ANSYS12.0中Workbench模块高级使用技术.ppt

1、AWE高级培训教程,ANSYS进阶培训教程 之 Workbench高级使用技术,AWE高级培训教程,AWE建模高级技术,体和零件,DesignModeler包括三个不同的体类型： Solid body: 具有面积和体积的体。 Surface body: 具有表面但无体积的体。 Line body: 完全由线组成的体，无边、面积和体积。 DesignModeler默认每个体为独立的一部分。,体和零件,在DesignModeler 中存在两种状态 的体： 激活（Active）: 体可以进行一般的修改操作，可以更改 (但不能被切片)。 将所有激活的体切换到冻结状态，可使用冻结(Freeze)特征来完

2、成。 在特征树 中，激活的体呈蓝色。 在特征树中，体的图标根据其类型（实体, 表面体, 线体）而改变。 冻结（Frozen）: 除切片(slicing) 操作外，建模的任何操作对其不起作用。 将体从冻结状态解冻，可利用解冻(Unfreeze) 特征完成。 在特征树中，被冻结的体呈白色。,激活,冻结,体和零件,多体零件是什么? 例： 在DM中的三个零件, 3个体中包括3个实体. DS中 3个实体具有 2 接触的区域。 每一个体网格是独立的。,DM,DS,体和零件,例子 (续): 在DM 的一个零件, 1个体中有一个实体. 在 DS 中为一个实体 (无接触区域). 全部体网格是一个整体,DM,DS

3、,DM,体和零件,Example: DM 中的一个多体零件, 有3个 实体. DS 中也有3个 实体 (无接触). 每一个体网格是独立的，但体上的节点在体之间是连续的。,DM,布尔操作,可应用5 种布尔操作于3D 特征: Add Material : 生成材质并使模型与激活的体相融合。总是可用。 Cut Material: 从激活的体上移走材质。 Slice Material: 将冻结的体切成薄片。只在模型中所有的体被冻结时才可用。 Imprint Faces: 类似于Slice，只是体上的面是被分开的，若有必要，则边也可被粘附（ imprinted） (不产生新体)。 Add Frozen:

4、 类似于Add Material，只是特征体与已存在的体不融合，而是添加了一个冻结体（frozen bodies）。 Cut, Imprint, 以及 Slice操作对线体不起作用。,布尔操作,布尔加:,选择要在激活的图形上执行的特征和布尔操作。,Extrude 此处显示Add.,注意： 如果体已存在， add 得到融合的几何图形。,布尔操作,布尔减:,已有的体 (细线显示透明轮廓). 利用旋转特征并进行减操作。,激活的草图,旋转轴,布尔操作,布尔粘附面: 粘附面 操作允许从连续的面分离出一个区域(见下面)。例如考虑在任意位置应用有限元边界条件。,激活草图以拉伸之. 通过粘附面的操作拉伸.,布

5、尔操作,布尔添加冻结: 类似于“加” 操作，但得到独立的体 (或单独的冻结体).,激活草图以拉伸之. 通过添加冻结的操作拉伸,布尔操作,布尔切片 (所有体必须被冻结): 切割冻结体，在切割区域留下新的冻结体。,新的冻结体. 激活草图以拉伸之. 通过切割操作以拉伸,高级工具,通过Create 菜单可得到高级工具， 包括： 冻结(Freeze) 解冻(Unfreeze) 面删除(Face Delete) 切片(Slice) 体操作(Body Operation) 冻结: 冻结是一个高级建模工具，有两个应用： 多个零件装配时，可考虑使用相应的方式 允许 “切割” 一个给定的零件为几个子体(e.g.,

6、 为了映射网格划分而建立可扫掠的体)。,高级工具,通常地，一个3D 实体特征 操作如下： 生成3D 特征的体 (e.g., 拉伸特征)。 通过布尔操作，用当前的模型融合特征体: 添加材质, 减去材料, 粘附表面。 冻结特征(Freeze feature ) 允许控制在构建历程中的第二步，使之作为独立的历程，如 特征树显示的那样。 冻结生成在前，由特征创建体在后。 在特征树的分枝前用冰立方体来表示冻结体。 Add, Cut, or Imprint Material操作对所有冻结体不起作用，因为任一 特征都在冻结之后。,高级工具,解冻用来激活一个选中的体或一组冻结体，并将它们与模型中激活体融合在一

