有限元法及其应用 课件 5 ANSYS分析过程.pptx

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5典型的ANSYS分析过程;;5.1创建有限元模型——前处理模块;A.ANSYS的单元类型;ANSYS单元库有近200种单元类型,其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。;;MASS21为具有6个自由度的点单元,即只有一个节点,每个坐标方向可以具有不同的质量和转动惯量。该单元无面荷载和体荷载,支持弹性、大变形和生死单元。;Link(杆)单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。

Beam(梁)单元用于梁柱结构、螺栓(杆)等连接件的模拟。

Combine单元用于弹簧,螺杆,或细长构件的模拟,或通过刚度等效替代复杂结构。

Pipe单元用于管件的模拟。;Shell单元用于薄面板或曲面模型。壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。

Plane单元:平面应力、平面应变、轴对称问题或谐结构。;用于由于几何、材料、载荷等原因造成无法采用更简单单元进行建模的结构。;ANSYS支持三种接触方式,即点对点、点对面和面对面的接触,接触单元是覆盖在模型单元接触面上的一层单元。点点单元用于模拟点对点的接触行为;点面单元用于模拟点对面的接触行为;面面单元用于模拟面对面的接触行为。;A.ANSYS的单元类型——接触单元;MPC184为多点约束单元,可模拟滑移、球铰、销钉、万向接头等约束,可用于机构运动学,如起重机、挖掘机、汽车、机床和机器人等。;MESH200是仅用来划分网格的单元,对计算结果毫无影响。为实现多步网格划分的操作而设计,可与任意其它单元一起使用,当不再需要它时,可以将其删除或保留。该单元可由2-20个节点组成,且不具有自由度、材料特性、实常数及荷载。;单元类型的选择准则:

在结构分析中,根据结构的几何特点、材料行为(如弹性、塑性、超弹性等)和受力特点确定单元类型。

选择维数最低的单元去获得预期的结果(尽量做到能选择点不选择线,能选择线不选择平面,能选择平面不选择壳,能选择壳不选择三维实体)。;B.实常数;C.材料属性;C.材料属性;C.材料属性;C.材料属性;C.材料属性;直接生成方法:直接创建节点并生成单元,在有限元模型构建过程中需记录所有的节点号,对于复杂及大模型易出错。

实体建模方??:建立几何模型,根据用户定义的单元尺寸及形状,由ANSYS程序自动生成有限元模型的节点(Nodes)和单元(Elements)。

实体建模方法通常比直接生成方法更加有效和通用,是首选方法。;划分网格过程:

设置单元属性

(包括单元类型、材料属性、实常数、截面等)

设置单元尺寸

生成网格;网格划分器选择;ANSYS提供了四种网格划分功能:

(1)自由网格划分(Free)

(2)映射网格划分(Mapped)

(3)扫掠网络划分(Sweep)

(4)自适应网格划分(Adaptive);(1)自由网格划分(Free);(2)映射网格划分(Mapped);映射网格划分不如自由划分网格方便,因为面和体的形状必须符合一定的要求:

面只能包含3或4条线,体只能包含4,5或6个面;

对于三角形或四面体,各边单元的分段数必须是偶数;

对于四边形或六面体,允许对边有不同的分段数,但是分段数必须满足一定的条件。;2、网格划分方法;确保形状规则——连接操作,连接两条或多条线生成一条新线,以减少构成面的线数。

PreprocessorMeshingConcatenateLines,然后拾取须连接的线。

对面进行连接:PreprocessorMeshingConcatenateAreas;(3)拖拉、扫掠网格划分(Sweep);(4)自适应网格划分(Adaptive);根据几何模型各部位的特点,可分别采用自由、映射、扫掠等多种网格划分方式,即混合网格划分,以形成综合效果尽量好的有限元模型。

对面模型(包括平面、曲面)一般采用自由网格划分方法,对规整体模型,可采用映射网格划分方法,面柱状的模型一般考虑使用扫掠网格划分。;网格数量

网格疏密

单元阶次

网格质量;网格数量影响计算的精度和效率。一般来讲,网格数量增加,计算精度会有所提高,但同时计算规模也会增加。

网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高,而计算时间不会有大的增加;当网格数量增加到一定程度后,再继续增加网格时精度提高甚微,而计算时间却有大幅度增加。

在静力分析时,如果仅仅是计算结构的变形,网格数量可以少一些。如果需要计算应力,应取相对较多的网格。;在结果变化梯度较大的部位(如应力集中处),为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格。

划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力),而计算固有特性时则趋于采用较均匀的网格形式。(固有频率和振型主要取决于结构质量

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