ANSYS教程

ANSYS 培训基本内容 一 研究内容和意义 （1）简要概括ANSYS建模的两种方法及使用情况 （2）ANSYS中建模的典型步骤 （3）介绍船舶上常用的单元，壳单元（shell）和梁单元（beam） （4）几种简化几何模型的方法 （5）和工作平面相关的内容 （6）几何模型实例操作 （7）对几何模型进行网格划分 通过这次培训可以很好的了解建模的大致内容，熟悉ANSYS建模过程中的各个功能。随着计算机的发展，数值仿真已成为一项很好的研究问题的方法，正确有限元模型的建立， 可以为以后的计算研究工作做好铺垫。 二 建模过程的几个要点详述 要点1：简要概括ANSYS建模的两种方法及使用情况 ANSYS建模的方法主要有两种：由顶向下和由底向上在建模的过程中，可以任意交替使用。两者首先定义的体素不同，由底向上首先定义关键点，然后用这些关键点生成线、面、体最终构成几何模型，这也是经常采用的一种建模方法；由顶向下则相反。对于简单模型，可以采用由顶向下直接生成。由于船体模型较复杂，所以在建模过程中，多采用由底向上的建模方法；而对于模型的简单部分则采取由顶向下的建模方法直接生成。 要点2：ANSYS中建模的典型步骤 通常的建模过程应该遵循以下要点： 开始确定分析 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。在开始进入ANSYS之前，首先确定分析目标，决定模型采取什么样的基本形式，选择合适的单元类型，并考虑如何能建立适当的网格密度。 · 进入前处理（PREP7）开始建立模型。 · 建立工作平面。 · 利用几何元素和布尔运算操作生成基本的几何形状。 · 激活适当的坐标系。 · 用布尔运算或编号控制将各个独立的实体模型域适当的连接在一起。 · 生成单元属性表（单元类型、实常数、 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 属性和单元坐标系）。 · 设置网格划分控制以建立想要的网格密度， · 通过对实体模型划分网格来生成节点和单元。 · 把模型数据存为Jobname.DB · 退出前处理。 建模过程中要注意多保存，以免出现误操作，为了避免以后出现重复的节点和单元，在建立几何模型的过程中，要经常消除重复的点、线、面。 要点3：介绍船舶上常用的单元，壳单元（shell）和梁单元（beam） 1、壳单元 壳单元用来模拟那些一个方向的尺寸（厚度）远小于其它方向的尺寸，并且沿厚度方向的应力可以忽略的结构，壳单元主要用于模拟船体上的甲板、舷侧板、舱壁板和底板等。通常具有两种壳单元：常规的壳单元和基于连续体的壳单元。通过定义单元的平面尺寸、它的表面法向和初始曲率，常规的壳单元对参考面进行离散。另一方面，基于连续体的壳单元类似于三维实体单元，它们对整个三维物体进行离散和建立数学描述，其运动和本构行为是类似于常规壳单元的。 所有的壳单元必须提供壳截面性质，它定义了与单元有关的厚度和材料性质。在分析过程中或者在分析开始时，可以计算壳的横截面刚度。若选择在分析过程中计算刚度，通过在壳厚度方向上选定的点，具体如图1所示： 图1  壳单元厚度方向的截面点 2、梁单元 梁单元用来模拟一个方向的尺寸（长度）远大于另外两个方向的尺寸，并且仅沿梁轴方向的应力是比较显著的构件，梁单元主要用于模拟船艏、船舯和船艉结构中纵骨、横梁、加强材、肋骨框架、甲板纵桁、舱壁桁材和船底纵桁等构件。其典型截面如图2所示： 图2  T型梁和L型梁的截面视图 所有的梁单元必须提供梁截面性质，定义与单元有关的材料以及梁截面的轮廓（profile）（即单元横截面的几何）；节点坐标仅定义了梁的长度。通过指定截面的形状和尺寸，用户可以从几何上定义梁截面的轮廓。另一种方式，通过给定截面 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 参量，如面积和惯性矩，用户可以定义一个广义的梁截面轮廓。图3和图4分别为典型的壳单元和梁单元示意图。 图3  壳单元示意图 图4  梁单元示意图 要点4：几种简化几何模型的方法 简化模型是准备分析模型过程中最重要的一步。由于实际结构往往是复杂的，如果完全按实物建立有限元模型，往往是不可能的，实际上也是不必要的，因此在建立有限元模型时，常常需要将实体模型做一些处理。 （1）建模中应使构件尽可能的简单。构件越复杂，分析时占用的资源越多。另外在建模时应先考虑建立比较大的特征，这有两方面的好处，第一是有助于简化模型，第二是避免了不必要的多余关系。 （2）忽略不必要的细节。构件中诸如倒角和小孔等特征需要很多单元构建，压缩这些特征是简化模型的最好方法。但在压缩这些特征之前，必须注意压缩特征是否会改变分析模型的特性。换句话说，就是看特征是保证结构强度必须的基本特征还是仅为修饰特征，需要压缩的是修饰特征。这些特征一般包括圆角、棱角、小的槽、定位孔等。 （3）利用对称性是简化模型的一个快速而有效的办法。但是必须注意对称性不仅仅意味着几何对称，还包括对称的载荷、约束等边界条件。如要创建一个对称的分析模型，沿对称面镜像即可。 （4）注意装配中产生的问题。由于在执行装配时，将装配中的构件作为独立的部分处理。但在进行有限元分析时，这些构件就会被合成为一个整体，对于不接触的构件将被按不相关联的物体处理，有时将会导致错误的结果。在装配中尽量使用贴合和对齐，可以使分析装配变得容易一些。 （5）修改多余的关系。建立模型时要考虑到将来的形状变化，以避免生成可能引起干涉的关系，这包括大小系统关系、尺寸关系、对齐关系等。