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SHELL63ElasticQuadrilateralShell
SHELL938-NodeIsoparametricShell
2-DThermalSolids
PLANE352-D6-NodeTriangularSolid
PLANE75AxisymmetricHarmonicSolid
PLANE552-D4-NodeIsoparametricSolid
PLANE772-D8-NodeSolid
PLANE78AxisymmetricHarmonic8-NodeSolid
3-DThermalSolids
SOLID703-D8-NodeIsoparametricSolid
SOLID873-D10-NodeTetrahedralSolid
SOLID903-D20-NodeIsoparametricSolid
3-DThermalShells
SHELL57PlasticQuadrilateralShell
如何使用自适应网格划分:
基本过程
进行自适应网格划分的基本过程包括如下步骤:
1.象其他线性静力分析或稳态热分析一样,先进入前处理器(/PREP7或MainMenu>
Preprocessor)。
然后指定单元类型,实参和材料特性,要满足上面提到的条件。
2.用实体建模过程建立模型,用可以划分网格的面或体建模。
用户不需指定单元大小也不用划分网格,ADAPT宏会自动划分网格。
(如果要同时划分面和体网格,生成ADAPTMSH.MAC用户子程序-见后。
)
3.在PREP7中或在SOLUTION(/SOLU或MainMenu>
Solution)中指定分析类型,分析选项,载荷和载荷步选项。
在一个载荷步中仅施加实体模型荷载和惯性荷载(加速度,角加速度和角速度)。
(通过ADAPTBC.MAC用户子程序可以施加有限单元载荷,固连和约束方程。
通过ADAPTSOL.MAC用户子程序可以加入多个载荷步。
这些子程序在后面还要讨论。
4.如果在PREP7中,退出前处理器[FINISH]。
(可以在SOLUTION或在初始状态下激活ADAPT宏)。
5.用下列方法激活自适应求解。
Command:
ADAPT
GUI:
MainMenu>
Solution>
AdaptiveMesh
注意,可以在热或结构分析中使用ADAPT宏,但不能在一次自适应分析中同时进行这两种不同类型的计算。
在自适应网格划分的迭代过程中,单元的大小将作调整(在FACMN和FACMX指定的范围内)以减小或增加单元能量误差,直到误差满足指定的数值(或指定的最大求解次数)为止。
6.当自适应网格计算收敛时,程序自动将单元形状检查打开[SHPP,ON]。
然后返回SOLUTION或初始状态,这取决于激活ADAPT的状态。
接下来可以进入POST1用标准操作进行后处理。
修改基本过程
选择自适应性
如果用户清楚某个部分网格划分的误差相对影响较小时(如应力水平较低且变化较小),可以将这些区域从自适应网格划分中排除以加快分析速度。
同样,用户也许想将接近应力奇异点的部分(如集中载荷)排除掉。
选择逻辑操作可以解决这类问题。
图3-1选择自适应能改进有应力集中的模型
如果用户选择了一个关键点集,ADAPT宏仍将包含进所有的关键点(在选择的和未选择的关键点都作网格改动),除非将ADAPT命令(MainMenu>
AdaptiveMesh)中KYKPS设为1。
如果用户选择了一个面或体集,ADAPT宏将只在选择的区域调整网格大小。
此时必须在激活ADAPT宏之前在PREP7中对整个模型进行网格划分。
用用户子程序定制ADAPT宏
标准的ADAPT宏并不能满足特定的分析需要。
例如,用户可能想同时对面和体进行网格划分,这在标准宏当中是不可以的。
对于这种或其他一些类似情况,可以对ADAPT宏进行修改使之适用于特定的分析。
ANSYS程序用宏这种方式完成自适应网格划分,本身就使得用户可以对其进行相应的修改以适应不同的要求。
方便的是,用户不用总是通过修改ADAPT代码的方式来定制宏。
宏的三个部分可以用用户子程序的方法来修改,这个方法将ADAPT宏和用户文件分开,用户可以生成子程序由ADAPT宏来调用。
这三个部分是:
网格划分命令序列,边界条件命令序列和求解命令序列。
相应的用户子程序名为ADAPTMSH.MAC,ADAPTBC.MAC和ADAPTSOL.MAC。
下面看一下这三个子程序的功能:
生成用户网格划分子程序(ADAPTMSH.MAC)
缺省情况下,如果模型中包含一个或多个体时,ADAPT宏将只对体划分网格而不对面进行划分。
如果当前选择集中没有体,宏才对面进行划分。
如果要同时对面和体进行划分的话,就要生成用户子程序ADAPTMSH.MAC来提供相应的操作。
在重新划分网格之前要清楚所有这些实体中划分过网格的实体。
子程序大致如下:
C***SubroutineADATMSH.MAC-Yourname-JobName-DataCreated
TYPE,1!
