第三章建立实体模型

1、l所分析的模型中不应该包括对分析结果无足轻重所分析的模型中不应该包括对分析结果无足轻重的细节，从的细节，从CAD系统读取模型到系统读取模型到ANSYS之前，之前，可以先去掉这些细节。可以先去掉这些细节。 l一些细节可能很重要，如导角或孔洞，可能出现一些细节可能很重要，如导角或孔洞，可能出现最大应力，是否保留这些细节取决于分析目的。最大应力，是否保留这些细节取决于分析目的。对称性对称性l许多结构是对称的，可以只取其中有代表许多结构是对称的，可以只取其中有代表性的部分或截面建立模型。性的部分或截面建立模型。l应用对称模型的主要优点是：应用对称模型的主要优点是：n通常更易于建立模型。通常更易于建立模

2、型。n可以建立更细致的模型，以便获得比整可以建立更细致的模型，以便获得比整体模型更好的结果。体模型更好的结果。l要利用对称性，下要利用对称性，下面因素必须是对称面因素必须是对称的：的：n几何形状几何形状n材料特性材料特性n载荷状态载荷状态l几种不同类型的对几种不同类型的对称：称：n轴对称轴对称n旋转对称旋转对称n平面或镜面对称平面或镜面对称n重复或平移对称重复或平移对称轴对称轴对称l沿某一中心轴对称，如直管，圆锥体，圆盘等。沿某一中心轴对称，如直管，圆锥体，圆盘等。l对称面是由旋转形成的结构的截面，可以用一个对称面是由旋转形成的结构的截面，可以用一个二维二维“薄片薄片”（旋转（旋转 360）代

3、替真实的模型。代替真实的模型。l在多数情况下假定载荷是在多数情况下假定载荷是 轴对称的。如果载荷不是轴对称的。如果载荷不是 轴对称的，并且是线性分轴对称的，并且是线性分 析，可以将荷载分解为两析，可以将荷载分解为两 个分量进行单独求解，然个分量进行单独求解，然 后进行叠加。后进行叠加。旋转对称旋转对称l结构由绕中心轴的几结构由绕中心轴的几何重复部分组成，如何重复部分组成，如涡轮转子。涡轮转子。l只需对结构的一部分只需对结构的一部分建立模型。建立模型。l假定载荷也是旋转对假定载荷也是旋转对称的。称的。l某些情况下，仅是一某些情况下，仅是一些小的细节破坏了结些小的细节破坏了结构的对称性。可以忽构的

4、对称性。可以忽略这些细节（认为是略这些细节（认为是对称的），进而利用对称的），进而利用对称性的优点，建立对称性的优点，建立更小的分析模型。但更小的分析模型。但精度损失有多少可能精度损失有多少可能难以估计。难以估计。应力异常应力异常l真实结构不应该有应力异常，应力异常是由模型简真实结构不应该有应力异常，应力异常是由模型简化假定造成的。应力异常是指在有限元模型中某点化假定造成的。应力异常是指在有限元模型中某点的应力值极大的应力值极大 ，例如：，例如：n点载荷，如集中力或力矩作用处。点载荷，如集中力或力矩作用处。n孤立的约束点，其支反力如同点载荷。孤立的约束点，其支反力如同点载荷。n尖角（倒角半径为

5、零尖角（倒角半径为零）处。处。l在应力异常点处，网格越细，在应力异常点处，网格越细， 应力值也随之增加且不收敛。应力值也随之增加且不收敛。Ps s = P/AAs A 0, s s l如何处理应力异常如何处理应力异常? ?n如果离感兴趣的区域较远，可以在观察结果时如果离感兴趣的区域较远，可以在观察结果时不激活受影响区域，忽略应力异常的现象。不激活受影响区域，忽略应力异常的现象。n如果在感兴趣的区域，需要做如下纠正：如果在感兴趣的区域，需要做如下纠正：在尖角处增加倒角，重新进行分析。在尖角处增加倒角，重新进行分析。用等效压力载荷代替集中力载荷。用等效压力载荷代替集中力载荷。将位移约束散布到一批节

6、点上。将位移约束散布到一批节点上。输入一个输入一个IGES文件文件lUtility Menu File Import IGESl两种方法：两种方法： No Defeaturing 和和 DefeaturinglMerge, Solid和和Small 选项选项No Defeaturing 方法方法 输入并按原样存输入并按原样存储在标准的储在标准的ANSYS数据库中。数据库中。 l较较Defeaturing方法更快速可靠。方法更快速可靠。l允许全套的实体模型操作。允许全套的实体模型操作。lDefeaturing工具无效。工具无效。l该方法是该方法是ANSYS缺省并推荐的方法。缺省并推荐的方法。Me

