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ANSYS建模与网格划分指南.doc

ANSYS建模与网格划分指南

徐琼英
2017-09-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《ANSYS建模与网格划分指南doc》,可适用于工程科技领域

ANSYS建模与网格划分指南ANSYS建模与网格划分指南目录第一章模型生成概述什么是模型生成,ANSYS中建模的典型步骤实体建模和直接生成的比较。实体建模直接生成从CAD系统中输入实体模型。第二章规划分析方案规划的重要性确定分析目标选择模型类型(二维、三维等)线性和高次单元的选择线性单元(无中间节点)二次单元(带中间节点)不同单元连接的限制找到利用对称性的办法对轴对称结构的一些特殊要求进一步的须知和限制。决定包含多少细节确定合适的网格密度第三章坐标系坐标系的类型总体和局部坐标系总体坐标系局部坐标系坐标系的激活曲面封闭曲面和奇异曲面节点坐标系节点坐标系中的数据译码:单元坐标系结果坐标系第四章利用工作平面什么是工作平面生成一个工作平面生成一个新的工作平面控制工作平面的显示和样式移动工作平面工作平面的旋转还原一个已定义的工作平面增强的工作平面捕捉增量:显示栅格恢复容差坐标系类型工作平面的轨迹第五章实体建模实体建模操作概述用自下向上的方法建模关键点:定义关键点:从已有关键点生成关键点查看、选择和删除关键点。各种关键点命令的使用硬点定义硬点:选择硬点:查看与删除硬点线定义线从已有线生成新线:修改线:查看和删除线对线的说明面:定义面:通过已有面生成面:查看、选择和删除面面中应注意的问题。体定义体延伸生成体须知扫掠体从已有体生成体查看和删除体:关于体应注意的问题:拖拉操作用自上向下的方法建模:体素什么是体素,如何生成面体素生成圆或环形区域生成正多边形面体素中应注意的问题:如何生成实体体素生成长方体生成柱体生成多棱柱体:生成球体或部分球体生成锥体或截锥体生成环体或部分环体:体体素中应注意的问题用布尔运算雕塑实体模型是否保留原始图元其它有用的BOPTN设置布尔运算之后的图元编号交运算相交的例子两两相交两两相交的例子加运算:加运算的例子减运算减运算的例子减运算中应注意的问题用工作平面的减运算。用工作平面去做减运算的例子分类运算:搭接功能搭接功能的例子互分互分操作的例子粘接(或合并)粘接操作的例子布尔运算的替代布尔运算之后的更新移动和拷贝实体模型按照样本生成图元由对称映像生成图元将图元样本转换坐标系实体模型图元的缩放实体模型加载传递实体模型载荷显示载荷标记关闭节点和关键点位置处的大标记选择图形显示中的数字格式实体模型载荷列表质量和惯量的计算实体建模中的注意事项实体模型图元的显示布尔操作面单元并分配额外的节点作为最近的流体单元节点用下列方法:命令:LFSURFGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>SurfaceEffect>LinetoFluid在某些热分析中用LFSURF命令生成带有任选节点的SURF单元。要在已有实体单元的表面上生成重叠的表面单元并分配额外的节点作为最近的流体单元节点用下列方法:命令:AFSURFGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>SurfaceEffect>AreatoFluid在某些热分析中可用AFSURF命令生成带有可选节点的SURF单元。当模型是由直接生成方法装配的可以直接在已有单元的表面叠加生成表面单元并分配另外的节点作为最近流体单元的节点。用下列方法实现:命令:NDSURFGUI:MainMenu>Preprocessor>ModelingCreate>Elements>SurfContactSurfaceEffect>AttachtoFluidNodetoFluid在有些热分析中用NDSURF生成可选择节点的SURF或SURF单元。按下列方法用二维线单元(诸如间隙单元)连接重合的节点:命令:EINTFGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>AtCoincidNd下列方法生成一般的接触单元(参见ANSYS结构分析指南中的接触)命令:GCGENGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>AtContactSrf读写包含单元数据的文本文件可以读或写一个包含单元数据的文本文件。这些命令用于和其它程序(或另一个ANSYS对话)交换数据。在标准的ANSYS模型生成中不需要这些命令。用下列方法指定从一单元文件中读入单元:命令:ERRANGGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ReadElemFile用下列方法从一文件中读单元:命令:EREADGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ReadElemFile用下列方法将单元数据写到一文件:命令:EWRITEGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>WriteElemFile注意重叠单元如果生成了重叠单元(即有相同节点和相同空间位置的单元)。则ANSYS中诸如图形、加面载荷、选择逻辑等操作可能不会象预期那样最好避免使用重叠单元若不能避免的话无论何时用到重叠单元必须格外小心。通过改变节点修改单元用不同节点重新定义单元可用下列方法注意将单元属性指针置成正确的值(执行这些命令将当前的单元类型、实常数、材料特性及某些类型单元的单元坐标系赋给修改后的单元)。用下列方法修改已定义的单元:命令:EMODIFGUI:MainMenu>Preprocessor>MoveModify>ModifyNodes用下列方法通过定义编号和连接的节点重新定义单元:命令:ENGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ThruNodes可用本章前面所述的ENGEN和ENSYM命令或GUI途径重写或修改单元组。