ANSYS建立实体模型.pptx

第3章 建立实体模型,实体模型是分析的基础，约束和载荷加载在实体模型才能进行分析计算实体模型的建立，可以视为前处理器中阶段性的任务设计工程师可以通过CAD软件所提供的构建、旋转、平移、放大、缩小等功能，达到建立、查看和修改产品实体模型的目的ANSYS中实体模型的来源有两种，一种方法可以通过常用的中间文件格式导入；另外一种方式就是在ANSYS前处理器中直接建模当来自CAD软件时，可以通过IGES,SAT,STEP,PARASOLID等中间文件格式进行转换，而输入ANSYS，或者经由直接转换界面，将CAD模型直接转换至ANSYS中使用这种方式时，最好先在CAD软件中对模型进行简化，再把模型输出，这样可以节省处理模型的时间3.1 实体建模概述,直接在ANSYS中建立实体模型时，可以分为从上而下（Top-Down）和从下而上（Bottom-Up）两种建模方法从上而下的方法，必须先建立一些基础几何单元，如方块、圆柱体等然后，再将这些基础单元以堆积木的方式，通过布尔运算的技巧组合成最后的实体模型通过这种方式建立的实体模型，形状比较规则，所以一般适用于结构形状比较简单的模型由下而上的方法，则必须先定义一些物体上的重要参考点（Key point），然后再从点连接成线，由线组合成面，再由面合并成一个体，最后由体再组合成完整的实体模型。

在上面的组合过程中，往往也需要用到布尔运算的技巧，才能完成最后的实体模型虽然实体模型建立的方式可分为这两种方式，但是在实际应用中大部分的实体模型都是通过综合运用以上两种方式来生成的3.2 导入CAD软件创建的实体模型,为了提高工作效率，通常在商业CAD软件中建立复杂的产品实体模型，然后通过ANSYS和CAD软件的接口将CAD模型导入到ANSYS系统中3.2.1 图形交换数据格式,将CAD模型文件导入ANSYS可以通过以下3种方法实现中间格式：IGES、SAT、STEP等双向接口：即ANSYS与UG、Pro/E、ADAMS、FEMAP、PATRAN、I-DEAS、COSMOS、ALGOR等软件的有限元模型可相互转换直接几何接口：即ANSYS可直接调入Pro/E、UG、SAT、Parasolid、Solid Works、Solid Edge等软件生成的几何模型3.2.2 IGES格式实体的导入,IGES（Initial Graphics Exchange Specification）是一种被广泛接受的中间标准格式，用来在不同的CAD和CAE系统之间交换几何模型使用该文件格式可以输入全部或者部分模型文件，因而用户可以通过它来输入模型的全部或者一部分从而减轻建模工作量，然后在ANSYS里对输入的模型进行修改。

对于输入IGES文件，ANSYS提供如下两种选项：1．SMOOTH选项2．FACETED选项,3.2.3 SAT格式实体的导入,ACIS（Andy CharlesIan’s System）是在三维造型应用中做为“几何引擎”而设计的一种面向对象的几何造型套装工具软件，提供了一种开放式体系结构框架，用于从某个通用的、统一的数据结构中产生线框、表面和立体的模型由Spatial Technology公司开发，已经成为立体造型技术的标准sat是基于该3D建模引擎的文件格式3.2.4 Parasolid格式实体的导入,Parasolid是由Unigraphics Solutions Inc 在Cambridge， England合作开发， 用于Unigraphics和Solid Edge 产品中Parasolid是一个严格的边界表示的实体建模模块，它支持实体建模，通用的单元建模和集成的自由形状曲面/片体建模Parasolid被设计用于机械CAD/CAM/CAE应用，但也用于建筑工程结构和虚拟现实应用中，目前已经被广泛使用3.2.5 STEP格式的导入,产品模型数据交换标准STEP是国际标准化组织(ISO)所属技术委员会TC184(工业自动化系统技术委员会)下的“产品模型数据外部表示”(ExternalRepresentationofProductModelData)分委员会SC4所制订的国际统一CAD数据交换标准。

ANSYS没有提供直接导入STEP格式的模型要把STEP格式的模型导入ANSYS，首先用其他CAD软件（如Solidworks、UG、CATIA等）保存为Parasolid、IGES、SAT的格式，然后按照上面的方法再导入ANSYS3.2.6 导入SolidWorks中创建的叶片模型,图 导入的叶片模型,3.2.7 导入UG绘制的轴承模型,图 在ANSYS中显示导入的轴承模型,3.2.8 导入SolidEdge中绘制的联轴器模型,图 在ANSYS中显示导入的联轴器模型,3.3 对输入模型的修改,CAD模型输入ANSYS后模型并不一定可以直接在ANSYS中可以使用，主要原因包括：CAD程序可能用一种与ANSYS不完全一致，带有特殊格式的方式来定义图元CAD文件用一种看起来正确但对有限元分析工具却会产生问题的方法生成的CAD文件可能包含难以进行网格划分的物理细节对模型进行修改时，需要知道实体模型和有限元模型中图元的层次关系，不能删除依附于较高级图元上的低级图元否则会引起模型错误例如不能删除依附于面上的线，依附于体上的面等3.4 ANSYS环境内直接建模方法,对于一些如梁，对称轴等简单几何图形表达的产品模型，不需要使用CAD软件构建，而可以直接在ANSYS内使用建模工具快速建立模型，ANSYS中提供了两种建模方法，即自上而下创建几何模型和自下而上创建几何模型。