对于可能在无意中建立的一些多余关系，可以通过检查纠正，必要时重新调整；通过修改尺寸观察形状的变化。 要点5：和工作平面的相关内容 （1）什么是工作平面 尽管光标在屏幕上只表现为一个点，但它实际上代表的是空间中垂直于屏幕的一条线。为了能用光标拾取一个点，首先必须定义一个假想的平面，当该平面与光标所代表的垂线相交时，能唯一地确定空间中的一个点。这个假想的平面就是工作平面。从另一种角度想象光标与工作平面的关系，可以描述为光标就象一个点在工作平面上来回游荡。工作平面因此就如同在上面写字的平板一样。（工作平面可以不平行于显示屏）在同一时刻只能定义一个工作平面（当定义一个新的工作平面时就会删除已有的工作平面），工作平面是与坐标系独立的。 （2）生成一个工作平面 进入ANSYS程序时，有一个缺省的工作平面，即总体笛卡尔坐标系的X-Y平面。工作平面的X、Y轴分别取为总体笛卡尔坐标系的X轴和Y轴，可利用下列方法生成一个新的工作平面。 · 由三点生成一个工作平面或能过一指定点的垂直于视向量的平面定义为工作平面，用下列方法： GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>XYZ Locations · 由三节点定义一个工作平面或通过一指定节点的垂直于视向量的平面定义为工作平面，用下列方法： 命令：NWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Nodes · 由三关键点定义一个工作平面或能过一指定关键点的垂直于视向量的平面定义为工作平面，用下列方法： 命令：KWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Keypoints ·由过一指定线上的点的垂直于视向量的平面定义为工作平面，用下列方法： 命令：LWPLAN GUI: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Plane Normal to Line ·还可以通过现有坐标系的X─Y（或R─θ）平面上定义工作平面。 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys （3）移动工作平面 可将一个工作平面利用下列方法（都是将工作平面移到与原位置平行的新位置）移到新的位置（即新的原点）： · 将工作平面的原点移动到关键点的中间位置，分别用下列命令： 命令：KWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Keypoints ·将工作平面的原点移动到节点的中间位置，分别用下列命令： 命令：NWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Nodes ·将工作平面的原点移动到指定点的中间位置，分别用下列命令： 命令：WPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Global Origin Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Origin of Active CS Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>XYZ Locations ·偏移工作平面，使用下列方法： 命令：WPOFFS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments （4）工作平面的旋转 可用两种方式将工作平面转到一个新的方向：在工作平面内旋转工作平面的X─Y轴，或使整个工作平面都旋转到一个新的位置（如果不清楚旋转的角度，利用上述方法之一可以很容易在正确的方向上定义一个新的工作平面），要旋转工作平面，利用下列方法： 命令：WPROTA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments （5）还原一个已定义的工作平面 尽管实际上不能存贮一个工作平面，用户可以在工作平面的原点创建一个局部坐标系，然后利用这个局部坐标系还原一个已定义的工作平面。 ·在工作平面的原点创建局部坐标系用下列方法： 命令：CSWPLA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin ·利用局部坐标系还原一个已定义的工作平面利用下列方法： 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys 要点6：几何模型实例操作 下面以创建一段舱室的例子来说明采用由底向上的方法建模的基本过程。 (1)、按型值表输入型值，创建关键点 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-keypoints- >In Active CS 输入关键点坐标： X=    Y=      Z=  依次将确定舱室外形的关键点坐标给出。 (2)、将同一站号处的关键点连接成曲线 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-lines- >B-splines 拾取关键点，按回车键完成。