第03讲-ansys创建有限元模型

May,25,20053-1湖南大学·土木·桥梁第三讲第三讲创建有限元模型创建有限元模型May,25,20053-2湖南大学·土木·桥梁第三讲第三讲目的及学习内容目的及学习内容ModuleObjective学习完本章后，对于给定的物理现象，应该能够使用ANSYS创建相应的有限元模型.PartA.实体建模的概念3-1.区别实体模型和有限元模型.3-2.四种创建模型的方法.3-3.四类实体模型图元以及它们之间的层次关系.PartB.工作平面和坐标系3-4.定义工作平面.3-5.显示工作平面，工作平面辅助网格的开关及改变网格间距.3-6.捕捉开关，捕捉增量设置.3-7.移动工作平面.PartC.1D、2D及3D图元3-8.定义术语体素“primitive.”3-9.常用的1D、2D及3D图元.May,25,20053-3湖南大学·土木·桥梁LessonObjectives第三讲第三讲目的及学习内容（续）目的及学习内容（续）PartD.图元的绘制、编号、删除3-10.绘制面、线及关键点.3-11.在图形窗口中区分图元.3-12.删除面、线及关键点.PartE.布尔操作3-13.布尔操作的目的，使用Add,Subtract,andOverlap等布尔操作.PartF.单元属性3-14.定义材料属性、单元类型以及实常数.PartG.划分网格3-15.列出划分网格的四个主要步骤.3-16.使用默认设置对几何模型划分网格.3-17.单元尺寸大小.May,25,20053-4湖南大学·土木·桥梁第三讲第三讲目的及学习内容（续）目的及学习内容（续）LessonObjectivesPartH.模型修正3-18.讨论模型修正.PartI:Select选择和部件PartJ:直接生成PARTK:模型建立后的检查May,25,20053-5湖南大学·土木·桥梁PartA.PartA.实体建模的概念实体建模的概念May,25,20053-6湖南大学·土木·桥梁实体模型及有限元模型实体模型及有限元模型几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模。类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，通过节点把各个单元汇总于一个结构整体，同时还可以在几何模型上方便地施加荷载。但是，几何实体模型并不参与有限元分析。所有施加在几何实体模型上的荷载或约束必须昀终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解。几何实体模型通过网格划分（meshing)就可以建立有限元模型。网格划分Meshing几何实体模型有限元模型May,25,20053-7湖南大学·土木·桥梁几何实体模型和有限元模型的创建方法几何实体模型和有限元模型的创建方法创建ANSYS模型的四种途径（包括几何实体模型和有限元模型）：选项建模方式A1、建立实体模型2、网格划分B1、输入实体模型2、进行修改3、网格划分C1、直接建立结点和单元进行建模D1、从其它软件直接输入结点和单元建立有限元模型实体建模直接建模May,25,20053-8湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS中的图元中的图元在ANSYS中，共使用四种图元类型：•体(3D模型)由面围成，代表三维实体。•面(表面)由线围成.代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）。•线(可以是空间曲线)以关键点为端点，代表物体的边。•关键点(位于3D空间)代表物体的角点。•硬点：属于关键点，但在网格划分中必须要划分成结点的点。AreasVolumeKeypointsLinesAreaMay,25,20053-9湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS中的图元中的图元((续续))层次关系从昀低阶到昀高阶，模型图元的层次关系为：•关键点（Keypoints）•线（Lines）•面（Areas）•体（Volumes）Notice:若低阶图元附于高阶图元上，则不能直接删除低阶图元。KeypointsLinesAreasVolumesI’lljustchangethislineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!May,25,20053-10湖南大学·土木·桥梁PartB.PartB.工作平面和坐标系工作平面和坐标系实体模型的建立必须有一个参考坐标以供利用，该参考坐标称为工作平面（WorkingPlane），建立不同位置的实体需要通过移动或旋转工作平面。所有ANSYS的建模、网格划分、加载以及结果显示都是基于坐标系和工作平面。May,25,20053-11湖南大学·土木·桥梁工作平面工作平面Definition工作平面(WP)是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板“。工作平面的概念非常重要，必须掌握。wywxxy工作平面坐标原点辅助网格，间距可调在一个时刻只能有一个工作平面。当定义一个新的工作平面时，就意味着删除了原来的工作平面。May,25,20053-12湖南大学·土木·桥梁工作平面工作平面((续续))设置和显示工作平面定义移动工作平面的选项有关坐标系统的选项设置、定义、改变工作平面的命令：UtilityMenu:WorkPlaneMay,25,20053-13湖南大学·土木·桥梁工作平面工作平面((续续))工作平面的显示:用于把握当前坐标的位置UtilityMenu:WorkPlaneDisplayWorkingPlane显示工作平面标记，表示工作平面的原点.当工作平面不与整体坐标系重合时，建议显示工作平面标记，以及时掌握当前坐标的位置。May,25,20053-14湖南大学·土木·桥梁工作平面工作平面((续续))工作平面辅助网格开关:UtilityMenu:WorkPlaneWPSettings...选取其中一个，显示工作平面辅助网格.选取则打开捕捉，不选取则关闭捕捉.改变辅助网格的间距.