《数值模型构建技术》PPT课件.ppt

土木工程数值模拟技术与应用 日程安排n n第1讲：数值模拟技术概述与ANSYSn n第2讲：数值模型构建技术 n n第3讲：数值模型网格划分技术 n n第4讲：数值模型边界条件与求解技术 n n第5讲：结构非线性分析与单元生死n n第6讲：ANSYS在土木工程中的应用第第2 2讲：数值模型构建技术讲：数值模型构建技术n n有限元分析的最终目的是要还原一个实际工程系统的数学有限元分析的最终目的是要还原一个实际工程系统的数学行为特征，换句话说分析必须是针对一个物理原型准确的行为特征，换句话说分析必须是针对一个物理原型准确的数学模型。数学模型。n n广义上讲，模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常广义上讲，模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其它用来表现这个物理系统的特征。数、边界条件，以及其它用来表现这个物理系统的特征。载荷载荷载荷载荷节点节点单元单元n n在ANSYS中，模型生成一般狭义地指：用节点和单元表示空间体域及实际系统连接的生成过程。因此，在这里讨论的模型生成指模型的节点和单元的几何造型。n nANSYSANSYS程序为用户提供了下列生成模型的方法：程序为用户提供了下列生成模型的方法：在在ANSYSANSYS中创建实体模型中创建实体模型利用直接生成方法利用直接生成方法输入在计算机辅助设计（输入在计算机辅助设计（CADCAD）系统创建的模型。）系统创建的模型。2.1 生成模型的方法2.2 2.2 建模过程建模过程n n通常的建模过程应该遵循以下要点：通常的建模过程应该遵循以下要点：1.1.开始确定分析方案。首先确定分析目标，决定模开始确定分析方案。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，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。并考虑如何能建立适当的网格密度。2.2.进入前处理开始建立模型。进入前处理开始建立模型。3.3.建立工作平面。建立工作平面。4.4.利用几何元素和布尔运算操作生成基本的几何形利用几何元素和布尔运算操作生成基本的几何形状。状。5.5.用用自底向上自底向上方法生成其它实体，即先定义关键点，方法生成其它实体，即先定义关键点，然后再生成线、面和体。然后再生成线、面和体。6.6.用布尔运算或编号控制将各个独立的实体模型域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。适当的连接在一起。7.7.生成单元属性表（单元类型、实常数、材料属性生成单元属性表（单元类型、实常数、材料属性和单元坐标系）。和单元坐标系）。8.8.设置网格划分控制以建立想要的网格密度。设置网格划分控制以建立想要的网格密度。9.9.通过对实体模型划分网格来生成节点和单元。通过对实体模型划分网格来生成节点和单元。10.10.在生成节点和单元之后，再定义面对面的接触单在生成节点和单元之后，再定义面对面的接触单元，自由度耦合及约束方程等。元，自由度耦合及约束方程等。11.11.把模型数据存为把模型数据存为12.12.退出前处理。退出前处理。2.3 实体建模技术n n2.3.1 自下向上建模方法n n实体模型，均由关键点、线、面和体组成。实体模型，均由关键点、线、面和体组成。n nA A 关键点（关键点（KEY POINTKEY POINT）：）：n n用自下向上的方法构造模型时，首先定义最低级用自下向上的方法构造模型时，首先定义最低级的图元：关键点。的图元：关键点。n n关键点是在当前激活的坐标系内定义的。关键点是在当前激活的坐标系内定义的。n n用户不必总是按从低级到高级的办法定义所有的图元来生成高级图元，用户不必总是按从低级到高级的办法定义所有的图元来生成高级图元，可以直接在它们的顶点由关键点来直接定义面和体。中间的图元需要可以直接在它们的顶点由关键点来直接定义面和体。中间的图元需要时可自动生成。例如，定义一个长方体可用八个角的关键点来定义，时可自动生成。例如，定义一个长方体可用八个角的关键点来定义，ANSYSANSYS程序会自动地生成该长方体中所有的面和线。程序会自动地生成该长方体中所有的面和线。n n查看、选择和删除关键点n n列表显示已定义的关键点：列表显示已定义的关键点：n n显示所选关键点：显示所选关键点：n n选择关键点：选择关键点：n n删除未划分网格的关键点：删除未划分网格的关键点：n nB B 线n n线主要用于表示物体的边。线是在当前激活的坐标系内定线主要用于表示物体的边。线是在当前激活的坐标系内定义的。义的。n n并不总是需要明确地定义所有的线，因为并不总是需要明确地定义所有的线，因为ANSYSANSYS程序在定程序在定义面和体时，会自动地生成相关的线。只有在生成线单元义面和体时，会自动地生成相关的线。只有在生成线单元（如梁）或想通过线来定义面时，才需要定义线。（如梁）或想通过线来定义面时，才需要定义线。