第三章 建立有限元模型(创建模型)
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间距为 0.05
14
捕捉功能
3-6.
Objective
捕捉开关及捕捉增量.
在徒手创建几何图元时，捕捉功能用离散的、可控的增量代替光 滑移动，更精确地选取坐标或关键点等.
捕捉功能的特点: • 捕捉可以打开或关闭.
• 捕捉增量可调.
• 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).
15
捕捉功能 (续)
B
Build the nodes and elements directly as needed. Import finite element model
D
6
ANSYS中的图元
3-3. 四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系.
Objective
(即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用 ANSYS建模工具修改传入的 模型.) 下图示意四类图元.
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
打开或关闭捕捉: Utilityቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMenu: WorkPlane > WP Settings ...
选取则打开捕捉，不选取则关闭捕捉，然后选 择OK 或 Apply.
16
捕捉功能 (续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
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。这个话题将在后面的课程 中详细描述.
21
Lesson C. 2-D 体素
22
2-D 基本体素
3-8.
Objective
定义术语 体素“primitive”.
体素是指预先定义好的、具有共同形状的面或体.
Definition
注: 体素类似于 Microsoft Power Point 中的 Auto Shapes.
要修改捕捉增量: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
输入捕捉 增量，然 后选择OK 或Apply.
图示为使用捕捉功能画矩形，其中捕捉增量等于辅助网格间距.
17
移动工作平面
3-7.
Objective
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， 便于创建2D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.
18
移动工作平面(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
19
移动工作平面(续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
要以设置增量方式平移工作平面: Utility Menu: WorkPlane > Offset WP by Increments ...
• 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.
Areas
Keypoints
Lines
Area
Volume
7
ANSYS中图元(续)
Lesson Objectives
2
第三章 目的 (续)
Lesson D. 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. Lesson E. 布尔操作 3-13. 布尔操作的目的，使用 Add, Subtract, and Overlap等布尔操作.
Utility Menu: WorkPlane >
工作平面控制
移动工作平面 的选项
有关坐标系统的选 项 (将在以后的课 程中讨论)
11
工作平面 (续)
3-5.
Objective
显示工作平面，辅助网格的开关及密度控制
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
要显示工作平面:
3
Lesson A. 实体建模的概念
4
实体模型及有限元模型
3-1. 区分实体模型与有限元模型
Objective
现今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，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型边界 上方便地施加载荷. 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 体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解. 由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分（meshing).
第三章 创建2D有限元模型
1
第三章 目的
Module Objective
学习完本章后，给定一个简单的物理现象，学员应 该能够使用ANSYS创建一个2D的有限元模型.
Lesson A. 实体建模的概念 3-1. 区别实体模型和有限元模型. 3-2. 四种创建几何模型的可行方法. 3-3. 四类实体模型图元以及它们之间的层次关系. Lesson B. 工作平面 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. Lesson C. 2D体素“primitive” 3-8. 定义术语体素 “primitive.” 3-9. 列出并创建三类 2-D体素.
Oh yeah! I remember these entity things.
. .
Line Keypoints Area Line
Line
Line
. .
• 创建的面将位于工作平面内，定义取决于工作平面的坐标系. • ANSYS 将自动对每个图元编号.
28
Lesson D. 图元的绘制、编号、 及删除
Areas
Lines Keypoints
Lines Keypoints
8
Lesson B. 工作平面
9
工作平面
3-4.
Objective
定义工作平面
工作平面 (WP) 是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板“ 。
Definition
wy y x wx
原点 辅助网格，间距 可调 工作平面
10
工作平面 (续)
Lesson Objectives
Lesson F. 单元属性 3-14. 定义材料属性、单元类型以及实常数.
Lesson G. 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. Lesson H. 模型修正 3-18. 讨论模型修正.
层次关系
从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为： • 关键点（Keypoints） • 线（Lines） • 面（Areas） • 体（Volumes） 提示: 如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.
I’ll just change this line
Volumes Areas
OOPs!
