322建立几何模型.docx

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322建立几何模型

3.2.2建立几何模型

1、在给定位置生成关键点

运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS命令,在对话框的第二行中的三个框内分别输入第一点的

坐标值（0，0，0），点击“Apply”，然后依次输入2~16点的坐标值。

生成的关键点。

2、生成线

运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Splines>SplinesthruKPs命令，依次选择1，2，3，4，5，6，7，8，9九个点，单击“Apply”按钮,然后依次选择9，10，11，12，13，14，15，16，1九个点，单击“OK”按钮，生成线。

3、生成翼根面和翼梢面

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Byskinning命令,选择上下两条样条曲线，单击“OK”按钮，于是生成了翼根面。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Areas命令，选择翼根面后点击“OK”，在“DX”,“DY”选项中均输入0，在“DZ”选项中输入-0.79，然后点击“OK”按钮。

（3）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Scale>Areas命令，选择上一步中复制的面，单击“OK”，在第一行的空格中分别输入0.22、0.22、1，在最后一个选项中选择“Moved”选项，单击“OK”按钮。

（4）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Areas>Areas命令,选择上一步中缩小的面，单击“OK”，在出现的对话框中分别输入1.63、0、0，点击“OK”，完成对翼梢面的创建。

（5）最后得到翼根面和翼梢面。

4、生成上下蒙皮表面

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>BySkinning命令，分别选择翼根面和翼梢面下部的样条曲线，单击“Apply”，生成下表面。

（2）继续分别选择翼根面和翼梢面上部的样条曲线，单击“OK”，生成上表面。

5、划分网格生成节点

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Manualsize>Lines>PickedLines命令，分别拾取翼根面和翼梢面上下两条样条曲线，然后单击“Apply”，在“NDIV”选项后输入11，点击“Apply”按钮。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Manualsize>Lines>PickedLines命令，分别拾取前后缘的两条线，单击“OK”，在出现的对话框“NDIV”选项中输入6，点击“OK”按钮，完成网格划分设置。

（3）运行MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3or4sided命令，拾取上下表面，点击“OK”按钮生成上下面网格。

（4）运行MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>Targetsurf命令，拾取翼根面与翼梢面，点击“OK”按钮生成前后面网格。

（5）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>OnNodes命令，在出现的对话框中选择“PickAll”，生成关键点。

（6）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>OnKeypoints命令，在出现的对话框中选择“PickAll”，生成节点。

保存数据，在ANSYS工具条中单击SAVE_DB按钮。

3.2.3　建立板元素

1、清理无用的点、线、面

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Meshing>Clear>Areas命令，在弹出的对话框中选择“PickAll”。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>AreasOnly命令，在弹出的对话框中选择“PickAll”。

（3）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>LinesOnly命令，在弹出的对话框中选择“PickAll”。

（4）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>Keypoints命令，在弹出的对话框中选择“PickAll”。

（5）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>Nodes命令，选择创建原始翼根面的各点和重复的点，单击“OK”键。

生成的图形。

2、生成翼肋

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes命令,在该对话框的“TYPE”选项中选择“3SHELL63”，在“REAL”选项中选择3，然后单击“OK”按钮，完成对元素的设置。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，将图5.17中横向的节点连成元素，连接方法是：

将每排相邻的3个或4个点联结成一个三角形或四边形板。

从而生成了翼肋图。

3、生成梁和腹板

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes命令，在“TYPE”选项中选择“4SHELL63”，“REAL”选项中选择4，然后单击“OK”按钮。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，只连接其中的一部分，构成梁和腹板。

（3）最终生成翼肋、梁和腹板的复合图。

4、生成蒙皮

（1）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes命令，在“TYPE”选项中选择“1SHELL63”，“REAL”选项中选择1，然后单击“OK”按钮。

（2）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，从而产生了上表面蒙皮的元素。

（3）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes命令，在“TYPE”选项中选择“2SHELL63”，“REAL”选项中选择2，然后单击“OK”按钮。

（4）运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，从而产生了下表面蒙皮的元素。

4.2.1　有限元模型的建立

弹翼结构是单块式结构，蒙皮壁板较厚，在本文中，选取蒙皮、翼肋、梁和腹板为4节点层合壳元素（shell63单元）。

通过给定的翼型数据生成模型的关键点，依次点击下列命令建立关键点MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Create>Keypoint>InActiveCS在出现的对话框中的“Keypointnumber”的后面输入1，按“X、Y、Z”的顺序在“LocationofactiveCS”后面分别输入“0，0，0”，然后单击“Apply”。

分别对Keypoint2～Keypoint16按上述步骤输入后得到如图4.1所示的关键点[7]。

图4.1　生成的关键点图4.2　生成的轮廓曲线

这些关键点的位置即为长桁和梁的位置，由实体几何模型参数控制；执行命令MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Create>-Lines-Splines>SplinesthruKPs后出现一个样条曲线拾取，然后依次拾取1至9号关键点，再依次拾取9至16号和1号关键点。

这是生成了样条曲线，所生成的曲线即为弹翼根部的轮廓曲线，如图4.2所示。

下面我们将通过引导线由蒙皮生成光滑曲面，执行命令：

MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>BySkinning后，拾取上下轮廓曲线，生成弹翼根面，如图4.3所示。

然后我们利用已生成的翼根面来创建翼梢面。

执行命令MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Copy>Areas然后拾取翼根面，并将其向z轴负方向平移0.79个坐标单位长度。

下一步再将复制的平面按比例缩小。

执行命令MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Operate>Scale>Areas将上一步中复制的面在x、y方向的尺寸缩小至原来的0.22倍。

