有限元分析网格划分的应用

有限元分析网格划分的应用

aniss软件通常用于分析大多数时间，这也是分析的重要步骤。在这项工作中，我们通过工程实例研究了建立金元模型。1建立映射网格工程上常要进行关于齿轮的分析,直接在ANSYS中精确建立齿轮的齿廓线比较困难,可以利用CAD软件来建立齿轮模型或几个齿轮的装配模型,然后利用ANSYS的多种CAD软件的数据接口将CAD模型导入ANSYS中。例如,对两个直齿齿轮进行接触分析,可利用CAXA软件中直接生成齿轮的功能来绘制齿轮的齿廓,把这齿廓的二维图形在CAXA中存储成IGES文件格式,再利用ANSYS软件的IGES文件接口导入IGES几何文件。导入ANSYS软件中的是齿轮的轮廓线,再由线生成面,见图1所示。为提高齿轮接触分析的精度,将图1的齿轮面进行图2所示的分割,以划分出规则的四边形网格。选用PLANE82单元对分割后的齿轮面进行映射网格划分。对面进行映射网格划分要满足面包含3或4条线的条件,对于多于4条线的面可以进行线的连接来降低线的数量。例如图2中的面1是5条线,用LCCAT命令将图3所示的线1和线2进行连接,就可划分成图4所示的映射网格。对齿轮进行接触分析主要关心齿轮齿部和齿根部分的应力状况,可对齿轮轮辐部分网格划分疏些,减少单元和节点数量以提高运算速度和减小运算规模。如对图2的面2进行映射网格划分,对图5的面2的四条边控制划分份数,要求满足N2=N4,且N1与N3差为偶数,设置N2=N4=14,N1=7,N3=3,即可划分成图6所示的一边疏一边密的映射网格。对齿轮各个面进行映射网格划分后见图7所示,实现了齿轮和齿根部分网格较密,齿轮轮辐部分较疏的规则四面形网格划分目的。2采用solid95单元进行体扫掠网格划分许多ANSYS参考书中关于轴承座的例子里对轴承座都是进行自由网格划分,划分的网格都是四面体单元,见图8所示。若对轴承座进行图9所示的分割后,可以实现用SOLID95单元进行体扫掠网格划分,生成的都是六面体单元,见图10所示。注意:划分体扫掠网格要求几何模型具有一对拓扑结构相同的源面和目标面(源面和目标面允许形状不同,但有可能导致体扫掠失败),并且源面与目标面的对应顶点之间用一条棱线相连接。不满足上述要求的几何模型,可利用ANSYS的布尔运算,将几何模型分割成相互连接的若干小实体,使这些小实体满足体扫掠网格划分要求。3面体单元划分ANSYS软件中的MESH200单元是专门用于划分网格的辅助单元,仅用来划分网格的单元,它对计算结果毫无影响。MESH200单元可以与任意其它单元一起使用。它不具有自由度、材料特性、实常数或荷载。航空发动机的压气机叶片的榫槽结构不是规则的几何形状(图11所示),要对其划分规则的六面体单元,可以借助MESH200单元先划分面,然后对体进行扫掠网格划分。为精确分析榫槽应力,选择划分实体的单元为20节点的SOLID95单元,对应划分面的MESH200单元设置其单元的KEYOPT(1)=7,即MESH200单元是八个节点的四边形单元。划分单元时,先进行总体单元大小控制,设置总体尺寸为4mm,榫槽槽底圆弧处是应力集中部位,要对圆弧处划分较细的网格,对4个圆弧线进行线划分单元数控制,设置圆弧线划分为11份。选择MESH200单元对除榫槽两个端面外的其他面进行映射网格划分,见图12所示。选择SOLID95单元,对榫槽进行体扫掠网格划分,划分后的网格见图13所示。对划分网格后的榫槽就可施加载荷和边界条件进行计算,MESH200单元就不再需要它,可以将其删除(清除)或者保留,它的存在不会影响计算结果。