第二讲有限元建模

第二讲有限元建模第1页，课件共19页，创作于2023年2月有限元法的建模的流程建模流程第2页，课件共19页，创作于2023年2月有限元建模基础模型的定义模型传统定义是把实物按比例缩小做成的东西有限元的定义:表征结构或构件的物理特征或物理意义的方程或方程组有限元基本术语单元——网格划分中的每块(线，面或体)节点——确定单元形状的点荷载——外力边界条件——外加约束细胞组成各种细胞之间的连接点外力（推，拉，摩擦等）皮肤第3页，课件共19页，创作于2023年2月物理问题的分析什么结构（复杂结构还是简单构件，建筑，桥，电视塔，桅杆等）分析结构的组成构件由哪些单元组成确定分析的目标（根据需要的结果确定模型精细化程度）结构整体位移，结构模态结构构件应力或应变是否考虑扭转进一步确定所选的单元类型第4页，课件共19页，创作于2023年2月单元类型的选择（重点1）土木工程结构常见的单元类型选择依据：分析精度要求，构件形体，分析类型要求（弹塑性，大变形等）杆件（索），梁，板壳，实体，弹簧，质量杆（索）：link1，link8（普通），link10（仅考虑拉压）梁：beam3（三个自由度），beam4（六个自由度），beam44（线性非对称截面），beam188（非线性）板壳：plane42，shell63实体：solid45，solid70,solid65弹簧：combin14质量：mass21命令：ET，1，BEAM4ET，2，SHELL63第5页，课件共19页，创作于2023年2月材料类型土木工程结构常见的材料类型钢材EX,DENS,GXY,DAMPMP，材料何种属性，材料编号，材料属性值MP，EX，1，2.1E11（2.0E10）MP，DENS，1，7800（2500）MP，DAMP，1，0.02（0.05）MP，PRXY，1，0.3（0.17）MP，ALPX，1，1.2E-5（1.5E-5）G=E/2(1+m)混凝土定义变参数(重点2)TB,BH,3,1,5,（TB，数据类型，材料编号，，数据点）TBPT,,200,0.1（TBPT，DEFI，坐标点，值）（热力学分析，对流，比热容重等等）TBPT,,400,0.25TBPT,,600,0.55TBPT,,800,0.75TBPT,,1000,0.85

第6页，课件共19页，创作于2023年2月实常数

实常数的定义描述单元横截面几何特征的参数实常数的计算（重点3）常规截面(矩形，圆形，圆环)，可以手算ANSYS提供的截面面积(工字型，槽钢等)复杂结构(箱型梁)：借助AUTOCAD和ANSYS第一步：在CAD里画出我们的图形。

第二步：建立UCS，然后把UCS的中心确定在横向和纵向线的中心上，具体步骤如下：命令UCS→N→捕捉中心

第三步：建立块。步骤如下：命令region，然后选择特殊图形闭合区域面域化

命令subtract实现图形的加减。

第四步：质量属性查询。命令

MassProp。或者sections,creating,beamtool实常数的输入R，1，（根据单元类型取值）第7页，课件共19页，创作于2023年2月实常数实常数的输入（变截面）(重点４)sectype,1,beam,csolid!definecrosssectionatfirstendpointsecdata,0.5sectype,2,beam,csolid!definecrosssectionatfarendsecdata,0.1sectype,3,taper!newSectionIDfortaperedbeamanalysissecdata,1,0.0,0.0!section1atlocation(0,0,0)secdata,2,3,4,5!section2atlocation(3,4,5)Type,1Mat,1Secnum,3第8页，课件共19页，创作于2023年2月建模方式的选择（重点5）自下而上或自上而下（根据实际情况进行选择）土木工程结构多数自下而上机械构件多数自上而下物理模型还是几何模型（根据实际情况选择）第9页，课件共19页，创作于2023年2月建模自下而上建模物理模型建立节点(n,1,0,0,0)建立单元(e,1,2,3,4,5,,,,,,)（组成有限元的最基本元素）几何模型建立关键点(k,1,0,0,0)建立线(l,1,2)(e,1,2)建立面(a,1,2,3,4)(e,1,2,3,4)建立体（几何模型）(v,1,2,3,4,5,6,7,8)(e,1,2,3,4,5,6,7,8)网格划分后形成单元和节点（物理模型）(mesh)自上而下建模只能几何模型建立体或者面(rectng,0,3,0,5)(block,0,3,0,4,0,5)第10页，课件共19页，创作于2023年2月实际工程建模（重点6）几何建模建立关键点(txz)kgen,40,1,31,1,14,0,0

