第四章建立有限元模型精选PPT.ppt
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1、第四章建立有限元模第四章建立有限元模型型第1页,此课件共55页哦本章主要内容本章主要内容n n概述概述n n单元属性单元属性n n多种单元属性多种单元属性n n控制网格密度控制网格密度n n生成网格生成网格n n改变网格改变网格n n映射网格划分映射网格划分n n过渡单元过渡单元n n网格拖拉网格拖拉n n扫掠网格扫掠网格第2页,此课件共55页哦网格划分是用节点、单元填充实体模型,建立有限元网格划分是用节点、单元填充实体模型,建立有限元模型的过程。模型的过程。l请记住,有限元求解时需要有限元模型,而不是实体模请记住,有限元求解时需要有限元模型,而不是实体模型。实体模型不参与有限元求解。型。实体
2、模型不参与有限元求解。实体模型实体模型FEA 模型模型网格化网格化概述概述第3页,此课件共55页哦网格划分有三个步骤:网格划分有三个步骤:l定义单元属性定义单元属性l指定网格控制指定网格控制l生成网格生成网格单元属性是网格划分前必须指定的有限元单元属性是网格划分前必须指定的有限元模型的特性,包括:模型的特性,包括:l单元类型单元类型l实常数实常数l材料特性材料特性单元属性单元属性第4页,此课件共55页哦单元类型单元类型l单元类型是一个重要选项,它决定如下单元特性:单元类型是一个重要选项,它决定如下单元特性:自由度自由度(DOF)设置。设置。例如,热单元类型有一个自由度:例如,热单元类型有一个自
3、由度:TEMP,而一个结构单元可能有六个自由度:而一个结构单元可能有六个自由度:UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ.单元形状单元形状 六面体,四面体,四边形,三角形等。六面体,四面体,四边形,三角形等。单元维数单元维数-2-D(只有只有X-Y 平面平面),或或 3-D。假设的位移函数假设的位移函数 线性及二次函数。线性及二次函数。lANSYS有一个超过有一个超过150种单元的单元库供用户选择。种单元的单元库供用户选择。单元属性单元属性第5页,此课件共55页哦二维实体单元:二维实体单元:l用于模拟实体的截面。用于模拟实体的截面。l必须在整体直角坐标系必须在整体直角坐标系 X-Y 平面
4、内建立模型。平面内建立模型。l所有荷载作用在所有荷载作用在 X-Y 平面内,其响应(位移)也在平面内,其响应(位移)也在 X-Y 平面内。平面内。l单元特性可能是下边的一种:单元特性可能是下边的一种:n平面应力平面应力n平面应变平面应变n广义平面应变广义平面应变n轴对称轴对称n轴对称简谐轴对称简谐Y X Z 单元属性单元属性第6页,此课件共55页哦三维实体单元:三维实体单元:l用于几何属性、材料属性、用于几何属性、材料属性、荷载或分析要求考虑细节,荷载或分析要求考虑细节,而无法采用更简单的单元进而无法采用更简单的单元进行建模的结构。行建模的结构。l也用于从三维也用于从三维CAD系统转化系统转化
5、而来的几何模型,而这些几而来的几何模型,而这些几何模型转化成二维模型或壳何模型转化成二维模型或壳体会花费大量的时间和精力体会花费大量的时间和精力。单元属性单元属性第7页,此课件共55页哦n一旦选择了单元类型,就选择了相应单元类型的形函一旦选择了单元类型,就选择了相应单元类型的形函数,所以选择单元类型之前,应查看相关单元的形函数,所以选择单元类型之前,应查看相关单元的形函数信息。数信息。n典型的,线性单元只有角节点,而二次单元还有中间典型的,线性单元只有角节点,而二次单元还有中间节点。节点。单元属性单元属性第8页,此课件共55页哦定义单元类型定义单元类型:lPreprocessor Elemen
6、t Type Add/Edit/DeletenAdd添加新单元类添加新单元类型型n选择想要的类型选择想要的类型 并并按按 OKnOptions 指定附加单指定附加单元选项。元选项。单元属性单元属性第9页,此课件共55页哦实常数和截面特性实常数和截面特性l实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的几何参数。例如:几何参数。例如:n梁单元是由连接两个节点的线定义的,这只定义了梁单元是由连接两个节点的线定义的,这只定义了梁长度,要指明梁的横截面属性,如面积、惯性矩梁长度,要指明梁的横截面属性,如面积、惯性矩就要用实常数。就要用实常数。n壳单元是由四边
