Ansys第3例复杂形状实体的创建实例

第3例复杂形状实体的创建实例螺栓本例提示在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂、最难以掌握的一个过程。因此，读者必须熟练掌握实体模型的创建。本例使用ANSYS软件提供的各种建模工具，对复杂形状实体的创建进行练习。3.1螺栓的视图查螺纹标准，M16的螺距P=2mm，图3-1所示为螺栓视图。图3-1 螺栓视图3.2创建步骤3.2.1激活全局圓柱坐标系拾取菜单Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical。3.2.2创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsln Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“1”，在”X，Y，Z“文本框中分别输入“0.008, 0，-0.002”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“2”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.008, 90，-0.0015”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“3”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.008, 180，-0.001”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“4，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.008，270，-0.0005”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“5”，在“x，Y，Z”文本框中分别输入“0.008，0，0”，单击“OK”按钮。图3-2 创建关键点对话框3.2.3改变视点拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate，在所弹出的如图3-3所示的对话框中，单击“Iso”按钮，或者单击图形窗口右侧显示控制工具条上的“OK”按钮。3.2.4创建螺旋线拾取菜单Main MenuPreprocessor ModelingCreateLinesLinesIn Active Coord，弹出拾取窗口，分别在关键点1和2, 2和3、3和4、4和5之间创建螺旋线，单击“OK”按钮。图3-3 平移、缩放、旋转对话框3.2.5复制螺旋线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCopyLines,弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮，弹出如图3-4所示的对话框，在“ITIME”文本框中输入“7”，在“DZ”文本框中输入“0.002”，单击OK”按钮。图3-4 “复制线”对话框3.2.4节创建了一个螺距的螺旋线，通过复制，又得到6个螺距总长度为12mm的螺旋线。3.2.6合并关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorNumbering CtrlsMerge Items，在所弹出的对话框中，选择“Label”为“Keypoints”，单击“OK”按钮。对线作布尔加运算时，相邻线必须有公共关键点。合并关键点，为布尔加运算做准备。3.2.7作布尔加运算拾取菜单MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansAdd Lines，弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮。单击“Add Lines”对话框中的“OK”按钮，对所有螺旋线求和，得到一条新的螺旋线。3.2.8创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“80”，在“X,Y,Z”文本框中分别输入“0.008+0.0015/4, 90, 0.012+0.002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“81”，在“X,YZ”文本框中分别输入“0.008+2 x00015/4, 180, 0.012+2 x0002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“82”，在“X,Y,Z”文本框中分别输入“0.008+3 x0015/4, 270, 0.012+3 x0.002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“83”，在“X,Y,Z”文本框中分别输入“0.008+4x0.0015/4,0，0.012+4x0.002/4”，单击“OK”按钮。3.2.9创建螺纹收尾曲线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesIn Active Coord，弹出拾取窗口，分别在关键点35和80, 80和81, 81和82, 82和83之间创建螺纹收尾曲线，单击“OK”按钮。3.2.10激活全局直角坐标系拾取菜单 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian。3.2.11创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreated KeypointsIn Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“90”，在“x，Y，Z”文本框中分别输入“0.008，0，-0.00025”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“91”，在“X，Y, Z”文本框中分别输入“0.006918,0，0.002”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“92”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.006918，0，0”，单击“OK”按钮。3.2.12显示关键点号、线号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，弹出如图3-5所示的对话框，将关键点号和线号打开，单击“OK”按钮。图3-5 图号控制对话框3.2.13显示关键点和线拾取菜单Utility MenuPlotMulti_Plots。3.2.14创建直线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line,弹出拾取窗口，分别在关键点1和90、91和92之间创建直线，单击 “OK”按钮。3.2.15创建直线分别过关键点1、90作直线，所作直线与直线7夹角为60。拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesAt angle to line，弹出拾取窗口，拾取直线7，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取关键点90，单击“OK”按钮，弹出如图3-6所示的对话框，在“LANG”文本框中输入“60”，单击“OK”按钮。于是过关键点90做出了一条与直线7夹角为60的直线，用同样的方法过关键点1作与直线7夹角为120的直线。提示：如果在图形窗口中不能分辨出所需要的关键点，可以用“Pan Zoom Rotate”对话框进行视图放大、缩小。图3-6 角度对话框3.2.16创建面创建由直线6、9、10、11所围成的等腰梯形面。拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines，弹出拾取窗口，依次拾取直线6、9、10、11，单击“OK”按钮。3.2.17由面挤出体拾取菜单 Main MenuPreprocessorModeling Operate ExtrudeAreas Along lines，弹出拾取窗口，拾取等腰梯形面，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，依次拾取螺旋线、螺纹收尾曲线，单击“OK”按钮。于是，得到了一组与螺纹沟槽相对应的体。提示：挤出时，需花费较长的运算时间。3.2.18打开面号、体号，关闭关键点号、线号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，将关键点号和线号关闭，将面号、体号打开，使图形窗口整洁。3.2.19创建圓柱体拾取菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Create VolumesCylinder By Dimension，弹出如图3-7所示的对话框，在“RAD1”文本框中输入0.0079，在“Z2”文本框中输入“0.04”，单击“OK”按钮。图3-7 创建圆柱体对话框3.2.20作布尔减运算，形成螺纹沟槽拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，弹出拾取窗口，拾取圆柱体，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取与螺纹沟槽相对应的体，单击“OK”按钮。提示：减运算时，可能花费较长的运算时间3.2.21重画图形拾取菜单Utility MenuPlotReplot。3.2.22创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“93”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.0065，0，0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“94”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.0095,0，0.003 ”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“95”， 在“x，Y，Z”文本框并分别输入“0，0，0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“96”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0，0，0.03”，单击“OK”按钮。3.2.23创建直线拾取菜单Main processorModelingCreateLinesLinesStraight Line,弹出拾取窗口，在关键点93和94之间创建直线，单击“OK”按钮。提示：在图形窗口中拾取关键点93和94较困难时，可以在拾取窗口的文本框中输入关键点号后回车，下同。3.2.24由线挤出面拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeLinesAbout Axis，弹出拾取窗口，拾取在关键点93和94之间创建的直线，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取关键点95和96，单击“OK”按钮；弹出“Sweep Lines About Axis”对话框，单击“OK”按钮。3.2.25用面划分体，在螺纹端部形成倒角拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolume by Area，弹出拾取窗口，拾取带螺纹的圆柱体，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取由线挤出形成的4个面，单击“OK”按钮。3.2.26删除体拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingDeleteVolumes and Below，弹出拾取窗口，拾取倒角被切去的体，单击“OK”按钮。3.2.27创建棱柱体拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesPrismBy Circumscr Rad，弹出如图3-8所示的对话框，在“Z1，Z2”文本框中分别输入“0.04，0.05”，在“NSIDES”文本框中输入“6”，在“MAJRAD”文本框中输入“0.0131”，单击“OK”按钮。图3-8 创建棱柱体对话框3.2.28创建圓锥体拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesConeBy Dimension,弹出如图3-9所示的对话框，在“RBOT”文本框中输入“0.03477”，在“RTOP”文本框中分别输入“0.00549”，在“Z1，Z2”文本框中分别输入“0.03，0.055”，单击“OK”按钮。图3-9 创建圆锥体对话框3.2.29对棱柱体和圓锥体进行交运算，形成倒角拾取菜单 Main Menu Preprocessor Modeling OperateBooleansIntersect CommonVolumes，弹出拾取窗口，拾取棱柱体和圆锥体，单击“OK”按钮。所创建出的螺栓模型如图3-10所示，其螺纹的大径为16mm，螺距为2mm，螺纹段长度为12mm，螺杆长度为40mm，端部加工有45的倒角。图3-10 所创建的螺栓模型3.2.30观察模型拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate，在Pan Zoom Rotate”对话框中，通过改变视点、缩放视图来观察模型。第4例复杂形状实体的创建实例杯子本例提示为了进一步掌握实体模型的创建方法和技巧，本例使用ANSYS软件所提供的各种建模工具，对复杂形状实体的创建进行继续练习。4.1杯子的视图图4-1所示为实例中杯子的视图。