通过修改单元属性修改单元修改已生成单元属性有下述几种方法:在前处理PREP或求解器SOLUTION中用下列方法修改指定单元的材料号:命令:MPCHGGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>Other>ChangeMatProps>ChangeMatNumMainMenu>Preprocessor>MaterialProps>ChangeMatNumMainMenu>Solution>Other>ChangeMatProps>ChangeMatNum在前处理器中EMODIF和*REPEAT命令提供了一种修改单元属性的通用方法。不能直接在GUI中得到*REPEAT命令。EMODIF和*REPEAT命令的使用如下:E,,!ElementREAL,!REALsetpointer=E,,!Element(REAL=)EGEN,,,!Generateelementsfromel(allwithREAL=)EMODIF,,REAL,!RedefineelementwithREALset*REPEAT,,!Redefineelsinstepsof(withREAL=)参见《ANSYSCommandsReference》中EGEN、EMODIF和*REPEAT命令的叙述。另外在单元生成之后进入求解器SOLUTION之前可改变其单元属性表中的项。如果实常数组或材料特性组中含有未使用的项(如把梁单元的实常数组赋给杆单元)则在屏幕上会出现警告信息。修改单元属性的另一种方法(是用EDELE命令或菜单途径MainMenu>Preprocessor>Delete>Elements)是删除单元重新定义属性指针(再用EN命令或菜单途径MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ThruNodes)重新生成单元。增加和删除中间节点的注意事项若需改变单元类型用带有中间节点的单元代替无中间节点的单元时可用EMID命令补加中间节点。而且为删除中间节点必须首先从中间节点单元用EMID命令除去中间节点:命令:EMIDGUI:MainMenu>Preprocessor>MoveModify>AddMidNodesMainMenu>Preprocessor>MoveModify>RemoveMidNd当用直接生成方法定义中间节点单元时(即E、EN及类似的命令)中间节点按下列方案生成和排列:有些高阶单元允许去除中间节点对这类单元当定义高阶单元时中间节点用了值(或空)相应的中间节点将从单元中去掉。结果单元的形函数中有些或全部二次项被忽略(取决于去掉中间节点号)因此使单元的边仍为直的。极端情况去掉单元的所有中间节点单元会使用线性形函数产生的结果与相似的低阶(无中间节点)单元类型的相近。当定义了高阶单元如果所用的中间节点号还未定义(NNGENFILLNSYM及类似命令)然后该节点会被自动地定义并给定几何位置这就是计算的各自角点的中点(在笛卡尔坐标系下线性插值)。这种节点的旋转角也是由角节点的旋转角自动地进行线性插值而得到。这样可以方便地生成中间节点单元而不必明确地定义中间节点的几何位置在角点的中间。注意:这种应用只适用于模型的直接生成方法ANSYS网格划分控制提供了对已划分网格模型控制中间节点的方法。第十章管路模型管路命令简介ANSYSMultiphysics、ANSYSmechanical、ANSYSStruatural和ANSYSProfessional产品提供了一组特殊的命令使用户按规范的管路输入数据建立管路系统模型而不必按照标准的ANSYS直接生成方法进行建模操作。当输入管路命令ANSYS程序内部将管路数据转换成直接生成模型的数据并将转换的信息存到数据库里。一旦保存了这种信息可用标准的直接生成命令对其进行列表、显示、修改或重新定义等。管路命令能做的工作管路组件的一些特征:利用直管(PIPE)和弯管(PIPE)单元生成管路网络的线模型。节点和单元的几何形状是以延伸长度的增量和弯曲半径而不是按绝对坐标来定义的。自动计算弯曲的相切点。建立标准的管路名称(如名义直径和规范)与几何值的关系。将管路规格分配给单元实常数。在生成适于每种单元类型的管路单元前按给定管路组件的压力和温度计算并分配挠度和应力集中系数。如果管的压力或温度随后进行了修正挠度系数不会自动地改变。从压力与高度的关系确定拉压载荷。用管路命令建立管路系统模型用管路命令建立管路系统模型的三个主要步骤:、指定工作名称和标题。、建立基本的管路数据。、定义管路系统的几何形状。管路系统分析的进一步工作包括施加外载荷〔DF〕等获得求解结果及查看结果。关于这些步骤可参见《ANSYSBasicAnalysisGuide》。指定工作名称和标题开始时执行这个步骤:首先指定随后分析生成的所有文件所用的工作名〔FILNAME〕(菜单途径UtilityMenu>File>ChangeJobname)。然后写一个分析文件〔TITLE〕(菜单途径UtilityMenu>File>ChangeTitle)。最后用UNITS命令为自己写一个想使用的单位制备忘录。(从GUI中不能直接得到UNITS命令)。记住UNITS仅作为后来查看分析的记录它并不把数据由一种单位改成另一种单位。建立基本的管路数据此步骤中应做的工作有:用下列方法进入前处理PREP:命令:PREPGUI:MainMenu>Preprocessor用下列方法为模型使用的所有材料定义材料属性:命令:MP,MPTEMP,etcGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>materialoption用下列方法选择一种单位制(如果不一致时):命令:PUNITGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>SpecificationsPUNIT决定程序如何翻译由本章备忘录中叙述的PDRAG、BRANCH、RUN、BEND、MITER、REDUCE、VALVE、BELLOW、FLANGE、PSPRNG、PGAP、PSPEC、PINSUL和PCORRO命令输入的数据。