注意:设置MESH200单元属性时选择它的节点分布要与选择的实体单元相一致。4采用mesh200单元拖拉网格是在采用拖拉操作创建几何模型的同时获得拖拉网格的模型。拖拉创建网格的步骤是先定义实体单元类型、实常数、材料属性等基本网格属性,还得定义MESH200单元并设置为三角形或四边形单元,用于划分面网格。创建好拖拉的源面、拖拉路径线或旋转的轴线等基本拖拉要素。利用MESH200单元给源面划分面单元。设置当前拖拉的网格属性,如果拖拉关键点则划分点网格,拖拉线则划分线网格,拖拉面则划分面网格。最后执行拖拉操作。对一磁体(见图14所示)进行电磁场的分析,对该几何体就可进行拖拉网格划分。首先建立磁体中截面,并对中截面进行图15所示的分割。设置MESH200单元的KEYOPT(1)=6,是四个节点的四边形单元,对磁体中截面进行总体单元控制,设置总体单元尺寸为30mm,用映射网格划分后的磁体中截面见图16所示。设置拖拉的体单元为SOLID45单元,设置拖拉的网格属性为沿着拖拉的径向方向设置拖拉份数为10份,然后执行把图16的源面沿着源面径向拖拉,生成图17所示网格。5网格划分的组成单元对几何体进行自由网格划分生成的都是四面体单元,这虽很容易实现但划分的网格结果在某些情况下并不满意,对体进行映射网格划分生成的都是六面体单元,但有时很难实现。可将几何体进行切割,一部分进行映射网格划分,另一部分进行四面体网格划分,六面体网格和四面体网格之间的过渡区生成金字塔单元。某发动机中的叶片,可将叶片分成图18所示的三个部分,选用SOLID95单元对第一和第三个部分进行映射网格划分,对第二部分进行自由网格划分。生成网格见图19所示。要将退化的四面体单元转换成真实的四面体单元,执行TCHG命令将SOLID95单元转化成10节点的SOLID92四面体单元,转变结果见图20所示。注意:六面体单元和四面体单元间的过渡区生成金字塔形单元,要求:必须有六面体网格(至少在交界面上有四边形网格)。网格划分器首先生成四面体单元,然后通过组合或重新组织过渡区的四面体单元形成金字塔形单元。仅适用于既支持金字塔形又支持四面体形状的单元类型。6基于岩片模型的模拟对于复杂工程问题的几何模型常常包含多种单元属性,要给单元指定合适的属性,有以下3种途径来实现:在网格划分前为实体模型指定属性;在网格划分前对单元类型、实常数和材料特性进行总体的设置;在网格划分后修改单元属性。图21所示的布有横向和纵向加强筋的真空罐,罐体和筋都用壳单元SHELL181来模拟,罐体、横筋和纵筋的厚度不同,就要赋予SHELL181单元不同的实常数。建立真空罐的模型可先建立如图22所示的一部分模型,然后把这部分模型在笛卡儿坐标的Y方向拷贝8份,在柱坐标的Y方向拷贝24份。在拷贝之前要先给模型的罐体、横筋和纵筋分配好单元实常数,这样拷贝之后整个模型不同厚度就都分配好了。注意:拷贝完成后,各个面之间是没有联系的,执行NUMMRG,ALL命令来进行点、线和面的合并。为加快计算,执行NUMCMP,ALL命令以压缩点、线和面的编号。对真空罐整体模型划分网格,设置总体单元尺寸为20mm,执行映射网格划分,ANSYS程序就自动按照罐体、横筋和纵筋的不同厚度进行分配,网格划分后模型见图23所示。在实体模型上指定属性,可以避免在网格划分操作中重新设置属性。ANSYS的网格划分算法在一次对所有实体进行网格划分时更为有效,因而在网格划分前为实体模型指定属性方法更为优越。7几何模型网格划分ANSYS软件提供了多