有限元网格划分(讲稿) 27页PPT文档
有限元分析网格划分
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4.2.4壳单元
壳单元可以模拟平板和曲壳一类结构。壳单元比梁 单元和实体单元要复杂的多,因此,壳类单元中各种 单元的选项很多,如节点与自由度、材料、特性、退 化、协调与非协调,完全积分与减缩积分、面内刚度 选择、剪切变形、节点偏置等,应详细了解各种单元 的使用说明。
2020/10/8
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3.定义材料特性 定义材料特性的命令及其对应的菜单操作如下: 命令:MP、TB
GUI:Main Menu>Preprocessor>Material
Props>Material Models
4.建立梁截面 建立梁截面的命令及其对应菜单操作如下: 命令:ECTYPE、SECDATA
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Thanks
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粱单元分为多种单元,分别具有不同的特性,是一 类轴向拉压、弯曲、扭转的3D单元。
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4.2.3二维实体单元
2D实体单元是一类平面单元,可用于平面应力、 平面应变的分析,此类单元均位于XY平面内。单元 由不同的节点组成,但每个节点的自由度均为2个(谐 结构实体单元除外),即Ux和Uy。
4.2.5三维实体单元
3D实体单元用于模拟三维实体结构,此类单元每 个节点均具有三个自由度,即Ux,Uy,Uz三个平动 自由度。
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目 录
4.1 网格划分的概述 4.2 单元类型 4.3 网格划分流程
4.3.1单元划分基本过程
1.选择单元类型 选择单元类型的命令及其对应的菜单操作如下: 命令:ET GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 用户可在单元属性数据库中选择所需的单元。 2.定义实常数组 定义实常数组的命令及其对应菜单操作如下: 命令:R GUI:Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete 实常数组不是必须的,其定义与否与选用的单元有关该类单 元只承受杆轴向的拉压,不承受弯矩,节点只有平动 自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度(也称大变形)、大应变(也称有限 应变),应力刚化(也称几何刚度、初始应力刚度) 等功能。
有限元网格划分
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1网格数量网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。
一般来讲,网格数量增加,计算精度会有所提高,但同时计算规模也会增加,所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。
网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高,而计算时间不会有大的增加。
当网格数量增加到一定程度后,再继续增加网格时精度提高甚微,而计算时间却有大幅度增加。
所以应注意增加网格的经济性。
实际应用时可以比较两种网格划分的计算结果,如果两次计算结果相差较大,可以继续增加网格,相反则停止计算。
在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。
在静力分析时,如果仅仅是计算结构的变形,网格数量可以少一些。
如果需要计算应力,则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。
同样在响应计算中,计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。
在计算结构固有动力特性时,若仅仅是计算少数低阶模态,可以选择较少的网格,如果计算的模态阶次较高,则应选择较多的网格。
在热分析中,结构内部的温度梯度不大,不需要大量的内部单元,这时可划分较少的网格。
2网格疏密网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格,这是为了适应计算数据的分布特点。
在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处),为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格。
而在计算数据变化梯度较小的部位,为减小模型规模,则应划分相对稀疏的网格。
这样,整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。
采用疏密不同的网格划分,既可以保持相当的计算精度,又可使网格数量减小。
因此,网格数量应增加到结构的关键部位,在次要部位增加网格是不必要的,也是不经济的。
划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力),而计算固有特性时则趋于采用较均匀的钢格形式。
这是因为固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布,不存在类似应力集中的现象,采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大,可减小数值计算误差。
同样,在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。
