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KCS=2球面坐标;
XC,YC,ZC:
局域坐标与整体坐标系统原点的关系。
THXY,THYZ,THZX:
局域坐标与整体坐标系统X、Y、Z轴的关系。
MenuPaths:
UnilityMenu>
WorkPlane>
LocalCoordinateSystems>
CreatLocalCS>
AtSpecifiedLoc
CSYS,KSN
声明坐标系统,默认为卡式坐标系统(CSYS,0),KSN为坐标系统代号,1为柱面坐标系统,2为球面坐标系统。
ChangeActiveCSto>
(CSYSType)
WorkingPlane
OffsetWPto>
GlobalOrigin
/UNITS,LABEL
声明单位系统,表示分析时所用的单位,LABEL表示系统单位,如下所示
LABEL=SI(公制,公尺、公斤、秒)
LABEL=CSG(公制,公分、公克、秒)
LABEL=BFT(英制,长度=ft)
LABEL=BIN(英制,长度=in)
3.3节点定义
有限元模型的建立是将机械结构转换为多节点和元素相连接,所以节点即为机械结构中一个点的坐标,指定一个号码和坐标位置。
在ANSYS中所建立的对象(坐标系、节点、点、线、面、体积等)都有编号。
N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX
定义节点,若在圆柱坐标系统下x,y,z对应r,θ,z,在球面系统下对应r,θ,Ø
。
NODE:
欲建立节点的号码
X,Y,Z:
节点在目前坐标系统下的坐标位置
MainMenu>
Preprocessor>
Create>
Node>
InActiveCS
MenuPathsMainMenu>
OnWorkingPlane
NDELE,NODE1,NODE2,NINC
删除在序号在NODE1号NODE2间隔为NINC的所有节点,但若节点已连成元素,要删除节点必先删除元素。
例如:
NDELE,1,100,1!
删除从1到100的所有点
NDELE,1,100,99!
删除1和100两个点
Delete>
Nodes
NPLOT,KNUM
节点显示,该命令是将现有卡式坐标系统下节点显示在图形窗口中,以供使用者参考及查看模块的建立。
建构模块的显示为软件的重要功能之一,以检查建立的对象是否正确。
有限元型的建立程中,经常会检查各个对象的正确性及相关位置,包含对象视角、对象号码等,所以图形显示为有限元模型建立过程中不可缺少的步骤。
KNUM=0不显示号码,为1显示同时显示节点号
plot>
nodes
Numbering…(选中NODE选项)
NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3
节点列式,该命令将现有卡式坐标系统下节点的资料列示于窗口中(会打开一个新的窗口),使用者可检查建立的坐标点是否正确,并可将资料保存为一个文件。
如欲在其它坐标系统下显示节点资料,可以先行改变显示系统,例如圆柱坐标系统,执行命令DSYS,1。
List>
FILL,NODE1,NODE2,NFILL,NSTRT,NINC,ITIME,INC,SPACE
节点的填充命令是自动将两节点在现有的坐标系统下填充许多点,两节点间填充的节点个数及分布状态视其参数而定,系统的设定为均分填满。
NODE1,NODE2为欲填充点的起始节点号码及终结节点号码,例如两节点号码为1(NODE1)和5(NODE2),则平均填充三个节点(2,3,4)介于节点1和5之间。
FillbetweenNds
NGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE
节点复制命令是将一组节点在现有坐标系统下复制到其它位置。
ITIME:
复制的次数,包含自己本身。
INC:
每次复制节点时节点号码的增加量。
NODE1,NODE2,NINC:
选取要复制的节点,即要对哪些节点进行复制。
DX,DY,DZ:
每次复制时在现有坐标系统下,几何位置的改变量。
(-Modeling-)Copy>
(-Nodes-)Copy
3.4元素的定义
当节点建立完成后,必须使用适当元素,将机械结构按照节点连接成元素,并完成其有限元模型。
元素选择正确与否,将决定其最后的分析结果。