(注意PUNIT与UNITS的不同:PUNIT命令影响程序的工作而UNITS则不影响。)定义管路规格当用RUN命令生成单元时这些规则运用到单元上(菜单途径MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>PipeRun)。用下列方法定义管路材料和尺寸:命令:PSPECGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Specifications、PFLUID、PINSUL注意:本节讨论的菜单途径与管路规格命令相同(PSPEC和PCORRO等)用PFLUID命令相应的GUI途径定义管路中包含的流体密度。用PINSUL命令或相应的GUI途径定义管路外部绝热系数。用PCORRO命令或相应的GUI途径定义管路容许的外部侵蚀厚度。用下列方法选择管路分析标准:命令:POPTGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Specifications在生成适于每种单元类型的管路单元前程序按给定管路组件的压力和温度分布计算并分配弯管单元的挠度和应力集中系数。如果管路压力或温度随后进行了修正挠度和应力集中系数不会随之改变。选择管路载荷用下列方法定义管路的管壁温度:命令:PTEMPGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Loads注意:本节所讨论的管路加载命令(PTEMPPPRES和PDRAG)与菜单途径相同。用PPRES命令或相应的GUI途径定义管流的内压。用PDRAG命令或相应的GUI途径定义管流的外部流体拉载荷定义管路系统的几何尺寸定义管路模型的基本框架布置:首先用下列方法定义管路系统的起点:命令:BRANCHGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>AtNodeMainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>AtXYZLoc然后用一系列的RUN命令(或GUI)定义管路延伸的增量。(管路单元在激活坐标下沿直线生成)每一个RUN命令用PUNIT命令指定长度格式的尺寸的生成一个节点和一个PIPE单元(连同其实常数、材料属性和载荷)。命令:RUNGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>PipeRun由两个或更多的已有管路单元共享的节点处插入弯管和其它组元(T形管、阀门、节流器、法兰盘、波纹管和弹簧约束)。考虑到插入的组元程序会自动更新模型的外形尺寸。插入的管路组件从相邻的直管取得特性和载荷。用下列方法定义弯管。命令:BENDGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Elbow用下列方法定义斜弯管:命令:MITERGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Miter用下列方法定义T形管命令:TEEGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>PipeTee用下列方法定义管路阀门:命令:VALVEGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Valve用下列方法定义管路的节流器:命令:REDUCEGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Reducer用下列方法定义管路的法兰盘:命令:FLANGEGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Flange用下列方法定义管路的波纹管:命令:BELLOWGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>Bellows用下列方法定义管流的弹簧约束:命令:PSPRNGGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>SpringSupport用下列方法定义管流中的弹簧间隙约束:命令:PGAPGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>PipingModels>SpringGapSupp另一个BRANCH命令定义已定义的管路与另一段管路分叉的交叉点。后面的RUN命令从上一交叉点按递增方式定义另一段直管单元。BRANCH和RUN命令及其GUI途径在本节之前有叙述。查看和修改管路模型一旦完成了管路数据的输入就可用通常的列表和显示命令〔NLISTNPLOTELISTEPLOTSFELISTSFELTSTBFELIST等〕查看保存在数据库内的信息。如果必要可用标准的修改模型和载荷的程序来修改数据。(详见本手册的和《ANSYSBasicAnalysisGuide》的)。输入示例考查以下管路数据的输入的示例:!Samplepipingdatainput!FILNAM,SAMPLETITLE,SAMPLEPIPINGINPUTUNITS,BIN!AreminderthatconsistentunitsareBritishinches!PREP!DefinematerialpropertiesforpipeelementsMP,EX,,eMP,ALPX,,eMP,DENS,,PUNIT,!Unitswillbereadasftinfractionandconvertedto!decimalinchesPSPEC,,,STD!inchstandardpipePOPT,B!Pipinganalysisstandard:ANSIBPTEMP,!Temperature=degPPRES,!Internalpressure=psiPDRAG,,,!Drag=psiinZdirectionatanyheight