搜索ANSYS的MESH200單元應(yīng)用方法
2017-03-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS軟件是通用有限元分析軟件,越來越廣泛地應(yīng)用于我國的航空航天、機(jī)械制造、汽車交通、鐵道、能源、化工等領(lǐng)域。一個(gè)典型ANSYS分析過程分為3步驟:建立模型;加載并求解;查看分析結(jié)果。第1步建立模型常?；ㄙM(fèi)大量時(shí)間在如何給幾何模型劃分網(wǎng)格上,而ANSYS軟件提供的MESH200單元是專門用于劃分網(wǎng)格的輔助單元,本文將通過實(shí)例來說明MESH200單元的用法,為給幾何模型生成有限元模型提供參考。
0 前言
ANSYS軟件是通用有限元分析軟件,越來越廣泛地應(yīng)用于我國的航空航天、機(jī)械制造、汽車交通、鐵道、能源、化工等領(lǐng)域。一個(gè)典型ANSYS分析過程分為3步驟:建立模型;加載并求解;查看分析結(jié)果。第1步建立模型常常花費(fèi)大量時(shí)間在如何給幾何模型劃分網(wǎng)格上,而ANSYS軟件提供的MESH200單元是專門用于劃分網(wǎng)格的輔助單元,本文將通過實(shí)例來說明MESH200單元的用法,為給幾何模型生成有限元模型提供參考。
1 MESH200單元說明
MESH200單元是僅用來劃分網(wǎng)格的單元,它對計(jì)算結(jié)果毫無影響。這個(gè)單元用于以下幾種類型的操作:
多步驟的網(wǎng)格劃分,例如單元的擴(kuò)展要求從低一級的單元生成高一級的單元。
二維或三維空間中有或沒有中間節(jié)點(diǎn)的線的網(wǎng)格劃分。
三維空間中有或沒有中間節(jié)點(diǎn)的三角形、四邊形、四面體或六面體單元組成的面或體的網(wǎng)格劃分。
MESH200單元可以通過設(shè)置單元屬性來選擇它的幾何構(gòu)造及節(jié)點(diǎn)布置,具體地可以參照ANSYS幫助文件。
MESH200單元可以與任意其他單元一起使用。它不具有自由度、材料特性、實(shí)常數(shù)或荷載。一旦不需要該單元時(shí),可以刪除或留在模型中,不影響計(jì)算結(jié)果。使用EMODIF命令可以將MESH200單元轉(zhuǎn)換為其他單元。
2 MESH200單元應(yīng)用實(shí)例
MESH200單元常常用于拖拉和掃掠網(wǎng)格劃分中。
(1)拖拉網(wǎng)格
例如某一要進(jìn)行電磁場分析的磁體(見圖1),對該幾何體的網(wǎng)格劃分就可以借助MESH200單元來完成。
根據(jù)該磁體的結(jié)構(gòu),建立該磁體模型,可通過先建立磁體橫截面,然后把橫截面沿著磁體徑向方向拉伸即可。為能夠?qū)γ孢M(jìn)行映射網(wǎng)格劃分,把磁體橫截面切割成圖2所示的相互連接都是4條邊的面,因?yàn)槊嬗成渚W(wǎng)格劃分的條件是面是3條或4條邊。
定義2個(gè)單元:MESH200單元用來劃分磁體橫截面,SOLID45單元用于拖拉橫截面后生成的磁體三維模型。設(shè)置MESH200單元的KEYOPT(1)=6,即MESH200單元是4個(gè)節(jié)點(diǎn)的四邊形單元。對所劃分的網(wǎng)格大小進(jìn)行總體單元大小的控制,設(shè)置總體單元尺寸為10mm用MESH200單元映射網(wǎng)格劃分后的磁體橫截面見圖3所示。
設(shè)置拖拉網(wǎng)格的屬性:SOLID45單元,沿著拖拉的徑向方向設(shè)置拖拉的份數(shù)為42份。然后執(zhí)行把圖3的磁體橫截面沿著該面的徑向拖拉,生成圖4所示的網(wǎng)格。
拖拉后的磁體有限元模型中MESH200單元不參與以后的計(jì)算,可以保留也可以刪除。不刪除,即使要顯示保留有MESH200單元的磁體中截面結(jié)果云圖時(shí),MESH200單元也是不能激活的,在操作時(shí)MESH200單元可以自動(dòng)避開選擇。
對于該磁體橫截面的網(wǎng)格劃分也可以選擇面單元來實(shí)現(xiàn),比如PLANE42單元,但是平面單元的使用有局限性,模型只能建立在XY平面上,建在其他平面上用平面單元是劃分不了網(wǎng)格的,而MESH200單元就沒有這樣的限制。如果選用PLANE42等平面單元來劃分面后再拉伸成體,最后求解時(shí)一定要把面上的單元清除掉,否則可能會(huì)導(dǎo)致求解出錯(cuò)。
(2)掃掠網(wǎng)格
許多要分析的實(shí)際結(jié)構(gòu)都是比較復(fù)雜的、不是規(guī)則的幾何體,要對這樣的幾何體劃分成規(guī)則的六面體網(wǎng)格,也可借助MESH200單元來完成。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)葉片的榫槽結(jié)構(gòu)不是規(guī)則的幾何形狀(見圖5),要對其劃分規(guī)則的六面體單元,可以借助MESH200單元先劃分面,然后進(jìn)行體掃掠網(wǎng)格劃分。
MESH200單元有多種單元形式選擇,設(shè)置MESH200的單元形狀和節(jié)點(diǎn)數(shù)目,設(shè)置KEYOPT(1)=7,是8個(gè)節(jié)點(diǎn)的四邊形單元,劃分實(shí)體的單元選擇20節(jié)點(diǎn)的SOLID95單元。
劃分單元時(shí),先進(jìn)行總體單元大小控制,設(shè)置總體尺寸為4mm,榫槽槽底圓弧處是應(yīng)力集中部位,要對圓弧處劃分較細(xì)的網(wǎng)格,對4個(gè)圓弧線進(jìn)行線劃分單元數(shù)控制,設(shè)置圓弧線劃分為11份。選擇MESH200單元對除榫槽2個(gè)端面外的其他面進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分,見圖6所示。
選擇SOLID95單元,對榫槽進(jìn)行體掃掠網(wǎng)格劃分,劃分后的網(wǎng)格見圖7所示。對劃分網(wǎng)格后的榫槽就可施加載荷和邊界條件進(jìn)行計(jì)算,MESH200單元就不再需要它,可以將其刪除(清除)或者保留,它的存在不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。
3 結(jié)語
ANSYS軟件對復(fù)雜幾何模型劃分網(wǎng)格是一個(gè)繁瑣和細(xì)致的工作,本文通過2個(gè)實(shí)例來增加對MESH200單元的理解,為幾何模型網(wǎng)格的劃分提供一個(gè)參考。對使用MESH200單元時(shí)要注意:設(shè)置MESH200單元屬性時(shí)選擇它的節(jié)點(diǎn)分布要與選擇的實(shí)體單元相一致。
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