ANSYS提供了120多种不同性质与类别的元素,每一个元素都有其固定的编号,例如LINK1是第1号元素、SOLID45是第45号元素。
每个元素前的名称可判断该元素适用范围及其形状,基本上元素类别可分为1-D线元、2-D平面元素及3-D立体元素。
1-D线元素同两点连接而成,2-D元素由三点连成三角形或四点连成四边形,3-D元素可由八点连接成六面体、四点连接成角锥体或六点连接成三角柱体。
每个元素的用法在ANSYS的帮助文档中都有详细的说明,可用HELP命令查看。
建立元素前必须先行定义使用者欲选择的元素型号、元素材料特性、元素几何特性等,为了程序的协调性一般在/PREP7后,就定义元素型号及相关资料,只要在建立元素前说明使用哪种元素即可。
ET,ITYPE,Ename,KOPT1,KOPT2,KOPT3,KOPT4,KOPT5,KOPT6,INOPR
元素类型(ElementType)为机械结构系统的含的元素类型种类,例如桌子可由桌面平面单元各桌脚梁单元构成,故有两个元素类型。
ET命令是由ANSYS元素库中选择某个元素并定义该结构分析所使用的元素类型号码。
ITYPE:
元素类型的号码
Ename:
ANSYS元素库的名称,即使用者所选择的元素。
KOPT1~KOPT6:
元素特性编码。
PreprocessorElementType>
Add/Edit/Delete
MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4
定义材料的属性(MaterialProperty),材料属性为固定值时,其值为C0,当随温度变化时,由后四个参数控制。
MAT:
对应ET所定义的号码(ITYPE),表示该组属性属于ITYPE。
Lab:
材料属性类别,任何元素具备何种属性在元素属性表中均有说明。
例如杨氏系数(Lab=EX,EY,EZ),密度(Lab=DENS),泊松比(Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX),剪切模数(Lab=GXY,GYZ,GXZ),热膨胀系数
(Lab=ALPX,ALPY,ALPZ)等。
Menupaths:
MatialProps>
Isotropic
R,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6
定义”实常数”,即某一单元的补充几何特征,如梁单元的面积,壳单元的厚度。
所带的的参数必须与元素表的顺序一致。
RealConstants
E,I,J,K,L,M,N,O,P
定义元素的连接方式,元素表已对该元素连接顺序作出了说明,通常2-D平面元素节点顺序采用顺时针逆时针均可以,但结构中的所有元素并不一定全采用顺时针或逆时针顺序。
3-D八点六面体元素,节点顺序采用相对应的顺时针或逆时针皆可。
当元素建立后,该元素的属性便由前面所定义的ET,MP,R来决定,所以元素定义前一定要定义ET,MP,R。
I~P为定义元素节点的顺序号码。
Elements>
ThruNodes
EGEN,IIME,NINC,IEL1,IEL2,IEINC,MINC,IINC,RINC,CINC
元素复制命令是将一组元素在现有坐标下复制到其他位置,但条件是必须先建立节点,节点之间的号码要有所关联。
复制次数,包括自己本身。
NINC:
每次复制元素时,相对应节点号码的增加量。
IEL1,IEL2,IEINC:
远取复制的元素,即哪些元素要复制。
EPLOT
元素显示,该命令是将现有元素在卡式坐标系统下显示在图形窗口中,以供使用者参考及查看模块。
Elements
PlotCtrls>
Numbering…
ELIST
元素列示命令是将现有的元素资料,以卡式坐标系统列于窗口中,使用者可检查其所建元素属性是否正确。
Element>
(AttributesType)
TYPE,ITYPE
声明使用哪一组定义了的元素类型,与ET命令相对应。
ElemAttributes
Define>
DefaultAttribs
REAL,NSET
声明使用哪一组定义了的实常数,与R命令相对应。
同上。
MAT,MAT
使用哪一组定义了的元素属性,与MP命令相对应。
3.5负载定义
ANSYS中有不同的方法施加负载以达到分析的需要。
负载可分为边界条件(boundarycondition)和实际外力(externalforce)两大类,在不同领域中负载的类型有:
结构力学:
位移、集中力、压力(分布力)、温度(热应力)、重力