7、形和三角形来定义的,这只定壳单元是由四边形和三角形来定义的,这只定义了壳的表面,要指明壳的厚度,必须用实常义了壳的表面,要指明壳的厚度,必须用实常数。数。n多数三维实常数单元不需要实常数,因为单元几何多数三维实常数单元不需要实常数,因为单元几何模型已经由节点完全确定了。模型已经由节点完全确定了。单元属性单元属性第10页,此课件共55页哦l定义实常数定义实常数:nMain Menu Preprocessor Real ConstantsAdd增加一种新的实增加一种新的实常数设置。常数设置。如果定义了多个单元类如果定义了多个单元类型,首先选择实常数的型,首先选择实常数的单元类型。单元类型。然后输入
8、实常数值。然后输入实常数值。单元属性单元属性第11页,此课件共55页哦材料材料1=混凝土混凝土材料材料 2=钢钢实常数实常数 1=3/8”厚度厚度实常数实常数 2=梁单元特性梁单元特性实常数实常数 3=1/8”厚度厚度类型类型 1=壳单元壳单元类型类型 2=梁单元梁单元n材料特性材料特性n每一分析都需要输入一些材料特性:结构单元所需的杨氏模每一分析都需要输入一些材料特性:结构单元所需的杨氏模量,热单元所需的热传导系数量,热单元所需的热传导系数KXX等。等。n许多许多 FEA 模型有多种单元属性。例如,下图所示的筒模型有多种单元属性。例如,下图所示的筒仓有两种单元类型、三种实常数和两种材料。仓有
9、两种单元类型、三种实常数和两种材料。多种单元属性多种单元属性第12页,此课件共55页哦模型中有多种单元类型、实常数和材料,必须模型中有多种单元类型、实常数和材料,必须确保给每个单元指定合适的特性。确保给每个单元指定合适的特性。如果没有指定属性,如果没有指定属性,ANSYS 将将MAT=1,TYPE=1,及及 REAL=1 作为模型中所有单元的作为模型中所有单元的缺省设置。缺省设置。经验:在同一部分,将单元类型编号、实常经验:在同一部分,将单元类型编号、实常数编号、材料编号以及截面编号设置相同的数编号、材料编号以及截面编号设置相同的数字。数字。多种单元属性多种单元属性第13页,此课件共55页哦为
10、实体模型指定单元属性为实体模型指定单元属性l定义全部所需的单元类型、材料和定义全部所需的单元类型、材料和实常数。实常数。l然后使用网格工具的然后使用网格工具的“单元属性单元属性”菜单菜单选项。选项。(Main Menu Preprocessor MeshTool):n选择实体类型后按选择实体类型后按 SET 按钮。按钮。n拾取要指定属性的实体。拾取要指定属性的实体。n设置合适的属性。设置合适的属性。n划分实体网格时,属性将自动换到单元划分实体网格时,属性将自动换到单元上。上。多种单元属性多种单元属性第14页,此课件共55页哦修改单元属性修改单元属性l定义所有需要的单元类型、材料和实常数。定义所
11、有需要的单元类型、材料和实常数。l激活需要的激活需要的 TYPE,REAL,及及 MAT 设置的组合:设置的组合:Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribsl只修改使用上述设置的单元的属性:只修改使用上述设置的单元的属性:选择选择 Main Menu Preprocessor Modeling Move/Modify Elements Modify Attrib拾取需要的单元。拾取需要的单元。l在后续对话框中将属性设置为在后续对话框中将属性设置为“All to current”。多种单元属性多种单元属性第15页,
12、此课件共55页哦请记住:请记住:l可以激活属性编号,校核单元属性:可以激活属性编号,校核单元属性:nUtility Menu PlotCtrls Numbering多种单元属性多种单元属性第16页,此课件共55页哦网格密度网格密度l有限单元法的基本原则是:单元数(网格密度)有限单元法的基本原则是:单元数(网格密度)越多,所得的解越逼近真实值。越多,所得的解越逼近真实值。l然而,随单元数目增加,求解时间和所需计算机资源然而,随单元数目增加,求解时间和所需计算机资源急剧增加。急剧增加。l有限元分析的目标,决定下边的滑键应该如何移有限元分析的目标,决定下边的滑键应该如何移动。动。控制网格密度控制网格
