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ansys学习小结
A)几何建模方法
建模方法
有限元模型的建立方法可分为:
直接法:
直接根据机械结构的几何外型建立节点和单元,因此直接法只适应于简单的机械结构系统。
间接法:
适用于具有复杂几何外型、节点及单元数目较多的机械结构系统。
该方法通过点、线、面、体,先建立实体模型,再进行网格划分,以完成有限元模型的建立。
一般我们都是用间接法即实体建模。
实体模型由体,面,线,关键点等基本要素组成。
然后再进一步进行布尔拖拉、缩放、移动、复制、反射、合并、倒角、操作。
单元库
Mass21是由6个自由度的点元素,x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。
每个自由度的质量和惯性矩分别定义。
Link1Link8Link10Link11
Beam3单轴Beam4
Beam23单轴元素Beam443维弹性锥形不对称梁。
Beam54
Beam188
Beam189
Plane22维6节点3角形结构实体。
Plane25
Plane42
Plane82
Plane83
Plane145
Plane146
Plane182
Plane183
Solid453-D实体。
Solid46
Solid65
Solid92
单元类型的选择,首先你要对问题本身有非常明确的认识,然后,对于每一种单元类型,每个节点有多少个自由度,它包含哪些特性,能够在哪些条件下使用,在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述,要结合自己的问题,对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。
1.该选杆单元(Link)还是梁单元(Beam)?
这个比较容易理解。
杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力,杆单元不能承受弯矩,这是杆单元的基本特点。
梁单元则既可以承受拉,压,还可以承受弯矩。
如果你的结构中要承受弯矩,肯定不能选杆单元。
对于梁单元,常用的有beam3,beam4,beam188这三种,他们的区别在于:
1)beam3是2D的梁单元,只能解决2维的问题。
2)beam4是3D的梁单元,可以解决3维的空间梁问题。
3)beam188是3D梁单元,可以根据需要自定义梁的截面形状。
2.对于薄壁结构,是选实体单元还是壳单元?
对于薄壁结构,最好是选用shell单元,shell单元可以减少计算量,如果你非要用实体单元,也是可以的,但是这样计算量就大大增加了。
而且,如果选实体单元,薄壁结构承受弯矩的时候,如果在厚度方向的单元层数太少,有时候计算结果误差比较大,反而不如shell单元计算准确。
实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。
shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形),shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点,计算精度比shell63更高,但是由于节点数目比shell63多,计算量会增大。
对于一般的问题,选用shell63就足够了。
除了shell63,shell93之外,还有很多其他的shell单元,譬如shell91,shell131,shell163等等,这些单元有的是用于多层铺层材料的,有的是用于结构显示动力学分析的,一般新手很少涉及到。
通常情况下,shell63单元就够用了。
3.实体单元的选择。
实体单元类型也比较多,实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。
常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种。
其中把solid45,solid185可以归为第一类,他们都是六面体单元,都可以退化为四面体和棱柱体,单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。
Solid92,solid187可以归为第二类,他们都是带中间节点的四面体单元,单元的主要功能基本相同。
实际选用单元类型的时候,到底是选择第一类还是选择第二类呢?
也就是到底是选用六面体还是带中间节点的四面体呢?
如果所分析的结构比较简单,可以很方便的全部划分为六面体单元,或者绝大部分是六面体,只含有少量四面体和棱柱体,此时,应该选用第一类单元,也就是选用六面体单元;如果所分析的结构比较复杂,难以划分出六面体,应该选用第二类单元,也就是带中间节点的四面体单元。
新手最容易犯的一个错误就是选用了第一类单元类型(六面体单元),但是,在划分网格的时候,由于结构比较复杂,六面体划分不出来,单元全部被划分成了四面体,也就是退化的六面体单元,这种情况,计算出来的结果的精度是非常糟糕的,有时候即使你把单元划分的很细,计算精度也很差,这种情况是绝对要避免的。
六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的,他们的区别在于:
一个六面体单元只有8个节点,计算规模小,但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元,带中间节点的四面体单元恰好相反,不管结构多么复杂,总能轻易地划分出四面体,但是,由于每个单元有10个节点,总节点数比较多,计算量会增大很多。
前面把常用的实体单元类型归为2类了,对于同一类型中的单元,应该选哪一种呢?
通常情况下,同一个类型中,各种不同的单元,计算精度几乎没有什么明显的差别。
选取的基本原则是优先选用编号高的单元。
比如第一类中,应该优先选用solid185。
第二类里面应该优先选用solid187。
ANSYS的单元类型是在不断发展和改进的,同样功能的单元,编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强。
对于实体单元,总结起来就一句话:
复杂的结构用带中间节点的四面体,优选solid187,简单的结构用六面体单元,优选solid185
材料库
某些经常用到的材料模型,特别是比较复杂的条件,需要每次都要设定。
如果这时使用材料库文件,则可以通过保存材料的设置,使用时,通过读取材料库文件中相应的材料模型,即可实现重复利用!
创建步骤:
1。
Preprocessor>MaterialProps >MaterialLibrary>SelectUnits
选择材料模型定义的单位
2。
Preprocessor>MaterialProps >MaterialLibrary >LibraryPath
弹出SetMaterialLibraryPath对话框,设置创建和读入材料库文
件的路径
3。
设置完文件路径后,选择ExportMaterial,
弹出ExportMaterialLibraryFile对话框,输入文件名
(如Q235),材料参考号(如2)
点击OK,至此表示已将刚才定义的材料2存入文件Q235中!