3.4.1 自上而下创建几何模型,所谓的自上而下的建模方法是指从较高级的实体图元构造模型的方法ANSYS软件允许通过创建线、面和体等几何体素的方法构造几何模型当构造一种体素时，ANSYS将自动生成所有从属于该体素的较低图元，例如构造立方体时，立方体的点，线，面等低级图元自动生成自上而下的产品设计最初考虑的是产品应实现的功能，最后才考虑实现这些功能的几何结构，它符合设计人员的思维过程，在产品设计的最初就将产品的功能、关键约束等重要信息确定下来，同时分配给各子系统，便于实现多个子系统的协同3.4.2 自下而上建模几何模型,所谓的自下而上的建模方法是指首先首先定义关键点，然后利用这些关键点定义较高级的实体图元，即线、面和体，从而完成建模过程的建模方法关键点是实体模型中最低级的图元在构造实体模型时，需要注意的是自下向上构造的有限元模型是在当前激活的坐标系内定义的用户可以根据需要自由地组合自下向上和自上向下的建模技术注意几何体素是在工作平面内创建的，而自下向上的建模技术是在激活的坐标系上定义的3.5 坐标系简介,在不同的分析阶段，ANSYS使用到了多种坐标系每种坐标系的定义和作用是不同的主要包括以下几种。

总体和局部坐标系：用来定位几何形状参数的空间位置显示坐标系：用于几何形状参数的列表和显示点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向结果坐标系：用来列表、显示节点或单元结果3.5.1 总体和局部坐标系,总体坐标系和局部坐标系是用来定位几何体默认情况下，建模操作时使用的坐标系是总体笛卡尔坐标系但是很多情况下，采用其它坐标表达形式往往会更加方便，比如旋转模型时需要用到柱坐标表达形式1．总体坐标系2．局部坐标系,3.5.2 显示坐标系,显示坐标系可用于几何形状参数的列表和显示在默认情况下，即使在其它坐标系中定义的节点和关键点，其列表显示输出的坐标值也是它们的总体笛卡儿坐标值，虽然可以改变显示坐标系，但一般不建议这样做另外，通过修改显示坐标系的种类，可以从不同角度查看一个模型例1：先在总体笛卡尔坐标系中创建4个点，然后在一个点创建局部坐标系，给其编号为12，然后修改显示坐标系为与局部坐标系12重合，此时可以看到原来四个点在新的显示坐标系下的排布3.5.3 节点坐标系,节点坐标系用于定义节点自由度的方向每个节点都有自己的节点坐标系，默认情况下，它总是平行于总体笛卡尔坐标系。

但很多情况下需要改变节点坐标系将节点坐标系旋转到激活坐标系的方向即节点坐标系的X轴转成平行于激活坐标系的X轴或R轴，节点坐标系的Y轴旋转到平行于激活坐标系的Y轴或θ轴，节点坐标系的Z轴转到平行于激活坐标系的Z轴或φ轴例2：在半圆弧上建立5个节点，为其指定新的节点坐标系，使其节点坐标的x轴指向圆心3.5.4 单元坐标系,每个单元都有自己的坐标系，单元坐标系用于规定正交材料特性的方向、面压力的方向和结果（如应力和应变）的输出方向所有的单元坐标系都是正交右手系大多数单元坐标系的默认方向遵循以下规则：线单元的X轴通常从该单元的I节点指向J节点壳单元的X轴通常也取I节点到J节点的方向，Z轴过I点且与壳面垂直，其正方向由单元I、J和K节点按右手法则确定，Y轴垂直于X轴和Z轴二维和三维实体的单元坐标系总是平行于总体笛卡尔坐标系3.5.5 结果坐标系,在求解过程中，得到的结果数据有位移、应力、应变等在对结果数据进行显示、列表和单元数据存储时，这些数据通常先被变换到激活的结果坐标系（默认为总体坐标系）下，然后再输出可以将激活的结果坐标系切换到总体坐标系或自定义的局部坐标系以及求解用坐标系（如节点和单元坐标系）。

采用的方法如下：命令：RSYSGUI：Main Menu|General Postproc | Options for OutputGUI：Main Menu|List |Results |Options3.6 工作平面的使用,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考虑光标与工作平面的关系，光标就像一个点在工作平面上来回移动，工作平面可以不平行于显示屏工作平面是一个无限的平面，有原点、二维坐标系等，它只是建模的辅助工具，在建立几何模型时，体素一般只能在当前工作平面内创建工作平面是与坐标系独立存在的，除非打开了工作平面轨迹跟踪进入ANSYS时，有一个默认的工作平面，即总体笛卡尔坐标系的XY平面工作平面可以根据需要被移动和旋转3.6.1 定义一个新的工作平面,用户可以用下列方法定义一个新的工作平面1）由三点定义一个工作平面，或通过一指定点的垂直于视向量的平面定义为工作平面2）由三节点定义一个工作平面，或把通过一指定节点的垂直于视向量的平面定义为工作平面。

3）由三个关键点定义一个工作平面，或把通过一指定关键点的垂直于视向量的平面定义为工作平面4）由过一指定线上的点的垂直于该直线的平面定义为工作平面5）通过现有坐标系的X和Y（或R和Θ）平面定义工作平面3.6.2 控制工作平面的显示和样式,为获得工作平面的位置、方向、增量等状态，可使用以下方法：命令：WPSTYL，STATGUI：Utility Menu| List| Status| Working Plane另外可以利用命令WPSTYL，DEFA将工作平面重置为缺省状态下的位置和样式3.6.3 移动工作平面,在实际操作中，用户可以将工作平面的原点移动到已知关键点、节点或任意的坐标点上1）将工作平面的原点移动到关键点的中间位置2）将工作平面的原点移动到节点的中间位置3）将工作平面的原点移动到指定点的中间位置4）偏移工作平面3.6.4 旋转工作平面,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X轴和Y轴使整个工作平面都旋转到一个新的位置旋转工作平面的方法如下：命令：WPROTAGUI：Utility Menu| WorkPlane| Offset WP by Increments。