ANSYS網(wǎng)格誤差估計

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1、有限元分析及應(yīng)用講義 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(yīng) 力 反 作 用 力 或 節(jié) 點 力 有限元分析及應(yīng)用講義 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(yīng) 力 軸 對 稱 的 物 體 幾 乎 沒 有 為 零 的 環(huán) 向 應(yīng) 力 彎 曲 載 荷 造 成 的 應(yīng) 力 使 一 側(cè) 受 壓 ， 另 一 側(cè) 受 拉如 果 只 有 一 個 載 荷 施 加 在 結(jié)

2、 構(gòu) 上 ， 檢 驗 結(jié) 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(jié) 果 . 有限元分析及應(yīng)用講義 3 在 輸 出 窗 口 中 輸 出 的 質(zhì) 量 特 性 ， 可 能 會 揭 示 在 幾 何模 型 、 材 料 屬 性 （ 密 度 ） 或 實 常 數(shù) 方 面 存 在 的 錯 誤 .3.檢 驗 求 解 的 自 由 度 及 應(yīng) 力 ： 確 認 施 加 在 模 型 上 的 載 荷 環(huán) 境 是 合 理 的 . 確 認 模 型 的 運 動 行 為 與 預(yù) 期 的 相 符 - 無

3、 剛 體 平 動 、無 剛 體 轉(zhuǎn) 動 、 無 裂 縫 等 . 確 認 位 移 和 應(yīng) 力 的 分 布 與 期 望 的 相 符 ， 或 者 利 用 物理 學(xué) 或 數(shù) 學(xué) 可 以 解 釋 . 有限元分析及應(yīng)用講義 4 模 型 所 有 的 反 作 用 力 應(yīng) 該 與 施 加 的 點 力 、 壓 力 和 慣 性 力平 衡 .在 所 有 約 束 節(jié) 點 的 豎直 方 向 的 反 作 用 力 . 在 所 有 約 束 節(jié) 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(jié) 點 的 反 作 用 力 矩 必須 與 施 加 的 載 荷 平 衡 .注 意 包

4、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 有限元分析及應(yīng)用講義 5 在 任 意 選 取 的 單 元 字 集 中 的 節(jié) 點 力 ， 應(yīng) 與 作 用 在 結(jié) 構(gòu)此 部 分 的 已 知 載 荷 向 平 衡 ， 除 非 節(jié) 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(jié) 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

5、 中自 由 度 的 反 力 ， 不 包 括由 這 個 約 束 方 程 傳 遞 的力 . 有限元分析及應(yīng)用講義 有限元分析及應(yīng)用講義 7 ANSYS通 用 后 處 理 包 含 網(wǎng) 格 離 散 誤 差 估 計 .誤 差 估 計 是 依 據(jù) 沿 單 元 內(nèi) 邊 界 的 應(yīng) 力 或 熱 流 的 不 連 續(xù) 性 ， 是 平 均與 未 平 均 節(jié) 點 應(yīng) 力 間 的 差 值 . Elem 1 Elem 2savg = 1100s = 1200s = 1000savg = 1200s = 1300s = 1100 (節(jié) 點 的 ss 是 積 分 點的 外 插 ） 有限元分析及應(yīng)用講義 8 誤 差 估 計 作

6、 用 條 件 ： 線 性 靜 力 結(jié) 構(gòu) 分 析 及 線 性 穩(wěn) 態(tài) 熱 分 析 大 多 數(shù) 2-D 或 3-D 實 體 或 殼 單 元 PowerGraphics off誤 差 信 息 : 能 量 百 分 比 誤 差 sepc 單 元 應(yīng) 力 偏 差 sdsg 單 元 能 量 偏 差 serr 應(yīng) 力 上 、 下 限 smnb smxb 有限元分析及應(yīng)用講義 9 能 量 百 分 比 誤 差能 量 百 分 比 誤 差 是 對 所 選 擇 的 單 元的 位 移 、 應(yīng) 力 、 溫 度 或 熱 流 密 度 的粗 略 估 計 . 它 可 以 用 于 比 較 承 受 相似 載 荷 的 相 似 結(jié) 構(gòu)

7、的 相 似 模 型 .這 個 值 的 通 常 應(yīng) 該 在 10%以 下 . 如果 不 選 擇 其 他 單 元 ， 而 只 選 擇 在 節(jié)點 上 施 加 點 載 荷 或 應(yīng) 力 集 中 處 的 單元 ， 誤 差 值 有 時 會 達 到 50%或 以 上 . SEPC 2 %PowerGraphic offMain menu general postproc plot results deformed shape 選 ： Def+undefedge 有限元分析及應(yīng)用講義 10 要 檢 驗 某 個 位 置 的 網(wǎng) 格 離 散 應(yīng)力 誤 差 ， 可 以 列 出 或 繪 制 應(yīng) 力偏 差 .某 一 個