图4-1 杯子视图4.2创建步骤4.2.1创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，弹出如图4-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“1”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入，0，0，0”，单击“Apply 按钮；再在“NPT文本框中输入“2，在“X Y，Z，文本框中分别输入“0.0395,0，0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中箱输入“3”，在“X,Y，Z”文本框中分别输入“0.05，0.12，0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“4”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.047, 0.12, 0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“5”，在“x，Y，Z”文本框中分别输入“0.03675, 0.003, 0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT文本框中输入“6，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0，0.003，0”，单击“OK”按钮。图4-2 创建关键点对话框4.2.2创建直线拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line,弹出拾取窗口，分别在关键点1和2、2和3、3和4、4和5、5和6、6和1之间创建直线，单击“OK”按钮。4.2.3显示关键点号、线号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，弹出如图4-3所示的对话框，将关键点号和线号打开，单击“OK”按钮。图4-3 图号控制对话框4.2.4显示关键点和线拾取菜单Utility MenuPlotMulti-Plots。4.2.5创建圓角拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet，弹出拾取窗口，分别拾取直线1、2，单击“OK”按钮，弹出如图4-4所示的对话框，在“RAD”文本框中输入“0.02”，单击“Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，分别拾取直线4、5，单击“OK”按钮，再次弹出如图4-4所示的对话框，在“RAD”文本框中输入0.017，单击“OK”按钮。图4-4 圆角对话框4.2.6创建面拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines，弹出拾取窗口，依次拾取直线1、7、2,3、4、8、5、6，单击“OK”按钮。4.2.7由面旋转挤出形成回转体拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAbout Axis，弹出拾取窗口，拾取面，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取关键点1和6，单击“OK”按钮，在随后弹出的对话框中，单击“OK”按钮。4.2.8改变视点拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate，在弹出如图4-5所示的对话框中，单击“Iso”按钮，或者单击图形窗口右侧显示控制工具条上的按钮。该状态下，视点在(1，1，1)处，相当于等轴测图。图4-5 平移、缩放、旋转对话框4.2.9创建关键点拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，弹出如图4-2所示的对话框，在“NPT文本框中输入“31”，在“X， y，Z”文本框中分别输入“0，0.103, 0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框输入“32”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0.078，0.103，0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“33”，在“X, Y，Z”文本框中分别输入“0.078, 0.046, 0”单击“Apply”按钮：再在“NPT”文本框中输入“34”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0，0.0011，0”，单击“OK”按钮。4.2.10创建直线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line, 弹出拾取窗口，分别在关键点31和32、32和33、33和34之间创建直线，单击“OK”按钮。4.2.11创建圓角拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet，弹出拾取窗口，分别拾取直线54和55，单击“OK”按钮，弹出如图4-4所示的对话框，在，“RAD”文本框中输入“0，013”，单击“Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，分别拾取直线55和56，单击“OK”按钮，再次弹出如图4-4所示的对话框，在“RAD”文本框中输入“0.028”，单击“OK”按钮。4.2.12创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS， 弹出如图4-2所示的对话框，在“NPT”，文本框中输入“41”，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“0，0.103+0.002, 0.005 ”，单击“Apply”按钮；在“NPT”文本框中输入“42”，在“X,YZ”文本框中分别输入“0，0.103+0.002，- 0.005”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“43”，在“X,Y，Z”文本框中分别输入“0，0.103-0.002，-0.005 ”，单击“Apply”按钮； 再在“NPT”文本框中输入“44”， 在“x，Y,Z”文本框中分别输入“0，0.103-0.002，0.005”，单击“OK”按钮。4.2.13创建直线拾取菜单 Main MenuPreprocessor-ModelingCreateLinesLinesStraight Line,弹出拾取窗口，分别在关键点41和42, 42和43, 43和44, 44和41之间创建直线，单击“Apply”“OK”按钮。4.2.14创建圓角拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet，弹出拾取窗口，分别拾取直线59和60，单击“OK”按钮，弹出如图4-4所示的对话框，在“RAD”文本框中输入“0001”，单击“Apply”按钮；重复以上过程，分别在直线60和61、61和62、62和59之间创建圆角，圆角半径即为“RAD”文本框的值“0.001”。4.2.15创建面拾取菜单 Main Menu PreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines,弹出拾取窗口，依次拾取直线59、63、60、64、6 1、65、62、66，单击“OK”按钮。4.2.16显示所有实体拾取菜单Utility MenuPlotMulti-Plots。