拾取菜单
26
2-D 基本体素(续)
以拾取方式创建示例（续）
a. 单击一次鼠标左键定 义第一个对角顶点.
b. 移动鼠标确定第二个对角 顶点，注意“橡皮筋”效 果. c. 单击一次鼠标左键定义 第二个对角顶点.
注意ANSYS自动将创建的模型放大或缩小到整个图形窗口.
27
2-D 体素(续)
需要牢记的
• 创建一个矩形，等于自动创建了9个图 元，4个关键点，4条线，1个面.
3. .....
Procedure
选取需要的项目， 然后选择OK.
控制是否编号和颜 色同时显示 (缺省), 只显示编号, 或只显 示颜色.
33
区分图元
需要牢记的
编号显示在图元的“热点 ”上.
• 对于面或体，热点为图形 中心. • 对于线，有三个热点:
.
.
34
为什么这一点非常重要: 需要在图形窗口拾取取图元时，应该点取图形的 热点，确保拾取所需要的图元。这对于有多个图形重叠的情况非常重要. （如上图）
选择以“＋”结尾的菜单，将弹出拾 取菜单 (见下页），提示通过拾取方 式创建体素.
选择By Dimensions ... 将弹出对话框 ，提示输入体素的坐标.
对话框示例
25
2-D 体素(续)
以拾取方式创建示例
1. 阅读输入窗口中的提示.
2. 按照提示在图形窗口通过鼠标左键拾取坐标或几何元素 ，然后在此对话框中选择 OK 或 Apply . 也可以在对话框中输入，代替鼠标拾取.
31
区分图元
3-11. 在图形窗口中区分图元.
Objective
当多个图元同时在图形窗口中显示时，可以通过打开某种图元类型编号来区分它们，这 些图元以不同的标号和颜色显示.
打开面编号 的结果
32
区分图元 (续)
1. ..... 2. .....
打开编号显示: Utility Menu: PlotCtrls > Numbering ...
选择方向平移工作平面，然后选择OK 或 Apply.
20
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. Main Menu: Modeling > Create > Keypoints > On Working Plane + 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. Main Menu: Modeling > Create > Keypoints > In Active CS ...
29
绘制
3-10. 绘制面，线及关键点.
Objective
创建2D体素后， ANSYS缺省绘制面.
也可以绘制低阶的图元 ，例如线,
... 或 关键点.
30
绘制（续）
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
要绘制面，线或关键点: Utility Menu: Plot > Keypoints or Lines or Areas
区分图元
关于编号字体的大小
在PC上运行ANSYS，缺省的编号字体比较小，可按下述方法放大： 要放大编号字体: 1. Utility Menu: PlotCtrls > Font Controls > Entity Font ...
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
23
2-D 体素(续)
3-9.
Objective
列出并创建三种2D体素.
ANSYS中的 2D 体素:
矩形
圆
多边形
24
2-D 基体素(续)
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
创建2D体素: Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create >
2. 选择需要的字体、尺寸等
3. 选择 OK. 4. Utility Menu: Plot > Replot
Utility Menu: WorkPlane > Display Working Plane
显示工作平面标记， 表示工作平面的原点.
12
工作平面 (续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
工作平面辅助网格开关:
Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
选取二者其中任意一 个，显示工作平面辅 助网格，然后选择OK 或 Apply.
13
辅助网格间距
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
改变辅助网格的间距: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
间距为0.1
输入间距 值，然后 选择OK 或Apply.
Meshing 几何实体模型 有限元模型
5
几何实体模型和有限元模型的 来源
3-2. 四种创建模型的方法.
Objective
总共有四种途径创建ANSYS模型（包括几何实体模型和有限元模型），如下表所示：
Option A 1. Build solid model. 2. Defeature as needed. 3. Export solid model. CAD Package ANSYS 1. Build solid model. 2. Mesh finite element model. 1. 2. 3. C 1. 2. 3. 4. Build solid model Defeature as needed. Mesh finite element model. Export finite element model. Import solid model Complete or modify as needed. Mesh finite element model.
