IntroMDS通用前处理PPT课件

1、介绍介绍 在前几章，通过Wizards 介绍了DS GUI。 本章中将不采用Wizards，直接运用GUI。Model shown is from a sample Mechanical Desktop assembly.第1页/共63页 介绍介绍 结构树是建立分析的主要方法。 选中结构树上的分支将显示相关的工具条和具体的视图。 结构树的使用是本章的重点。应用结构树是用户通过操作Simulation GUI来实现的.第2页/共63页A. 几何分支几何分支 直接导入在CAD创建的模型或是通过空白DS页中的Context Toolbar导入几何模型后，几何分支将列出存在的零件。 在DS中，可以分析

2、三种类型的体素： Solid bodies一般指3D或2D的体/零件 Surface bodies 指面实体 Line bodies 指线实体第3页/共63页 体素类型体素类型 实体体素 是指几何空间上的 3D或2D的体: 3D体可被划分成形函数为二次的高阶四面体单元或六面体单元。 2D实体可被划分成形函数为二次的高阶三角形单元或四边形单元目前，2D模型可以从以下方式获得：DesignModeler, ProEngineer, Solid Edge, SolidWorks and Unigraphics“2D”开关必须在导入几何模型之前在工程页打开导入模型之后几何类型不能从2D转换到3D（反之

3、亦然） 每个节点对于结构分析有三个平动自由度，对于热分析有一个温度自由度。第4页/共63页 体素类型体素类型 面体素 是指几何上为2D，空间上为3D的体素: Surface bodies 是用来描述在一个尺寸上非常薄的结构，所以不显示厚度但要输入厚度的值。 Surface bodies 被划分成线性壳单元。 对于结构分析，每个节点上有三个平动自由度和三个转动自由度，对于热分析，每个节点上有一个温度自由度。 用于描述薄板结构。 线体素 是指几何上为一维空间上为三维的结构: Line bodies 是用来描述与长度方向相比较其他两个方向的尺寸很小的结构，截面的形状不用显示出来。 一般来讲，只有DM

4、支持建立line bodies ，并能定义截面和线的方向。 Line bodies可划分成为线性梁单元。 每个节点对于结构分析有三个平动自由度和三个转动自由度，对于热分析有一个温度自由度。 可以很好的描述类似梁的结构。第5页/共63页 多体部件（多体部件（Multibody Parts） 在很多应用程序中，体素（bodies） 和 部件（parts） 是一样的。但在DM中可以有多体部件存在。多体部件中共用边界的地方，在公共界面上的节点是共用的。如果节点是共享的，在这种情况下是不需要定义接触的。例如：第6页/共63页 材料属性材料属性 为体添加材料属性，从目录树中选取体，然后在下拉菜单中选取 “

5、Material” 材料可以从外部的 XML 文件选取 新的材料数据可以在“Engineering Data”下添加和输入。然后新的材料就可以从下拉菜单中得到。 对于 surface bodies，如上所讲，定义一个厚度是必要的。第7页/共63页 几何工作窗几何工作窗 提供体素和已经定义的材料的总表。 选取“Geometry”分支，并点击 “Worksheet”第8页/共63页B. 接触接触 当存在很多部件时，需要定义部件之间相互关系接触区域定义了实体或壳之间如何相互影响点焊提供了一种定义壳部件连接的方法 如不进行接触和点焊设置，那么部件之间就没有相互关系 在结构分析中，接触和点焊能阻止部件之

6、间的穿透，同时也提供了部件之间载荷传递的方法 在热分析中，接触和点焊允许部件之间的热传递。首先介绍接触，再介绍点焊多体部件不需要接触和焊点第9页/共63页 实体体素接触实体体素接触 输入装配体，自动检测接触面并生成接触对 CAD软件不采用接触关系，而是通过临近的面来代替接触 “Contact” 分支下的“Tolerance Slider”滑块可以设置检测接触的公差Model shown is from a sample SolidWorks assembly.第10页/共63页 实体体素接触实体体素接触 ANSYS的接触功能，允许用户处理部件部件之间没有公共节点的模型。 接触单元就像是在接触区

7、域面上的“皮肤”，提供了部件之间的相互关系。 这意味着一个小的部件不能确定整个装配体的网格密度。用户就可以根据需要来定义一个比其他部件更密的网格。注意在部件之间网格没有匹配，存在六面体单元和四面体单元的混合单元第11页/共63页 实体体素接触实体体素接触 在“contact”分支点击某个接触对，构成这个接触对的部件就会变成透明的，以便观察。 选取一个接触对，与该接触对无关的部件变成透明的。 透明度可以通过 “Tools Options Simulation:Contact: Transparency”控制. 在“Contact” 分支的Detail view中可以关掉透明显示接触体是半透明的，