指定划分网格的单元类型属性
ACLEAR,3,5,2!
清除本程序中要重新划分网格的面和体的网格
VCLEAR,ALL
AMESH,3,5,2!
对面3和5划分网格(ADAPT不对其他面划分网格)
TYPE,2!
改变单元类型,划分体
VMESH,ALL!
对所有体划分网格
请查阅TYPE,ACLEAR,VCLEAR,AMESH和VMESH命令得到更详细的解释。
我们建议将C***行包含在文件中以区别不同的宏。
这一行将在任务的输出中出现,就可以确认ADAPT宏正确地调用了用户子程序。
生成用户边界条件子程序(ADAPTBC.MAC)
ADAPT宏在每次求解循环时都要清除并重新划分网格,因此模型的结点和单元也要不断的改变。
这就使得所有的有限单元载荷,自由度固连,约束方程等施加在结点和单元的边界条件都不能使用。
如果要包含这些有限单元约束时,就要使用用户子程序,ADAPTBC.MAC。
在这个子程序中,可以选择结点然后定义有限单元载荷,自由度固连和约束方程。
下面是一个ADAPTBC.MAC的例子:
C***SubroutineADAPTBC.MAC-Yourname-HobName-DataCReated
NSEL,S,LOC,X,0!
选择X坐标为0的结点
D,ALL,UX,0!
令选择的所有结点UX为0
NSEL,S,LOC,Y,0!
选择Y坐标为0的结点
令选择的所有结点UY为0
NSEL,ALL!
选择所有结点
生成用户求解子程序(ADAPTSOL.MAC)
ADAPT宏中的求解命令序列很简单:
/SOLU
SOLVE
FINISH
这个缺省的命令序列只能求解单个载荷步。
用户可以将其他的命令序列加入用户子程序ADAPTSOL.MAC中。
关于用户子程序的一些其他说明
用户可以象生成其他文件一样生成这些子程序。
就是说可以用APDL语言的*CREATE命令(UtilityMenu>
Macro>
CreateMacro)和APDL的*END命令,也可以用外部的文件编辑器。
当ADAPT宏调用这些子程序时,软件先搜索ANSYS根目录,再搜索用户根目录,最后是当前目录。
因此,要确保其他目录中不包括与所用文件同名的文件。
解释行(C***)会在输出文件中出现,可以通过它来检查是否使用了正确的文件。
另外,通过在运行ADAPT宏之前用/PSEARCH,OFF(UtilityMenu>
MacroSearchPath)指定软件只搜索ANSYS根目录和用户当前目录可以从某种程度上减少文件混用的可能。
不管这些子程序在什么位置,它们都能被找到,除非将ADAPT命令的KYMAC选项设为1。
定制ADAPT宏(UADAPT.MAC)
有些情况下用户需要修改ADAPT宏但不能通过单独的用户子程序的方式,那么就需要直接修改ADAPT宏的主体。
但是,因为某些原因,我们不推荐直接对ADAPT宏进行修改。
(例如,别的用户和你同时使用一个软件,在调用ADAPT宏时会发现宏被修改了!
)因此,在ANSYS安装中支持一个宏的拷贝文件UADAPT.MAC,便于用户修改。
如果对UADAPT.MAC文件进行了修改,我们建议对修改后的文件取一个新的文件名。
然后在调用时输入这个文件名。
要知道的是,如果新文件名是一个“unknowncommand”,ANSYS将搜索上级目录,然后是登录的目录,最后是工作目录,直到找到这个宏为止。
如果修改的宏只能为一个用户使用,那么存储的位置应在用户登录目录的层次之下(不能等于或高于这个目录层次)。
这样,存储的低层次的文件可以通过*USE命令(UtilityMenu>
macro>
ExecuteDataBlock)来调用。
自适应网格划分的一些说明
下面的建议可能有助于自适应网格划分的使用:
不需指定初始网格大小,但指定大小可能有利于自适应收敛。
如果用户指定了关键点网格大小,ADAPT宏在第一次循环时使用这个值,然后在随后的循环中进行调整。
用下列命令指定单元大小:
Command:
KESIZE
GUI:
Preprocessor>
-Meshing-SizeCntrls>
-Keypoints-AllKPs
-Keypoints-PickedKPs
如果定义了线分段数或大小比例,ADAPT宏将在每次循环中都使用这个数值而不作改变。
如果没有定义任何形式的网格份数,在初始网格划分时将使用缺省的网格大小[参见SMRTSIZE和DESIZE命令]。
用下列方法指定线分段数或大小比例:
LESIZE
-Lines-AllLines
-Lines-PickedLines
•映射网格划分适用于2-D实体和3-D壳单元。
但面的映射划分效果不明显。
•映射网格划分适用于3-D实体。
对体进行映射划分比自由划分效果要好的多。
•总体上说,在自适应网格中有中间结点的单元比线性单元要好。
•不要用集中载荷或尖角等引起奇异性的结构,因为此时ADAPT在这些奇异点处能量值将不收敛。
如果模型中有集中载荷时,将其用施加在一个小面上的压力等效。
(或通过选择将奇异部分排除在自适应网格划分之外。
•在许多情况下,用一系列相对小的区域替代少数几个大的区域将得到更好的网格划分。
•如果最大响应位置已知或事先可以推测,就在附近放置一个关键点。