(Y)BRANCH,,,!Startfirstpiperunat(",",")RUN,,!Run""inYdirectionRUN,!Run""inXdirectionRUN,,,!Run""inZdirectionRUN,,!Run""inYdirectionPNUM,NODE,VIEW,,,,EPLOT!IdentifynodenumberatwhichndrunstartsBRANCH,!StartsecondpiperunatnodeRUN,!Run""inXdirectionTEE,,WT!InsertateeatnodePNUM,DEFAPNUM,ELEM,EPLOT!IdentifyelementnumbersforbendandmiterinsertsBEND,,,SR!Inserta"shortradius"bendbetweenelementsandMITER,,,LR,!InsertatwopiecemiterbetweenelementsandPNUM,DEFAPNUM,NODE,!ZoominonmiterbendtoidentifynodesforspringhangersZOOM,,,,,PSPRNG,,TRAN,e,,!InsertYdirectionspringatnodePSPRNG,,TRAN,e,,!InsertYdirectionspringatnode!ListanddisplayinterpretedinputdataAUTOPNUM,DEFAEPLOTNLISTELISTSFELISTBFELIST详见《ANSYSCommandsReference》中关于(PUNIT、PSPEC、POPT、PTEMP、PPRES、PDRAG、BRANCH、TEE、PNUM、MITER、ZOOM、PSPRNG、AUTO、SFELIST和BFELIST命令)的叙述。图管路输入的EPLOT示例第十一章编号控制和单元重排序编号控制本章中叙述的命令和GUI途径用于关键点、线、面、体、单元、节点、单元类型、实常数组、材料、耦合自由度集、约束方程和坐标系的编号控制。这种编号控制对于将模型的各个独立部分组合起来是相当有用和必要的。注意:布尔运行输出图元的编号并非可以完全预估。在不同的计算机系统中执行同样的布尔运算其生成的编号有时也会不一样。在一种计算机里交互生成的输入流文件移到另一种计算机里去重新运行时应该使用选择逻辑来标识所需的图元避免在命令流里使用图元编号。合并重复项如果二个独立的图元有相同的位置可用下列方法将这两个图元合并成一个图元:命令:NUMMRGGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems注意:NUMMRG命令或其相应的GUI途径的使用并不引起模型外形尺寸的改变只影响其拓扑结构。例如假定有两独立但重合的节点如果用命令NUMMRGNODE(或相应的GUI途径)合并节点编号大的节点将被删除并由编号小的重复节点代替因此两重合节点将替代为一个节点。如果连接二个已经划分好网格的区域需要执行三次单独的合并操作。例如用命令输入方法首先执行命令〔NUMMRGNODE〕合并节点然后执行命令〔NUMMRGELEM〕合并单元最后执行命令〔NUMMRGKP〕合并所有的实体模型图元。(或仅用NUMMRGALL按适当顺序合并所有选定的重合项。NUMMRGALL还会合并诸如MAT、CE等非几何项)。当合并模型中已划分网格的图元时按何种顺序执行多个NUMMRG命令是很重要的。如果想合并两相邻有重合节点和关键点的已划分网格的相邻区域总是在合并关键点NUMMRGKP(上述)之前合并节点(NUMMRGNODE)。在节点之前合并关键点可以导致有些节点变成“孤立点”即节点失去与实体模型的相关性。孤立点会引起有些操作失败(诸如边界条件的传递表面载荷的传递等等)。许多实体建模操作生成重合关键点、线和面可用NUMMRGKP(或相应的GUI途径)合并这种重合项。关键点的位置是合并的基础。一旦合并了重复关键点任何与关键点相连的其它高级实体图元(线、面和体)将自动进行合并。重复的定义将随所用公差而改变。缺省地关键点之间的距离在下列准则内将自动进行线上关键点的合并:、相距IE单位(见图缺省合并公差)。、为关键点间最长距离的E倍。准则是用NUMMRG描述条件公差域(TOLER)。TOLER是条件公差。如果一关键点在另一关键点的条件公差域内则这两关键点将被合并。如果当移动编号较高的关键点时距离如果超过实体模型内部相对公差(准则)关键点将不被合并。线、面和体将以同样方式合并。准则描述了缺省的实体模型内部相对公差此公差设计用来防止由合并操作删除模型中的短线。只有两个准则都得到满足才能合并关键点。图缺省的合并公差内部相对公差(准则)可由NUMMRG命令定义的实体模型总体公差(GTOLER)选项所取代。GTOLER是一个总体、绝对的公差而不是相对公差。如果使用了GTOLER不再考虑与关键点相连的线的尺寸可以相当容易地通过使用一较大的GTOLER值而使模型改变。在想合并时尤其是用GTOLER选项时应当保存数据库。下列为对应图说明在合并图元中NUMMRG命令的使用:PCIRC,!CreateapartialcircleRECTNG,!CreatearectangleNUMMRG,KP!Defaultmergetolerancesused对有重复关键点的模型使用NUMMRG操作可能比AGLUE(菜单途径MainMenu>Preprocessor>Operate>Glue>Areas)命令更经济(即更快)。图应用NUMMRG的例子如果合并非常邻近的关键点则连接这些关键点的短线也将同时被删除。如果关键点超过合并的范围可用LCOMB命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Lines)删去这些短线。LCOMB命令生成一条连续(但不一定光滑)的线。如合并的线有转折点则不能用作拖拉的路径〔ADRAGVDRAG〕也不能用于任何布尔运算。编号压缩在构造模型时由于删除、清除、合并或其它操作可能在编号中生成许多的空号。这些空号对于某些项(如单元号)可能仍为空的但对于其它的项(如关键点)则可能变为非空。