*do,i,1,40

k,31*i+1,-546,0,0

k,31*i+2,-546,4.175,0

k,31*i+3,-546,8.375,0…….*enddo建立线或面找出关键点规律连接关键点（复杂结构同时赋予单元属性并划分网格）如忘记节点最大号码*get,var,kp,0,num,max部分结构adrag,,,,,,,,(scj)第11页，课件共19页，创作于2023年2月网格划分（重点7）目的：将几何模型转化为物理模型ANSYS提供的网格划分方法映射划分（Mapped/IsoMesh）用于曲线、曲面、实体的网格划分方法，可使用三角形、四边形、四面体、五面体和六面体，通过指定单元边长、网格数量等参数对网格进行严格控制，映射划分只用于规则的几何图素，对于裁剪曲面或者空间自由曲面等复杂几何体则难以控制。自由网格划分（Free/Paver）用于空间自由曲面和复杂实体，采用三角形、四边形、四面体进行划分，采用网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。第12页，课件共19页，创作于2023年2月网格划分网格质量的评估（难点）单元的质量和数量对求解结果和求解过程影响较大，如果结构单元全部由等边三角形、正方形、正四面体、立方六面体等单元构成，则求解精度可接近实际值，但由于这种理想情况在实际工程结构中很难做到。因此根据模型的不同特征，设计不同形状种类的网格，有助于改善网格的质量和求解精度。单元质量评价一般可采用以下几个指标：（1）单元的边长比、面积比或体积比以正三角形、正四面体、正六面体为参考基准。理想单元的边长比为1，可接受单元的边长比的范围线性单元长宽比小于3，二次单元小于10。对于同形态的单元，线性单元对边长比的敏感性较高阶单元高，非线性比线性分析更敏感。（2）扭曲度：单元面内的扭转和面外的翘曲程度。

（3）疏密过渡：网格的疏密主要表现为应力梯度方向和横向过渡情况，应力集中的情况应妥善处理，而对于分析影响较小的局部特征应分析其情况，如外圆角的影响比内圆角的影响小的多。（4）节点编号排布：节点编号对于求解过程中的总体刚度矩阵的元素分布、分析耗时、内存及空间有一定的影响。合理的节点、单元编号有助于利用刚度矩阵对称、带状分布、稀疏矩阵等方法提高求解效率，同时要注意消除重复的节点和单元。

第13页，课件共19页，创作于2023年2月网格划分常见的命令单元赋予属性*ATT,MAT,REAL,TYPE网格控制MSHAPE,KEY,DIMENSION(KEY,0-四边形,1-三角形;2D或3D)MSHKEY,KEY(0-自由网格划分,1-映射,2-混合)*MESH,ALL网格尺寸LESIZE,线编号,尺寸,,分段数目,控制比例*MESH,编号1,编号2,增量VSWEEP,体编号,源面编号,目标面编号,(对体而言)第14页，课件共19页，创作于2023年2月网格划分举例（矩形，圆环，规则多边形）第15页，课件共19页，创作于2023年2月建模其他问题自由度耦合；结构模型如何简化，简化到什么程度；建模时赋予的实常数和材料类型，单元类型，如何去分组；选择select的技巧。第16页，课件共19页，创作于2023年2月布尔操作（重点8）特别适合机械构件0.85”Bushingradius1.0”Counterboreradius0.1875”deep6x3x11.50.75