热学:
温度、热流率、热源、对流、无限表面
磁学:
磁声、磁通量、磁源密度、无限表面
电学:
电位、电流、电荷、电荷密度
流体力学:
速度、压力
以特性而言,负载可分为六大类:
DOF约束、力(集中载荷)、表面载荷、体积载荷、惯性力有耦合场载荷。
1.DOFconstraint(DOF约束)将给定某一自由度用一已知值。
例如,结构分析中约束被指定为位移和对称边界条件;
在热力学分析中指定为温度和热通量平行的边界条件。
2.Force(力)为施加于模型节点的集中荷。
如在模型中被指定的力和力矩。
3.Surfaceload(表面载荷)为施加于某个面的分布载荷。
例如在结构分析中为压力。
4.Bodyload(体积载荷)为体积的或场载荷。
在结构分析中为温度和fluences。
5.Inertialloads(惯性载荷)由物体惯性引起的载荷,如重力和加速度,角速度和角中速度。
6.Coupled-fieldloads(耦合场载荷)为以上载荷的一种特殊情况,从一种分析得到的结果用作为另一种分析的载荷。
/SOLU
进入解题处理器,当有限元模型建立完以后,便可以进入/SOLU处理器,声明各种负载。
但大部分负载的载声明也可在/PREP7中完成,建义全部负载在/SOLU处理中进行声明。
/ANTYPE,Antype,Status
声明分析类型,即欲进行哪种分析,系统默认为静力学分析。
Antype=STATICor0静态分析(系统默认)
BUCKLEor1屈曲分析
MODALor2振动模态分析
HARMICor3调和外力动和系统
TRANSor4瞬时动力系统分析
Prprocessor>
Loads>
NewAnalysis
Restart
Solution>
F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC
定义节点的集中力(Force).
NODE:
节点号码。
外力的形式。
Lab=FX,FY,FZ,MX,MY,MZ(结构力学的方向、力矩方向)
=HEAT(热学的热流量)
=AMP,CHRG(电学的电流、载荷)
=FLUX(磁学的磁通量)
VALUE:
外力的大小。
NODE,NEND,NINC:
选取施力节点的范围,故在建立节点时应先规划节点的号码,以方便整个程序的编辑。
Apply>
(LoadType)>
OnNode
D,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,…,Lab6
定义节点自由度(DegreeofFreedom)的限制。
选取自由度约束节点的范围。
相对元素的每一个节点受自由度约束的形式。
DX,DY,DZ(直线位移);
ROTX,ROTY,ROTZ(旋转位移)。
TEMP(温度)。
PRES(压力);
VX,VY,VZ(速度)。
MAG(磁位能);
AX,AY,AZ(向量磁位能)。
VOLT(电压)。
(displacementtype)>
OnNodes
SFBEAM,ELEM,LKEY,Lab,VALI,VALJ,VAL2I,VAL2J,IOFFST,JOFFST
定义在梁元素上的分布力。
ELEM:
元素号码。
LKEY:
建立元素后,依节点顺序梁元素有四个面,该参为分力所施加的面号。
PRES(表示分布压力)。
VALI,VALJ:
在I点及J点分布力的值。
Plessure>
OnBeams
SFE,ELEM,LKEY,Lab,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4
定义分布力作用于元素上的方式和大小,元素可分为2-D元素及3-D元素,如图3-3所示。
VAL1~VAL4为初建元素时节点顺序。
建立元素后,依节点顺序,该分布力定义施加边或面的号码
力的形式。
Lab=PRES结构压力
=CONV热学的对流
=HFLUX热学的热流率
VAL1~VAL4:
相对应作用于元素边及面上节点的值。
(loadtype)>
(typeoption)
SF,NlisT,Lab,VALUE1,VALUE2
定义节点间分布力。
该命令和SFE命令相似,均为定义分布力。
但SFE指定特定元素分布力,作用于元素的边、面上的状态,故适用于非均匀分布力。
SF适用于均匀载荷,分布力作用于Nlist节点所包含元素的边及面。
如图3-4所示。
Nlist:
分布力作用的边或面上的所有节点。