有限元入门ppt课件
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有限体积法 (Finite Volume Method)
其基本思路是:将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格点周围有一个控制体积;将待解的微分方程对每一个控制体积积分,便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出控制体积的积分,必须假定值在网格点之间的变化规律,即假设值的分段的分布的分布剖面。
1-2 应力的概念
作用于弹性体的外力(或称荷载)可能有两种: 表面力,是分布于物体表面的力,如静水压力,一物体与另一物体之间的接触压力等。单位面积上的表面力通常分解为平行于座标轴的三个成分,用记号 来表示。 体力,是分布于物体体积内的外力,如重力、磁力、惯性力等。单位体积内的体力亦可分解为三个成分,用记号X、Y、Z表示。 弹性体受外力以后,其内部将产生应力。
边界元法 (Boundary Element Method)
边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新的数值方法,与有限元法不同,边界元法仅在定义域的边界划分单元,用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元与有限元相比具有单元和未知数少、数据准备简单等优点,但边界元法解非线性问题时,遇到同非线性项相对应的区域积分,这种积分奇异点处的强烈的奇异性,使求解遇到困难。边界元法在塑性问题中应用还比较少。
弹性力学 — 区别与联系 — 材料力学 弹性力学与材料力学既有联系又有区别。它们都同属于固体力学领域,但弹性力学研究的对象更普遍,分析的方法更严密,研究的结果更精确,因而应用的范围更广泛。 弹性力学 固有弱点: 由于研究对象的变形状态较复杂,处理的方法又较严谨,因而解算问题时,往往需要冗长的数学运算。但为了简化计算,便于数学处理,它仍然保留了材料力学中关于材料性质的假定:
塑性有限元常用软件
有限元分析课件
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MSC中国
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ANSYS中国
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1.3 有限单元法的计算步骤
有限单元法的计算步骤归纳为以下三个 基本步骤: 网格划分(离散化) 单元分析 整体分析
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1.3.1网格划分
对弹性体进行必要的简化,再将弹性体 划分为有限个单元组成的离散体。 单元之间通过单元节点相连接。 由单元、结点、结点连线构成的集合称 为网格。
弹性力学问题的单元分析,就是建立各 个单元的节点位移和节点力之间的关系 式。
由于将单元的节点位移作为基本变量, 单元分析首先要为单元内部的位移确定 一个近似表达式,然后计算单元的应变、 应力,再建立单元中节点力与节点位移 的关系式。
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1.3.2单元分析
单元有三个结点I、J、M,每个结点有两个位移 u、v和两个结点力U、V。
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有限单元法的数学基础(1)
数学家们则发展了微分方程的近似解法, 包括有限差分方法,变分原理和加权余 量法。
在1963年前后,经过J. F. Besseling, R.J. Melosh, R.E. Jones, R.H. Gallaher, T.H.H. Pian(卞学磺)等许多人的工作, 认识到有限单元法就是变分原理中Ritz近 似法的一种变形,发展了用各种不同变 分原理导出的有限元计算公式。
4) 了解有限元软件的基本结构和有限单元法当 前的进展情况。
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课程评估
第07讲-有限元网格划分的基本原则及技巧
![第07讲-有限元网格划分的基本原则及技巧](https://img.taocdn.com/s3/m/2956018984868762caaed535.png)
7-6
网格疏密
• • 网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格,这是为了适应计算数据的分 布特点。 在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处、几何形状、材料、厚度变化的 位置),为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格。而在计算数 据变化梯度较小的部位,为减小模型规模,则应划分相对稀疏的网格。这样,整 个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。—— 网格数量应增加在结构的关键 部位,在次要部位增加网格是不必要的,也是不经济的。 边界上最好要在8个单元以上,至少不少于4个; 分析结果完成后,需要检查以下各项,误差较大的位置要进行细分: 单元应力的连续性,比较相邻单元应力值的差值; 应力偏差:结点上的单元结点应力和结点平均应力的差值的较大值; 当以上差值与其中的最大应力的比值较大时,该位置的网格需要细分。
精度 计算时间 精确解 1 2 O
7-4
•
•
P
网格数量
网格数量(续)
在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。 实体单元:
• •
1、在静力分析时,如果仅仅是计算结构的变形,网格数量可以少一些。如 果需要计算应力,则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。 2、在响应计算中,计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。 3、在计算结构固有动力特性时,若仅仅是计算少数低阶模态,可以选择较 少的网格,如果计算的模态阶次较高,则应选择较多的网格。
左图中(a)、(b)改 变了结构质量的对称分 布,应避免。 (c)是 比较理想的结果。
(a)
7-8
(b)
(c)
单元的形状及评价
• 形状比(长边与短边距离之比) 一般实体单元的长宽比越大,分析误差也越大。 对于板壳单元,评价应力为主时不宜超过1:3,评价位移为主时不宜超过1:5; 对于块体单元,评价应力为主时不宜超过1:2,评价位移为主时不宜超过1:3; 在应力分布几乎没有变化的区域里使用的单元,适当放大也没问题。 倾角(表示单元偏离直角四边形的程度(Angular Deviation)) 四边形的内倾角最好是在45度~135度之间,不要超过15度~165度。 锥度(限于四边形) 用几何偏离(Geometric Deviation)表示四边形单元的变形程度。
有限元网格划分技术
![有限元网格划分技术](https://img.taocdn.com/s3/m/cc4149bd5fbfc77da369b12f.png)
对于有限元分析来说,网格划分是其中最关键的一个步骤,网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。
网格化有三个步骤:定义单元属性(包括实常数)、在几何模型上定义网格属性、划分网格。
定义网格的属性主要是定义单元的形状、大小。
单元大小基本上在线段上定义,可以用线段数目或长度大小来划分,可以在线段建立后立刻声明,或整个实体模型完成后逐一声明。
采用Bottom-Up方式建立模型时,采用线段建立后立刻声明比较方便且不易出错。
例如声明线段数目和大小后,复制对象时其属性将会一起复制,完成上述操作后便可进行网格化命令。
网格化过程也可以逐步进行,即实体模型对象完成到某个阶段就进行网格话,如所得结果满意,则继续建立其他对象并网格化。
网格的划分可以分为自由网格(free meshing)、映射网格(mapped meshing)和扫略网格(sweep meshing)等。
一、自由网格划分自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一,它在面上可以自动生成三角形或四边形网格,在体上自动生成四面体网格。
通常情况下,可利用ANSYS的智能尺寸控制技术(SMARTSIZE命令)来自动控制网格的大小和疏密分布,也可进行人工设置网格的大小(AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令)并控制疏密分布以及选择分网算法等(MOPT命令)。
对于复杂几何模型而言,这种分网方法省时省力,但缺点是单元数量通常会很大,计算效率降低。
同时,由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四面体单元,为了获得较好的计算精度,建议采用二次四面体单元(92号单元)。
如果选用的是六面体单元,则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元,因此,最好不要选用线性(一阶次)的六面体单元(没有中间节点,比如45号单元),因为该单元退化后为线性的四面体单元,具有过大的刚度,计算精度较差;如果选用二次的六面体单元(比如95号单元),由于其是退化形式,节点数与其六面体原型单元一致,只是有多个节点在同一位置而已,因此,可以利用TCHG命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体单元(如92号单元),减少每个单元的节点数量,提高求解效率。
机械零件有限元分析-5-第四讲-网格划
![机械零件有限元分析-5-第四讲-网格划](https://img.taocdn.com/s3/m/7c72272324c52cc58bd63186bceb19e8b8f6ec0b.png)
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理现象。
均匀性
网格的分布应尽量均匀,以提 高计算精度和稳定性。
局部细化
对于关键区域或需要更高精度 的地方,应进行局部网格细化
。
边界条件处理
在边界区域,应根据实际情况 处理网格,以避免出现奇异性
和不合理的解。
03
网格划分的方法和技术
结构化网格划分
01
02
03
结构化网格
按照一定的规则和顺序对 有限元模型进行网格划分, 每个网格单元具有相同或 相似的形状和尺寸。
详细描述
对于形状不规则、结构复杂的机械零件,网格划分变得困难,需要采用特殊的有 限元网格划分方法,如自适应网格、非结构化网格等。
实例三:多物理场耦合的网格划分
总结词
多物理场、耦合、复杂度增加
详细描述
对于涉及多个物理场耦合的机械系统,如热-力耦合、流-固耦合等,网格划分变得更加复杂。需要采用多物理场 耦合的有限元网格划分方法,如分区耦合、全局耦合等。
网格划分的重要性和意义
网格划分是有限元分析的关键 环节,它决定了模型的离散精 度和计算规模。
合适的网格划分能够提高计算 精度,降低模型的自由度,从 而减少计算时间和资源消耗。
不合理的网格划分可能导致计 算精度降低,甚至出现数值不 稳定或计算失败的情况。
02
网格划分的基本概念
网格划分的定义
网格划分是将连续的物理模型离散化 为有限个小的单元,每个单元称为网 格或节点。
自适应移动节点
03
根据计算结果动态移动网格节点,以保持网格质量。
05
实例分析
实例一:简单零件的网格划分
总结词
规则、简单、容易划分
详细描述
--机械零件有限元分析--5--第四讲--网格划...