8、單 元 的 應(yīng) 力 偏 差 是 此 單元 上 全 部 節(jié) 點 的 六 個 應(yīng) 力 分 量值 與 此 節(jié) 點 的 平 均 應(yīng) 力 值 之 差的 最 大 值 .應(yīng) 力 偏 差 ：節(jié) 點 n的 應(yīng) 力 矢 量 ： 所 關(guān) 心 位 置 上 的 應(yīng) 力 偏 差 值 450 psi (30,000 psi 應(yīng) 力 的 1.5%)應(yīng) 力 偏 差察 看 應(yīng) 力 偏 差 ： Plot Results Element Solu Error Estimation Stress deviation (SDSG) inanin sss neNi inan Nne 1ss 有限元分析及應(yīng)用講義l 平 均 應(yīng) 力 為 44

9、21 （ nodal solution）l 應(yīng) 力 偏 差 為 689.598l 誤 差 =689.598/4421=15.53%（ 局 部 細 化 ） 有限元分析及應(yīng)用講義 12 每 個 單 元 的 另 一 種 誤 差 值 是 能 量 誤 差 . 它 與 單 元 上 節(jié) 點 應(yīng) 力 差 值有 關(guān) 的 , 用 于 計 算 選 擇 的 單 元 的 能 量 百 分 比 誤 差 .察 看 能 量 誤 差 ： Plot Results Element Solu Error Estimation Energy error (ENER). 能 量 誤 差 應(yīng) 力 誤 差 矢 量 應(yīng) 變 矩 陣單 元 的

10、應(yīng) 力 單 元 體 積 的 能 量 誤 差單 元其 中 ：s ss Dvol ie voldDe ivol Ti )(21 1 單 元 數(shù)整 個 模 型 的 能 量 誤 差 ：Nr 1 nri iee 有限元分析及應(yīng)用講義 13 應(yīng) 力 上 下 限 可 以 確 定 由 于 網(wǎng) 格 離 散 誤差 對 模 型 的 應(yīng) 力 最 大 值 的 影 響 .顯 示 或 列 出 的 應(yīng) 力 上 下 限 包 括 : 估 計 的 上 限 - SMXB 估 計 的 下 限 - SMNB應(yīng) 力 上 下 限 限 并 不 是 估 計 實 際 的 最高 或 最 小 應(yīng) 力 。 它 定 義 了 一 個 確 信范 圍 。 如

11、果 沒 有 其 他 的 確 鑿 的 驗 證， 就 不 能 認 為 實 際 的 最 大 應(yīng) 力 低 于 SMXB.例 如 :SMX=32750是 節(jié) 點 解 的 實 際 值 SMXB=33200是 估 計 的 上 限 X stress SMAX 32,750 psiSMXB 33,200 psi(difference 450 psi 1.5 %) 應(yīng) 力 上 下 限 )max( )min( najmmxbj najmmnbj sss sss 有限元分析及應(yīng)用講義采 用 plane42單 元 網(wǎng) 格 局 部 細 化 與 未 細 化能 量 百 分 比 誤 差 局 部 細 化 未 細 化Displac

12、ementDMX=0.88E-03SEPC=14.442 DMX=0.803E-03應(yīng) 力 偏 差 Element Solution(SDSG)SMN=63.453SMX=426.86 SDSGSMN=64.528SMX=689.589能 量 誤 差 估 計 Element Solution(SERR) SMN=0.365E-03SMX=0.600595 SERRSMN=0.005173SMX=0.38503應(yīng) 力 上 下 限 Nodal solution(SEQV)SMN=725.21SMNB=720.133SMX=4579SMXB=4623 SEQVSMN=773.769SMNB=708.