•如果是在交互方式下运行ADAPT,而ANSYS在没有提示出错信息时突然退出,可以在Jobmame.ADPT文件中查看自适应网格划分部分以确定出错原因。
同样,在批处理方式下运行ADAPT时,可以看Jobname.ADPT确定出错原因。
•如果模型中有些区域有过度的扭曲时,在网格划分中就会出错。
在这种情况下,用KESIZE命令(MainMenu>
-Keypoints-PickedKPs)中SIZE域指定扭曲区域附近关键点的最大单元长度。
同时,ADAPT命令中的FACMX将设为1,阻止过度扭曲部分单元大小增加。
•应当存储结果文件(Jobname.RST或Jobname.RTH)。
在ADAPT运行过程中程序如果发生中断,结果文件中将保存ADAPT过程已完成求解的内容。
•在自适应网格运行之前应输入SAVE命令(UtilityMenu>
File>
SaveasJobname.db)。
在程序出错中断时,可以用Jobname.db重新启动计算。
自适应网格划分实例
问题描述
求解如下图结构,在承受热载荷时E点的温度。
几何尺寸和材料特性等参数见下图所示。
/PREP7
SMRT,OFF
/TITLE,TWODIMENSIONALHEATTRANSFERWITHCONVECTION
ANTYPE,STATIC
ET,1,PLANE55
MP,KXX,1,52.0
K,1
K,2,.6
K,3,.6,1.0
K,4,,1.0
K,5,.6,.2
L,1,2
L,2,5
L,5,3
L,3,4
L,4,1
AL,ALL
DK,1,TEMP,100,,1
DK,2,TEMP,100,,1
SFL,2,CONV,750.0,,0.0
SFL,3,CONV,750.0,,0.0
SFL,4,CONV,750.0,,0.0
ADAPT,10,,5,0.2,1!
误差为5%,循环10次,网格大小比例在0.2到1之间LOOPS
/POST1
PLNSOL,TEMP!
显示温度场分布
《ANSYSVerificationManual》中的实例:
VM193二维热对流的自适应分析
VM205均布载荷下椭圆薄膜的自适应分析
第四章子结构
什么是子结构?
子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。
这个单一的矩阵单元称为超单元。
在ANSYS分析中,超单元可以象其他单元类型一样使用。
唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。
子结构可以在ANSYS/Mutiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。
使用子结构主要是为了节省机时,并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。
原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。
在非线性分析中,可以将模型线性部分作成子结构,这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。
在有重复几何结构的模型中(如有四条腿的桌子),可以对于重复的部分生成超单元,然后将它拷贝到不同的位置,这样做可以节省大量的机时。
子结构还用于模型有大转动的情况下。
对于这些模型,ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。
在三维情况下,子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。
在大转动模型中,用户在使用部分之前无须对子结构施加约束,因为每个子结构都是作为一个单元进行处理,是允许刚体位移的。
另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算机系统太庞大了。
这样,用户可以通过子结构将问题分块进行分析,每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。
如何使用子结构
子结构分析有以下三个步骤:
●生成部分
●使用部分
●扩展部分
生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。
凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。
主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,提取模型的动力学特性。
图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。
由于接触单元需要迭代计算,将板状构件形成子结构将显著地节省机时。
本例中,主自由度是板与接触单元相连的自由度。
图4-1子结构使用示例
使用部分就是将超单元与模型整体相连进行分析的部分。
整个模型可以是一个超单元,也可以象上例一样是超单元与非超单元相连的。
使用部分的计算只是超单元的凝聚(自由度计算仅限于主自由度)和非超单元的全部计算。