![--机械零件有限元分析--5--第四讲--网格划...](https://img.taocdn.com/s3/m/36a2dceeb8f67c1cfad6b855.png)
SMANC
-22-
注意:一旦拖动了Smartsize的滑块后, 高级控制对话框中的值就恢复为默认值, 所以高级对话框中修改了参数后应该马 上进行网格划分!!
-23-
3、单元尺寸控制
在【Size Controls】选项组里,提供了对 于【Global】、 【Layer】 、 【Areas】、【Lines】或【Keypoint】 进行单元尺寸设置和网格清除的功能。
FAC=5
-16-
【EXPND】:分网胀缩因子。决定了面内 部单元尺寸与边缘处的单元尺寸的比例 关系。取值范围为0.5~4。下图显示了 此参数的设置效果
-17-
EXPND=2
EXPND=0.5
EXPND=2
EXPND参数的控制效果 -18-
TRANS--膨胀速度因子,从边界向内部, 膨胀的速度有多快,最好于1~4间
Ansys中计算 截面积与惯 性矩的工具: Preprocesso r— Sections-****** Preview按钮 将显示图形 的几何形状 和主要参数 的计算值
-5-
如:Preprocessor> Sections> Beam> Common Sections
截面上划分有限网格,Apply后生效
设置单元类型、材料属性、实常数、 坐标系及单元截面(不同的选项和情况 会有不同的设置,如只有定义了BEAM单 元和SHELL单元才有单元截面选项)
-10-
2、Smartsize网格划分控制
Smartsize是ANSYS提供的强大的 自动分网工具,它有自己的内部计算机 制,使用Smartsize在很多情况下更有 利于在网格生成过程中生成形状合理的 单元。 在自由分网时,建议使用Smartsize 控制网格的大小。
有限元网格划分
![有限元网格划分](https://img.taocdn.com/s3/m/defb29e9f8c75fbfc77db2ea.png)
本文讨论了有限元网格的重要概念,包括单元的分类、有限元误差的分类与影响因素;并讨论分析结果的收敛性控制方法,并由实例说明了网格质量及收敛性对取得准确分析结果的重要性。
同时讨论了一些重要网格控制的建议及其他网格设定的说明。
一、基本有限元网格概念1.单元概述几何体划分网格之前需要确定单元类型。
单元类型的选择应该根据分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算的硬件条件等因素综合考虑。
为适应特殊的分析对象和边界条件,一些问题需要采用多种单元进行组合建模。
2.单元分类选择单元首先需要明确单元的类型,在结构有限元分析中主要有以下一些单元类型:平面应力单元、平面应变单元、轴对称实体单元、空间实体单元、板单元、壳单元、轴对称壳单元、杆单元、梁单元、弹簧单元、间隙单元、质量单元、摩擦单元、刚体单元和约束单元等。
根据不同的分类方法,上述单元可以分成以下不同的形式。
3.按照维度进行单元分类根据单元的维数特征,单元可以分为一维单元、二维单元和三维单元。
一维单元的网格为一条直线或者曲线。
直线表示由两个节点确定的线性单元。
曲线代表由两个以上的节点确定的高次单元,或者由具有确定形状的线性单元。
杆单元、梁单元和轴对称壳单元属于一维单元,如图1~图3所示。
二维单元的网格是一个平面或者曲面,它没有厚度方向的尺寸。
这类单元包括平面单元、轴对称实体单元、板单元、壳单元和复合材料壳单元等,如图4所示。