13、94SMX=4421SMXB=4999 有限元分析及應(yīng)用講義 15P方 法 應(yīng) 用 控 制 ：P方 法 用 于 線 彈 性 結(jié) 構(gòu) 分 析 實 體 和 殼體 。P單 元 由 以 下 5種 單 元 ：2-D Quadrilateral (Plane145)2-D Triangle (Plane146)3-D Brick (Solid 147)3-D Tetrehedron (Solid 148)3-D Shell (Solid 150) 規(guī) 定 0.1% 局 部 應(yīng) 力 差 ， 使 用 p方 法 計 算 的 最大 X方 向 應(yīng) 力 約 為 34,700 psi(比 普 通 h方 法 高 出 大

14、約 5% ) P 單 元 的 位 移 形 函 數(shù)u=a1+a2x+a3y+a4x2+a5xy+a6y2v=a7+a8x+a9y+ a10 x2+a11xy+a12y2P方 法 的 優(yōu) 點 ：如 果 使 用 p-方 法 進 行 結(jié) 構(gòu) 分 析 ， 可 以 依 靠 p單 元 自 動 調(diào) 整 單 元 多 項 式 階 數(shù) （ 2-8） ， 達 到 收 斂 到 設(shè) 定 的 精 度 . 對 這 種 方 法 的 相 信 程 度 ， 與 使 用 經(jīng) 驗 有 關(guān) . 有限元分析及應(yīng)用講義l GUI:Main Menu Preference P-Methodl 定 義 一 個 P單 元 ， P方 法 被 激 活

15、。l 建 模 過 程 與 H-單 元 分 析 相 同 ， 單 元 類 型 必 須 用 P單 元l （ a） 指 定 P單 元 水 平l 定 義 局 部 P-水 平 等 級l 定 義 P單 元 時 用 KeyOpt選 項 定 義 l 定 義 整 體 p-水 平 等 級l 命 令 ： PPRANGE , START, MAXl GUI: Main Menu Solution P-Method Set P Rangel (b)定 義 幾 何 模 型 應(yīng) 用 實 體 建 模l (c) 用 P單 元 分 網(wǎng) 。 自 適 應(yīng) 網(wǎng) 格 對 P方 法 是 無 效 的l 應(yīng) 用 實 體 模 型 加 載 ， 而

16、不 是 有 限 元 模 型l 求 解 ： 推 薦 采 用 條 件 共 軛 梯 度 法 （ PCG） ， 但 PCG對 于 殼 體 P單 元 無 效 有限元分析及應(yīng)用講義 l E=30e6 lb/in2l V=0.29l Thick=0.25inl 在 節(jié) 點 （ 0， 5， 0） 處 的 收 斂 標 準 設(shè) 為 1%20 10pres=-100lb/in2in inR=5 in 有限元分析及應(yīng)用講義高 級 網(wǎng) 格 劃 分 技 術(shù) 延 伸 網(wǎng) 格 劃 分 映 射 網(wǎng) 格 劃 分 層 狀 網(wǎng) 格 劃 分 有限元分析及應(yīng)用講義l 將 一 個 二 維 網(wǎng) 格 延 伸 生 成 一 個 三 維 網(wǎng) 格 ；

17、 三 維 網(wǎng) 格 生 成 后去 掉 二 維 網(wǎng) 格l 步 驟 ：l 1.先 生 成 橫 截 面l 2.指 定 網(wǎng) 格 密 度 并 對 面 進 行 網(wǎng) 格 劃 分l 3.拖 拉 面 網(wǎng) 格 生 成 體 網(wǎng) 格l 指 定 單 元 屬 性 l 拖 拉 ， 完 成 體 網(wǎng) 格 劃 分 。l 4.釋 放 已 選 的 平 面 單 元 有限元分析及應(yīng)用講義 機 翼 沿 著 長 度 方 向 輪 廓 一 致 ， 且 它 的 橫 截 面 由 直 線 和 樣 條 曲 線定 義 。 機 翼 的 一 端 固 定 在 機 體 上 ， 另 一 端 為 懸 空 的 自 由 端 。采 樣 點 :A(0,0,0) B(2,0,0

18、) C(2.3,0.2,0) D(1.9,0.45,0) E(1,0.25,0)xyz 2 10斜 度 =0.25 彈 性 模 量Ex=38E03 psi泊 松 比 ： 0.3密 度 ：D=1.033e-3 slugs/in3 有限元分析及應(yīng)用講義截 面 寬 度 ： 10mm 截 面 形 狀 ： 正 六 變 形手 柄 長 度 ： 20cm 桿 長 ： 7.5cm 導(dǎo) 角 半 徑 ： 1cm 彈 性 模 量 ： 2.07E11pa 延 伸 網(wǎng) 格 劃 分 ： 作 業(yè) 有限元分析及應(yīng)用講義 有 兩 種 主 要 的 網(wǎng) 格 劃 分 方 法 : 自 由 劃 分 和 映 射 劃 分 . 自 由 劃 分