捕捉功能的特点:1、捕捉可以打开或关闭；2、捕捉增量可调.3、捕捉增量可设置与工作平面间距相等(相当于在坐标纸上绘图).May,25,20053-15湖南大学·土木·桥梁移动工作平面移动工作平面工作平面原点的缺省位置与总体坐标原点重合，但可以平移工作平面（类似于定义局部坐标系），便于创建几何模型.缺省：工作平面原点与总体坐标原点重合.移动了工作平面以后.May,25,20053-16湖南大学·土木·桥梁移动工作平面移动工作平面((续续))注:从当前的工作平面位置进行平移操作.设定平移量将工作平面平移到一个目标上定义工作平面的取向May,25,20053-17湖南大学·土木·桥梁移动工作平面移动工作平面((续续))要以设置增量方式平移工作平面:UtilityMenu:WorkPlaneOffsetWPbyIncrements...选择沿坐标轴方向平移工作平面选择沿坐标轴方向旋转工作平面通过平移、转动，可以使工作平面达到任何所需的位置及方向May,25,20053-18湖南大学·土木·桥梁工作平面及激活的坐标系统工作平面及激活的坐标系统工作平面是2D的绘图板，用于定位在建模过程中几何项目。MainMenu:ModelingCreateKeypointsOnWorkingPlane+总体及局部坐标系统（例如柱坐标，用户定义坐标等）用于设定几何项目在空间的位置。MainMenu:ModelingCreateKeypointsInActiveCS...激活坐标系统可以与工作平面重合，也可以是总体坐标（或局部坐标）系统。May,25,20053-19湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系的坐标系•应用坐标系1、工作平面坐标系（WorkingPlaneCS）：为一个2D工作平面。2、全局坐标系（GobalCS）：为建模刚开始的坐标系，相对于整个模型而言不变，仅一个，全部遵循右手螺旋法则。可以分为：笛卡儿坐标（CartesianSystem，代码为0）；柱坐标系（CylindricalSystem，代码为1）；球坐标系（SphericalSystem，代码为2）3、空间中的任何一点都可以用其中任何一个坐标系来表示其位置，均需要3个参数来描述。zyxzrθθRφMay,25,20053-20湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系（的坐标系（22））•局部坐标系（LocalCS）也可以和全局坐标系一样，分为三类，但可以有多个。•在ANSYS中没有相对坐标的概念，通过建立局部坐标系有利于建模。•建立局部坐标系的方式：四种方法UlilityMenuWorkPlaneLocalCoordinateSystemsCreateLocalCS……•定义局部坐标系时，局部坐标系号一定要大于10，一旦定义了局部坐标系，它立刻称为活动坐标系，随后所有的操作都在该坐标系中进行。May,25,20053-21湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系（的坐标系（33）－活动坐标系）－活动坐标系•所有的建模操作都是基于活动坐标系，也就是说，定义的点、线、面和体的位置都是当前活动坐标系上的位置，除非明确指明它是基于工作平面的。•尽管可以定义任意多个坐标系，但在一个时刻只能是有一个是活动的。•激活某一个坐标系使之称为活动坐标系：UlilityMenuWorkPlaneChangeActiveCSto……激活坐标系统可以与工作平面重合，也可以是总体坐标（或局部坐标）系统。May,25,20053-22湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系（的坐标系（44））•单元坐标系（ElementCoordinateSystem）:1、即单元局部坐标系，在杆系结构中应用较多。2、用于定义材料属性（各向异性材料的属性输入方向）、施加表面荷载、显示单元结果尤其是应力输出等。3、所有单元坐标系都是右手直角系。4、多数单元坐标系的默认方向按如下规则：线单元的X方向是从该单元的节点I至节点J。壳单元的X方向从节点I至节点J，Z轴垂直于壳表面，正向由单元的I、J和K节点按右手规则确定，Y轴垂直于X轴和Y轴。2-D和3-D实体单元的单元坐标系通常平行于全局坐标系。5、单元坐标系的显示：/PSYMB6、在大变形分析中，单元坐标系随着单元的刚性旋转而旋转。May,25,20053-23湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系（的坐标系（55））•节点坐标系（NodalCoordinateSystem）：1、每个节点均有自已的坐标系，默认情况下，该坐标系平行于全局直角坐标系（不管节点在哪个坐标系下定义）2、用于确定节点自由度的方向和荷载定向；而全局和局部坐标系用于几何体的定位。3、定义节点坐标系：GUI:MainMenuPreprocessorMove/modifyRotateNodeCS-to……4、显示：/PSYMB，再PlotNodes。5、节点的自由度约束、力、主自由度、从自由度、约束方程均是从节点坐标系定义并输入的。6、在时程后处理器POST26中，自由度、节点荷载、反作用荷载均是在节点坐标系中定义的。——但在通用后处理器中，所有结果数据都是在结果坐标系中定义的。May,25,20053-24湖南大学·土木·桥梁ANSYSANSYS的坐标系（的坐标系（66））•用于观看和解释计算结果的坐标系1、求解完成后将得到很多结果数据，这些数据定义在不同的坐标系上。但结果数据总是被变换到结果坐标消息中，以便显示、列表和单元表数据存取。2、GUI:MainMenuGeneralPostprocessorOptionforoutput，可以将结果变换到全局、局部坐标系中。3、对于线单元而言，力、力矩、应力、应变总是在单元坐标系中定义并被显示。4、大变形分析中，正如单元坐标系随着单元的刚性旋转而旋转，结果显示中，各应力、应变分量及其导出的单元数据也将包含刚性旋转效果。•显示坐标系结点、关键点坐标的显示默认为在全局直角坐标系下，若要改变，则：GUI：UtilityMenu—WorkPlane—ChangeDisplayCStoMay,25,20053-25湖南大学·土木·桥梁PartC.PartC.11--DD、、22--DD及及33--DD图