二维单元的形状通常具有三角形和四边形两种,在使用自动网格剖分时,这类单元要求的几何形状是表面模型或者实体模型的边界面。
采用薄壳单元通常具有相当好的计算效率。
三维单元的网格具有空间三个方向的尺寸,其形状具有四面体、五面体和六面体,这类单元包括空间实体单元和厚壳单元,如图5所示。
在自动网格划分时,它要求的是几何模型是实体模型(厚壳单元是曲面也可以)。
4.按照插值函数进行单元分类根据单元插值函数多项式的最高阶数多少,单元可以分为线性单元、二次单元、三次单元和更高次的单元。
ansys有限元软件网格划分精讲全解
![ansys有限元软件网格划分精讲全解](https://img.taocdn.com/s3/m/260f90891b37f111f18583d049649b6648d709c2.png)
建立有限元模型 – 定义单元属性
实常数
• 实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的几何 参数。例如: – 梁单元是由连接两个节点的线定义的,这只定义了梁 长度,要指明梁的横截面属性,如面积,惯性矩就要 用实常数。 – 壳单元是由四边形和三角形来定义的,这只定义了壳 的表面,要指明壳的厚度,必须用实常数。 – 多数三维实常数单元不需要实常数,因为单元几何模 型已经由节点完全确定了。
建立有限元模型 – 定义单元属性
定义截面特性
– Main Menu > Preprocessor > Sections
• 能够导入截面 • 能够建立梁,壳和 Pretension 截面。
• 或者使用SECxxx 系列命令。
• 定义单元类型需要不同的截面特性 ,详细内容见单元参考手册.
建立有限元模型 – 定义单元属性
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 使用树形结构选中 定义好的材料类型 。
• 然后输入各个材料 的特征值。
• 或使用 MP 命令
– mp,ex,1,30e6 – mp,prxy,1,.3
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 添加温度相关的材料属 性
• 绘出材料属性—温度曲 线
建立有限元模型 – 定义单元属性
• 网格工具MeshTool
– 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式
• 自由网格、映射网 格,扫掠网格
• 网格拖拉 • 过渡单元
建立有限元模型 – 指定网格控制
• 网格密度
– 有限单元法的基本原则是:单元数(网格密 度)越多,所得的解越逼近真实值。
有限元网格划分方法
![有限元网格划分方法](https://img.taocdn.com/s3/m/edf791bbf121dd36a32d82d2.png)
早期采用人工网格划分,速度慢、工作量大、出错率高,对复杂 空间结构划分困难。 对平面问题和较规则空间问题,为了对网格形式进行人为控制, 半自动网格划分也可取。 对复杂空间结构宜自动网格划分,显著提高划分速度,减轻工作 强度。
一、半自动划分方法 人机交互进行,分析人员确定结点位置和形成单元,但结点坐 标、节点和单元编号等由计算机自动完成。 1.设置定义坐标系 根据局部结构特点,建立和选取适当坐标系描述节点坐标:直 角坐标、柱坐标、球坐标? 2.定义节点 指定结点位置或由已有结点生成新结点。 3.定义单元 由节点或已有单元生成新单元。
