1、分析的對象的一些行為 計算出的幾何項 求解的自由度及應力 反作用力或節點力,識別無效的結果,2,1.分析的對象的一些基本的行為: 重力方向總是豎直向下的 離心力總是沿徑向向外的 沒有一種材料能抵抗 1,000,000 psi 的應力 軸對稱的物體幾乎沒有為零的 環向應力 彎曲載荷造成的應力使一側受壓，另一側受拉 如果只有一個載荷施加在結構上，檢驗結果比較容易. 如果有多個載荷，可單獨施加一個或幾個載荷分別檢驗，然后施加所有載荷檢驗分析結果.,3,2.計算出的幾何項： 在輸出窗口中輸出的質量特性，可能會揭示在幾何模型、材料屬性（密度）或實常數方面存在的錯誤.,3.檢驗求解的自由度及應力： 確認施

2、加在模型上的載荷環境是合理的. 確認模型的運動行為與預期的相符 - 無剛體平動、無剛體轉動、無裂縫等. 確認位移和應力的分布與期望的相符，或者利用物理學或數學可以解釋.,4,4.反作用力或節點力,模型所有的反作用力應該與施加的點力、壓力和慣性力平衡.,在所有約束節點的豎直方向的反作用力.,在所有約束節點水平方向的反作用力必須與水平方向的載荷平衡. 所有約束節點的反作用力矩必須與施加的載荷平衡. 注意包含在約束方程中自由度的反力，不包括由這個約束方程傳遞的力.,必須與施加的豎直方向的載荷平衡,5,反作用力和節點力 (續),在任意選取的單元字集中的節點力，應與作用在結構此部分的已知載荷向平衡，除非

3、節點的符號約定與自由體圖上所示的相反.,未選擇的單元上的豎直方向的節點總力.,必須與被選擇的單元上施加的豎直方向的載荷平衡,注意包含在約束方程中自由度的反力，不包括由這個約束方程傳遞的力.,網格誤差估算 局部細化 P方法 不須將復雜形狀的體分解為規則形狀的體. 體單元僅包含四面體網格, 致使單元數量較多. 僅高階 (10-節點) 四面體單元較滿意, 因此DOF(自由度)數目可能很多.,映射網格 通常包含較少的單元數量. 低階單元也可能得到滿意的結果,因此DOF(自由度)數目較少. 面和體必須形狀 “規則”, 劃分的網格必須滿足一定的準則. 難于實現, 尤其是對形狀復雜的體.,映射網格劃分,網格

4、劃分的優缺點：,.映射網格劃分,自由網格 自由網格是面和體網格劃分時的缺省設置. 生成自由網格比較容易: 導出 MeshTool 工具, 劃分方式設為自由劃分. 推薦使用智能網格劃分 進行自由網格劃分, 激活它并指定一個尺寸級別. 存儲數據庫. 按 Mesh 按鈕開始劃分網格. 按拾取器中 Pick All 選擇所有實體 (推薦). 或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL.,映射網格劃分&舉例,映射網格劃分 由于面和體必須滿足一定的要求,生成映射網格不如生成自由網格容易 : 面必須包含 3 或 4 條線 (三角形或四邊形). 體必須包含4, 5, 或 6 個面 (四面體, 三棱

5、柱, 或六面體). 對邊的單元分割必須匹配. 對三角形面或四面體, 單元分割數必須為偶數.,.映射網格劃分,因此 ,映射網格劃分包含以下三個步驟: 保證 “規則的”形狀, 即, 面有 3 或4 條邊, 或 體有 4, 5, 或 6 個面. 指定尺寸和形狀控制 生成網格0,.映射網格劃分,1.保證規則的形狀 在許多情況下, 模型的幾何形狀上有多于4條邊的面,有多于6個面的體. 為了將它們轉換成規則的形狀, 您可能進行如下的一項或兩項操作: 把面 (或體) 切割成小的, 簡單的形狀. 連接兩條或多條線 (或面) 以減少總的邊數.,.映射網格劃分,切割 （divide）可以通過布爾減運算實現. 您可