13、密度第17页,此课件共55页哦ANSYS 提供了多种控制网格密度的工具,既提供了多种控制网格密度的工具,既可以总体控制也可以局部控制:可以总体控制也可以局部控制:l总体控制总体控制智能网格划分智能网格划分总体单元尺寸总体单元尺寸缺省尺寸缺省尺寸l局部控制局部控制n关键点控制关键点控制n线尺寸线尺寸n面尺寸面尺寸控制网格密度控制网格密度第18页,此课件共55页哦n智能网格划分智能网格划分n通过指定所有线上的份数决定单元尺寸,通过指定所有线上的份数决定单元尺寸,可以考虑线的曲率,孔的逼近程度和其他可以考虑线的曲率,孔的逼近程度和其他特征,以及单元阶次。特征,以及单元阶次。n智能网格的缺省设置是关闭
14、,在自由网格智能网格的缺省设置是关闭,在自由网格划分时,建议采用智能网格划分。划分时,建议采用智能网格划分。控制网格密度控制网格密度第19页,此课件共55页哦l使用智能网格划分:使用智能网格划分:n激活激活 MeshTool(Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool),打开智能网格划分打开智能网格划分n设置所要的等级单元尺寸,等级从设置所要的等级单元尺寸,等级从1(精细精细)到到10(粗糙粗糙)。缺省为。缺省为6级。级。n对所有实体(或所有面)一次性划分对所有实体(或所有面)一次性划分网格。网格。控制网格密度控制网格密度第20页,此课件共55页哦l这是使用
15、这是使用 SmartSize 不不同等级分别同等级分别进行四面体进行四面体网格划分的网格划分的例子。例子。控制网格密度控制网格密度第21页,此课件共55页哦总体单元尺寸总体单元尺寸l允许为整个模型指定最大单元边长允许为整个模型指定最大单元边长(或每条线的份数):(或每条线的份数):nMain Menu Preprocessor Meshing MeshTooln 选择选择“Size Controls”,“Global”和和Setn输入单元平均边长或每条线的输入单元平均边长或每条线的份数份数控制网格密度控制网格密度第22页,此课件共55页哦l总体单元尺寸可单独使用或与智能网格划分联合总体单元尺寸
16、可单独使用或与智能网格划分联合使用。使用。n关闭关闭SmartSizing,单独使用,单独使用,将采用相同的单元将采用相同的单元尺寸对体(或面)进行网格划分。尺寸对体(或面)进行网格划分。n在智能网格划分打开时,在智能网格划分打开时,ESIZE 充当引导,但为充当引导,但为适应线的曲率或几何近似,指定的尺寸可能无效。适应线的曲率或几何近似,指定的尺寸可能无效。缺省尺寸缺省尺寸l如果不指定任何控制,如果不指定任何控制,ANSYS 将用缺省尺寸,它将将用缺省尺寸,它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数,高宽比等。根据单元阶次指定线的最小和最大份数,高宽比等。控制网格密度控制网格密度第23页,此课件
17、共55页哦关键点尺寸关键点尺寸l在关键点处控制单元尺寸:在关键点处控制单元尺寸:Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool选择选择“Size Controls”,“Keypt”和和Setl对应力集中区域非常有用。对应力集中区域非常有用。l智能网格划分时,为适应线的曲率或几何近智能网格划分时,为适应线的曲率或几何近似,指定的尺寸可能无效。似,指定的尺寸可能无效。控制网格密度控制网格密度第24页,此课件共55页哦线尺寸线尺寸l在线上控制尺寸:在线上控制尺寸:Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool选择选择“Size Cont
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