7、rge 选项选项l缺省为缺省为YES ，合并合并重叠部分，以使相应重叠部分，以使相应的面只有一条公用线，的面只有一条公用线，相邻的线只有一个相相邻的线只有一个相交的关键点。交的关键点。l只有在使用只有在使用 Defeaturing 方法，方法，且运行超出内存时此且运行超出内存时此项改为项改为NO。合并合并Solid 选项选项l缺省为缺省为YES ，输入合并之后自动建立一个体。输入合并之后自动建立一个体。l若用户只想输入面建立壳或二维板单元模型时，可若用户只想输入面建立壳或二维板单元模型时，可将此项改为将此项改为NO。Small 选项选项l缺省为缺省为YES，自动删除划分网格时可能会引起麻烦自动

8、删除划分网格时可能会引起麻烦的小碎片，仅适用于的小碎片，仅适用于 Defeature 方法。方法。l若模型需要有缝隙或小洞，则将此选项改为若模型需要有缝隙或小洞，则将此选项改为NO。输入输入IGES 文件虽然很好，但是有两次转文件虽然很好，但是有两次转换过程换过程 ： CAD IGES ANSYS ，在在很多情况下不能实现很多情况下不能实现100% 转换。转换。ANSYS 的接口产品直接读入原始的的接口产品直接读入原始的CAD文件，解决了文件，解决了上面提到的问题上面提到的问题lPro/ENGINEER接口接口 (缩写为缩写为“Pro/E”)lUnigraphics接口接口 (缩写为缩写为“U

9、G”)lSAT接口接口lParasolid接口接口lCATIA接口接口使用接口产品，需要购买相应的授权。使用接口产品，需要购买相应的授权。Pro/E接口接口l需要需要 Pro/E软件。软件。l读入由读入由 Pro/E生成的生成的 .prt 文件文件 。l也可读入也可读入 Pro/E装配文件装配文件 (.asm)lUtility Menu File Import Pro/E.Defeaturing 选项有效选项有效缺省值是缺省值是No Defeaturing启动启动 Pro/E的命令的命令UG接口接口l需要需要 UG 软件。软件。l读入由读入由 UG生成的生成的 .prt 文件文件 。lUtil

10、ity Menu File Import UG.激活激活Defeaturing 选项选项缺省为缺省为No Defeaturing只读入选择的层只读入选择的层和几何类型的选和几何类型的选项项直接输入模型虽然方便，但某些情况下需要在直接输入模型虽然方便，但某些情况下需要在ANSYS中建立实体模型，例如：中建立实体模型，例如：l需要建立参数化模型需要建立参数化模型 在优化设计及参数敏在优化设计及参数敏感性分析时，需要建立包含变量的模型；感性分析时，需要建立包含变量的模型；l没有没有ANSYS能够读入的几何模型；能够读入的几何模型；l用户计算机平台没有所需的接口产品；用户计算机平台没有所需的接口产品；

11、l需要对输入的几何模型进行修改或添加。需要对输入的几何模型进行修改或添加。实体建模实体建模是是建立实体模型的过程。建立实体模型的过程。首先回顾前面的一些定义：首先回顾前面的一些定义：l一个实体模型由体、面、线及关键点组成。一个实体模型由体、面、线及关键点组成。l体由面围成，面由线组成，线由关键点组成。体由面围成，面由线组成，线由关键点组成。l实体的层次由低到高：实体的层次由低到高： 关键点关键点 线线 面面 体。如果高一级的实体存在，则依附它的低级体。如果高一级的实体存在，则依附它的低级实体不能删除。实体不能删除。另外，只由面及面以下层次组成的实体，如壳另外，只由面及面以下层次组成的实体，如壳

12、或二维平面模型，在或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体。中仍称为实体。建立实体模型可以通过两个途径建立实体模型可以通过两个途径:l由上而下由上而下l由下而上由下而上用户可以根据模型形状，选择最佳建模途径。用户可以根据模型形状，选择最佳建模途径。由上而下建模：首先定义体（或面），然后对这由上而下建模：首先定义体（或面），然后对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。加加由下而上建模：首先建立关键点由下而上建模：首先建立关键点，用，用这些点建这些点建立线、面等。立线、面等。由上而下建模：首先建立体（或面），对由上而下建模：首先建立体（或面），对这些

13、体或面按一定规则组合得到最终需要这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。的形状。l开始建立的体或面称为图元。开始建立的体或面称为图元。l借助工作平面进行定位生成图元。借助工作平面进行定位生成图元。l用图元组合形成最终形状的过程称为布用图元组合形成最终形状的过程称为布尔运算。尔运算。图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形和球体。和球体。二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。形。三维图元包括块体、圆柱体、棱柱、球体和圆锥体。三维图元包括块体、圆柱体、棱柱、球体和圆锥体。当建立二维图元时，当建立二维图元时，ANSYS