并将缩小的面向x轴正向平移1.63坐标单位。

具体操作如下：

执行命令MainMenu>Proprecessor>-Modeling-Move/Modify>Areas，拾取缩小的面，在对话框中X方向的后面输入数值1.63，生成的翼梢面如图4.4所示。

图4.3　生成的翼型图4.4　生成的翼梢面

接下来，生成上下弹翼蒙皮表面，具体操作与生成翼根面的步骤类似，拾取轮廓曲线对应顺序为翼根下轮廓曲线对应翼梢下轮廓曲线；翼根上轮廓曲线对应翼梢上轮廓曲线。

生成的弹翼蒙皮如图4.5所示。

图4.5　弹翼蒙皮

这一步将对生成的弹翼蒙皮进行网格划分，首先要定义单元类型，该弹翼结构为单块式结构，由翼肋、蒙皮、桁条、纵墙等结构组成，选取单元类型为四节点层合壳元素，

执行命令MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,选取Shell，弹性4nodes，然后定义上蒙皮厚度为0.0022，下蒙皮厚度为0.002，翼肋厚度为0.0012，桁条和纵墙的厚度为0.001。

具体操作为：

执行主命令窗口命令，MainMenu>Preprocessor>RealConstant>Add/Edit/Delete，按照弹翼的尺寸参数分别定义四种类型的单元参数。

定义第一种单元类型板壳在节点I、J、K、L的厚度均为0.002。

重复上述操作分别定义第二、三、四种单元类型板壳的厚度分别为0.0022，0.0012，0.001。

然后关闭窗口，完成对单元的设置。

下面将进行网格划分，由于弹翼加载杠杆分为A、B、C、D、E、F六层，所以将弹翼的翼展方向划分为6个网格。

然而，在弦向加载点最多为A1至A10十个加载点，因此将弦向划分为11个网格。

具体操作如下，执行命令：

MainMenu>Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls>Manualsize>Lines>PickedLines，按照翼根面上（下）轮廓曲线、翼梢面上（下）轮廓曲线，的顺序进行拾取，然后按上述方法，分别拾取弹翼前后缘，然后生成上下表面的网格。

再执行命令

MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Areas>Targetsurf，分别拾取弹翼模型的根梢面，完成对弹翼的网格划分如图4.6所示。

图4.6　有限元网格

下面我们将对建立好的弹翼网格模型生成节点，并建立翼肋的模型，首先要删除无用的点、线、面，具体操作为：

分别执行主命令窗口中的MainMenu>Preprocessor-Meshing-Clear>Areas,-Modeling-Delete>AreasOnly/LinesOnly/Keypoints/Nodes命令，在面、线、点的清除命令中分别选取PickAll，在清除节点的命令中要拾取的是重复的节点和创建翼根轮廓曲线时建立的点，最后生成的节点如图4.7所示。

至此，我们建立好了弹翼的节点模型，今后的建模工作就是要依靠这些节点进行的，因此在删除多余节点的操作中要务必小心，确保保留下的节点的正确性，否则，在后面生成翼肋与腹板的操作中将受到影响。

在生成翼肋之前，我们须先对翼肋元素进行定义，翼肋的厚度为0.0012。

执行主窗口命令：

MainMenu>Preprocessor>modeling>Create>Elements>ElemAttribute，在弹出的窗口中，选择单元类型为3Shells，实常数序号为3，将元素定义为厚度为0.0012的类型。

然后执行自动编号定义单元命令：

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>-AutoNumber-ThruNodes，执行上述命令后，出现一个拾取框。

在图形输出窗口中，单击鼠标左键进行拾取，选择相邻的节点生成翼肋元素，生成的每一个元素为四边形或三边形。

该命令通过节点和它的属性值来确定一个单元，生成的翼肋如图4.8所示。

图4.7　生成的关键点图4.8　生成的翼肋板单元

下面将生成弹翼的梁和腹板，和上一步类似，先对元素类型进行定义，具体操作如下：

执行命令MainMenu>Preprocessor>modeling>Create>Elements>ElemAttribute，在弹出的窗口中选取单元类型为4Shells,单元实常数序号为4。

这步把翼梁和腹板的厚度定义为0.001。

执行命令MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>-AutoNumber-ThruNodes，按照弹翼的展向将相邻的四个节点连接成梁和腹板的元素，最后生成的弹翼骨架的模型如图4.9所示。

图4.9　骨架模型

下一步，将对弹翼的上下表面蒙皮进行创建，先对上蒙皮元素进行定义，上蒙皮厚为0.0022，具体操作为，执行命令：

MainMenu>Preprocessor>modeling>Create>Elements>ElemAttribute在弹出的窗口中选择单元类型为2Shell63，实常数的序号为2。

再执行命令MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>-AutoNumber-ThruNodes拾取模型下表面的相邻四个节点生成蒙皮单元，重复拾取步骤从而生成了整个上蒙皮表面，如图4.10所示。

图4.10　生成的弹翼上蒙皮

生成下表面蒙皮的操作过程与上述步骤类似先定义单元类型，执行命令：

MainMenu>Preprocessor>modeling>Create>Elements>ElemAttribute在弹出的窗口中选择单元类型为1Shells，单元实常数序号为1，将下蒙皮厚度定义为0.002。

然后再重复生成上表面的步骤，选取下表面相邻的四个节点生成下蒙皮。

至此，弹翼的有限元模型就建立完成了，如图4.11所示。

接下来要做的就是加载和求解了。

图4.11　弹翼有限元模型