6、以使用工作平面, 一個面, 或一條線 作為切割工具. 有時, 生成一條新的線或面會比移動或定向工作平面到正確的方向容易得多.,.映射網格劃分,連接 操作是生成一條新線 (為網格劃分) , 它通過連接兩條或多條線以減少構成面的線數. 使用 LCCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Lines, 然后拾取須連接的線. 對面進行連接, 使用 ACCAT 命令或Preprocessor -Meshing- Concatenate Areas 若兩條線或兩個面 相切交匯可考慮用加 (布爾) 運算,舉例：一個由六條線圍成的面,L1 and L2 are ad

7、ded. New Line L#,L4 and L5 are concatenated.,產生四條線圍成的面，適于網格劃分,New concatenated line.,原始邊的單元數為4條,連接邊的單元數為8條,.映射網格劃分,您也可以簡單地通過一個面上的3個或4個角點 暗示 一個連接. 此時, ANSYS 內在地 生成一個連接. 在MeshTool中選擇Quad shape 和 Map 網格. 將 3/4 sided 變為 Pick corners. 按 Mesh 鍵, 拾取面, 然后拾取 3 或 4 角點形成一規則的形狀.,.映射網格劃分,使用連接時注意: 它僅僅是一個網格劃分操作,因而

8、應為網格劃分前的最后一步, 在所有的實體建模之后. 這是因為，經連接操作得到的實體不能在后續的實體建模操作中使用. 可以通過刪除產生的線或面 “undo(取消)” 一個連接. 連接面 (為在體上映射網格) 通常比較復雜,因為您也應該連接一些線. 只有在對相鄰的兩個4邊形面作連接時其中的線會自動連接.,.映射網格劃分,指定尺寸和形狀控制 這是映射網格劃分3個步驟中的第2步. 選擇單元形狀非常簡單. 在 MeshTool中,對面的網格劃分選擇 Quad,對體的網格劃分選擇 Hex, 點擊 Map. 其中通常采用的尺寸控制和級別如下: 線尺寸 LESIZE 級別較高. 若指定了總體單元尺寸, 它將用

9、于 “未給定尺寸的” 線. 缺省的單元尺寸 DESIZE僅在未指定ESIZE時用于 “未給定尺寸的” 線上. (智能網格劃分 無效.),.映射網格劃分,若您指定線的分割數, 切記: 對邊的分割數必須匹配, 但您只須指定一邊的分割數. 映射網格劃分器 將把分割數自動傳送到它的對邊. 如果模型中有連接(Concatenate)線, 只能在原始(輸入)線上指定分割數,而不能在合成線上指定分割數.,每條初始線上指定6份分割. 此線上將自動使用12 份分割 (合成線的對邊). 其它兩條線上會采用幾 份分割 呢? (后面的演示將會回答這一問題.),.映射網格劃分,生成映射網格 只要保證了規則的形狀 并指定

10、了合適的份數, 生成網格將非常簡單. 只須按MeshTool中的 Mesh 鍵, 然后按拾取器中的 Pick All 或選擇需要的實體即可.,映射網格劃分舉例：輪,說明 用自由及映射網格對輪模型進行混合的網格劃分.,輪,1. 按指定的工作目錄，以 “wheelb-3d”為作業名，進入ANSYS. 或清除 ANSYS 數據庫，改換作業名為 “wheelb-3d”: Utility Menu File Clear & Start New . Utility Menu File Change Jobname . 2. 恢復 “wheelb.db1” 數據庫文件: Utility Menu File

11、Resume from 選擇 “wheelb.db” 數據庫文件, 然后選擇 OK 或用命令: RESUME,wheelb,db1 3. 進入前處理器，用工作平面切分體 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane + 拾取Pick All Utility Menu Plot Volumes 或用命令: /PREP7 VSBW,1 VPLOT,4. 平移工作平面到19號關鍵點: Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints + 選擇如圖所