为保存数据存储空间(删除空号)和保持期望的编号顺序(强迫新生成的项其编号大于已存在项的编号。)可用下列方法压缩编号删除编号间的空隙:命令:NUMCMPGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>CompressNumbers对已选组(单元、关键点等)项或所有有效的项(用NUMCMPALL)可有选择地重新执行编号压缩操作。以下为应用NUMCMP命令的例子:VMESH,VCLEAR,!Nodeandelementnumberswillnotbereused!Changemeshingcontrols,elementattributes,etcVMESH,!Nodeandelementnumberingwillcontain"gaps"NUMCMP,NODE!OptionalstepNUMCMPcanfreeupsomecomputermemoryingsequencesNUMCMP,ELEM!byeliminatinggapsinnumber参见《ANSYSCommandsReference》中关于NUMCMP命令的叙述。设置起始编号在生成新的自动编号项时用户可能想使新生成的系列项的起始编号大于已有项所用的最大编号。这样做能保证新生成图元的连续编号不占用已有编号序列中的空号。这样做的另一个理由是在生成模型的某个区域时可与其它区域保持独立避免了将这些区域连接到一起时编号的冲突。可用下列方法指定起始编号:命令:NUMSTRGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>SetStartNumber如果用命令输入则必须对每一组(节点、单元、关键点等)项执行此命令。下列说明了命令输入方法的应用:!Createoneportionofmodel:!Createaseparate,distinctlynumberedportionofyourmodel:NUMSTR,KP,NUMSTR,LINE,NUMSTR,AREA,NUMSTR,VOLU,详细内容参见《ANSYSCommandsReference》中NUMSTR命令的叙述。编号偏差在连接模型中二个独立的区域时为避免编号冲突可对当前已选取项的编号加一个偏差值来重新编号。可用下列方法:命令:NUMOFFGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>AddNumOffset必须对待重新编号的每一组(节点、单元、关键点等)项重新执行此命令。CDWRITE命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>ArchiveModel>Write)将所有已选取的有限元模型数据写成一个编码文件执行该命令时会自动在文件的开始处写上一串NUMOFF命令以保证在读取该文件时与已存在的数据相互分离。可用NUMCMP命令将由NUMOFF命令产生的编号间隙去掉。在PREP中可用将实体模型数据(IGES格式)写到一个编码文件中去也可以将由外部生成的IGES文件的实体模型数据转到ANSYS数据库中去。用下列方法将实体模型数据写到一个文件:命令:IGESOUTGUI:UtilityMenu>File>Export用下列方法将一个文件的IGES数据转成ANSYSPREP数据:命令:IGESINGUI:UtilityMenu>File>Import由IGESIN命令(或GUI途径)生成的新的实体模型图元(在AUX处理器中)会自动进行编号以避免与数据库中已有的其它实体模型图元编号发生冲突。读一个IGES文件到一空的ANSYS数据库时编号并不一定从开始这是由于在传送过程中可能生成中间图元(后被删去)所致。参见中有关IGES接口的信息。单元重排序在直接波前求解开始之前ANSYS程序会自动对单元重新排序以减少最大波前数。这种操作对前后处理程序中数据库中的单元编号无影响。可以预见绝大多数用户都会允许程序自动对单元重新排序。如果不需要程序自动执行重新排序可用下列方法重新建立原单元的排序:命令:NOORDERGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>ResetElemOrder希望人为控制单元排序的用户可用下列方法在PREP中开始重新排序。(如果进行了这些操作ANSYS程序则不会用自动排序功能取代人工控制排序)。用下列方法按几何性质开始对单元重新排序:命令:WSORTGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>ReorderbyXYZ用下列方法定义一初始波表:命令:WSTARTGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>DefineWaveList用下列方法将更多的节点加进初始波表:命令:WMOREGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>ExtendWaveList用下列方法清除所有重排序波表:命令:WERASEGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>EraseWaveList用下列方法开始重排序:命令:WAVESGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>ReorderbyList用下方法对模型中按当前编号的最大波前数进行预估:命令:WFRONTGUI:MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>ElementReorder>EstWavefront如果用WAVES命令对单元重排序应当避免点单元(如MASS和MASS)出现在单元的中间节点上否则WAVES命令可能会失败。第十二章耦合和约束方程概述当生成模型时典型地是用单元去连接节点以建立不同自由度间的关系。但时有时需要能够刻画特殊的细节(刚性区域结构的铰链连接对称滑动边界、周期条件和其它特殊内节点连接等)。