19、無 單 元 形 狀 限 制 . 網(wǎng) 格 無 固 定 的 模 式 . 適 用 于 復(fù) 雜 形 狀 的 面 和 體 . 映 射 劃 分 面 的 單 元 形 狀 限 制 為 四 邊 形 ,體 的 單 元 限 制 為 六 面體 (方 塊 ). 通 常 有 規(guī) 則 的 形 式 ,單 元 明 顯 成 行 . 僅 適 用 于 “ 規(guī) 則 的 ” 面 和 體 , 如 矩 形 和 方 塊 . 有限元分析及應(yīng)用講義自 由 網(wǎng) 格+ 易 于 生 成 ; 不 須 將 復(fù) 雜 形 狀 的體 分 解 為 規(guī) 則 形 狀 的 體 . 體 單 元 僅 包 含 四 面 體 網(wǎng) 格 , 致使 單 元 數(shù) 量 較 多 . 僅 高

20、階 (10-節(jié) 點 ) 四 面 體 單 元較 滿 意 , 因 此 DOF(自 由 度 )數(shù) 目可 能 很 多 . 映 射 網(wǎng) 格+ 通 常 包 含 較 少 的 單 元 數(shù) 量 .+ 低 階 單 元 也 可 能 得 到 滿 意 的 結(jié)果 ,因 此 DOF(自 由 度 )數(shù) 目 較 少 . 面 和 體 必 須 形 狀 “ 規(guī) 則 ” , 劃分 的 網(wǎng) 格 必 須 滿 足 一 定 的 準 則 . 難 于 實 現(xiàn) , 尤 其 是 對 形 狀 復(fù) 雜的 體 .網(wǎng) 格 劃 分 的 優(yōu) 缺 點 ： 有限元分析及應(yīng)用講義自 由 網(wǎng) 格l 自 由 網(wǎng) 格 是 面 和 體 網(wǎng) 格 劃 分 時 的 缺 省 設(shè) 置

21、.l 生 成 自 由 網(wǎng) 格 比 較 容 易 : 導(dǎo) 出 MeshTool 工 具 , 劃 分 方 式 設(shè) 為 自 由 劃分 . 推 薦 使 用 智 能 網(wǎng) 格 劃 分 進 行 自 由 網(wǎng) 格 劃 分 , 激 活 它 并 指 定 一 個 尺 寸 級 別 . 存 儲 數(shù) 據(jù) 庫 . 按 Mesh 按 鈕 開 始 劃 分 網(wǎng) 格 .l 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. 有限元分析及應(yīng)用講義映 射 網(wǎng) 格 劃 分l 由 于 面 和 體 必 須 滿 足 一 定 的 要 求 ,生 成 映 射 網(wǎng)

22、 格 不 如 生 成 自 由 網(wǎng) 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 柱 , 或 六 面 體 ). 對 邊 的 單 元 分 割 必 須 匹 配 . l 對 三 角 形 面 或 四 面 體 , 單 元 分 割 數(shù) 必 須 為 偶 數(shù) . 有限元分析及應(yīng)用講義l 因 此 ,映 射 網(wǎng) 格 劃 分 包 含 以 下 三 個 步 驟 : 保 證 “ 規(guī) 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

23、 形 狀 控 制 生 成 網(wǎng) 格 0 有限元分析及應(yīng)用講義1.保 證 規(guī) 則 的 形 狀l 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(zhuǎn) 換 成 規(guī) 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(shù) . 有限元分析及應(yīng)用講義l 切 割 （ divide） 可 以 通 過 布 爾 減 運 算 實 現(xiàn) . 您 可 以 使 用

24、 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 . 有限元分析及應(yīng)用講義l 連 接 操 作 是 生 成 一 條 新 線 (為 網(wǎng) 格 劃 分 ) , 它 通 過 連 接 兩 條 或 多條 線 以 減 少 構(gòu) 成 面 的 線 數(shù) . 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

25、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 連 接 這 兩 條 線 使 其 成 為 一 個由 4條 邊 構(gòu) 成 的 面 Concatenate 有限元分析及應(yīng)用講義一 個 由 六 條 線 圍 成 的 面L1 and L2 are added.New Line L# L4 and L5 are concatenated. 產(chǎn) 生 四 條 線 圍 成 的 面 ， 適 于 網(wǎng) 格 劃 分 New concatenated line.原 始 邊 的 單 元 數(shù) 為

26、 4條 連 接 邊 的 單 元 數(shù) 為 8條 有限元分析及應(yīng)用講義l 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(nèi) 在 地 生 成 一 個 連 接 . 在 MeshTool中 選 擇 Q uad shape 和 Map 網(wǎng) 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(guī) 則 的 形 狀 . 有限元分析及應(yīng)用講義l 使 用 連 接 時 注 意 : 它 僅 僅 是 一 個 網(wǎng) 格 劃 分 操 作 ,因 而