14、 将定义一个面，将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。并包括其下层的线和关键点。当建立三维图元时，当建立三维图元时，ANSYS 将定义一个体，将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。并包括其下层的面、线和关键点。提示提示面积输入面积输入1.)在图形窗口拾取圆心和在图形窗口拾取圆心和半径半径2.)或在此输入数值或在此输入数值通过拾取通过拾取图元可以通过输入几何尺寸或在图形窗口拾取来建立图元可以通过输入几何尺寸或在图形窗口拾取来建立l例如：建立一个实体圆：例如：建立一个实体圆： Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle l建立一个

15、块体建立一个块体:Main Menu Preprocessor Modeling Create VolumesBlock 提示提示通过拾取通过拾取体输入体输入1.) 在图形窗口拾取对角线上在图形窗口拾取对角线上的两个端点和的两个端点和 Z轴方向的深度轴方向的深度.2.) 或在拾取对话框中键入相或在拾取对话框中键入相关尺寸关尺寸工作平面工作平面 一个可动的二维参考平面，一个可动的二维参考平面，工作平面是无工作平面是无限的限的，用来确定图元的位置和方位。用来确定图元的位置和方位。l 缺省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，缺省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，但可以把工作平面移动或旋

16、转到任意位置。但可以把工作平面移动或旋转到任意位置。l 借助显示格栅，在工作平面上作图就象在米格纸上作借助显示格栅，在工作平面上作图就象在米格纸上作图一样。图一样。WXWYX2X1Y2Y1WXWYWP (X,Y)宽高所有的工作平面控制菜单均在：所有的工作平面控制菜单均在： Utility Menu WorkPlane工作平面控制菜单工作平面控制菜单WP Settings ：l 工作平面显示工作平面显示 只显示三个坐标轴只显示三个坐标轴 (缺缺省省)；只显示格栅；或两者都显示。；只显示格栅；或两者都显示。l Snap 便于用户在工作平面上拾取最便于用户在工作平面上拾取最接近格栅点的位置。接近格栅

17、点的位置。l Grid spacing 两条格栅线之间的距离。两条格栅线之间的距离。l Grid size 显示工作平面的大小显示工作平面的大小(大小大小无限制无限制)。用用Offset 和和 Align菜单可以菜单可以把工作平面移到期望的任把工作平面移到期望的任意位置。意位置。l 通过增量移动工作平面：通过增量移动工作平面：n用按扭实现用按扭实现 (通过指针滑动通过指针滑动改变增量改变增量)。n或输入希望的增量值。或输入希望的增量值。n或使用动态方式或使用动态方式 (类似类似 平平面移动面移动- 缩放缩放- 转动转动)。Offset WP to 保持当前方位，简保持当前方位，简单将工作平面移

18、到期望的位置：单将工作平面移到期望的位置：l 已经存在的一个或多个关键点。已经存在的一个或多个关键点。 若拾取多个关键点，则工作平面若拾取多个关键点，则工作平面移到这些关键点的中心。移到这些关键点的中心。l 存在的一个或多个节点。存在的一个或多个节点。l 通过坐标值指定关键点的中心位通过坐标值指定关键点的中心位置。置。l 总体坐标系原点。总体坐标系原点。l 激活坐标系的原点。激活坐标系的原点。布尔运算是对几何实体进行组合的运算。布尔运算是对几何实体进行组合的运算。ANSYS 中的布尔运算包括：加、减、相交、叠分、粘接中的布尔运算包括：加、减、相交、叠分、粘接和搭接。和搭接。布尔运算时，输入可以

19、是任意几何实体，从简单布尔运算时，输入可以是任意几何实体，从简单的图元到通过的图元到通过CAD系统输入的复杂的几何体。系统输入的复杂的几何体。加加输入实体输入实体布尔运算布尔运算输出实体输出实体所有的布尔操作可以在所有的布尔操作可以在GUI界界面下获得面下获得 Preprocessor Modeling Operate。缺省状态下缺省状态下, 布尔操作时输入布尔操作时输入的几何实体在运算结束后将被的几何实体在运算结束后将被删除。删除。被删除实体的编号将被删除实体的编号将“释放释放” (即即, 这些编号从最小编号开始，这些编号从最小编号开始，指定给新的实体）。指定给新的实体）。加加l把两个或多个