7、起。 DesignModeler不是一个装配工具，而是一个 “扩展”的零件工具，能处理多体。 用冻结和解冻工具，也可以对(导入的)装配体进行模型操作 (e.g., 切片)。 采用默认，若从CAD包中导入一个装配体， DesignModeler 的建模被限制，因为应用任何形式的 3D 建模操作都会将接触的体笼统地融为一体。用 冻结 和解冻工具可以避免这种情况。,高级工具,切片特征(Slice feature)增强了DesignModeler的可用性，可以产生用来划分映射网格的可扫掠分网的体。 当模型完全由冻结体组成时，Slice才可用。 通过Create 菜单得到Slice，它有两个选项： Sl

8、ice By Plane: 选中一个平面，模型将被这个平面分开。 Slice Off Faces: 在模型上选中一些面，这些面大概形成一定的凹面；DM将 “切开” 这些面。 注意: Slice Off Faces 非常类似于Face Delete: Face Delete: 从模型中移走或删除被选中的面。 然后， DM试图修复余下的体。 Slice Off Faces: 从当前的模型中首先移走被选中的面，而不是删除，但是DesignModeler试图在sliced-off faces之外，生成新的体。,高级工具,通过平面切片的例子: 原始导入的不规则几何模型使其在有限元模拟中很难映射(扫掠)网

9、格。,在DM中导入的几何模型,有限元网格的结果 = all tets,高级工具,使用 Slice操作将模型分为4个体 (单独的零件).,用2次Slice 操作分割原有的（冻结的）体。,结果: 3个体都能扫掠生成网格,1个四面体网格,概念建模,应用Concept 菜单项里的特征用来创建和修改作为有限元梁模型的线体 要开始概念建模, 用户可以选择以下一种方式: 应用Draw 工具盒中的创建点和线特征来创建 2D 草图和/或 生成 3D模型，然后用于创建线体 利用外部导入的几何模型文件的特征. 可以采用以下的 概念建模工具，创建线体 : Lines from points Lines from sk

10、etches Lines from edges,截面,截面(Cross Sections): 截面是赋给线体的属性以定义有限元模拟中梁的特性. 在DM中, 截面由草图表示，由一组尺寸控制. 在DesignModeler中支持的11种 截面 类型直接对应于ANSYS 经典环境中所采用的特别的梁截面类型.,截面,首先从Concept 菜单中选取Cross sections 使之可用. 在树形图中插入cross section 的分枝，其中列出了所定义的每个截面,Concept 菜单,树形图的显示,截面,高亮显示树中的截面，并在细节面板中修改 尺寸.,截面,在DM中允许一个用户由数据定义截面. 不同

11、于通常的截面, 是在细节中给定截面的特性.,A = 截面面积. Ixx = x轴截面惯性矩. Ixy = 惯性积. Iyy =y轴惯性惯性矩. Iw = 抗扭常数. J = 扭转常数. CGx = 质心的X 坐标. CGy =质心的X 坐标. SHx = 剪切中心的X 坐标. SHy =剪切中心的Y 坐标.,由线生成面,由线生成面(Surfaces From Lines )(有限元梁和壳): 允许在DM中创建表面体，将线体的边作为边界. 选中的线体的边应为一个不相交的封闭环. 每一个封闭环将产生一包含单独的面的冻结的表面体. 封闭环应该形成如下的形状，这些简单的表面能够嵌入到模型: 平面、圆柱

12、、圆环、锥形、球形 也能够创建简单的扭曲表面.,平的表面,扭曲的表面,由线生成面,线生成面的注意事项: 应用梁和壳 (筋、加劲肋等)能够有效地模拟众多实际应用. surface from lines 的功能使这一能力得到增强. 无截面 的 线体 可以用于联结多个面模型. 此时，线体的作用仅仅是保证在表面的边界生成连续的网格.,线体 (无 截面),在面的交界处上得到的连续有限元网格,2 Surface Bodies,AWE高级培训教程,AWE高级分析高级技术, 体素类型,实体体素 是指几何空间上的 3D的体: 这些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。 每个节点对于结构有三个平动

13、自由度，对于热分析有一个温度自由度。 能很好地显示CAD模型。, 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。例如，CAD软件中可以提出中面, 但是板和壳仍然是3D的，不能认为是Surface bodies 。所以，如果将板和壳按照Surface bodies 来分析，必须首先在CAD 系统中提出中面。 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。, 体素类型

14、,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DS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。, 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 “Material” 材料可以从外部的 XML 文件选取 新的材料数据可以在Engineering 分支下添加和输入。然后新的材料就可以从