27、 應(yīng) 為 網(wǎng) 格 劃 分 前 的 最 后 一 步 , 在 所 有 的 實 體 建 模 之 后 . 這 是 因 為 ， 經(jīng) 連 接 操 作 得 到 的 實 體 不能 在 后 續(xù) 的 實 體 建 模 操 作 中 使 用 . 可 以 通 過 刪 除 產(chǎn) 生 的 線 或 面 “ undo(取 消 )” 一 個 連 接 . 連 接 面 (為 在 體 上 映 射 網(wǎng) 格 ) 通 常 比 較 復(fù) 雜 ,因 為 您 也 應(yīng) 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 . 有限元分析及應(yīng)用講義指 定 尺 寸 和 形 狀 控 制l

28、這 是 映 射 網(wǎng) 格 劃 分 3個 步 驟 中 的 第 2步 .l 選 擇 單 元 形 狀 非 常 簡 單 . 在 MeshTool中 ,對 面 的 網(wǎng) 格 劃 分 選 擇 Q uad,對 體 的 網(wǎng) 格 劃分 選 擇 Hex, 點 擊 Map.l 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 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

29、網(wǎng) 格 劃 分 無 效 .) 有限元分析及應(yīng)用講義l 若 您 指 定 線 的 分 割 數(shù) , 切 記 : 對 邊 的 分 割 數(shù) 必 須 匹 配 , 但 您 只 須 指 定 一 邊 的 分 割 數(shù) . 映 射 網(wǎng)格 劃 分 器 將 把 分 割 數(shù) 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(shù) ,而 不 能 在 合 成 線 上 指 定 分 割 數(shù) . 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

30、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 .) 有限元分析及應(yīng)用講義生 成 映 射 網(wǎng) 格l 只 要 保 證 了 規(guī) 則 的 形 狀 并 指 定 了 合 適 的 份 數(shù) , 生 成 網(wǎng) 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 . 有限元分析及應(yīng)用講義說 明l 用 自 由 及 映 射 網(wǎng) 格 對 輪 模 型 進 行 混 合 的 網(wǎng) 格 劃 分 . 有限元分析及應(yīng)用講義1. 按 指 定 的 工 作 目 錄

31、， 以 “ wheelb-3d”為 作 業(yè) 名 ， 進 入 ANSYS.或 清 除 ANSYS 數(shù) 據(jù) 庫 ， 改 換 作 業(yè) 名 為 “ wheelb-3d”: Utility Menu File Clear & Start New . Utility Menu File Change Jobname .2. 恢 復(fù) “ wheelb.db1” 數(shù) 據(jù) 庫 文 件 : Utility Menu File Resume from l 選 擇 “ wheelb.db” 數(shù) 據(jù) 庫 文 件 , 然 后 選 擇 OK或 用 命 令:RESUME,wheelb,db13. 進 入 前 處 理 器 ，

32、用 工 作 平 面 切 分 體 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane +l 拾 取 Pick All Utility Menu Plot Volumes或 用 命 令:/PREP7VSBW,1VPLOT 有限元分析及應(yīng)用講義4. 平 移 工 作 平 面 到 19號 關(guān) 鍵 點 : Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints +l 選 擇 如 圖 所 示 的 19號 關(guān) 鍵 點 , 然 后 選 擇 OK或 用 命 令:KWPAVE

33、,19 有限元分析及應(yīng)用講義5. 以 工 作 平 面 切 分 體 : Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane +l 拾 取 Pick All Utility Menu Plot Volumes或 用 命 令:VSBW,4VPLOT 有限元分析及應(yīng)用講義6. 關(guān) 閉 工 作 平 面 ， 設(shè) 置 總 體 單 元 尺 寸 為 0.25: Utility Menu WorkPlane Display Working Plane Main Menu Preprocessor MeshTool

34、 l 設(shè) 置 大 小 控 制 為 Global， 按 Setl 設(shè) 置 SIZE = 0.25l 按 OK或 用 命 令:WPSTYLEESIZE,0.257. 用 SOLID45單 元 ， 對 四 個 外 部 的 體 進 行 映 射 網(wǎng) 格 劃 分 (TYPE 1): Main Menu Preprocessor MeshTool l 在 Shape下 選 擇 “ Hex” 和 “ Mapped” :l 按 Meshl 拾 取 四 個 外 部 的 體 (體 號 1, 2, 3, 和 5)l 按 OK或 用 命 令:MSHAPE,0,3DMSHKEY,1VMESH,1,3,1VMESH,5 有