n n定义线n n在两指定关键点之间生成直线或三次曲线：在两指定关键点之间生成直线或三次曲线：n n通过三个关键点或两个关键点外加一个半径生成通过三个关键点或两个关键点外加一个半径生成一条弧线：一条弧线：n n生成一条由若干个关键点通过样条拟合的三次曲生成一条由若干个关键点通过样条拟合的三次曲线：线：n n生成圆弧线：n n线列表：n n显示线：n nC 面：面：n n平面可以表示二维实体（如平板或轴对称实体）。曲面和平面可以表示二维实体（如平板或轴对称实体）。曲面和平面都可表示三维的面，如壳，三维实体的面等。平面都可表示三维的面，如壳，三维实体的面等。n n用到面单元或由面生成体时，才需定义面。生成面的命令用到面单元或由面生成体时，才需定义面。生成面的命令也将自动地生成依附于该面的线和关键点；同样，面也可也将自动地生成依附于该面的线和关键点；同样，面也可在定义体时自动生成。在定义体时自动生成。n n定义面：n nD体：n n体用于描述三维实体，仅当需要用体单元的才必体用于描述三维实体，仅当需要用体单元的才必须建立体。生成体的命令自动生成低级的图元。须建立体。生成体的命令自动生成低级的图元。n n当用VROTAT、VEXT、VST或VDRAG命令延伸已划分了网格的面（或属于一已划分了网格的体）生成的体，网格即作为生成体的网格划分依据n n如何生成实体体素2.4 2.4 布尔运算（布尔运算（BOOLEANSBOOLEANS）n n在布尔代数中，对一组数据可用诸如交、并、减在布尔代数中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。等逻辑运算处理。ANSYSANSYS程序也允许用户对实体型程序也允许用户对实体型进行同样的布尔运算。这样修改实体模型就更加进行同样的布尔运算。这样修改实体模型就更加容易了。容易了。不能对已划分网格的图元进行布尔操作。必须在执行布尔操作前将网格从图元中清除。n n1 交运算（intersect）n n交运算的结果是由每个初始图元的共同部分形成一个新图交运算的结果是由每个初始图元的共同部分形成一个新图元。也就是说，交表示二个或多个图元重复区域。这个新元。也就是说，交表示二个或多个图元重复区域。这个新的图元可能与原始的图元有相同的维数，也可能低于原始的图元可能与原始的图元有相同的维数，也可能低于原始图元的维数。例如两条交可能只是一个关键点（或关键点图元的维数。例如两条交可能只是一个关键点（或关键点的集合），也可能是一条线（或线的集合）。布尔交命令的集合），也可能是一条线（或线的集合）。布尔交命令有如下式：有如下式：n n两两相交（intersect pairwise）n n两两相交是由图元集叠加而形成的一个新的图元两两相交是由图元集叠加而形成的一个新的图元集。就是说，两两相交表示至少任意两个源图元集。就是说，两两相交表示至少任意两个源图元的相交区域。的相交区域。n n2 加运算（ADD）：n n加运算的结果是得到一个包含各个原始图元所有加运算的结果是得到一个包含各个原始图元所有部分的新图元。（这种运算也可称为并、连接或部分的新图元。（这种运算也可称为并、连接或和）。这样形成的新图元是一个单一的整体，没和）。这样形成的新图元是一个单一的整体，没有接缝。有接缝。n n3 减运算（subtract）n n从某个图元（从某个图元（E1E1）减去另一个图元（）减去另一个图元（E2E2）n n4 分割运算（divide）n n分割运算与减运算类似，但它用新图元来替代二分割运算与减运算类似，但它用新图元来替代二个原始的图元。个原始的图元。n n5 搭接运算（overlap）n n搭接命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个搭接命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个新的图元的集合。搭接命令除了在搭接域周围生成了多个新的图元的集合。搭接命令除了在搭接域周围生成了多个边界外，与加运算非常类似。也就是说，搭接操作生成的边界外，与加运算非常类似。也就是说，搭接操作生成的是多个相对简单的区域，加运算生成一个相对复杂的区域。是多个相对简单的区域，加运算生成一个相对复杂的区域。因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网格。格。n n6互分运算（Partition）n n互分命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多新互分命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多新图元的集合。图元的集合。n n7 粘接（或合并）（GLUE）n n粘接命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处粘接命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处相关，且公共边界的维数低于原始图元一维。这些图元间相关，且公共边界的维数低于原始图元一维。这些图元间仍然相互独立，只在边界上连接（它们相互对话）仍然相互独立，只在边界上连接（它们相互对话）