14
捕捉功能
3-6.
Objective
捕捉开关及捕捉增量.
在徒手创建几何图元时，捕捉功能用离散的、可控的增量代替光 滑移动，更精确地选取坐标或关键点等.
捕捉功能的特点: • 捕捉可以打开或关闭.
• 捕捉增量可调.
• 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).
15
捕捉功能 (续)
B
Build the nodes and elements directly as needed. Import finite element model
D
6
ANSYS中的图元
3-3. 四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系.
Objective
(即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用 ANSYS建模工具修改传入的 模型.) 下图示意四类图元.
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
打开或关闭捕捉: Utilityቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMenu: WorkPlane > WP Settings ...
选取则打开捕捉，不选取则关闭捕捉，然后选 择OK 或 Apply.
16
捕捉功能 (续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
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。这个话题将在后面的课程 中详细描述.
21
Lesson C. 2-D 体素
22
2-D 基本体素
3-8.
Objective
定义术语 体素“primitive”.
体素是指预先定义好的、具有共同形状的面或体.
Definition
注: 体素类似于 Microsoft Power Point 中的 Auto Shapes.
要修改捕捉增量: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
输入捕捉 增量，然 后选择OK 或Apply.
图示为使用捕捉功能画矩形，其中捕捉增量等于辅助网格间距.
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移动工作平面
3-7.
Objective
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， 便于创建2D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.
18
移动工作平面(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
19
移动工作平面(续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
要以设置增量方式平移工作平面: Utility Menu: WorkPlane > Offset WP by Increments ...
• 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.
Areas
Keypoints
Lines
Area
Volume
7
ANSYS中图元(续)
Lesson Objectives
2
第三章 目的 (续)
Lesson D. 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. Lesson E. 布尔操作 3-13. 布尔操作的目的，使用 Add, Subtract, and Overlap等布尔操作.
Utility Menu: WorkPlane >
工作平面控制
移动工作平面 的选项
有关坐标系统的选 项 (将在以后的课 程中讨论)
11
工作平面 (续)
3-5.
Objective
显示工作平面，辅助网格的开关及密度控制
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
要显示工作平面:
3
Lesson A. 实体建模的概念
4
实体模型及有限元模型
3-1. 区分实体模型与有限元模型
Objective
现今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，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型边界 上方便地施加载荷. 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 体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解. 由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分（meshing).
第三章 创建2D有限元模型
1
第三章 目的
Module Objective
学习完本章后，给定一个简单的物理现象，学员应 该能够使用ANSYS创建一个2D的有限元模型.
Lesson A. 实体建模的概念 3-1. 区别实体模型和有限元模型. 3-2. 四种创建几何模型的可行方法. 3-3. 四类实体模型图元以及它们之间的层次关系. Lesson B. 工作平面 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. Lesson C. 2D体素“primitive” 3-8. 定义术语体素 “primitive.” 3-9. 列出并创建三类 2-D体素.
Oh yeah! I remember these entity things.
. .
Line Keypoints Area Line
Line
Line
. .
• 创建的面将位于工作平面内，定义取决于工作平面的坐标系. • ANSYS 将自动对每个图元编号.
28
Lesson D. 图元的绘制、编号、 及删除
Areas
Lines Keypoints
Lines Keypoints
8
Lesson B. 工作平面
9
工作平面
3-4.
Objective
定义工作平面
工作平面 (WP) 是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板“ 。
Definition
wy y x wx
原点 辅助网格，间距 可调 工作平面
10
工作平面 (续)
Lesson Objectives
Lesson F. 单元属性 3-14. 定义材料属性、单元类型以及实常数.
Lesson G. 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. Lesson H. 模型修正 3-18. 讨论模型修正.
层次关系
从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为： • 关键点（Keypoints） • 线（Lines） • 面（Areas） • 体（Volumes） 提示: 如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.
I’ll just change this line
Volumes Areas
OOPs!