8、不是接触体的为全透明的。接触面的法向视图是不透明的，很容易观察。第12页/共63页 实体体素接触实体体素接触 如果几何实体是高亮度的，在图框内点击鼠标右键可以快速的选出相关的接触。 右键快捷菜单允许用户在“Geometry” 分支选取相应的实体，在“Contact” 分支高亮显示相关的接触对。第13页/共63页 实体体素接触实体体素接触 定义一个接触对涉及到接触面和目标面的选取。 在ASNSYS DS中，接触面和目标面的区别不是很重要。选择一个体的面为接触面，则另一个面就是目标面。 在接触工具条中可以手动创建接触对。接触面和目标面的选择在“Details” 中操作。与接触对相关的实体将在下面列

9、出。确保对于每个接触面和目标面有唯一确定的体。接触面伟红色，目标面为蓝色。第14页/共63页 重命名接触重命名接触 选择接触分支，右击选择“Rename Based on Geometry” 可以将所有的接触对基于部件名称进行重命名第15页/共63页 更改接触区域更改接触区域 尽管Simulation可以自动创建接触，但是分析者应该检查每个接触对是否被正确定义。在这个例子中，由于自动创建接触时应用了接触容差，图中一些导角也包含在了接触定义中。为了避免虚假接触，特别对于绑定接触，用户可能需要将倒角从接触定义中移出。第16页/共63页 高级实体接触选项高级实体接触选项 对于ANSYS Profes

10、sional licenses 及以上级别用户，高级接触选项是可用的。 自动探测尺寸 非对称接触 接触结果工具 更多可用的接触算法 Pinball 控制第17页/共63页 高级实体接触高级实体接触 Pinball区域代表了一个接触探测区域： 当接触间隙在pinball半径以内时，接触计算/探测将出现 为了确保较大空隙绑定接触的创建，可以输入 pinball 半径 Pinball 半径在图形显示窗口显示为一个球体pinball 区域使用户可以更改大间隙的接触探测第18页/共63页. 2D 实体接触实体接触 由二维平面几何组成的面实体接触定义在边界上而不是面上第19页/共63页 面体接触面体接触

11、对于ANSYS Professional 及以上级别用户，支持壳和实体的混合装配第20页/共63页 面体接触面体接触 壳体接触包括边-面接触和边-边接触 壳体接触不是默认打开的 公差控制包括输入检测接触距离的绝对值的功能， 这对有间隙的壳体部件来说是非常重要的 用户可以打开面边或边边的接触检测 可以通过对优先权的设置来防止多接触域 只形成一个接触域第21页/共63页 点焊点焊 点焊定义了一种壳体部件不连续点的接触。 由于 ANSYS DesignSpace 不支持壳体接触，所以点焊是唯一定义壳体部件的方法。 点焊的定义是在CAD软件中建立的。通常只有在DesignModeler 和Unigra

12、phics 中定义的点焊在Design Simulation可以得到支持。 点焊也可以在Design Simulation 手工设置，但只能在壳体的边缘部分进行。第22页/共63页 Contact 工作表工作表 点击“Contact”分支， “Worksheet” 给出了各种接触和点焊定义的概要第23页/共63页C. 网格划分网格划分 网格的节点和单元参与求解计算 在求解开始，自动生成默认的网格 用户可以在求解之前，通过更改网格控制选项生成网格Model shown is from a sample Inventor assembly.第24页/共63页 网格划分网格划分 用户需要在计算成本和

13、网格精度之间的进行权衡。 细网格可以使结果更精确，但是会增加CPU计算时间以及存储空间 在理想情况下，用户需要的网格是结果不再随网格的加密而改变 收敛控制（稍后讨论）可以达到这样的目的 但是，细化网格不能弥补不准确的假设和输入引起的误差第25页/共63页 Global Meshing Controls 基于物理场的网格划分允许用户指定物理场，选择如下的场类型控制选项 实体单元中间节点 单元形状检查 类型转换 物理场包括： 结构（缺省） 电磁 流体 显式 物理场设置将预先配置高级网格缺省设置，这些将在随后讲述 注意：本培训课程只涉及结构网格第26页/共63页 整体网格划分控制整体网格划分控制 基