4.2.17关闭关键点号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，弹出如图4-3所示的对话框，将关键点号关闭，单击“OK”按钮。4.2.18由面挤出体拾取菜单Main Menu-PreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlong；，弹出拾取窗口，拾取4.2.15节中所形成的面，单击“OK”按钮，再次弹出拾取窗口，依次拾取线54, 57, 55, 58, 56，单击“OK”按钮。4.2.19关闭线号，打开面号、体号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，弹出如图4-3所示的对话框，将线号关闭，将面号、体号打开，单击“OK”按钮。4.2.20用面划分体切割掉杯子把手的多余部分。拾取菜单Main MenuPreprocessorModeling OperateBooleansDivideVolume by Area，弹出拾取窗口，拾取体5和9（即把手超出杯体的部分），单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取面4和28，单击“OK”按钮。4.2.21删除体拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingDeleteVolumes and Below，弹出拾取窗口，拾取把手被切去的体10和1 3，单击“OK”按钮。4.2.22只用颜色显示实体拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering，弹出如图4-3所示的对话框，在“/NUM下拉列表框中选择“Colors only”，单击“OK”按钮。4.2.23改变实体颜色拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsStyleColorsPicked Entity Colors，弹出如图4-6所示的对话框，在“Clab”下拉列表框中选择一种喜欢的颜色，如橙色，在“Lab”下拉列表框中选择“Volumes”，单击“OK”按钮，弹出拾取窗口，单击Pick All按钮。4.2.24重画图形拾取菜单Utility MenuPlotReplot，创建出的杯子模型如图4-7所示。图4-6 实体颜色对话框图4-7 杯子的模型4.2.25观察模型拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate， 在“Pan Zoom Rotate”对话框中，通过改变视点、缩放视图来观察模型。4.3命令流第5例有限元模型创建实例实体建模法本例提示本例介绍了利用ANSYS的网格划分工具将实体模型转化为有限元模型的方法、步骤和技巧。5.1概述创建有限元模型的方法有两种，即实体建模法和直接生成法。前者先创建实体模型，然后划分网格形成有限元模型；后者直接创建节点、单元，生成有限元模型，该方法只能用于节点和单元数量较少的场合。利用实体建模法创建有限元模型的步骤如下：(1)选择单元类型，指定单元选项。(2)定义实常数(3)定义材料模型。(4)为实体指定材料模型、实常数、单元类型等属性。(5)指定单元尺寸控制。ANSYS提供的尺寸控制方法有智能尺寸控制、全局尺、1、全局尺寸控制和局部尺寸控制。(6)选择单元形状。(7)选择划分方法。对于面单元，可以使用自由网格划分和映射网格划分。自由网格的形状可以是三角形、四边形或者二者的组合， 自由网格划分可以使用智能尺寸控制。映射网格的形状只能是三角形或四边形的一种，要求面有3条边或4条边，面对边划分单元段数相同。对于体单元，可以使用自由网格划分、映射网格划分和扫略生成网格。自由网格划分只能使用四面体单元，可以使用智能尺寸控制。映射网格划分一般使用六面体单元，要求体有4个、5个或6个面。扫略生成网格是将源面上的网格沿一定方向复制、拉伸，进而形成体单元。(8)划分单元。(9)重定义单元。5.2问题描述图5-1所示为一个结构分析时所建立的实体模型，现对其划分单元形成有限元模型。钢和铜的材料特性参数如表5-1所示。图5-1 实体模型材料弹性模量（pa）泊松比钢210110.3铜11011 0.3表5-1 材料的特性参数5.3分析步骤5.3.1改变任务名拾取菜单Utility MenuFileChange Jobname，弹出如图5-2所示的对话框，在“/FILNAM”文本框中输入EXAMPLE5，单击“OK”按钮。图5-2 改变任务名对话框5.3.2选择单元类型，指定单元选项拾取菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete，弹出如图5-3所示的对话框，单击“Aplly”按钮，弹出如图5-4所示的对话框，在左侧列表和选“Structural Solid”，在右侧列表中选“8node 183”，单击“OK”按钮，返回如图5-3所示的对话框，单击“Options”按钮，弹出如图5-5所示的对话框，选择“K3”为“Plane strs w/thk”（平面应力，定义厚度），单击“OK”按钮，然后单击如图5-3所示对话框中的“Close”按钮。图5-3 单元类型对话框图5-4 单元类型库对话框图5-5单元选项对话框5.3.3定义实常数拾取菜单Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，在所弹出“Real Constants”对话框中单击“Add”按钮，再单击随后所弹出对话框中的“OK”按钮，然后弹出如图5；6所示的对话框，在“THK”文本框中输入“0.002”（厚度），单击“OK”按钮，最后关闭“Real Constants”对话框。图5-6 设置实常数对话框 5.3.4定义材料模型拾取菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出如图5-7所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isatropic”，弹出如图5-8所示的对话框，在“EX”文本框中输入“2e11”（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入“0.3”（泊松比），单击“OK”按钮。单击如图5-7所示对话框的菜单项MaterialNew Model，然后单击所弹出“Define Material ID”对话框中的OK”按钮，然后重复定义材料模型1时的各步骤，定义材料模型2（铜）的弹性模量为1e11，泊松比为0.3，最后关闭如图5-7所示的对话框。图5-7 材料模型对话框图5-8 材料特性对话框5.3.5创建矩形面拾取菜单 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimension，弹出如图5-9所示的对话框，在“X1，X2”文本框中分别输入0，1，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，1，单击“Apply”按钮；再次弹出如图5-9所示的对话框，在“X1，X2”文本框中分别输入0.5，1.5，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0.5，1.5，单击OK”按钮。图5-9 创建矩形面对话框5.3.6显示关键点号、线号及面号拾取菜单Utili