这些用单元不足以来表达。可用耦合和约束方程来建立节点自由度间的特殊联系。利用这些技术能进行单元做不到的自由度连接。何谓耦合,当需要迫使两个或多个自由度(DOFs)取得相同(但未知)值可以将这些自由度耦合在一起。耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其它自由度。耦合只将主自由度保存在分析的矩阵方程里而将耦合集内的其它自由度删除。计算的主自由度值将分配到耦合集内的所有其它自由度中去。典型的耦合自由度应用包括:)模型部分包含对称)在两重复节点间形成销钉、铰链、万向节和滑动连接)迫使模型的一部分表现为刚体(见本章中对约束方程能适用于更通用刚体区域的讨论)。如何生成耦合自由度集在给定节点处生成并修改耦合自由度集用下列方法定义(或修改)耦合自由度集:命令:CPGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>CoupleDOFs在生成一个耦合节点集之后通过执行一个另外的耦合操作(保证用相同的参考编号集)将更多节点加到耦合集中来。也可用选择逻辑来耦合所选节点的全部耦合。可用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。要修改一耦合自由度集(即增、删节点或改变自由度标记)可用CPNGEN命令。(不能由GUI直接得到CPNBGEN命令)。耦合重合节点CPINTF命令通过在每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型中重合节点的耦合。此操作对“扣紧”几对节点(诸如一条缝处)尤为有用。命令:CPINTFGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>CoincidentNodes除耦合重复节点外还可用下列替换方法迫使节点有相同的表现方式:如果对重复节点所有自由度都要进行耦合通常用NUMMRG命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems)将这些节点合并起来更方便。可用EINTF命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>AtCoincidNd)通过在重复节点对之间生成节点单元来连接它们。用CEINTF命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>AdjacentRegions)将两个有不相似网格模式的区域连接起来。这项操作使一个区域的选定节点与另一个区域的选定单元连接起来生成约束方程。生成更多的耦合集一旦有了一个或更多耦合集可用这些方法生成另外的耦合集:用下列方法以相同的节点号但与已有模式集不同的自由度标记生成新的耦合集。命令:CPLGENGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>GenwSameNodes用下列方法生成与已有耦合集不同(均匀增加的)节点编号但有相同的自由度标记的新的耦合集:命令:CPSGENGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>GenwSameDOF耦合集的列表和删除用下列方法对耦合自由度集列表:命令:CPLISTGUI:UtilityMenu>List>Other>CoupledSets>AllCPnodesselectedUtilityMenu>List>Other>CoupledSets>AnyCPnodeselected用下列方法删除耦合自由度集:命令:CPDELEGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>DelCoupledSets这项操作删除全部的耦合集必须用CPNGEN命令或CP命令(或其GUI途径)从耦合集中删除特定的节点。耦合的其它条件每个耦合的节点都在节点坐标系下进行耦合操作。通常应当保持节点坐标系的一致性。自由度是在一个集内耦合而不是集之间的耦合。不允许一个自由度出现在多于一个耦合集中。接地的自由度(即由D或共它约束命令指定的自由度值)不能包括在耦合集中。在减缩自由度分析中如果主自由度要从耦合自由度集中选取只有主要自由度才能被指定为主自由度。(不能指定耦合集中的删除自由度为主自由度)在结构分析中耦合自由度以生成一刚体区域有时会引起明显的平衡破坏。不重复的或不与耦合位移方向一致的一个耦合节点集会产生外加力矩但不出现在反力中。什么是约束方程,线性约束方程提供了一种比简单耦合更通用的联系自由度值的方法。约束方程必须有如下形式:这里U(I)是自由度项(I)N是方程中项的编号。如何生成约束方程直接方法可用下列方法直接生成约束方程:命令:CEGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>ConstraintEqn下面为一个典型的约束方程应用的例子力矩的传递是由BEAM单元与PLANE单元(PLANE单元无平面转动自由度)的连接来完成的:图建立旋转和平移自由度的关系在此例中如果不用约束方程则节点表现为一个铰链。可用下列方法传递梁和平面应力单元之间的力矩:ROTZ=(UYUY)此方程应当重写成要求的格式并代入程序:=UYUY*ROTZCE,,,,UY,,,UY,,,ROTZ,方程中第一个独特的自由度按方程中所有其它自由度的方式删除。一个独特的自由度是不在任何其它约束方程、耦合节点集、给定位移集或主自由度集中定义的自由度。应将方程的第一项作为自由度删除。尽管在理论上可在多于一个方程中指定相同的自由度用户必须小心避免重定义。还必须小心以保证模型中每个节点和自由度的存在。(记住对出现在一个节点上的自由度那个节点必须与一个提供了必要自由度的单元相连)。周期条件在分析中值得利用反对称或周期性域的变化以限制模型规模。可通过耦合未知的节点值或写约束方程来实现。这两种功能可在ANSYSEMAG程序中分别用CP和CE命令得到。