20、实体合并为一个把两个或多个实体合并为一个。粘接粘接l把两个或多个实把两个或多个实体粘合到一起，体粘合到一起，在其接触面上具在其接触面上具有共同的边界。有共同的边界。l当你想定义两个当你想定义两个不同的实体时特不同的实体时特别方便（如不同别方便（如不同材料组成的实材料组成的实体）。体）。搭接搭接l除了输入实体彼此搭接外，与粘接相同。除了输入实体彼此搭接外，与粘接相同。减减l删除删除“母体母体”中一块或多块与子体重合的部分。中一块或多块与子体重合的部分。l对于建立带孔的实体或准确删除部分实体特别方便。对于建立带孔的实体或准确删除部分实体特别方便。切割切割l 把一个实体分割为两个或多个，把一个实体分

21、割为两个或多个，它们仍通过共同的边界连接在它们仍通过共同的边界连接在一起。一起。l “切割工具切割工具” 可以是工作平可以是工作平面、面、线甚至于体。面、面、线甚至于体。l 在用块体划分网格时，通过对在用块体划分网格时，通过对实体的分割，可以把复杂的实实体的分割，可以把复杂的实体变为简单的体。体变为简单的体。相交相交l 只保留两个或多个实体重叠的只保留两个或多个实体重叠的部分部分。l 如果输入了多于两个的实体，如果输入了多于两个的实体，则有两种选择：则有两种选择： 公共相公共相交和交和两两相交。两两相交。l 公共相交只保留全部实体的共公共相交只保留全部实体的共同部分；两两相交则保留每一同部分；

22、两两相交则保留每一对实体的共同部分，这样，结对实体的共同部分，这样，结果可能有多个实体。果可能有多个实体。CommonIntersectionPairwiseIntersection分割分割l 把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。通过共同的边界连接在一起。l 若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示。命令特别有用，如下图所示。(相交相交运算可以找到运算可以找到交点但删除线）交点但删除线）L1L2L3L6L5L4Partition由下向上建模从关键点开始，

23、由下而上地建立由下向上建模从关键点开始，由下而上地建立其它实体。其它实体。如建立一个如建立一个L形面时，可以先定角点，形面时，可以先定角点， 然后连然后连接点形成面，或者先形成线，再用线定义面。接点形成面，或者先形成线，再用线定义面。定义关键点定义关键点:l Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints建立关键点只需要关键点编号及坐标值。建立关键点只需要关键点编号及坐标值。l 关键点编号缺省值为下一个整数。关键点编号缺省值为下一个整数。l 坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入入X,Y,Z 坐标值确定，坐标

24、值的确定依赖于坐标值确定，坐标值的确定依赖于当前激活坐标系。当前激活坐标系。Create Lines ArcsCreate Lines LinesCreate Lines SplinesOperate Extrude用由下向上的方法建用由下向上的方法建立面，所需的关键点、立面，所需的关键点、线必须预先定义。线必须预先定义。如果定义体，如果定义体，ANSYS 将自动生成未定义的将自动生成未定义的面、线，线的曲率由面、线，线的曲率由当前的激活坐标系确当前的激活坐标系确定。定。Operate ExtrudeCreate Areas Arbitrary用由下向用由下向上的方法上的方法生成体，生成体，需

25、要的关需要的关键点、线键点、线和面必须和面必须预先定义预先定义好。好。Operate ExtrudeCreate Volumes Arbitrary由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔操作。行布尔操作。除了布尔操作，还有许多其它操作命令：除了布尔操作，还有许多其它操作命令：l反射反射l合并合并l倒角倒角l拖拉拖拉l缩放缩放l移动移动l复制复制拖拉拖拉l 利用已有的面快速生成体利用已有的面快速生成体 (或由线生成面，由或由线生成面，由关键点生成线关键点生成线)。l 如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起

26、拉伸。起拉伸。l 有如下四种方法拉伸面：有如下四种方法拉伸面：n法向拖拉法向拖拉 通过对面的标准偏通过对面的标准偏移形成体移形成体。nXYZ偏移偏移 通过对面的通过对面的XYZ偏偏移量形成体，可以锥形拉伸。移量形成体，可以锥形拉伸。n沿坐标轴沿坐标轴 绕坐标轴旋转面形绕坐标轴旋转面形成体成体(也可通过两个关键点旋转也可通过两个关键点旋转) 。n沿直线沿直线沿一条线或一组邻近的沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体线拖拉面形成体。如果用户想把模型从一种单位制转如果用户想把模型从一种单位制转到另一种单位制，例如，从英尺到到另一种单位制，例如，从英尺到毫米，比例缩放就显得特别重要。毫米，比例缩放就显得特别重要。在在ANSYS 中缩放模型：中缩放模型：l 先保存数据库先保存数据库 - Toolbar SAVE_DB 或用命令或用命令 SAVE l 然后然