二、网格疏密 网格疏密又称相对网格密度,指不同部位网格大小不同。 应力集中区(梯度变化较大处)应较密网格 计算精度不随网格数绝对增加,网格数应增加到关键部位。
132单元←→84单元 精度相当
网络有疏密时,要注意疏密之间的过渡。一般原则是网格尺 寸突变最少,以免畸形或质量较差的网络。
常见过渡方式: 1.单元过渡。用三角形过渡四边形、用四面体和五面体过渡六面 体。 2.强制过渡。用约束条件保持大小网格间的位移连续。这时大小 网格节点不可能完全重合,网格间有明显界面。 u u3 v v3 (1)多点约束等式 u2 1 , v2 1 2 2 (2)约束单元 3.自然过渡。大小网格间平滑过渡。其中网格会变形,质量降 低;网格尺寸越悬殊,过渡距离越近,网格质量影响越严重。
2.几何模型的建立与处理 (1)为使曲线某内点成为单元节点,曲线剪断。 (2)为使曲面某内线成为单元边,曲面剪断。 (3)为使实体某内面成为单元面,实体剪断
3.网格大小和疏密控制 (1)总体尺寸 (2)局部尺寸 设置离散偏差 设置曲线网格数 设置点附近网格尺寸
实体模型 曲面模型
有限元计算单元网格划分
![有限元计算单元网格划分](https://img.taocdn.com/s3/m/ace99a1416fc700abb68fcef.png)
有限元语言及编译器(Finite Element Language And it’s Compiler,以下简称FELAC) 是中国科学院数学与系统科学研究院梁国平研究院于1983年开始研发的通用有限元软件平 台,是具有国际独创性的有限元计算软件,是PFEPG系列软件三十年成果(1983年—2013 年)的总结与提升,有限元语言语法比PFEPG更加简练,更加灵活,功能更加强大。目前 已发展到2.0版本。其核心采用元件化思想来实现有限元计算的基本工序,采用有限元语 言来书写程序的代码,为各领域,各类型的有限元问题求解提供了一个极其有力的工具。 FELAC可以在数天甚至数小时内完成通常需要一个月甚至数月才能完成的编程面或体单元过渡
1)从小单元到大单元过渡时,应使同一节点所连接的单元不致相差太大,避免突然过渡现象。 通常用计算结果调整,保证同一节点所连接的单元精度值至少在0.1以下。单元精度值根据单元内节 点应力与节点平均应力的误差计算。
2)难于过度处最好使用过渡单元,过渡单元的使用要比用同一单元勉强过渡的计算结果要好。 例如:对于复杂体结构间的过渡,最好使用“金子塔”单元过渡。 (5)面或体转接部位的单元 几何模型圆角过渡处的单元划分,根据弧长对应的圆心角和半径确定,对于半径为3mm左右、 圆心角大于90度的转接弧长,通常至少要划分3~4个单元。 (6)高应力区的单元 对高应力区,要进行网格细分应力稳定性计算。即采用多次局部网格细分并进行计算,当前、 后两次计算结果满足所需的精度要求时(通常要求小于0.03)确定网格。 总之,几何模型网格划分时,要在单元类型、单元形态、单元大小、单元过渡和局部应力稳定 等方面下功夫,才能满足工程上的精度要求,达到预期的结果。
有限元思路框图PPT学习教案
![有限元思路框图PPT学习教案](https://img.taocdn.com/s3/m/a46253c9915f804d2a16c184.png)
对于平面应变问题,需将式(2-9) 中的 E 换为
, 换为
。
1
各种类型结构的弹性物理方程都可用式 (2-8) 描述。 但结构 类型不 同,力 学性态 (应力分量、应变分量)有区别, 弹性矩阵[D]的体积和元素是不同的 。
{} [D]{} (2-8
)
E
1 2
第9页/共86页
结点 位移
?