35、限元分析及應(yīng)用講義 有限元分析及應(yīng)用講義8. 用 SOLID95單 元 ， 對 內(nèi) 部 的 體 進 行 自 由 網(wǎng) 格 劃 分 (TYPE 2): Main Menu Preprocessor MeshTool l 單 擊 單 元 屬 性 （ Element Attributes） 下 的 Set :l TYPE = “2 SOLID95”, 然 后 選 擇 OKl 設(shè) 置 大 小 控 制 為 Global， 按 Setl 設(shè) 置 SIZE = 0.2l 按 OK l 在 Shape 下 選 擇 “ Tet”和 “ Free” :l 按 Meshl 拾 取 內(nèi) 部 的 體 (體 號 6)l 按

36、 OK或 用 命 令:TYPE,2ESIZE,0.2MSHAPE,1,3DMSHKEY,0VMESH,6 有限元分析及應(yīng)用講義9.將 SOLID95單 元 轉(zhuǎn) 變 為 SOLID92單 元 : Main Menu Preprocessor -Meshing - Modify Mesh Change Tets .l 按 OK或 用 命 令:TCHG,95,9210.選 擇 并 畫 出 SOLID95 四 面 體 單 元 : Utility Menu Select Entities . l 選 擇 “ Elements”, “By Attributes”, “Elem type num”l 設(shè) 置

37、 Min,Max,Inc = 2l 按 OK Utility Menu Plot Elements或 用 命 令:ESEL,S,TYPE,2EPLOT 有限元分析及應(yīng)用講義11.選 擇 “ 全 部 實 體 ” 并 保 存 數(shù) 據(jù) 庫 : Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Elements Utility Menu File Save as l 輸 入 數(shù) 據(jù) 庫 文 件 名 “ wheelb-3d-mesh.db”, 然 后 選 擇 OK或 用 命 令:ALLSEL,ALLEPLOTSAVE,wheelb-3d-mesh,db11

38、.退 出 ANSYS: 在 工 具 條 中 選 擇 “ QUIT” l 選 擇 “ Quit - No Save!”l 按 OK或 用 命 令:FINISH/EXIT,NOSAVE 有限元分析及應(yīng)用講義 適 用 于 2D情 況 ， 生 成 線 性 過 渡 的自 由 網(wǎng) 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(shù)目 急 劇 變 化 當 分 析 要 求 邊 界 單 元 高 精 度 時 ，層 狀 網(wǎng) 格 很 有 用 有限元分析及應(yīng)用講義GUI： Main Menu: Preprocessor MeshTool Layer Set

39、 button指 定 ： 線 上 的 單 元 尺 寸 ， 線 上 兩 端 單 元 的 比率 和 內(nèi) 部 網(wǎng) 格 層 的 厚 度 。線 間 距 比 率 （ space） ,對 層 狀 劃 分 一 般 取 1.0內(nèi) 部 網(wǎng) 格 層 厚 度 （ layer1） 線 上 單 元 尺 寸 系數(shù) ： size factor=2 沿 線 生 成 兩 行 尺 寸 均 勻 的 單 元外 部 網(wǎng) 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(wǎng) 格 過 渡 系 數(shù) 如 ： Transiti

40、on factor=2 生 成 大 約 等 于 前 面 垂直 于 線 網(wǎng) 格 2倍 尺 寸 的 單 元 有限元分析及應(yīng)用講義 47 在 完 成 此 章 的 學(xué) 習(xí) 之 后 ， 給 出 一 個 已 經(jīng) 劃 分 好 網(wǎng)格 的 模 型 的 數(shù) 據(jù) 庫 文 件 ， 我 們 應(yīng) 該 能 夠 使 用 耦 合或 約 束 方 程 來 建 立 節(jié) 點 自 由 度 之 間 的 聯(lián) 系第 一 講 耦 合定 義 耦 合 設(shè) 置說 明 耦 合 的 三 種 普 遍 應(yīng) 用 .采 用 3種 不 同 的 方 法 建 立 耦 合 關(guān) 系 .第 二 講 約 束 方 程定 義 “ 約 束 方 程 ”說 明 約 束 方 程 的 四

