建模與網格劃分指南第一章

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的數學行為特征,換句話說分析必須是針對一個物理原型準確的數學模型。廣義上講,模型包括所有的節點、單元、材料屬性、實常數、邊界條件,以及其它用來表現這個物理系統的特征。

在ANSYS術語中,模型生成一般狹義地指用節點和單元表示空間體域及實際系統連接的生成過程。因此,在這里討論的模型生成指模型的節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)系統創建的模型。

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的網格密度。

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

· 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。

· 激活適當的坐標系。

· 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的連接在一起。

· 生成單元屬性表(單元類型、實常數、材料屬性和單元坐標系)。

· 設置單元屬性指針。

· 設置網格劃分控制以建立想要的網格密度,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格,此時應退出前處理(PREP7),激活自適應網格劃分。)

· 通過對實體模型劃分網格來生成節點和單元。

· 在生成節點和單元之后,再定義面對面的接觸單元,自由度耦合及約束方程等。

· 把模型數據存為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,必須確定每個節點的位置,及每個單元的大小、形狀和連接。

盡管有些數據自動生成是可能的,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格時記錄所有的節點號。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的不同建模技術。

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,現將這兩種方法的相對優缺點總結如下。

1.2.1.1 實體建模

實體建模的優點:

·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據少一些。

·容許對節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程序的優化設計功能。

·是自適應網格劃分所需的。

·為便于施加載荷之后進行局部網格細化所要求的。(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據。

·在某些條件下可能會失敗(程序不能生成有限元網格)

1.2.1.2 直接生成

直接生成的優點

·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,大量需要處理的數據可能令人難以忍受。

·不能用于自適應網格劃分。

·使優化設計變得不方便。

·改進網格劃分十分困難(諸如面網格細化,SmartSizing等工具均不能使用)。

·可能是十分乏味的,需要用戶留意網格劃分的每一個細節;更容易出錯。

1.3 從CAD系統中輸入實體模型。

代替在ANSYS中建模,可在用戶擅長的CAD系統中建模,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點:

·避免了重復對現有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系統中輸入的模型如果不適于網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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