依次将各站的轮廓线给出 (3)、形成舱室外轮廓 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas- >By Lines 鼠标左键拾取曲线，按回车键完成 (4)、切割出舱段内的梁系 根据模型形状用工作平面将舱段切出梁，首先要打开工作平面如下操作： Workplane>display working plane 由工作平面切四个侧面可得舱段内梁系： Main Menu>Preprocessor>operate-Booleans-Divide>Area by Wrkplane 拾取被切面后，按回车键完成。 舱壁的生成也可以通过工作平面来完成。设置工作平面的snap increment and spacing,通过offset WP by increase到所需位置，用工作平面切侧面生成线，再通过线生成面。如： Workplane>WP Settings  设置snap increment and spacing Workplane>Offset WP by increments 将工作平面沿着X轴移动到舱壁的位置。将旋转角度设置为90度，绕y轴旋转一个90度，将工作平面的X-Y平面与舱壁所在平面吻合，切出舱壁边线。 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-operate>-Booleans-Divide>Area by Wrkplane 拾取面后，按回车键完成。然后由线生成面： Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>By lines+ 拾取线, 按回车键完成。 其余舱壁重复以上步骤。这样就完成了模型结构仿真最基本的部分。对于真实舰船来说，上述过程是非常繁琐的，而且从读图到简化都需要花费很大的功夫。 总之，在几何模型的建立过程中，灵活的运用工作平面会带来很大的方便。 要点7：对几何模型进行网格划分 生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤： ·定义单元属性 ·定义网格生成控制 ·生成网格 （1） 定义单元属性 在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。即必须设定： ·单元类型（如：BEAM3，SHELL61等）。 ·定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）。 ·定义材料特性（如杨氏模量、泊松比等）。 ·单元坐标系 注意：在对梁划分网格时，还需给定方向关键点作为线的属性 ( 生成单元属性表 为定义单元属性，首先必须建立一些单元属性表。典型地包括单元类型（ET命令或菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete）、实常数组（R命令或菜单途径Main Menu>Preprocessor>Real Constants）、材料特性（MP和TB命令，菜单途径Main Menu> Preprocessor>Material Props>material option）。 注意：方向关键点是线的属性而不是单元的属性。不能生成方向关键点表。 ( 在划分网格之前分配单元属性 一旦建立了属性表，通过指向表中合适的条目即可对模型的不同部分分配单元属性。指针就是参考号码集，包括材料号（MAT），实常数集号（REAL），单元类型号（TYPE），坐标系号（ESYS），及用BEAM188或BEAM189单元对梁进行网格划分的截面号（SECNUM）。可以直接给所选定的实体模型图元分配单元属性，或定义缺省的属性集，在后来的生成单元的网格划分操作中使用。 ( 直接给实体模型图元分配属性 给实体模型图元分配单元属性允许对模型的每个区域预置单元属性，从而可以避免在网格划分过程中重置单元属性。（清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性。） 利用下列命令和GUI途径可直接给实体模型图元分配属性。 ·给线分配属性： 命令：LATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines （全选线） Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Lines （选所需要的线） ·给面分配属性： 命令：AATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Areas （全选面） Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas （选所需要的面） ( ANSYS网格划分工具 通过网格划分工具可得的功能包括： ·控制SmartSizing水平 ·设置单元尺寸控制 ·指定单元形状 ·指定网格划分类型（自由或映射） ·对实体模型图元划分网格 ·清除网格 ·细化网格 （2）划分网格 首先先给模型中有属性的线，定义网格尺寸，然后在定义所有的面，选择单元类型，一般采用四边形，少采用三角形，这样既可以用来做静力分析又可以做动力分析，且这样可以保证计算的一致性和计算结果的可比性。当选好对应的线、面的网格尺寸时，对其进行网格划分（mesh）此时采用自动划分网格，然后检查网格，对于局部划分不太好的网格可以进行局部删除，在进行手动处理。