41、種 普 遍 應(yīng) 用采 用 四 種 不 同 的 方 法 生 成 約 束 方 程 . 有限元分析及應(yīng)用講義 48 耦 合 設(shè) 置l 耦 合 是 使 一 組 節(jié) 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(jié) 點 1和 節(jié) 點 2在 UX方 向 上 耦 合 ， 求 解 器 將計 算 節(jié) 點 1的 UX值 并 簡 單 地 把 該 值 賦 值 給 節(jié) 點 2的 UX。l 一 個 耦 合 設(shè) 置 是 一 組 被 約 束 在 一 起 ， 有 著 同 一 方 向 的 節(jié)點 (即 一

42、個 自 由 度 )。l 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 。 有限元分析及應(yīng)用講義 49 耦 合 的 三 種 一 般 應(yīng) 用1. 施 加 對 稱 性 條 件 ： 耦 合 自 由 度 常 被 用 來 實 施 移 動 或 循 環(huán) 對 稱 條 件 . 考 慮 在 均 勻 軸 向 壓 力 下 的 空 心 長 圓 柱 體 ， 此 3 D結(jié) 構(gòu) 可 用 下 面 右 圖 所 示 的 2 D軸 對 稱 模 型 表 示 . xy xy 1 2 3 4 511 12 13 14 15由 于 結(jié) 構(gòu) 的 對 稱 性 ， 上

43、面 的 一 排 結(jié) 點 在 軸 向上 的 位 移 應(yīng) 該 相 同 有限元分析及應(yīng)用講義 50 2. 無 摩 擦 的 界 面l 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(jié) 點 是 一 一 對 應(yīng) 的 .通 過 僅 耦 合 垂 直 于 接 觸 面 的 移 動 來 模 擬 接 觸 . 優(yōu) 點 : 分 析 仍 然 是 線 性 的無 間 隙 收 斂 性 問 題 有限元分析及應(yīng)用講義 51 3. 鉸 接耦 合 可 用 來 模 擬

44、力 耦 松弛 ， 例 如 鉸 鏈 、 無 摩 擦滑 動 器 、 萬 向 節(jié) 考 慮 一 個 2D的 梁 模 型 ， 每 個 節(jié) 點 上 有 三 個自 由 度 ux、 uy和 rotz， A點 為 一 鉸 鏈 連 接。 將 同 一 位 置 節(jié) 點 的 自 由 度 ux、 uy耦 合 起來 。 1 2A 節(jié) 點 1和 節(jié) 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(jié) 點的 移 動 自 由 度 耦 合 起 來 ， 而 不 耦 合 轉(zhuǎn)動 自 由 度 有限元分析及應(yīng)用講義 52在 循 環(huán) 對 稱

45、切 面 上 的 對 應(yīng) 位 置 實施 自 由 度 耦 合 。 用 耦 合 施 加 循 環(huán) 對 稱 性 有限元分析及應(yīng)用講義 53 三 種 建 立 耦 合 關(guān) 系 的 方 法進 入 創(chuàng) 建 耦 合 關(guān) 系 的 菜 單 路 徑 :Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Couple DOFs 2. 單 擊 OK1. 拾 取 將 要 耦 合 的 結(jié) 點 3. 輸 入 耦 合 設(shè) 置 參 考號 ， 選 擇 自 由 度 卷標 .4. 單 擊 OK. 有限元分析及應(yīng)用講義 54 在 零 偏 移 量 的 一 組 節(jié) 點 之 間 生 成 附 加 耦 合 關(guān) 系 :Mai

46、n Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Gen w/Same Nodes 3. 單 擊 OK 1. 輸 入 現(xiàn) 存 耦 合設(shè) 置 的 參 考 號 .2. 對 每 個 設(shè) 置 指 定新 的 自 由 度 卷 標. 有限元分析及應(yīng)用講義 55 在 同 一 位 置 的 節(jié) 點 之 間 自 動 生 成 耦 合 關(guān) 系 :Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Coincident Nodes 1. 指 定 自 由 度 卷 標 .2. 指 定 節(jié) 點 位 置 的容 差3. 單 擊 OK 有限元分析及應(yīng)用講義 56 練 習(xí) 用 耦 合

47、 關(guān) 系 來 模 擬 接 觸在 此 練 習(xí) 中 ， 將 用 耦 合 /約 束 選 項 在 兩 部 分 間 產(chǎn)生 耦 合 DOF設(shè) 置 來 模 擬接 觸 問 題1. 恢 復(fù) 數(shù) 據(jù) 庫 cpnorm.db1， 并 在圖 形 窗 口 中 畫 單 元 .2. 在 重 合 節(jié) 點 的 所 有 節(jié) 點 對 上 建立 UY耦 合 關(guān) 系 a. 選 擇 耦 合 重 合 的 結(jié) 點 .b. 拾 取 UY3. 求 解 并 進 行 后 處 理 有限元分析及應(yīng)用講義 57 約 束 方 程約 束 方 程 定 義 節(jié) 點 自 由 度 之 間 的 線 性 關(guān) 系約 束 方 程 的 特 點l 自 由 度 卷 標 的 任 意