14、本的网格控制可以在“Mesh” 分支下操作 当“Global Controls” 为“Basic” (默认)时，用户可以通过滑移块进行控制网格密度“Relevance” 可以设置在 100 和 +100之间第27页/共63页 整体网格划分控制整体网格划分控制 用户可以变为 “Advanced” 整体网格控制 向用户提供了多种控制选项: “Element Size” 定义了单元边的平均长度 “Curv/Proximity” 使DS可以定义单元之间有更加相近的曲率 “Shape Checking” 用于对单元质量的检验。对于线性应力分析、模态分析和热分析，用 “Standard” 就可以；对于大变

15、形和材料非线性分析，需要“Aggressive” 实体单元中间节点选项程序控制（缺省）、去掉或者保留第28页/共63页 总体网格控制总体网格控制 直边单元 : 当模型或者由DM创建的封闭场存在时显示，用于电磁仿真 初始尺寸： 控制每部分网格初始尺寸（下页将详细讲述） 平滑： 通过移动节点来改善单元，平滑迭代的次数可以指定（低、中、高） 网格转换： 控制临近单元的生长率（平滑、快速）第29页/共63页 整体网格控制整体网格控制 初始尺寸：激活的装配体（缺省）：初始网格尺寸由激活的（unsuppressed）部件来决定所有装配体：初始网格将不受到激活/抑制的状态影响部件：初始网格独力地基于每个部件

16、的尺寸，网格不会由于部件抑制而改变，通常能够提供一个较好的网格，对于整个装配体网格可能不均匀基于部件的网格尺寸Nodes: 44,013(网格尺寸是基于零件的，所以体之间不均匀)基于装配体的网格尺寸Nodes: 15,670(部件之间网格尺寸比较均匀)第30页/共63页 局部网格控制局部网格控制 局部网格控制可以用于几何选择或者命名选择。当网格划分被选中时，如下选项是可用的，包括： 方法控制 尺寸控制 接触尺寸控制 细化控制 映射面网格划分 匹配控制 膨胀控制 Part Relevance 控制 间隙工具第31页/共63页 局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 （续续） 方法控制：为

17、用户提供实体网格划分的方法（只对实体有效） 自动Automatic（缺省） 可以扫掠的体将会扫掠划分，其他的将采用四面体片相关方法进行划分 续第32页/共63页局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 (续续) 四面体： 将生成全四面体网格. 片相关： 扩展系数控制内部四面体生成率. 片独立： 面及其边界在网格划分操作时可能不会被考虑 当面上施加边界条件时，它的边界会被考虑 下页为Patch Independent 选项介绍.第33页/共63页局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 (续续) Patch Independent 选项： 最大单元尺寸：初始单元划分的尺寸 近似单元数

18、：期望的单元数 (可以被其他网格划分选项代替). 定义外形辨认容差基于尺寸和角度过滤边界，如果设置为“Yes”，输入数值后，改变外形的区域将会显示. 注意：改变外形可能导致小特征的网格划分被忽略。仿真文件中包括一个完整的描述和例子。 续 . . . 第34页/共63页局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 (续续) 当曲率和接近细化为Yes时：网格划分自动基于几何和曲线曲率进行细化。在平坦舒缓的面上采用大单元，在曲率大的地方采用小单元，可以指定最小单元尺寸。间隙单元数 指定在狭窄间隙处的单元数，细化受最小单元尺寸限制。 跨角 网格划分将在曲率变化的区域细分，直到个别单元的达到指定的跨角

19、，受最小单元尺寸限制。第35页/共63页局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 (续续) 六面体主导：生成自由六面体主导网格，用于体不能扫略时。（仅对ANSYS Structural licenses或者更高级别有效） 六面体主导网格划分现在表面生成四边形主导的面网格，然后用在必要的位置用金字塔单元和四面体单元进行填充。如果体不能用六面体主导网格划分，控制信息将会出现提示用户Solid Model with Hex dominant mesh :Tetrahedrons 443 (9%)Hexahedron 2801(62%)Wedge 124 (2%)Pyramid 1107 (24

