ANSYS讲义第03讲-创建有限元模型

May,25,2004
湖南大学土木学院)
M3-25
2-D 体素(续)
3-9.
Objective
常用的三种2D体素.
2D 体素
矩形
圆
多边形
May,25,2004
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M3-26
2-D 图元(续)
创建2D图元的两种方式: Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create >
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M3-20
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 ...
拾取菜单
May,25,2004
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M3-28
2-D 图元(续)
• 创建高级图元时，自动创建其以下 的低级图元，如： 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。
Oh yeah! I remember these entity things.
. .
Line Keypoints Area Line
Volumes Areas
OOPs!
Keypoints
Keypoints
May,25,2004
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es um
Lines
Lines
l Vo
M3-8
Areas
Part B. 工作平面
实体模型的建立必须有一个参考坐标以共利用， 该参考坐标称为工作平面（Working Plane），建立不 同位置的实体需要通过移动或旋转工作平面。
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.
May,25,2004
移动了工作平面以后.
M3-18
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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
网格划分
Meshing
几何实体模型 有限元模型
May,25,2004
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M3-5
几何实体模型和有限元模型的创建方法
3-2. 四种创建模型的方法.
Objective
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 A B
建模方式
1、建立实体模型 2、网格划分 1、输入实体模型 2、进行修改 3、网格划分 1、直接建立结点和单元进行建模 1、从其它软件直接输入结点和单元建立有限元模型
May,25,2004
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M3-14
捕捉功能
3-6. 捕捉开关及捕捉增量.
Objective
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).
May,25,2004
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M3-2
第三讲 目的 (续)
Part D. 图元的绘制、编号、删除
Lesson Objectives
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.
Part 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.
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.
May,25,2004
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M3-17
移动工作平面
3-7. 移动工作平面.
Objective
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,25,2004
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M3-21
ANSYS 的坐标系
• 应用坐标系
1、工作平面坐标系（Working Plane CS）：为一个2D工作平面。 2、全局坐标系（Gobal CS）：为建模刚开始的坐标系，相对于整个模型而言不变，仅 一个，可以分为： 笛卡儿坐标（Cartesian System，代码为0）； 柱坐标系（Cylindrical System，代码为1）； 球坐标系（Spherical System，代码为2） 3、局部坐标系（Local CS）也可以和全局坐标系一样，分为三类，但可以有多个。
Part F. 单元属性
3-14. 定义材料属性、单元类型以及实常数.
Part 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.
Part H. 模型修正
3-18. 讨论模型修正.
May,25,2004
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M3-3
May,25,2004
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M3-15
捕捉功能 (续)
打开或关闭捕捉: Utility Menu: 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.
May,25,2004
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M3-16
捕捉功能 (续)
第三讲: 创建有限元模型
May,25,2004
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M3-1
第三讲 目的及学习内容
Module Objective
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.
Part 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. Part 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. Part C. 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.
• • •
用于荷载定向和确定结点自由度的坐标系
GUI:Main Menu—Preprocessor—Move/modify
用于观看和解释计算结果的坐标系
GUI:Main Menu—General Postprocessor—Option for output
显示坐标系
结点坐标的显示默认为在全局直角坐标系下，若要改变，则： GUI：Utility Menu—WorkPlane—Change Display CS to
定义工作平面的 取向
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M3-19
移动工作平面(续)
要以设置增量方式平移工作平面: Utility Menu: WorkPlane > Offset WP by Increments ...
选择方向平移工作平面，然后选择OK 或 Apply.
May,25,2004
C D
May,25,2004
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M3-6
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
在ANSYS中，共使用四种图元类型：
Areas
Keypoints
Lines
Area
Volume
• 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。
M3-24
2-D 图元
3-8. 定义术语 体素“primitive”.
Objective
• •
实体模型建立时，面积为构成体积的边界，由线与线连接而成。 面积的建立方式： ①可由原始对象直接建立，但必须在X-Y平面上。 ②可由点直接连接而成；注意：点必须以顺时针或逆时针顺序输入，面积的法向为点 的顺序依右手法则确定。 同时，4点以下的面积，点可以不位于同一个平面；4点以上时点和线必须在同一个 平面上。 ③可由线围接而成，并可构成不同边数的面积； ④也可由其上的高级图元建立。 ⑤面积的建立同样与坐标系统有关，直角坐标系下为平面，圆柱及圆形坐标系下为曲 面。
May,25,2004
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M3-22
Part C. 1-D及2-D 图元
May,25,2004
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M3-23
1-D 图元
• 关键点
①点是最小的图元对象。点与点可连接成线段，也可直接组合成面积与体积。 ②建立方式：K,NPT,X,Y,Z;也可由其上的高级图元建立。 ③硬点HPT
Part A. 实体建模的概念
May,25,2004
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M3-4
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
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 几何实体模型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。 几何实体模型通过网格划分（meshing)就可以建立有限元模型。
M3-10
工作平面 (续)
设置、定义、改变工作平面的命令： Utility Menu: WorkPlane >
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 (以后讨论)
May,25,2004
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M3-11
工作平面 (续)
Байду номын сангаас3-5. 显示工作平面，辅助网格的开关及密度控制
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.
•
直线、圆弧线
①建立实体模型时，线段为面积及体积的边界，由点与点连接而成。 ②建立方式： 可由点直接连接而成，并可以构成不同种类的线，如直线、曲线、圆、弧线。 也可由其上的高级图元建立。 ③线的建立与坐标系统有关，直角坐标系下为直线，圆柱及圆形坐标系下为曲线。
May,25,2004
湖南大学土木学院)
选择以“箭头”开始的菜单，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
May,25,2004
湖南大学土木学院)
M3-27
2-D 图元(续)
以拾取方式创建
在图形窗口通过鼠标左键拾取坐标或直接输入其 在工作平面内的两点坐标，点击 OK 或 Apply 。
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.
May,25,2004
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M3-13
辅助网格间距
改变辅助网格的间距: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
间距为1
输入间距 值，然后 选择OK 或Apply.
间距为 0.5
Objective
要显示工作平面: Utility Menu: WorkPlane > Display Working Plane
显示工作平面标记， 表示工作平面的原点.
May,25,2004
湖南大学土木学院)
M3-12
工作平面 (续)
工作平面辅助网格开关: Utility Menu: WorkPlane > WP Settings ...
May,25,2004
湖南大学土木学院)
M3-9
工作平面
3-4. 定义工作平面
Objective
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。
Definition
wy y x wx
坐标原点 辅助网格，间距可调 工作平面
May,25,2004
湖南大学土木学院)
May,25,2004
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M3-7
ANSYS中图元(续)
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） NOtice: 若低阶图元附于高阶图元上，则不能直接删除低阶图元。
I’ll just change this line