通常有NSEL命令选择节点为Active节点,然后设定Nlist=ALL,表示Nlist含有NSEL所选择的所有节点。
VALUE1:
作用分布力的值。
VALUE2:
若Lab=CONV,该值为对流的外界温度,其他领域的分析不使用该参数。
NSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KABS
完成有限元模型节点、元素建立后,选择对象非常重要,正常情况下在ANSYS中所建立的任何对象(节点、元素),皆为有效(Active)对象,只有是Active对象才能对其进行操作,为配合建模简化命令,可适时选取某些对象为Active对象,再对其进行操作。
Type:
选择方式。
Type=S选择一组节点为Active节点
=R在现有的Active节点中,重新选取Active节点
=A再选择某些节点,加入Active节点中
=U在现有Active节点中,排除某些节点
=ALL选择所有节点为Active节点
Item:
资料卷标
Item=NODE用节点号码选取
=LOC用节点坐标选取
Comp=(无)(Item=NODE)
=X(Y,Z)(表示节点X(Y,Z)为准,当Item=LOC)
VIMIN,VMAX,VINC:
选取范围,Item=NODE其范围为节点号码,Item=LOC范围为Comp坐标的范围。
如图(3-5)所示。
3.6求解
求解前先保存数据库,将Output窗口提到最前面观察求解信息,然后在OLU处理器里,输入SOLVE命令即可求解。
GUI路径为MainMenu:
-Solve-CurrentLS。
如果求解失败,典型的原因有:
1)约束不够(通常出现的问题)。
2)材料性质参数有负值,如密度值等。
3)示约束铰接结构,如两个水平运动的梁单元在坚直方向没有约束。
4)屈曲—当应力刚化效应为负(压)时,在载荷作用下整个结构刚度弱化。
如果刚度减小到0或更小时,求解存在奇异性,因为整个结构已发生屈曲。
5)模型中有非线性单元。
3.7用POST1进行结果后处理
1.进入POST1
命令:
/POST1
GeneralPostproc
2.读取结果
依据载荷步和子步号或者时间读取出需要的载荷步和子步结果。
SET
GeneralPostproc>
ReadResults-Loadstep
3.绘变形图
PLDISP,KUND
KUND=0显示变形后的的结构形状
KUND=1同时显示变形前及变形后的的结构形状
KUND=1同时显示变形前及变形后的的结构形状,但仅显示结构外观
GeneralPostprocessor>
PlotResults>
DeformedShape
4.变形动画
以动画的方式模拟结构静力作用下的变形过程
Plotctrls>
Animate>
5.列表支反力
在任一方向,支反力总和必等于在此方向的载荷总和
ListResults>
RectionSolution…
6.应力等值线与应力等值线动画
应力等值线方法可清晰描述一种结果在整个模型中的变化,可以快速确定模型中的危险区域。
-ContourPlot-NodalSolution…
应力等值线动画
4实体模型的建立
4.1实体模型简介
在上一章里已介绍了有限的直法建模,但该方法对复杂的结构,建立过程复杂而且容易出错,因此这里引入实体模型的建立,与一般的CAD软件一样,利用点、线、面、体积组合而成。
实体模型几何图形决定之后,由这界来决定网格,即每一线段要分成几个元素或元素的尺寸是多大。
决定了每边元素数目或尺寸大小之后,ANSYS的内建程序即能自动产生网格,即自动产生节点和元素,并同时完成有限元模型。
4.2实体模型的建立方法
实体模型建立有下列方法:
1)由下往上法(bottom-upMethod)
由建立最低单元的点到最高单元的体积,即建立点,再由点连成线,然后由线组合成面积,最后由面积组合建立体积。
2)由上往下法(top-downmethod)及布尔运算命令一起使用
此方法直接建立较高单元对象,其所对应的较低单元对象一起产生,对象单元高低顺序依次为体积、面积、线段及点。
所谓布尔运算为对象相互加、减、组合等。
3)混合使用前两种方法
依照个人的经验,可结合前两种方法综合运用,但应考虑到要获得什么样的有限元模型,即在网格化分时,要产生自由网格划分或对应网格划分。
自由网格划分时,实体模型
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