搜索建模與網(wǎng)格劃分指南第一章
2013-06-19 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 安世亞太 來源: e-works
關(guān)鍵字: CAE 教程 網(wǎng)格劃分
第一章 模型生成概述
1.1 什么是模型生成?
有限元分析的最終目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征,換句話說分析必須是針對一個(gè)物理原型準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。廣義上講,模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件,以及其它用來表現(xiàn)這個(gè)物理系統(tǒng)的特征。
在ANSYS術(shù)語中,模型生成一般狹義地指用節(jié)點(diǎn)和單元表示空間體域及實(shí)際系統(tǒng)連接的生成過程。因此,在這里討論的模型生成指模型的節(jié)點(diǎn)和單元的幾何造型。ANSYS程序?yàn)橛脩籼峁┝讼铝猩赡Ｐ偷姆椒?
·在ANSYS中創(chuàng)建實(shí)體模型
·利用直接生成方法
·輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)創(chuàng)建的模型。
1.2 ANSYS中建模的典型步驟
通常的建模過程應(yīng)該遵循以下要點(diǎn):
· 開始確定分析方案。在開始進(jìn)入ANSYS之前,首先確定分析目標(biāo),決定模型采取什么樣的基本形式,選擇合適的單元類型,并考慮如何能建立適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。
· 進(jìn)入前處理(PREP7)開始建立模型。多數(shù)情況下,將利用實(shí)體建模創(chuàng)建模型。
· 建立工作平面。
· 利用幾何元素和布爾運(yùn)算操作生成基本的幾何形狀。
· 激活適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。
· 用自底向上方法生成其它實(shí)體,即先定義關(guān)鍵點(diǎn),然后再生成線、面和體。
· 用布爾運(yùn)算或編號控制將各個(gè)獨(dú)立的實(shí)體模型域適當(dāng)?shù)倪B接在一起。
· 生成單元屬性表(單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性和單元坐標(biāo)系)。
· 設(shè)置單元屬性指針。
· 設(shè)置網(wǎng)格劃分控制以建立想要的網(wǎng)格密度,這個(gè)步驟并不總是必要的,因?yàn)檫M(jìn)入了ANSYS程序有缺省單元尺寸設(shè)置存在(參見§7)。(若需要程序自動細(xì)化網(wǎng)格,此時(shí)應(yīng)退出前處理(PREP7),激活自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。)
· 通過對實(shí)體模型劃分網(wǎng)格來生成節(jié)點(diǎn)和單元。
· 在生成節(jié)點(diǎn)和單元之后,再定義面對面的接觸單元,自由度耦合及約束方程等。
· 把模型數(shù)據(jù)存為Jobname.DB
· 退出前處理。
1.2.1 實(shí)體建模和直接生成的比較。
可以用兩種方法來生成模型:實(shí)體建模和直接生成。對于實(shí)體建模,需要描述模型的幾何邊界,建立對單元大小及形狀的控制,然后令A(yù)NSYS程序自動生成所有的節(jié)點(diǎn)和單元。與之對比,用直接生成方法,在定義ANSYS實(shí)體模型之前,必須確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置,及每個(gè)單元的大小、形狀和連接。
盡管有些數(shù)據(jù)自動生成是可能的,直接生成方法基本上是依次傳遞的,這種方法要求在建立有限元網(wǎng)格時(shí)記錄所有的節(jié)點(diǎn)號。這種詳細(xì)的記錄對于大模型來說是乏味的,并很可能出錯(cuò)。實(shí)體建模一般比直接生成方法更加有效和通用,是一般建模的首選方法。
盡管實(shí)體建模有諸多優(yōu)點(diǎn),有時(shí)會碰到直接生成更方便的情形。用戶可以在直接生成與實(shí)體建模間方便地來回轉(zhuǎn)換,對模型的不同部分采取適當(dāng)?shù)牟煌＜夹g(shù)。
有關(guān)實(shí)體建模與直接生成的討論可分別參考§5和§9。為便于用戶在給定條件下判別使用哪種方法更合適,現(xiàn)將這兩種方法的相對優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。
1.2.1.1 實(shí)體建模
實(shí)體建模的優(yōu)點(diǎn):
·對于龐大或復(fù)雜的模型,特別是對三維實(shí)體模型更合適。
·相對而言需處理的數(shù)據(jù)少一些。
·容許對節(jié)點(diǎn)和單元不能進(jìn)行的幾何操作(如拖拉和旋轉(zhuǎn))。
·支持使用面和體體素(如多邊形面和圓柱體)及布爾運(yùn)算(相交、相減等)以順序建立模型。
·便于使用ANSYS程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能。
·是自適應(yīng)網(wǎng)格劃分所需的。
·為便于施加載荷之后進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化所要求的。(實(shí)體模型加載也需要如此)。
·便于幾何上的改進(jìn)。
·便于改變單元類型,不受分析模型的限制。
實(shí)體建模的缺點(diǎn):
·有時(shí)需要大量的CPU處理時(shí)間
·對小型、簡單的模型有時(shí)很繁瑣,比直接生成需要更多的數(shù)據(jù)。
·在某些條件下可能會失敗(程序不能生成有限元網(wǎng)格)
1.2.1.2 直接生成
直接生成的優(yōu)點(diǎn)
·對小型或簡單模型的生成較方便。
·使用戶對幾何形狀及每個(gè)節(jié)點(diǎn)和單元的編號有完全的控制。
直接生成的缺點(diǎn)
·除最簡單的模型外往往比較耗時(shí),大量需要處理的數(shù)據(jù)可能令人難以忍受。
·不能用于自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。
·使優(yōu)化設(shè)計(jì)變得不方便。
·改進(jìn)網(wǎng)格劃分十分困難(諸如面網(wǎng)格細(xì)化,SmartSizing等工具均不能使用)。
·可能是十分乏味的,需要用戶留意網(wǎng)格劃分的每一個(gè)細(xì)節(jié);更容易出錯(cuò)。
1.3 從CAD系統(tǒng)中輸入實(shí)體模型。
代替在ANSYS中建模,可在用戶擅長的CAD系統(tǒng)中建模,存成IGES 文件格式或其他ANSYS接口產(chǎn)品之一的文件格式,并把它輸入ANSYS中進(jìn)行分析。
利用CAD軟件包建模有如下優(yōu)點(diǎn):
·避免了重復(fù)對現(xiàn)有CAD模型的勞動而生成待分析的實(shí)體模型。
·工程師可利用熟悉的工具去建模。
但是,從CAD系統(tǒng)中輸入的模型如果不適于網(wǎng)格劃分則需要大量的修補(bǔ)工作。
關(guān)于從IGES文件輸入實(shí)體模型的更多信息,參見§6。對于從其他類型文件輸入實(shí)體模型,參見《ANSYS Connection Users Guide》。
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