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3 有限元模型的建立 3.1 建模方法 由节点和元素构成的有限元模型与机械结构系统的几何外型基本是一致的。有限元模型的建立可分为直接法和间接法（也称实体模型 Solid Modeling），直接法为直接根据结构的几何外型建立节点和元素，因此直接法只适应于简单的结构系统。反之，间接法适应于节点及元素数目较多的复杂几何外型结构系统。该方法通过点、线、面、体积，先建立有限元模型，再进行实体网格划分，以完成有限元模型的建立。请看下面对一个平板建模的例子，把该板分为四个元素。若用直接建模法，如图3-1，首先建立节点1~9（如N，1，0，0 ），定义元素类型后，连接相邻节点生成四个元素（如E，1，2，5，4）。如果用间接法，如图3-2，先建立一块面积，再用二维空间四边形元素将面积分为9个节点及4元素的有限元模型，即需在网格划分时，设定网格尺寸或密度。注意用间接法，节点及元素的序号不容易控制，其节点等对象的序号的安排可能会与给定的图例存在差异。本章主要讨论直接法构建有限元模型，下一章介绍间接法（实体模型）有限元的建立。 3.2坐标系统及工作平面 空间任何一点通常可用卡式坐标（Cartesian）、圆柱坐标（Cylinder）或球面坐标（Sphericity）来表示该点的坐标位置，不管哪种坐标系者需要三个参数来来表示该点的正确位置。每一坐标系统都有确定的代号，进入ANSYS的默认坐标系是卡式坐标系统。上述的三个坐标系统又称为整体坐标系统，在某些情况下可通过辅助节点来定义局部坐标系统。 工作平面是一个参考平面，类似于绘图板，可依用户要示移动。欲显示工作平面可用如下操作： GUI:Utility MenuWork Plane GUI:Utility Menuwork PlaneDisplay Working Plane 欲设置平面辅助网格开关可用如下操作： GUI:Utility MenuWork PlaneWP Settings 相关命令 LOCAL,KCN,KCS,XC,YC,ZC,THXY,THYZ,THZX,PAR1,PAR2 定义局部坐标系统，以辅助有限元模型的建立，只要在建立节点前确定用何坐标系系统即可。 KCN:坐标系统代号，大于10的任何一个号码都可以。 KCS:局部坐标系统的属性。 KCS=0 卡式坐标；KCS=1 圆柱坐标；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。 Menu Paths: Unility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreat Local CSAt Specified Loc 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。 Menu Paths:Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to(CSYS Type) Menu Paths:Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toWorking Plane Menu Paths:Utility MenuWorkPlaneOffset WP toGlobal Origin /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。 相关命令 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,?。 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 Menu Paths:Main MenuPreprocessorCreateNodeIn Active CS Menu Paths Main MenuPreprocessorCreateNodeOn Working Plane 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