12、示的19號關鍵點, 然后選擇 OK 或用命令: KWPAVE,19,5. 以工作平面切分體: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane + 拾取Pick All Utility Menu Plot Volumes 或用命令: VSBW,4 VPLOT,6. 關閉工作平面，設置總體單元尺寸為 0.25: Utility Menu WorkPlane Display Working Plane Main Menu Preprocessor MeshTool 設置大小控制為Global，按

13、 Set 設置SIZE = 0.25 按OK 或用命令: WPSTYLE ESIZE,0.25 7. 用SOLID45單元，對四個外部的體進行映射網格劃分 (TYPE 1): Main Menu Preprocessor MeshTool 在Shape下選擇 “Hex” 和 “Mapped” : 按Mesh 拾取四個外部的體 (體號 1, 2, 3, 和 5) 按OK 或用命令: MSHAPE,0,3D MSHKEY,1 VMESH,1,3,1 VMESH,5,8. 用SOLID95單元，對內部的體進行自由網格劃分 (TYPE 2): Main Menu Preprocessor MeshTo

14、ol 單擊單元屬性（Element Attributes）下的 Set : TYPE = “2 SOLID95”, 然后選擇 OK 設置大小控制為Global，按 Set 設置SIZE = 0.2 按OK 在Shape 下選擇 “Tet”和“Free” : 按Mesh 拾取內部的體 (體號 6) 按OK 或用命令: TYPE,2 ESIZE,0.2 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0 VMESH,6,9. 將 SOLID95單元轉變為 SOLID92單元: Main Menu Preprocessor -Meshing - Modify Mesh Change Tets . 按OK 或用

15、命令: TCHG,95,92 10. 選擇并畫出 SOLID95 四面體單元: Utility Menu Select Entities . 選擇 “Elements”, “By Attributes”, “Elem type num” 設置 Min,Max,Inc = 2 按OK Utility Menu Plot Elements 或用命令: ESEL,S,TYPE,2 EPLOT,11. 選擇 “全部實體”并保存數據庫 : Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Elements Utility Menu File Save as

16、 輸入數據庫文件名“wheelb-3d-mesh.db”, 然后選擇 OK 或用命令: ALLSEL,ALL EPLOT SAVE,wheelb-3d-mesh,db 11. 退出ANSYS: 在工具條中選擇 “QUIT” 選擇 “Quit - No Save!” 按OK 或用命令: FINISH /EXIT,NOSAVE,層狀網格劃分,適用于2D情況，生成線性過渡的自由網格 平行于邊線方向的單元尺寸相當 垂直于邊線方向的單元尺寸和數目急劇變化 當分析要求邊界單元高精度時，層狀網格很有用,層狀網格劃分,GUI：Main Menu: Preprocessor MeshTool Layer Set

17、 button 指定：線上的單元尺寸，線上兩端單元的比率和內部網格層的厚度。,線間距比率（space）,對層狀劃分一般取1.0 內部網格層厚度（layer1）線上單元尺寸系數： size factor=2 沿線生成兩行尺寸均勻的單元 外部網格層厚度（layer2）這層的單元尺寸會從layer1緩慢增加到總體單元尺寸，layer2的厚度可以用一個網格過渡系數 如：Transition factor=2 生成大約等于前面垂直于線網格2倍尺寸的單元,47,在完成此章的學習之后，給出一個已經劃分好網格的模型的數據庫文件，我們應該能夠使用耦合或約束方程來建立節點自由度之間的聯系,第一講 耦合 定義耦合設