周期性条件是指边界既不保持与流动方向平行也不垂直而是在一点处的势与另一位置处的一点大小相等但符号相反。这种情况出现在对发电机的对称扇区分析中例如两分开的极距点上的位势大小相等符号相反。如图假定对称扇区的外边界节点按以上与相反极距上的节点约束起来。图定义周期性条件的例子。约束方程如下:A=A=AA用CE命令输入约束方程形式如下:CE,,,,MAG,,,MAG,对二维磁场分析用PERBCD宏命令自动施加周期性边界条件组(CP和CE命令)(参见《ANSYSElectromagneticFieldAnalysisGuide》的中关于建模助手的讨论):命令:PERBCDGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>Apply>PeriodicBCsMainMenu>Solution>Apply>PeriodicBCs注意:周期性边界条件也出现在结构分析中(例如涡轮叶片模型)。用CP命令加到旋转到柱坐标系下的节点上。修改约束方程用下列方法在PREP或SOLUTION中修改约束方程中的常数项:命令:CECMODGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>ModifyConstrEqnMainMenu>Preprocessor>Loads>Other>ModifyConstrEqnMainMenu>Solution>Other>ModifyConstrEqn中用使CE命令(或如果要修改约束方程中的其它项必须在求解前在PREP相应GUI途径)。直接与自动生成约束方程的对比本章前面提到一个例子说明如何用CE命令直接生成约束方程每次只能生成一个。下面介绍三种自动生成多约束方程的操作。生成刚性区域CERIG命令通过写约束方程定义一个刚性区域。通过连接一保留的(或主)节点到许多待去掉(或从)节点定义刚性线。(此操作中的主要自由度项与减缩自由度分析的主自由度是不同的。)命令:CERIGGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>RigidRegion将CERIG命令的Ldof设置为ALL(缺省)此操作将为每对二维空间的约束节点生成三个方程。这三个方程在总体笛卡尔空间确定三个刚体运动(UX、UY、Y平面为刚性平面ROTZ)。为在二维模型上生成一个刚性区域必须保证X并且在每个约束节点有UX、UY和ROTZ三个自由度。类似地此操作也可在三维空间为每对约束节点生成六个方程在每个约束节点上必须有(UX、UY、UZ、ROTX、ROY和ROTZ)六个自由度。输入其它标记的Ldof域将有不同的作用。如果此区域设置为UXYZ程序在二维(XY)空间将写两个约束方程而在三维空间(X、Y、Z)将写三个约束方程。这些方程将写成从节点的平移自由度和主节点的平移和转动自由度。类似地RXYZ标记允许生成忽略从节点的平移自由度的部分方程。其它标记的Ldof将生成其它类型的约束方程。总之从节点只需要由Ldof标记的自由度但主节点必须有所有的平移和转动自由度(即二维的UX、UY和ROTZ三维的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ)。对由没有转动自由度单元组成的模型应当考虑增加一个虚拟的梁单元以在主节点上提供旋转自由度。将不相似的已划分网格区域连在一起可将一个区域的已选节点与另一个区域的已选单元用CEINTF命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>AdjacentRegions)连起来生成约束方程。这项操作将不相似网格形式的区域“系”在一起。在两区域的交界处从网格稠密的区域选择节点A从网格粗糙区域选择单元B用区域B单元的形函数。在相关的区域A和B界面的节点处写约束方程。ANSYS允许这些节点位置使用两公差准则。节点在单元之外超过第一公差就认为节点不在界面上。节点贴近单元表面的距离小于第二公差则将节点移到表面上。详见《ANSYSIncTheoryReference》。对CEINTF命令有些限制:应力或热通量可能会不连续地穿过界面。界面区域的节点不能指定位移。可用每节点有六个自由度的单元接合自由度实体。从已有约束方程集生成约束方程集可用CESGEN命令从已有约束方程集生成约束方程。那么已有约束方程集内的节点编号将增加以生成另外的约束方程集。另外约束方程集的标记和系数保持与原集的一致。命令:CESGENGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>GenwsameDOF约束方程的列表和删除可以列表和删除约束方程。用下列方法对约束方程列表:命令:CELISTGUI:UtilityMenu>List>Other>ConstraintEqns>AllCEnodesselectedUtilityMenu>List>Other>ConstraintEqns>AnyCEnodeselected用下列方法删除约束方程:命令:CEDELEGUI:MainMenu>Preprocessor>CouplingCeqn>DelConstrEqn约束方程的其它注意事项所有的约束方程都以小转动理论为基础。因此它应用在大转动分析中〔NLGEOM〕应当限制在约束方程所包含的自由度方向无重大变化的情况。约束方程的出现将产生不可预料的反力和节点力结果。请参见《ANSYSBasicAnalysisGuide》中通用后处理器(POST)中的相关讨论。第十三章模型的合并和归档合并模型如果你建立模型的一部分而另外的人建立同一模型的不同部分就需要将两个或更多的单个模型进行合并。或者也许用户将一个较大的模型任务细分为若干小的独立任务生成几个独立模型。如果保留了输入文件的拷贝可将所有输入(命令)合并在一起而实现模型的合并。但这种方法可能引发冲突由于不同文件中的图元可能共享相同的编号、材料属性可能发生重叠等等。一种替代的方法是用CDWRITE命令写出ASCII文件可用CDREAD命令进行合并:用下列方法写出一个ASCII文件:命令:CDWRITEGUI:MainMenu>Preprocessor>ArchiveModel>Write用下列方法读入文件命令:CDREADGUI:MainMenu>Preprocessor>ArchiveModel>Read这种方法的优点在于读写操作合并对生成的每一个文件自动地写适当的NUMOFF命令避免数据发生冲突。