扩展部分就是从凝聚计算结果开始计算整个超单元中所有的自由度。
如果在使用部分有多个超单元,那么每个超单元都需要有单独的扩展过程。
图4-2示出了整个子结构分析的数据流向和所用的文件。
三个步骤的详细解释见以后的叙述。
图4-2典型子结构分析中的数据流向
生成部分:
生成超单元
本部分主要有两步:
1.建立模型。
2.施加边界条件,生成超单元矩阵。
第一步:
建立模型
在这一步中,指定文件名和分析名称,用PREP7定义单元类型,单元实参,材料特性和模型几何结构。
这些任务在ANSYS绝大多数分析中都是通用的,在ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide有所叙述。
在生成部分,需要记住以下几点:
文件名——在子结构分析中很有用处。
有效地使用文件名,在三部分分析中可以省略很多文件处理操作。
用以下方法指定文件名:
/FILENAME
UtilityMenu>
ChangeJobname
如:
/FILENAME,GEN
将生成过程中所有文件名都定义为GEN。
缺省的文件名是FILE(或file)或在进入ANSYS后定义的任意文件名。
单元类型——ANSYS提供的绝大多数单元都可以用来生成超单元。
唯一的限制是单元必须是线性的。
如果生成超单元时有双线性单元的话,ANSYS将自动作为线性单元处理。
注意:
在直接耦合中带载荷向量的耦合单元是不能做子结构分析的。
可以用同种形状的单元来替代。
细节参看ANSYSCoupled-FieldAnalysisGuide。
材料特性——定义所有必须的材料特性。
例如,如果生成质量矩阵,就必须定义密度或其他形式的质量;
如果要生成热传导矩阵,就要定义比热。
同样,超单元是线性的,非线性材料将被忽略。
模型生成——在生成部分,主要生成模型的超单元部分。
非超单元部分是在以后的使用部分生成的。
但是,在建模的开始就需要对模型的两个部分有所规划,主要是确定超单元部分和非超单元部分如何连接。
为了保证连接正确,应该保证接触部分结点号一致。
(其他可以方便用户的方法在本章“使用部分”一节还有介绍。
要生成整体模型应该这样做:
将模型存储在数据库文件中,选择子结构部分进行生成计算。
在以后的使用部分,RESUME(UtilityMenu>
Resumefrom)数据库文件,不选(unselect)子结构,用超单元矩阵代替。
第二步:
施加边界条件,生成超单元矩阵。
生成部分的结果包含超单元矩阵。
象其他分析一样,用户要定义分析类型和分析设置,施加边界条件,定义载荷步,开始计算。
如何完成这些工作见下面的叙述:
1.进入求解器:
/SOLU
Solution
2.定义分析类型和分析设置:
分析类型——选择生成超单元使用下列方法:
ANTYPE
-AnalysisType-NewAnalysis
新的分析或重启动——如果是开始一个新的分析时,只要指定分析类型(如上所述)即可。
如果是重启动计算,必须在ANTYPE命令中设定STATUS=REST(MainMenu>
-AnalysisType-Restart)。
如果要另外施加载荷时,可以用重启动。
(重启动时,初始运算后的Jobname.EMAT,Jobname.ESAV和Jobname.DB文件要存在。
超单元矩阵文件名——指定超单元矩阵文件名(Sename)。
程序将自动添加后缀.SUB,因此完整的文件名是Sename.SUB。
缺省是使用工作文件名[/FILENAME]定义超单元矩阵文件名,可以使用以下命令:
SEOPT
AnalysisOptions
要生成的矩阵——可以指定仅生成刚度矩阵(或传导矩阵,电磁系数矩阵);
生成刚度和质量矩阵(或热传导矩阵等);
生成刚度,质量和阻尼矩阵。
质量矩阵用于结构动力学分析和在使用部分有惯性载荷的情况下。
在热分析中,只有瞬态热分析才用到热传导矩阵。
对于其他分析和阻尼矩阵也大同小异。
用SEOPT命令或其GUI路径来定义。
输出矩阵——这个选项允许输出超单元矩阵。
可以指定输出矩阵和载荷向量,也可以只输出载荷向量。
缺省值是不输出任何矩阵。
要输出矩阵,用SEOPT命令或其相应的GUI路径。
质量矩阵形成——只在想生成质量矩阵时使用。
用户可以选择缺省生成(取决于所用单元类型)或集中质量近似。
对于绝大多数情况,推荐使用缺省生成的方式。
但是,在极薄构件的分析中,如细长杆或极薄壳体,集中质量近似将得到更好的结果。
用下列方法指定集中质量近似:
LUMPM
3.用下列方法定义主自由度:
M
MasterDOFs>
Define
在子结构中,主自由度有四种作用:
a.它们作为超单元与非超单元的边界。
应保证将超单元与非超单元接触的结点自由度都定义为超单元(在M命令中Lab=ALL),如图4-1所示。
当模型中只有超单元时同样要定义主自由度。
b.如果在动力学分析中使用超单元,那么主自由度规定了结果的动力学特性。
在ANSYSStructuralAnalysisGuide第三章的“Ma
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- ANSYS 高级 分析 指南