另外，对于CAD实体模型划分网格的情况，位于CAD模型表面的构造点将成为种子点，在划分网格的时候会保证该部位生成一个节点，这个功能在特定部位要求必须存在节点的情况下非常有用。单击按钮之后，弹出如图2.34所示的对话框，输入构造点坐标，按Enter键即可。如果选中Use Relative，则输入值为相对前一点的坐标。图2.34 建立构造点2)建立草图线构造线是空间的线，可以作为建立线、面、体网格的参考线。构造线的建立命令按钮与2.4.3节中建立线网格的命令按钮类似，可以直接建立如下形式的空间构造线：直线、圆弧公切线、四边形、圆弧(通过三点，圆心和端点，中心角和端点，半径和端点)、圆(通过圆心和一点，或者直径两端点)、样条曲线。和建立线网格的不同之处是：在相应的对话框中都要保证Use as Construction选项为选中状态，这样生成的线才是草图线。以生成样条曲线网格为例，单击Create Spline Curve按钮，则弹出 如图2.35所示的对话框。l Use a