15、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。 如果在DM中已经定义了，厚度从DM直接输入。, 实体体素接触,输入装配体，自动检验接触面并生成接触。 在CAD软件中不支持配合关系。所以要建立两个非常接近的面来代替接触。 “Tolerance Slider”滑块，在“Contact” 分支，给出检验出接触的公差。, 实体体素接触,ANSYS的接触功能，允许用户建立零件之间没有公共节点的模型。 接触单元就像是在接触区域面上的“皮肤”，提供了零件之间的相互关系。 这意味着一个小的零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零件更密的网

16、格。, 实体体素接触,在“contact”分支点击某个接触域，构成这个接触的零件就会变成透明的，以便观察。 选取一个接触对，接触区域就变成透明的并不包括其它的部分。 透明度可以通过 “Tools Control Panel Contact: Transparency”控制. 在“Contact” 分支可以关掉透明显示。, 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。 点击鼠标右键的菜单允许用户在“Geometry” 分支选取相应的体或是在 “Contact” 分支选出所有相关的接触。, 实体体素接触,定义一个接触对需要涉及到接触面和目标面的选取。 在AS

17、NSYS 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，则另一个面就给目标面。 从相关的工具条定义接触，允许对接触域的手动定义。,网格划分,网格的节点和单元参与有限元求解 在求解开始，自动生成默认的网格。 用户可以预览网格，检查是否满足要求。, 整体网格划分控制,基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 。 “Relevance” 可以设置在 100 和 +100之间 默认的 Relevance值是0，但可以通过“Tools Control Panel Meshing: Rel

18、evance”改变值。, 整体网格划分控制,用户可以变为 “Advanced” 整体网格控制 向用户提供了四种控制选项: “Element Size” 定义了平均的单元边的长度 一种方法是通过“edge”选择器选取具有代表性的边（像筋板的厚度）进行控制。 “Curv/Proximity” 使DS可以定义单元之间的有更加相近的曲率 并且更加接近。 设定滑块从100 到 +100 ，如果单元尺寸靠近左边的“Default”， “Curv/Proximity” 的作用和“Relevance” 相同。 “Shape Checking” 用于对单元质量的检验。 对于线性分析，用 “Standard” 就

19、可以。对于非线性分析和场分析，需要严格的检验(“Aggressive”)。 “Solid Element Order”允许用户建立 低阶和 (default) 实体单元之间的连接。, 整体网格划分,DS和ANSYS网格划分的比较： 整体 “Element Size” 相似于 ESIZE 在DS中的 “Curv/Proximity”与ANSYS中的 SMRTSIZE 相似 都考虑曲线的曲率和相近性 网格划分有不同的结果，所以这两种设定不是完全的一样, 局部网格控制,可以对局部的单元大小进行控制 对于单元尺寸，可以定义被选边、面或parts的平均单元 尺寸。 对于边，用户可以定义边上的划分份数。

20、用户控制网格尺寸，可以得到比较相对统一的网格密度，还可以得到比定义整体边的长度更密或更疏的网格。,如图所示，左边是初始的尺寸然而右边是默认的网格划分。 注意通过sizing控制的左边在定义的边上有相对一致的网格密度。, 局部网格控制,可以对已经划分的网格进行单元细化 尽管用户很清楚，先进行整体和局部网格控制，然 后对被选的边、面进行网格细化。 推荐使用“1“级别细化。这使单元边界划分为初始单元边界的一半。 在生成粗网格后，网格细化的得到更加密的网格的简易方法。, 映射面网格划分,映射面网格划分允许在面上生成结构网格： 下面例子，对内圆柱面进行映射网格划分可以得到很 一致的网格。这样对计算求解有

21、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 Tree 上出现标志：, 映射面网格,对surface可以进行四边形和三角形映射网格划分。 Surface可以划分四边形或是三角形网格。（如果可能不推荐使用三角形壳体单元会影响结果精度）, 实体网格划分,DS定义实体网格划分的默认情况： 可以Sweep网格划分的，被划分成六面体单元，其他的体划分成四面体单元。 Sweep-meshing 可以应用在某一方向上拓扑一致的结构上。 在“Mesh” 分支上点击右键，可以预览能够sweep的体。可以选取要sweep的体.,如左例，中间的实体被sweep为六面体单元（