当读入这些文件时NUMOFF命令为防止数据编号冲突对已有数据编号加一个偏差值而即将读入的数据仍保留其编号。可用NUMCMP命令(菜单途径MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>CompressNumbers)去掉由NUMOFF操作产生的空值编号。对大模型为节省时间可只写出模型中待合并的部分。便如用CDWRITE操作可只输出实体模型信息或数据库信息。数据库信息由没有实体模型和实体模型载荷信息的有限元模型组成。如果计划将两未划分网格的实体模型合并可用CDWRITE操作只保存实体模型信息。然后用CDREAD操作读入实体模型文件。模型归档什么是保存或归档已构造完成或已执行完分析模型的最好方法呢,可以通过保存log文件、数据库文件和由写操作〔CDWRITE〕生成的文件保存模型、一个载荷工况和一系列求解选项集。多步求解和后处理步骤可由保存log文件而归档。每种文件的优点和缺点叙述如下。Log文件(FileLOG)pros此文件就紧凑性来说是最好的文件。而且这个文件是用来生成模型所用命令的记录可以识别所用的步骤及为什么以一个特定顺序进行操作。而且由于此文件是以文本文件格式(主要为ASCII)可用Email等方式将其由一台机器传到另一台机器。并且可用任何文本编辑器对其进行修改可通过修改此文件来修改模型并可增加COM命令(注释线)表明输入。这有助于理解后面的输入数据。用log文件可对参数模型(用于优化分析的模型)进行归档。最后这个文件对于提供给帮助用户解决问题的人是最好的文件。注意:FileLOG在ANSYS使用中自动生成。如果这个文件丢失或损坏了可从当前ANSYS数据库中用LGWRITE命令(菜单途径UtilityMenu>File>WriteDBLogFile)写出一个命令log文件。关于LGWRITE的使用参见《ANSYSOperationGuide》。Cons必须重新执行输入文件才能得到数据库。由于图元编号、网格等将随硬件系统和ANSYS版本的不同而有所差异用户将需要重新执行在相同版本的ANSYS程序下已生成模型的输入文件。而且如果交互地生成模型运行此文件以批处理方式重新生成模型可能会遇到问题。如果在输入中有错误就会终止批处理运行这就意味着不能完成建模。如果遇到这种问题用INPUT命令(UtilityMenu>File>Read>ReadInputfrom)交互地运行输入文件。数据库文件(FileDB)Pros数据库文件可以在生成该文件的ANSYS版本内恢复〔RESUME〕。只要在与生成模型时相同版本的ANSYS程序内恢复文件就不必对该文件进行任何操作和修改。注意:尽管没有保证一般仍可将在以前版本ANSYS程序创建的数据库恢复到当前版本的ANSYS程序中来。例如可将ANSYS的数据库文件恢复到ANSYS中而不会遇到任何问题。但是ANSYS不希望将一个ANSYS数据库文件恢复到ANSYS或以后的版本中去。Cons大模型会生成大规模的数据库文件很快会使磁盘空间不够用了。而且文件是以二进制格式(IEEE)保存的从一台机器转移到另一台机器上有时要比文本文件困难得多。CDWRITE文件Pros由CDWRITE操作生成相对紧凑的文本文件(带有cdb扩展名)。由于CDWRITE是以几何和有限元图元(而不是生成模型的命令)形式保存当前模型所以它对硬件平台或程序版本无依赖性。CDWRITE文件典型地用来在任何硬件平台和任何向上兼容的程序版本中重新生成模型。而且由于这些文件可用一文件编辑器修改可以在文件中加入描述性的注释以有助于以后的识别和理解。用来输入模型的文件不必保存。Cons由CDWRITE生成的文件是数据库的以文本格式的必要转储。当ANSYS命令(可能有IGES信息)包含在数据库文件中可能不是用来生成模型的相同命令且可能不是所用命令的相同顺序。正因为如此当想修改模型时对该文件的修改是困难的(建议不要这么做)。参数模型信息不存储因此通过修改参数值来修改模型是行不通的。因此不能用CDWRITE存储模型以进行优化分析。而且为重新生成模型必须用CDREAD命令读该文件对于大模型它的耗时处于中等水平。注意:如果在使用CDREAD命令前已存在一些数据这些数据会被移开以免与新数据产生重叠。通过NOOFFSET命令可以省略这种移动也就是说旧数据将被新数据覆盖。第十四章ANSYS与其它程序的接口什么是接口软件,接口软件是指允许ANSYS程序与其它应用程序进行数据交换的软件。该软件可以做成独立的软件包或加入应用程序中。本章对当前可用的接口软件予以简要介绍。详见ANSYS第三方软件目录。与计算机辅助设计(CAD)程序的接口许多CAD程序与ANSYS程序有直接的接口是由ANSYS公司或CAD供应商编写的软件。由ANSYS公司可以得到下列程序的译码器:AutoCAD、CADAM、CADKEY和ProENGINEER。对其它程序请参见ANSYS第三方软件目录或向CAD软件供应商咨询。值得注意的是ANSYSProENGINEER接口因为它提供了以执行部件为基础的参数化优化设计的功能。该功能允许由部件为基础的参数化ProENGINEER模型开始用ANSYS程序对其进行优化并以一个优化的ProENGINEER模型结束且仍是以部件为基础的参数化模型。关于如何使用ANSYSProENGINEER接口《ANSYSProFEAUser’sGuide》和《ANSYSProFEATrainingGuide》培训指南有更详细的说明。与其它有限元分析(FEA)程序的接口可得下列范围的接口软件:运动学计算流体动力学(CFD)。使用FLOTRANCFD模块可在ANSYS程序中得到完全集成的CFD功能。图形学和出版前处理和后处理注塑成型分析声学和减噪实验模态分析断裂和疲劳多体系统碰掸分析和金属成型动力学这些应用的接口软件一般可由各自的供应商处得
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