单元内部
(i、j、m)
第29页/共86页
Ni =1 i
i m
i m
N=m1m
Nj
j
=1 j
j
N (I,j,m
)
y
Ni
=1 i
Nj =1 j
结点位移1单元内部各点位移单元应变单元应力23结点力4位移协调模式几何方程物理方程平衡方程边界条件单元分析的内容单元分析单元刚度矩阵21tsysxsysxsqqqqq????????1单元表面或边界上任意点的表面力列阵?qs?jyjyqvqs21基本力学量矩阵2单元内任意点的体积力列阵?qv?22tvyvxvyvxvqqqqq????????imximxijmyuv3单元内任意点的位移列阵?f?tuf??23ijmy???图21x4单元内任意点的应变列阵???txyyx?????24x5单元内任意点的应力列阵???txyyx?????256几何方程列阵几何方程列阵ijmxy???txyuyxu???????????????????26xvyuyvxuxyyx???????????????将上式代入式24txyyx?????247物理方程矩阵式?????????????????????????????2?????????????????yxyxe???????111112称对27对于弹性力学的平面应力问题物理方程的矩阵形式可表示为
有限元分析ansys网格划分修改.ppt
![有限元分析ansys网格划分修改.ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/c22ff1cdc5da50e2534d7f48.png)
(2)单元维数与拓扑形式,如下图所示。 1. 二维或三维。 2. 点单元(如质量单元)。 3. 线单元(如弹簧、杆、梁等单元)。 4. 面单元(如壳单元)。 5. 体单元。 6. 大多数三维块体单元能退化成四面体,大多数二维四边形单元能退化成三角形。
(3)阶数与节点数目,如下图所示。 1. 线性(不带中节点)和二次(带边中节点)单元。 2. 线性单元可通过附加形函数改善其精度。 3. 二次单元对给定单元网格提供了更高的精度,但如果需要可以删除单元边界上的中
选中此项为on。 设置此项为1,表示真实尺寸,
2. 选择菜单路径Utility Menu / Plot /Element,画单元模型,此时 ansys 将采用 真实单元形状显示单元,例如Beam188/189按截面形状显示、壳单元按实际厚度显 示等。
8.3 材料模型库与材料模型
绝大多数单元类型都需要材料属性。根据应用的不同,材料属性可以分为 :
何模型。 5. 给每个几何对象分配单元属性。在划分单元网格之前,必须先给每个几何模
型的点、线、面、体分配适当的单元属性,包括单元型号、单元实常数、 材料号、单元坐标系等。分配单元属性路径Main Menu | Preprocessor | modeling | creat | elements | elem attributes或者 MeshTOOL 工具 中的分配按钮。 6. 控制网格划分密度。包括以下几点: 1)总体网格尺寸。 2)点附近区域网格密度控制。 3)线上密度控制。 4)面上密度控制。 5)层密度控制。
Realconst 。 6. 列表显示指定编号的实常数:Utility | list | elements | Specificed
Realconst 。
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Surface 采 用quad
Face 采用 quad
通过 sweep quad 创建Hex
Associated points 用于网格生成 Points 可 associated 于 curve 、 surface 硬点布置受global model tolerance 限制 被关联几何网格生成亦受限制 仅应用于 Paver 关联点亦可给被关联去除
在线curve或边edge上设置mesh seed 用以控制欲建模型的元素数目 与大小。
mesh seed 也用于调整网格密度 MSC.Patran 提供多种方法产生 seed
Uniform seed bias (等间隔) Non-uniform seed bias (不等间隔) Curve based seeding (依曲线参数而定) Tabular (列表输入) PCL function (PCL函数)
性,可进行parasolid 装配
有限元网格划分基础
ISOMESH 与 TETMESH的区别
由原丝体创建简单体 用Isomesh 划网格 附加工作多,但可使用hex
元素
Parasolid 体(复杂体)
简单体分割
对 parasolid 体直接划mesh
有限元网格划分基础
左图是一个硬点的