18、置 說明耦合的三種普遍應用. 采用3種不同的方法建立耦合關系. 第二講 約束方程 定義“約束方程” 說明約束方程的四種普遍應用 采用四種不同的方法生成約束方程.,48,耦合設置,耦合是使一組節點具有相同的自由度值. 除了自由度值是由求解器計算而非用戶指定外，與約束相類似。 例如:如果節點1和節點2在UX方向上耦合， 求解器將計算節點1的UX值并簡單地把該值賦值給節點2的UX。 一個耦合設置是一組被約束在一起，有著同一方向的節點 (即一個自由度)。 一個模型中可以定義多個耦合，但一個耦合中只能包含一個方向的自由度。,49,耦合的三種一般應用,1. 施加對稱性條件： 耦合自由度常被用來實施移動或循

19、環對稱條件. 考慮在均勻軸向壓力下的空心長圓柱體，此3D結構可用下面右圖所示的2D軸對稱模型表示.,x,y,x,y,1,2,3,4,5,11,12,13,14,15,由于結構的對稱性，上面的一排結點在軸向上的位移應該相同,50,2. 無摩擦的界面 如果滿足下列條件，則可用耦合自由度來模擬接觸面: 表面保持接觸, 此分析是幾何線性的（小變形） 忽略摩擦 在兩個界面上，節點是一一對應的. 通過僅耦合垂直于接觸面的移動來模擬接觸. 優點: 分析仍然是線性的 無間隙收斂性問題,51,3. 鉸接 耦合可用來模擬力耦松弛，例如鉸鏈、無摩擦滑動器、萬向節,考慮一個2D的梁模型，每個節點上有三個自由度ux、u

20、y和rotz，A點為一鉸鏈連接。將同一位置節點的自由度ux、uy耦合起來。,1,2,A,節點1和節點2處于同一位置，但為于清楚起見，在圖上分開顯示。.,為了模擬鉸接，將同一位置兩個節點的移動自由度耦合起來，而不耦合轉動自由度,52,在循環對稱切面上的對應位置實施自由度耦合。,用耦合施加循環對稱性,53,三種建立耦合關系的方法,進入創建耦合關系的菜單路徑: Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Couple DOFs,2. 單擊OK,1. 拾取將要耦合的結點,3. 輸入耦合設置參考號，選擇自由度卷標.,4. 單擊OK.,54,在零偏移量的一組節點之間生成

21、附加耦合關系: Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Gen w/Same Nodes,3. 單擊OK,1. 輸入現存耦合設置的參考號.,2. 對每個設置指定新的自由度卷標.,55,在同一位置的節點之間自動生成耦合關系: Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Coincident Nodes,1. 指定自由度卷標.,2. 指定節點位置的容差,3. 單擊OK,56,練習用耦合關系來模擬接觸,在此練習中，將用耦合/約束選項在兩部分間產生耦合DOF設置來模擬接觸問題,1. 恢復數據庫cpnorm.db1，并在圖形窗口

22、中畫單元. 2. 在重合節點的所有節點對上建立UY耦合關系 a. 選擇耦合重合的結點. b. 拾取UY 3. 求解并進行后處理,57,約束方程,約束方程定義節點自由度之間的線性關系 約束方程的特點 自由度卷標的任意組合. 任意節點號. 任意實際的自由度方向在不同的節點上ux可能不同. 例 Constant = Coef1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + .,58,四種約束方程的應用,1. 連接不同的網格: 實體與實體的界面 2D或3D 相同或相似的單元類型 單元面在同一表面上，但結點 位置不重合,59,建立轉動自由度和移動自由度之間的關系,2. 連接不相似的單元類型: 殼與實體 垂直于殼或實體的梁.,60,3. 建立剛性區 在某些特殊情況下，全剛性區給出了 約束方程的另一種應用 全剛性區和部分剛性區的約束方 程都可由程序自動生成 4. 過盈裝配 與接觸耦合相似，但在兩個界面之間 允許有過盈量或穿透 典型方程: 0.01 = UX (node 51) - UX (node 251),61,四種建立約束方程的過程,人工建立約束方程的菜單路徑： Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Constraint Eqn,2. 單擊OK.,1. 輸入常數項，節