48、 組 合 .l 任 意 節(jié) 點 號 .l 任 意 實 際 的 自 由 度 方 向 在 不 同 的 節(jié) 點 上 ux可 能 不 同 .例 Constant = Coef 1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + . 有限元分析及應(yīng)用講義 58 四 種 約 束 方 程 的 應(yīng) 用1. 連 接 不 同 的 網(wǎng) 格 : 實 體 與 實 體 的 界 面 2 D或 3 D 相 同 或 相 似 的 單 元 類 型 單 元 面 在 同 一 表 面 上 ， 但 結(jié) 點 位 置 不 重 合 有限元分析及應(yīng)用講義 59l 建 立 轉(zhuǎn) 動 自 由 度 和 移 動 自 由 度 之 間 的 關(guān)系 2. 連 接

49、不 相 似 的 單 元 類 型 :殼 與 實 體垂 直 于 殼 或 實 體 的 梁 . 有限元分析及應(yīng)用講義 60 3.建 立 剛 性 區(qū) 在 某 些 特 殊 情 況 下 ， 全 剛 性 區(qū) 給 出 了約 束 方 程 的 另 一 種 應(yīng) 用 全 剛 性 區(qū) 和 部 分 剛 性 區(qū) 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) 有限元分析及應(yīng)用講義 61 四 種 建 立 約 束 方

50、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(shù) 項 ，節(jié) 點 號 ， 自 由度 卷 標 和 方 程系 數(shù) . 有限元分析及應(yīng)用講義 62 以 現(xiàn) 有 的 約 束 方 程 為 基 礎(chǔ) 生 成 約 束 方 程 ：1. 生 成 第 一 個 約 束 方 程 : Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Constraint Eqn.2. 生 成 其 余 的 約 束 方 程 : Main Men

51、u: Preprocessor Coupling/Ceqn Gen w/Same DOF.Procedure1. .2. .3. . 生 成 的 約 束 方程 數(shù) .現(xiàn) 存 約 束 方程 中 的 節(jié) 點增 量 3.選 擇 OK 生 成 的 約 束 方程 的 起 始 序 號， 終 止 序 號 和增 量 有限元分析及應(yīng)用講義 63 通 過 “ 剛 性 區(qū) ” 來 建 立 約 束 方 程Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Rigid Region 拾 取 將 要 連 在 一 起 的 結(jié) 點 ， 然 后 單 擊 OKProcedure1. .2. .3. .

52、 1. 選 擇 將 要 使 用 的剛 性 區(qū) 的 類 型 （自 由 度 設(shè) 置 ） 2. 單 擊 OK 有限元分析及應(yīng)用講義 64 在 相 鄰 的 區(qū) 域 生 成 約 束 方 程 ：1. 從 網(wǎng) 格 較 密 的 區(qū) 域 中 選 擇 節(jié) 點2. 從 網(wǎng) 格 較 稀 的 區(qū) 域 中 選 擇 單 元 .Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Adjacent Regions3. 指 定 容 差 ， 此 容差 作 為 單 元 區(qū) 域中 最 小 單 元 長 度的 比 率 . 5. 單 擊 OK 4. 在 約 束 方 程 中將 要 使 用 的 自由 度 有限元分析及

53、應(yīng)用講義 65 Exercise 在 此 練 習(xí) 中 ， 將 使 用 約 束 方 程將 具 有 不 同 單 元 類 型 和 不 同 網(wǎng)格 的 兩 部 分 連 接 起 來 。 這 兩 部分 分 別 是 渦 輪 葉 片 段 及 葉 片 連接 的 基 座1. 恢 復(fù) 數(shù) 據(jù) 庫 文 件 （ eblade.db1）并 在 圖 形 窗 口 中 顯 示 單 元 .2. 選 擇 基 座 上 的 單 元 （ mat2）3. 選 擇 葉 片 底 面 上 的 節(jié) 點a.首 先 ， unselect附 在 底 座 單 元上 的 節(jié) 點 （ 接 第 2步 ） 4. 在 所 選 的 相 鄰 區(qū) 域 生 成 約 束方 程 . 5. 選 擇 everything6. 求 解 并 進 行 后 處 理. BaseBladeb.然 后 ， 在位 置 Z 0處reselect節(jié) 點