ansys梁支架结构的几何建模

1、1 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential04-梁支架结构的几何建模算例来源：安世亚太公司算例制作：孟志华算例校核：关 键 词：支架、梁单元、几何建模、Spaceclaim2 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential摘要本算例对一个支架结构进行建模，以准备进行静力分析，支架结构被简化为梁结构。本算例可以学习掌握ANSYS 最新的Spaceclaim几何建模工具的基本操作，包括梁的轴线建模、横截面建模，以及梁端共节点的处理方法。本例题是ANSYS中梁单元的几何建模的基本例题，是梁结构分析

2、的入门题目。3 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential案例描述本算例对一个支架结构进行静力分析，支架结构被简化为梁结构。在题目中，将完成梁的轴线建模、梁截面建模，并进行梁端共节点的处理，为梁单元有限元计算做几何模型的准备。支架梁的结构尺寸如下图，为三角形梁结构。截面尺寸如下图，为焊接角钢截面。4 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.1打开打开 ANSYS Workbench，打开几何建模，打开几何建模模块模块（1）首先启动ANSYS Workbench环境。（2）在Workbe

3、nch环境的起始界面，在左边工具栏【Toolbox】中，找到静力分析项目【Static Structural】，用鼠标左键，将该项目拖动至右侧的空白区域【Project Schematic】中，即创建了一个静力分析过程的流程。提示：ANSYS已经提供了静力分析、模态分析、热分析等分析流程的工具箱，工程师可根据工程需要，拖动所需流程模板放置到项目流程的视窗中。本例题使用的静力分析流程，从上至下包含了工程材料数据、几何建模、有限元模型、分析工况设置、求解计算、后处理等步骤，可分别打开不同的模块来完成不同的操作。5 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confide

4、ntial3.1打开 ANSYS Workbench，打开几何建模模块（续）（3）在项目流程视窗【Project Schematic】中，找到静力分析项目A，并在其中的【Geometry】栏目上用鼠标右键弹出菜单，选择第一项【New Spaceclaim Geometry】，系统将打开一个新的页面，即为Spaceclaim几何建模模块。提示：在17.0以后的ANSYS版本中，更为推荐使用Spaceclaim来进行几何建模和模型处理，而之前常用的Designmodeler建模工具则不再是首选工具。此外，在实际工程中，读者也可以直接从Windows开始菜单中的ANSYS目录下，直接启动SCDM（即

5、Spaceclaim）几何建模模块。6 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2创建创建三角支架梁的轴线及横截面三角支架梁的轴线及横截面（1）将Spaceclaim模块切换为中文环境：在Spaceclaim模块的顶部菜单中，打开【File】-【Spaceclaim Option】进行高级设置。在设置选项中，找到【Advanced】-【Language】，将语言设置改为“中文简体”或“Default”（这两个语言设置需要来回切换，如果没有改好，则再切换为另一项更改一次），点击确定。7 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2

6、022ANSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（2）切换得到“草绘模式”进行轴线的绘制：a.在Spaceclaim模块的顶部菜单中，选择【设计】页签，b.在【设计】页签下的快捷工具栏中，点击图中“第2步”草绘按钮，切换到草绘模式的视图。c.点击图中下方“第3步”的按钮，将视角转到草绘的工作平面上。d.点击图中上方“第4步”创建线条按钮，准备创建直线。8 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（3）绘制三角形轴线：参考下图进行操作，a.用上一步的创建线条按钮，先点击

7、原点作为起点，向右水平放置鼠标（不点击鼠标），然后直接输入“4000”长度，回车，完成第一条线。b.重新点击创建线条按钮，点击原点作为起点，向下垂直放置鼠标（不点击鼠标），然后输入“2000”的高度，回车，完成第二条线。c.直接继续创建第三条线，即点击水平线段的终点，作为第三条线的终点。完成后如下图，形成三条线。9 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（4）创建角钢梁的截面形状，如下图：a.第1步，在左侧栏中，找到【结构】标签，点击即切换到结构目录树。在结构目录树可以看到创建了三条草绘的线段。b.

8、第2步，在顶部标签栏，点击并切换到【准备】标签下，此时，顶部工具栏提供了新的快捷工具，主要是用于板壳模型和梁模型的处理。c.第3步，在顶部工具栏中，点击【轮廓】按钮，在弹出的截面形状定义栏中，选择一个“角钢”形状的截面。此时，将在左边结构目录树中，多出一个“横梁轮廓”的子目录，里面记录了刚插入的“角钢”截面。提示：在有限元中，板壳和梁是常用的简化模型，而CAD建模通常只有三维实体模型的概念。因此在Spaceclaim中，为了有限元的几何建模便利，特定地加了对板壳和梁模型的一系列特殊处理工具。10 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.

9、2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（5）定义角钢梁截面的尺寸：在左侧结构目录树中，鼠标右键点击【横梁轮廓】下的L型截面，在弹出菜单选择“编辑梁轮廓”。系统将新打开一个界面，来完成对梁截面几何的定义和编辑。接下来，在新打开的窗口中，在左侧的【群组】-【尺寸】中，找到并点击W1尺寸，然后在下方的面板中，设置【偏移】尺寸从100mm改为80mm。此时可看到角钢截面的形状发生了变化，水平向的翼板宽度已经改为80mm。（注意截面的坐标系）。修改完成后，在界面左下角的标签，把当前的截面编辑窗口“SYS”打叉关闭，即回到梁模型的建模窗口中。11 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022A

10、NSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（6）创建梁模型：回到梁模型的建模窗口中，在【准备】栏中，点击“创建”梁的按钮（图中第1步），即为使用现有的L角钢截面创建梁模型。然后在窗口中确认图中“2”的操作按钮，然后依次点选三个线条。即可完成三个梁的创建。12 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）（7）检查梁模型：键入快捷键字母K和D，可以在草绘模式（K）、三维模式（D）之间切换。切换到三维模式（D）。然后在顶部栏目中找到【准备】-【显示】-【实体横梁】，即可显示梁模

11、型的截面效果。13 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2创建三角支架梁的轴线及横截面（续）然后，读者应检查三个角钢梁的角钢摆放方向是否符合工程实际，若不符合，应修改角钢的摆放角度。梁截面的摆放角度，即梁截面的X方向，与梁线段的布置方向一致。因此，可以参考下图的操作步骤，使用【定向】按钮，调整每个梁线段的坐标系X轴的角度，使其符合实际。本例题不做调整。14 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.3. 定义梁端的节点为共享节点（固连节点）如下图，在Spaceclaim建模模块

12、中，强制各零部件共享拓扑（即要求后续网格划分时有共节点）的方法是，1.切换到结构目录树；2.点选目录树的根部（全部共享拓扑）或者某个组件（部分组件共享拓扑）；3.在下方相关的设置面板中，设置共享拓扑形式为“共享”。提示：对于本例题，三个梁共享拓扑后，将在后续的网格划分中，梁端交点将是共节点，即固连方式。若无此操作，三个梁将无法传递位移和力，没有相互连接。15 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential分析小结本例题针对一个三角支架问题，建立了梁的线条模型，模型由三段梁组成，梁截面为角钢。建模时使用了ANSYS推荐使用的Spaceclaim模块，基于草绘模式建立三条线段，并创建了自定义横截面，最后基于已有的三条线段，创建了三个梁。另外，引进了“共享拓扑”的概念，一