拾取菜单
26
2-D 基本体素(续)
以拾取方式创建示例（续）
a. 单击一次鼠标左键定 义第一个对角顶点.
b. 移动鼠标确定第二个对角 顶点，注意“橡皮筋”效 果. c. 单击一次鼠标左键定义 第二个对角顶点.
注意ANSYS自动将创建的模型放大或缩小到整个图形窗口.
27
2-D 体素(续)
需要牢记的
• 创建一个矩形，等于自动创建了9个图 元，4个关键点，4条线，1个面.
3. .....
Procedure
选取需要的项目， 然后选择OK.
控制是否编号和颜 色同时显示 (缺省), 只显示编号, 或只显 示颜色.
33
区分图元
需要牢记的
编号显示在图元的“热点 ”上.
• 对于面或体，热点为图形 中心. • 对于线，有三个热点:
.
.
34
为什么这一点非常重要: 需要在图形窗口拾取取图元时，应该点取图形的 热点，确保拾取所需要的图元。这对于有多个图形重叠的情况非常重要. （如上图）
选择以“＋”结尾的菜单，将弹出拾 取菜单 (见下页），提示通过拾取方 式创建体素.
选择By Dimensions ... 将弹出对话框 ，提示输入体素的坐标.
对话框示例
25
2-D 体素(续)
以拾取方式创建示例
1. 阅读输入窗口中的提示.
2. 按照提示在图形窗口通过鼠标左键拾取坐标或几何元素 ，然后在此对话框中选择 OK 或 Apply . 也可以在对话框中输入，代替鼠标拾取.
31
区分图元
3-11. 在图形窗口中区分图元.
Objective
当多个图元同时在图形窗口中显示时，可以通过打开某种图元类型编号来区分它们，这 些图元以不同的标号和颜色显示.
打开面编号 的结果
32
区分图元 (续)
1. ..... 2. .....
打开编号显示: Utility Menu: PlotCtrls > Numbering ...
选择方向平移工作平面，然后选择OK 或 Apply.
20
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. Main Menu: Modeling > Create > Keypoints > On Working Plane + 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. Main Menu: Modeling > Create > Keypoints > In Active CS ...
29
绘制
3-10. 绘制面，线及关键点.
Objective
创建2D体素后， ANSYS缺省绘制面.
也可以绘制低阶的图元 ，例如线,
... 或 关键点.
30
绘制（续）
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
要绘制面，线或关键点: Utility Menu: Plot > Keypoints or Lines or Areas
区分图元
关于编号字体的大小
在PC上运行ANSYS，缺省的编号字体比较小，可按下述方法放大： 要放大编号字体: 1. Utility Menu: PlotCtrls > Font Controls > Entity Font ...
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
23
2-D 体素(续)
3-9.
Objective
列出并创建三种2D体素.
ANSYS中的 2D 体素:
矩形
圆
多边形
24
2-D 基体素(续)
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
创建2D体素: Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create >
2. 选择需要的字体、尺寸等
3. 选择 OK. 4. Utility Menu: Plot > Replot
Utility Menu: WorkPlane > Display Working Plane
显示工作平面标记， 表示工作平面的原点.
12
工作平面 (续)
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
工作平面辅助网格开关:
Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
选取二者其中任意一 个，显示工作平面辅 助网格，然后选择OK 或 Apply.
13
辅助网格间距
1. ..... 2. .....
3. ..... Procedure
改变辅助网格的间距: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
间距为0.1
输入间距 值，然后 选择OK 或Apply.
Meshing 几何实体模型 有限元模型
5
几何实体模型和有限元模型的 来源
3-2. 四种创建模型的方法.
Objective
总共有四种途径创建ANSYS模型（包括几何实体模型和有限元模型），如下表所示：
Option A 1. Build solid model. 2. Defeature as needed. 3. Export solid model. CAD Package ANSYS 1. Build solid model. 2. Mesh finite element model. 1. 2. 3. C 1. 2. 3. 4. Build solid model Defeature as needed. Mesh finite element model. Export finite element model. Import solid model Complete or modify as needed. Mesh finite element model.