材料库文件的读入:
1。
Preprocessor>MaterialProps >MaterialLibrary>ImportLibrary
弹出ImportMaterialLiabraryFile对话框,
在MAT中读入:
材料参考号
在FILE中读入:
文件名称
定义材料单位
单位制注释
无需告诉ANSYS所使用的单位制,只需确定要使用的单位制,在输入时保持输入数据单位一致即可。
–例如,如果几何模型的尺寸是英尺,确保其他输入数据—材料性质,实常数,荷载等—也以英制为单位。
ANSYS不进行单位换算!
它只简单的接受所输入的数据,不怀疑它们的合理性。
命令/UNITS允许指定单位制,但它只是作一个记录,让使用模型的用户知道所采用的单位。
ANSYS定义材料
使用材料库
•此方法允许用户对给定的材料,从材料库选取预先定义好的材料属性。
•ANSYS提供了一些常用的结构和热材料特性(仅线性),建议最好建立用户自己的材料库。
•从材料库中选择材料:
•先定义库的路径。
•MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>LibraryPath
•输入要读取的材料数据的位置,例如/ansys60/matlib。
•或使用/MPLIB命令。
•然后从库中输入一种材料。
•MainMenu>Preprocessor>MaterialLibrary>ImportLibrary
•选择单位制,这仅用来筛选后续对话框所列文件,ANSYS本身没有单位制概念,也不进行单位换算。
•选择想要的材料文件,如钢C1020。
•或使用MPREAD命令的LIB选项。
材料模型的GUI
指定材料属性
•这种方法,采用GUI方式直接指定想要的材料属性,以取代选择材料名称。
•指定材料属性:
–MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels
•双击合适的属性选项来定义材料属性。
•使用树形结构选中定义好的材料类型。
•然后输入各个材料的特征值。
•或使用MP命令
–mp,ex,1,30e6
–mp,prxy,1,.3
•添加温度相关的材料属性
•绘出材料属性—温度曲线
•复制材料模型到另一个材料表
•删除材料类型
•材料GUI收藏选项
•保存一些经常用的材料属性。
•允许按照当前选择的模型数据库来定义模板。
•不保存指定的材料和相关的数据。
只保存你喜欢的模板来注册ANSYS文件,以便后面的分析。
定义材料的列表
对材料属性,GUI在同一时刻只能显示一种材料。
多种材料属性需要通过列表来显示:
–UtilityMenu>List>Properties>AllMaterials
–或使用MPLIST命令
–注意:
非线性材料属性通过UtilityMenu>ListProperties>DataTables或者TBLIST命令来显示。
单元划分
对于有限元分析来说,网格划分是其中最关键的一个步骤,网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。
在ANSYS中,大家知道,网格划分有三个步骤:
定义单元属性(包括实常数)、在几何模型上定义网格属性、划分网格。
一、自由网格划分
自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一,它在面上(平面、曲面)可以自动生成三角形或四边形网格,在体上自动生成四面体网格
二、映射网格划分
映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法,其原始概念是:
对于面,只能是四边形面,网格划分数需在对边上保持一致,形成的单元全部为四边形;对于体,只能是六面体,对应线和面的网格划分数保持一致;形成的单元全部为六面体。
三、拖拉、扫略网格划分
对于由面经过拖拉、旋转、偏移(VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令)等方式生成的复杂三维实体而言,可先在原始面上生成壳(或MESH200)单元形式的面网格,然后在生成体的同时自动形成三维实体网格;
四、混合网格划分
混合网格划分即在几何模型上,根据各部位的特点,分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式,以形成综合效果尽量好的有限元模型。
五、利用自由度耦合和约束方程
对于某些形式的复杂几何模型,可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能来促成划分出优良的网格并降低计算规模。
六、利用子区模型等其它手段
子区模型是一种先总体、后局部的分析技术(也称为切割边界条件方法),对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型,可采用此手段,以尽量小的工作量来获得想要的结果。
可以进行哪些结构的求解
问题求解器有哪些
ANSYS程序中有几种解联立方程系统的方法:
稀疏矩阵直接解法,直接解
法,雅可比共轭梯度法(JCG),不完全乔类斯基共轭梯度法(ICCG),预条件
共轭梯度法(PCG),自动迭代法(ITER)。
除了子结构分析的生成过程与电磁
分析(使用正向直接解法),缺省为稀疏矩阵直接解法,作为这些求解器的补充,
ANSYS并行处理包括两个多处理器求解器,代数多栅求解器(AMG)与分布式求
解器(DDS)。
可用以下方法选择求解器:
命令行方式:
EQSLV
(具体一点说,是
/solu
antype,求解的类型,
EQSLV,Lab,TOLER,MULT
其中Lab可以选择上边提到的JCG、ICCG、PCG;后两个参数可以不管)
图形界面方式:
MainMenu>Preprocessor>Loads>AnalysisOptions
MainMenu>Solution>Sol'nControl:
Sol'nOptionsTab
MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions
MainMenu>Solution>AnalysisOptions
MainMenu>Solution>FastSol'nOptn
具体这些求解器适用于哪些场合,有哪些优缺点,参考资料里都有。
很容易搜到,篇幅挺长,不再赘述。
- 配套讲稿:
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