22、和五面体），其他的为四面体单元。, 实体网格划分,利用“Element Shape” 分支，用户可以控制被选实 体的网格划分: “Auto Sweep if Possible”定义DS将可以进行sweep的 体划分为六面体单元（有时五面体也可以） “All Tetrahedrons” 定义DS将所有的体划分为四面体单元. 如果license添加了Advanced Meshing Module 将有“Hex Dominant”功能, Hex-Dominant 网格划分,Advanced Meshing Module 高级网格划分模块介绍: 在有些例子里，用户可能希望对于特定的分析生成hex-do

23、minant网格。 hex-dominant网格算法先生成一个平面网格，经过向内拖拉形成块/锥。再在内部添加锥形四面体单元。这种外面上六面体单元，里面是四边形单元的计算结果很好。 注意，在“Element Shape” 分支只有相应的licenses才能使用Advanced Meshing Module. 如果体不能进行hex-dominant划分， “Control Messages” 将给出警告。, Hex-Dominant 网格划分,hex-dominant 网格划分例子: 14,402 brick (40%) 6,674 tetra (20%) 955 wedges (3%) 1095

24、7 pyramids (33%), 局部网格划分,在内部, 可以利用: “Sizing” 与 LESIZE, AESIZE相近 “Refinement” 与 KREFINE, LREFINE, AREFINE相近 “Mapped Face Meshing” 相似于有适当 MSHAPE设置的 MSHKEY,1 “Element Shape” 相似于 VMESH (free) 或 VSWEEP. Hex-dominant 网格划分功能在ANSYS没有。, 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： 在屏幕上有问题的几何体会显示出来，在a named select

25、ion group 将生成“Problematic Geometry”。这要用户可以看见模型。, 网格划分失效,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，例如有小的缝隙和是卷曲的面 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。,参数管理器,通过在结构树中复制模型或环境，来进行多设计研究，是一种进行结果对比的简单方法。 在进行多模型对比时，

26、DS数据库文件将变得很大，因为每个模型的网格和结果都进行了存储。 大多数情况下，这是一种很慢的手动方法。 在许多工况已经检查过的情况下，是可以使用参数管理器。 参数管理器可以清楚看到输入数值对输出结果的变化影响。以表格方式进行操作。 如果用户需要保留云图结果，像不同几何图形的模态，这时参数管理器是不起作用的。, 认识参数,在 Design Simulation中, 可以用参数管理器来管理输入和输出参数。 如果在属性窗口中白色的输入文本条目旁边有个方框，表明可以用来作为输入参数。 如果在属性窗口中灰色的信息文本条目旁边有个方框，表明可以用来作为输出参数。 单击方框，一个蓝色“P”就会出现，表明它

27、已经被参数管理器使用。 任何不带方框的条目是不能作为参数的。此外，任何不带“P”的条目也不能被参数管理器使用。, 使用参数管理器,激活参数管理器: 浏览结构树，并激活将使用的输入参数 (带有蓝色“P”) 浏览求解分支条中的结果项，并激活使用的输出参数。(带有蓝色“P”) 结果查询的使用 (在第九章有介绍)允许用户查询局部结果。 例如，通过在选定的面上进行查询结果,面上最大的等效应力被用来作为输出参数。 选定需要的环境的求解分支条，并选定参数管理器。 参数管理器的工作表将会出现（见下页）,使用参数管理器,参数管理器工作表的标签会将输入和输出的参数显示在“Definitions”下， “Scena

28、rios”是将运行的工况表。,使用参数管理器,每一个“Scenario”都是将要运行的分析。 在“Scenarios,”下，单击右键进行添加行 每行代表一个分析 白色输入值能改成需要的值 灰色的输出值反映结果值 最后一列表示求解是否进行。状态指示器类型是“Done，” “Ready,” and “Obsolete” 粗体显示的行的数值反映在结构树中 不像多对比分析，参数管理器是不能存储所有结果的。结构树中仅反映最终的情况（粗体行）。 核对想让参数管理器进行求解的项目,使用参数管理器,当设置完每种情况并点击求解键，参数管理器将顺序求解每个有核对标记的工况。 如果提供CAD参数，需要确保是有效的几

29、何模型的尺寸。 如果遇到错误，参数管理器会略过那种情况。 当求解完成后，在表中很容易比较每种情况下的结果。 结果可以输出到Excel中 (在参数管理器结构树上点右键进行输出), DesignXplorer和参数,DesignXplorer and DesignXplorer VT 是Workbench的一个模块，可以让用户充分地理解输入和输出参数之间的关系。,命名选择,命名选择（Named Selection)工具条具有将各种几何元素编制成组的功能 命名选择允许用户将顶点、边、表面、或实体编成一组，可以用来指定: 定义网格划分的控制选项 定义接触域 施加载荷与约束 显示结果 对命名选择的使用，