20、%)第36页/共63页 扫略划分： 可以扫略的实体划分后具有六面体单元（也可能包含楔形单元），其他实体采用四面体单元划分； 在MESH分支点击右键可以显示“可扫略的体” 类型：扫掠方向划分的单元数 扫略偏移类型：扫略方向的偏移率. 源面/目标面选择： 自动、手动选择源面、手动选择源面和目标面. 自动薄壁模型 在厚度方向一个六面体或者四面体单元。可以选择实体壳单元(SOLSH190)或者实体单元 (Solid185) 手动薄壁模型 允许用户拾取目标面.局部网格控制局部网格控制 : 方法控制方法控制 (续续)中间实体可以扫掠划分，其他实体采用四面体划分。第37页/共63页 局部网格控制局部网格控制

21、 尺寸： “Element Size” 指定平均单元边界长度或者划分份数 (选项基于几何选择) “Soft” 可以被其他网格划分控制覆盖，“Hard” 不能被覆盖. 网格偏置可用“Mesh biasing is available” 以上可用的选项取决于指定的实体范围 影响区域尺寸，见下页。EntityElement Size# of Elem. DivisionSphere of InfluenceBodiesxxFacesxxEdgesxxxVerticesxFace Sizing Applied to a part.第38页/共63页 球体的中心坐标采用的是局部坐标系； 所有包含在球域内

22、的实体单元网格尺寸按给定尺寸划分； 局部网格控制局部网格控制采用红色显示的作用范围（“Sphere of Influence” ）如图所示，在这个区域内的单元将采用给定的平均尺寸。Scoped to 2 surfacesScoped to single vertex第39页/共63页 局部网格控制局部网格控制 “Contact Sizing”允许在接触面上产生大小一致的单元 接触面定义了零件间的相互作用，在接触面上采用相同的网格密度对分析有利 在接触区域可以设定“Element Size”或“Relevance”在这个例子中，两个部件之间的接触区域通过指定接触尺寸类型为Relevance控制，

23、注意在接触区域网格划分是连续的。第40页/共63页 局部网格控制局部网格控制 可以对已经划分的网格进行单元细化 通过整体和局部网格控制先得到一个初始的网格，然后在指定的位置进行单元细化。 细化范围从1到3（最小到最大）。细化将打断初始单元边界，细化级别控制细化过程中迭代的次数如图所示，左边的进行了1级别的细化，然而右边仍保持原来的默认网格。第41页/共63页 映射面网格划分映射面网格划分 映射面网格划分允许在面上生成结构化网格： 下面例子，对内圆柱面进行映射网格划分可以得到 一致的网格。这样对计算求解有益。 如果因为某些原因不能进行映射面网格划分，网格划分仍将继续，这时将在Outline Tr

24、ee 上出现标志： 对surface可以进行四边形和三角形映射网格划分。第42页/共63页. . . 面匹配网格划分面匹配网格划分 对称面上网格一致有利于典型的旋转机械的旋转对称分析 因为旋转对称所使用的约束方程其连接的截面上节点的位置除偏移外必须一致（见下）Cut BoundariesFull ModelCyclic Symmetry ModelMatched Faces第43页/共63页 局部网格控制局部网格控制 Part Relevance 允许控制部件网格 “Part Relevance” 和 “Basic” 整体控制类似但它仅针对所选部件 可用滑块设置“Relevance” (-10

25、0 to +100)Part Relevance=+100Part Relevance=-100第44页/共63页 网格划分失效网格划分失效 如果进行网格划分不能生成合适形状的单元，就将生成error信息： 有问题的几何体会在屏幕上显示出来，一个名为在“Problematic Geometry” 的集合将生成，使用户可以看见模型。第45页/共63页 网格划分失败网格划分失败 检查回馈信息： 当网格划分产生了一些有用的信息、警告或者错误时，察看回馈信息按钮处于激活状态。 点击该按钮将显示回馈信息，如右图所示的连接 当点击单个回馈信息时，与该信息相关的拓扑将被显示第46页/共63页 网格划分失效网

26、格划分失效 引起网格失效可能原因： 在surface上的尺寸控制不协调, 这样可以导致畸形单元出现。 有问题的CAD几何模型，例如有小的缝隙或者卷曲的面。 太严格的形状检查 (设置“Aggressive”) 可以避免网格划分失败的方法: 对几何体定义更多的合理单元尺寸控制 定义更小的尺寸控制，生成形状规则的单元。 在CAD系统中，利用hidden line 删除可见的缝或是不想要的体。 利用 virtual cells 连接缝和小面。这样的选项在下面介绍第47页/共63页 虚拓扑虚拓扑 虚拓扑允许用户合并面，为了更好的进行网格划分 “Virtual Topology” 分支在默认时没有，可以在