例子。说明了硬点 与网格之间的关系
硬线用于面网格生成 硬线布置受global model tolerance 限制 被关联几何网格生成亦受限制 硬线本身可加mesh seeded 仅应用于 Paver 关联线亦可给被关联去除
有限元网格划分基础
IsoMesher 可用于参数体
有限元网格划分基础
Mirror Plane
通过Create/Element/Edit菜单可以手动创建单元 需要注意的是:
必须利用已存在的Node、Point或Vertice 创建单元;
需要规定单元的形状与拓扑结构; 要注意节点连接顺序。
有限元网格划分基础
Equivalence命令用于消除重复节点。在进行Equivalence 时,有以下三种消除方式
合适的几何体
IsoMesh生成的 Hex元
有限元网格划分基础
TetMeshing B-Rep Solids
适用于B-Rep(复杂体)和简单体 可使用TetMesh Parameters 控制网格生成 Create Duplicate Nodes 设置为 no (default) 自动
消除重合点 Match Parasolid Faces 使网格表面表面具有光滑
有限元网格划分基础
Patran的网格划分工具有以下几种
Is oM e sh M e sh
Sweep Mesh
Paver Mesh
有限元网格划分基础
Tet M esh Tetrahedral M esh
Iso-mesher可对下列几何实体应用 各类线 (黄). 简单(参数)面 (绿) 简单(参数)体 (兰)
有限元网格划分基础
两种网格生成器的比较 IsoMesh
只能应用于参数面
Paver 可应用于任意类型面
划分网格按参数比例进行
内部硬点、线设置无效 可针对不同单元类型选择不
同划分依据。
不使用参数设置
适用于面内部有硬点、硬线 的情况
可控制元素边界线曲率与元 素边长比
有限元网格划分基础
Paver 参数
允许对高阶边界进行降阶处理 控制内部元素尺寸.
需要注意到以下几点
节点布置在给定参数的某些线或面的交点处。 非参数实体绝对不可使用。 几何实体必须是参数化的。 Paver-mesher对面的类型没有任何要求
有限元网格划分基础
Patran基于以下优先次序确定网格尺寸 ➢ 相邻已分网格的数目; ➢ 边上的网格种子(Mesh Seeds); ➢ 全局边长 (GEL)
有限元网格划分
零件或系统的有限元模型是一种用线、面、体等有限元素小 片连续连接的工程分析用的数学模型。
Component (Geometric Model)
Finite Element Model
有限元网格划分基础
➢ 不同形状的单元
Bar
Tri
Quad
Tet
Wedge
Hex
有限元网格划分基础
Mesh Seed和Mesh Control可以用来确定单元尺寸
有限元网格划分基础
Surface 1 Mesh Ratio = 4
Surface 2 Mesh Ratio = 0.25 (or -4)
有限元网格划分基础
沿曲线网格间距不等
Length Ratio 给定毗邻元素长度比
元素阶数可设置
Linear 设置要用更多元素
用弦长/弦高比限制网格Max h, or Max h/L 定义最小、最大元素长度或数量
控制网格数目。 可产生非均匀厚度的网格。 网格与几何无关联(无新几何生成)
有限元网格划分基础
通过转换的方法可以在已有的网格基础上创建新的网格, Patran中提供了以下几类转换方式
Mirror: 关于mirror plane (镜面)反射生成 元素与节点;
Translate: 平动生成元素与节点; Rotate:刚体旋转生成元素与节点。
All —— 对整个模型进行消重; Group —— 就指定Group进行消重; List —— 在指定节点列表中消重。
IsoMesh 参数
定义网格光滑参数和网 格形状
有限元网格划分基础
硬点与硬线的一些特点
用于控制模型中网格点位置; 只对Paver mesher 有效; 强制与父代几何关联;
通过extrud
Curve 1 创建
Surface
1
surface 上的Edge 与 solid上的face关联
有限元网格划分基础
Isomesh
有限元网格划分基础
5,688 hex8 elements
5,688 hex20 elements
32,747 tet4 elements
有限元网格划分基础
36,188 tet10 elements
Sweep命令是生成有限元网格的有效途径
是在低维素元素基础上创建高维网格的方法 生成方式有:Arc, Extrude, Glide, Vector field等 要求指定基网格 通过在 the Mesh Control form中确定thickness