30、能让用户更简便地将常会用到的几何元素重新编组, 定义命名选择,生成一个命名选择: 仅选择所感兴趣的顶点、边、面、或体, 然后点击 “Create Selection Group” 图标. 弹出一个对话框，然后在新生成的命名选择键入一 个名称. 在命名选择工具条上也将与目录树中一样出现一个 新生成的命名选择 请注意如下事项: 在一个具体的命名选择中，只能选中一类几何元素. 例如，顶点与边是不能共存于同一个命名选择中。 我们能从某些CAD系统中输入命名选择组, 使用命名选择,在任何几何体已被选中的情况下，命名选择将都适用 从明细表中选择“几何体（Geometry)”，然后进入点选模式 在工具条中点

31、取“Named Selection”来选取 从“Selection”图标中选择合适的选项 用高级选择选项（Select Items in Group)来实现当前“命名选择（Named Selection)” 以“添加到当前选择中（Add to Current Selection）” 的选择方式，将当前指定选中的元素添加到已选好的组元中 “从当前选择中剔除（Remove from Current Selection)”的方式，剔除任意当前命名选中的几何元素 然后，在明细窗中点击“应用（Apply)”, 导入ANSYS,当模型导入到ANSYS中时，只有节点与单元能实现导入 在ANSYS求解器中并不

32、参与实体的几何尺寸 因此，如果只存在有限元划分的网格，选取或修改模型将会很困难，按命名选择提供了一种选择与控制网格的简便方法 先在DS中定义命名选择的组元 然后将它们做为组件导入到ANSYS中，在ANSYS中这些组元将能根据需要选取与编辑 为了在ANSYS中涉及到模型的几何尺寸，因此，几何体首先要在DS中被定义为一个命名选择的组件, 导入ANSYS,将命名选择的组元以组件的形式导入ANSYS: 按指定选中的顶点、边与表面能以同样的命名，作为一个单元组件导入 指定选中的面与实体能以同样的命名，作为一个单元组件导入 线是不能作为一个组件导入的 当在DS中以命名选择的组元作为一个组件导入ANSYS中

33、时，应遵循如下原则: 以数字开始命名需添加“C_“的前缀 名称中的空格将会被下划线替代 如果多个组元以同样的名称命名，只有最后一个组元能导成ANSYS的一个组元, 导入 ANSYS,一旦命名选择被导入ANSYS，它们将能以组件的形式参与如下操作: 施加在DS中不支持的载荷 改变单元的属性 定义在DS中不支持的另类单元 执行后处理中特殊的任务 等等 许多ANSYS命令认可组件名作为一个变量，这样便于组件在ANSYS中的应用 命名选择是与CAD几何模型相关联的，因此用户不用担心CAD模型是否会被更新 对组件的使用是编号独立的，因此用户不必担心网格划分会发生变化,命令,使用前处理与后处理命令条能对A

34、NSYS高级功能进行操作 前处理与后处理命令条允许用户在求解前后给求解选项添加APDL语言（ANSYS Parametric Design Language), 命令条总结,使用前后处理命令条有如下几条好处： 熟悉APDL语言的用户也能直接在命令行中键入APDL 通过使用逻辑独立的功能，从而使ANSYS的功能产生更好的通用性 通过对“ANSYS_MAROLIB“进行设置允许用户从指定的位置运行宏命令 命令条是目录树中的一部分 如果多个工况在运行，不必用户手工指定，命令条仍能使用.这将允许用户带着参数使用命令条,将模型导入ANSYS,正如上节所示，前后处理允许用户在DS中通过添加ANSYS命令的形式执行一些ANSYS高级功能的操作 在某些情况下，用户希望将DS中的模型直接导入到ANSYS中，并在ANSYS中运行 在所有的信息中，只有网划能实现ANSYS的导入，而是模型的几何体 有3种方法能讲网格/载荷导入ANSYS: 保存“环境（Environment)”为一个二进制的ANSYS的DB文件 保存“环境（Environment)”为一个ASCII ANSYS输入文件 在ANSYS中加载“环境（Environment)”, 保存二进制ANSYS 的DB文件,在求解前，可以保存成一个二进制ANSYS的DB文件 在求解命令条的明细窗中，将“Save ANSYS db”设为“Yes