27、“Model” 分支中的Context Toolbar 添加 Virtual Cell”就是用多个相邻面所定义的面。先选择面，再加 “Virtual Cell” 为了进行网格划分，Virtual cells 可以把狭面合并到一个大的面中。小的缝可能不能执行网格密度划分，可能导致网格划分失败。 属于virtual cell的原始面上的内部线，不再影响网格划分。所以划分这样的拓扑结构可能和原始几何体会有不同。 对于其他操作（例如加载）个别的面就不再被承认，这时用virtual cell 代替。 虚拓扑面可以通过右键自动生成：自动生成时， “Behavior” 控制严格自动合并面边界第48页/共63

28、页 需拓扑实例需拓扑实例 如下:小的倒角面产生较小的网格划分在底面和倒角面之间生成虚面（红色）原始模型包含小的倒角产生的网格不受小面的控制第49页/共63页D. Named Selections“Named Selection”工具条进行几何实体分组的工具： Named Selections允许用户将点（vertices）、边（ edges）、面 （surfaces）、体（bodies）组合起来 Named Selections 可以用于为某些在Details view中要求几何选择的分支选择实体：定义网格控制施加载荷和支撑 利用Named Selections可以很方便重选组定义接触区域局部

29、结果CreateDefined NamesManipulateShow/HideSupress/Unsuppress第50页/共63页 定义定义 Named Selections 产生 Named Selections: 选择感兴趣的点、边、表面、体，然后点击 “Create Selection Group” 图标. 在弹出的对话框中为新生成的Named Selections输入名称。 新生成的 Named Selection 将会出现在Named Selections工具条和结构树中。 注意: 在特定的Named Selections中只能有一种类型的实体，例如点和边不能存在于同一个Name

30、d Selections中。 Named Selection 可以从某些CAD系统中输入（见第十章）第51页/共63页 Using Named Selections (1) 在网格划分控制和施加载荷/约束的时候，Named Selections可以直接被引用： 在细节中将“Method”一项 从“Geometry Selection” 改为“Named Selection”； 在“Named Selection” 下拉菜单中选择需要的项目；Simulation会自动过滤掉不符合条件的“Named Selection” 项目。第52页/共63页 使用使用 Named Selections (2)

31、 Named Selections 可以用在Details view中需要选取几何模型的情形： 在Details view中选择 “Geometry” 拾取模式 从工具条上选择 Named Selection 从 “Selection”图标选择 可用选项“Select Items in Group” 选取当前 Named Selection“Add to Current Selection” 将当前的 Named Selection加到所选择的实体上“Remove from Current Selection” 删除有 Named Selection的当前实体 在Details view中点击

32、“Apply”123第53页/共63页 Named Selections and Bodies Named Selection 组中的实体可以被隐藏或抑止： 这样可以很容易的隐藏或显示特定的实体 如果面 Named Selections 被隐藏，相应的体会被隐藏。Show/hide 和 Suppress/Unsuppress 只作用在体上而不是单独的线或面.第54页/共63页E. 坐标系坐标系 默认状态下坐标系分支不会被显示, 但它可以在Model树中添加 坐标系当前应用于 “Sphere of Influence”网格控制、“Point Mass” （稍后讨论）、方向载荷和结果后处理。 坐标

33、系允许用户设定与总体坐标系不同的方向和原点。当坐标系分支被添加后，在CAD模型的原点处，总体坐标系也会被添加.坐标系也可以从某些CAD系统重引入（见第十章）第55页/共63页 坐标系坐标系 坐标系可以通过选择内容相关工具栏中的 “Coordinate System” 按钮来创建. 可以为直角坐标系或者柱坐标系. 创建坐标系后工具栏可用. 局部坐标系可以通过以下途径定义: 选择几何 (相关的坐标系)，坐标系可以随几何移动，平动和转动是几何相关的。 指定坐标系 (不相关坐标系)，坐标系保持在初始位置，与几何无关。平移旋转反向上移/下移删除第56页/共63页 坐标系坐标系 在一些应用中，坐标系可以通过详细列表中的下拉菜单莱改变（如下图所示）：Sizing w/ Sphere of Influence OptionDirectional ResultsPoint MassesDirectional LoadsDirectional Displacements第57页/共63页 作业 3 网格控制 目标: 运用多种DS网格控制，增强曲柄轴模型的网格。D. 作业 3第58页/共63页 Workshop 3.2 网格控制 薄壁结构 目标: 通过不同的网格控制来提高薄壁