建模與網(wǎng)格劃分指南第一章

2013-06-19  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

作者: 安世亞太    來源: e-works
關鍵字: 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實際工程系統(tǒng)的數(shù)學行為特征,換句話說分析必須是針對一個物理原型準確的數(shù)學模型。廣義上講,模型包括所有的節(jié)點、單元、材料屬性、實常數(shù)、邊界條件,以及其它用來表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征。

在ANSYS術語中,模型生成一般狹義地指用節(jié)點和單元表示空間體域及實際系統(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)點和單元的幾何造型。ANSYS程序為用戶提供了下列生成模型的方法:

·在ANSYS中創(chuàng)建實體模型

·利用直接生成方法

·輸入在計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)創(chuàng)建的模型。

1.2 ANSYS中建模的典型步驟

通常的建模過程應該遵循以下要點:

· 開始確定分析方案。在開始進入ANSYS之前,首先確定分析目標,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?shù)木W(wǎng)格密度。

· 進入前處理(PREP7)開始建立模型。多數(shù)情況下,將利用實體建模創(chuàng)建模型。

· 建立工作平面。

· 利用幾何元素和布爾運算操作生成基本的幾何形狀。

· 激活適當?shù)淖鴺讼怠?/P>

· 用自底向上方法生成其它實體,即先定義關鍵點,然后再生成線、面和體。

· 用布爾運算或編號控制將各個獨立的實體模型域適當?shù)倪B接在一起。

· 生成單元屬性表(單元類型、實常數(shù)、材料屬性和單元坐標系)。

· 設置單元屬性指針。

· 設置網(wǎng)格劃分控制以建立想要的網(wǎng)格密度,這個步驟并不總是必要的,因為進入了ANSYS程序有缺省單元尺寸設置存在(參見§7)。(若需要程序自動細化網(wǎng)格,此時應退出前處理(PREP7),激活自適應網(wǎng)格劃分。)

· 通過對實體模型劃分網(wǎng)格來生成節(jié)點和單元。

· 在生成節(jié)點和單元之后,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 實體建模和直接生成的比較。

可以用兩種方法來生成模型:實體建模和直接生成。對于實體建模,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ANSYS程序自動生成所有的節(jié)點和單元。與之對比,用直接生成方法,在定義ANSYS實體模型之前,必須確定每個節(jié)點的位置,及每個單元的大小、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)格時記錄所有的節(jié)點號。這種詳細的記錄對于大模型來說是乏味的,并很可能出錯。實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。

盡管實體建模有諸多優(yōu)點,有時會碰到直接生成更方便的情形。用戶可以在直接生成與實體建模間方便地來回轉換,對模型的不同部分采取適當?shù)牟煌＜夹g。

有關實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)缺點總結如下。

1.2.1.1 實體建模

實體建模的優(yōu)點:

·對于龐大或復雜的模型,特別是對三維實體模型更合適。

·相對而言需處理的數(shù)據(jù)少一些。

·容許對節(jié)點和單元不能進行的幾何操作(如拖拉和旋轉)。

·支持使用面和體體素(如多邊形面和圓柱體)及布爾運算(相交、相減等)以順序建立模型。

·便于使用ANSYS程序的優(yōu)化設計功能。

·是自適應網(wǎng)格劃分所需的。

·為便于施加載荷之后進行局部網(wǎng)格細化所要求的。(實體模型加載也需要如此)。

·便于幾何上的改進。

·便于改變單元類型,不受分析模型的限制。

實體建模的缺點:

·有時需要大量的CPU處理時間

·對小型、簡單的模型有時很繁瑣,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

·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節(jié)點和單元的編號有完全的控制。

直接生成的缺點

·除最簡單的模型外往往比較耗時,大量需要處理的數(shù)據(jù)可能令人難以忍受。

·不能用于自適應網(wǎng)格劃分。

·使優(yōu)化設計變得不方便。

·改進網(wǎng)格劃分十分困難(諸如面網(wǎng)格細化,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)格劃分的每一個細節(jié);更容易出錯。

1.3 從CAD系統(tǒng)中輸入實體模型。

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接口產品之一的文件格式,并把它輸入ANSYS中進行分析。

利用CAD軟件包建模有如下優(yōu)點:

·避免了重復對現(xiàn)有CAD模型的勞動而生成待分析的實體模型。

·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工作。

關于從IGES文件輸入實體模型的更多信息,參見§6。對于從其他類型文件輸入實體模型,參見《ANSYS Connection Users Guide》。

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