ANSYS基础教程实体建模.docx

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ANSYS基础教程实体建模

ANSYS基础教程—实体建模

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ANSYSANSYS教程实体建模

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ANSYS有一组很方便的几何作图工具。

本文将讨论这些作图工具，主要内容包括：

实体建模定义、如何自上而下建模、以及如何让自下而上建模。

实体建模概述

   ·直接输入几何实体来建模很方便,但有些情况下需要在ANSYS中来建立实体模型。

例如:

   –需要建立参数模型时，—在优化设计及参数敏感性分析时建立的包含包含变量的模型.

   –没有ANSYS能够读入的几何实体模型时.

   –计算机上没有相关的绘图软件时（与ANSYS程序兼容的）.

   –在对输入的几何实体需要修改或增加时，或者对几何实体进行组合时.

A.定义

   ·实体建模可以定义为建立实体模型的过程.

   ·首先回顾前面的一些定义：

:

   –一个实体模型有体、面、线及关键点组成。

.

   –体由面围成，面由线组成,线由关键点组成.

   –实体的层次从底到高:

关键点→线→面→体.如果高一级的实体存在，则低一级的与之依附的实体不能删除.

   ·另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体.

   ·建立实体模型可以通过两个途径:

   –由上而下

   –由下而上

   ·由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状.

   ·由下而上建模；首先建立关键点，由这些点建立线.

   ·可以根据模型形状选择最佳建模途径.

   ·下面详细讨论建模途径。

B.由上而下建模

   ·由上而下建模；首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状.

   –开始建立的体或面称为图元.

   –工作平面用来定位并帮助生成图元.

   –对原始体组合形成最终形状的过程称为布尔运算.

   ·图元是预先定义好的几何体，如圆、多边形和球体.

   ·二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形.

   ·三维图元包括块体,圆柱体,棱体，球体,和圆锥体.

   ·当建立二维图元时，ANSYS将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。

   ·当建立三维图元时，ANSYS将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。

   ·图元可以通过输入尺寸或在图形窗口拾取来建立。

.

   –例如建立实心圆:

   ·前处理>-建模-生成>-面-圆>

   –生成块体:

   ·Preprocessor>-Modeling-Create>-Volumes-Block>

   ·工作平面—一个可动的二维参考平面，用来定位确定图元。

缺省状态下，工作平面原点与整体坐标系原点重合，但可以把工作平面移动或旋转到任意位置.

   –利用显示格栅，在工作平面上作图就象在方格纸上作图。

   –除了格栅的设置外，工作平面是无限的。

   ·所有的工作平面命令菜单均在UtilityMenu>WorkPlane.

   ·工作平面控制菜单（WPSettings）控制下列内容:

   –WPdisplay-只显示三个坐标轴（缺省）,只显示格栅，或两者均显示。

   –Snap-便于在工作平面上拾取格栅上的点.

   –Gridspacing–栅距.

   –Gridsize-显示的工作平面大小（大小无限制）.

   ·用Offset和Align菜单可以把工作平面移到期望的任意位置.

   –通过增量移动工作平面

   ·用按扭实现（通过指针滑动实现）.

   ·或输入希望的增量值.

   ·或使用动态方式（类似移动-缩放-转动）.

   –OffsetWPto>

   保持其当前方向，简单地平移工作平面到期望的位置:

   ·已经存在的一个或多个关键点.若拾取多个关键点，则工作平面移到这些关键点的平均位置处.

   ·已经存在的一个或多个结点.

   ·通过坐标值指定的一个或多个位置.

   ·总体坐标系原点.

   ·激活坐标系的原点.

   –AlignWPwith>此命令用于定位工作平面.

   ·例如,AlignWPwithKeypoints命令提示拾取三个关键点-一个为原点一个定义X-轴,一个定义X-Y平面.

   ·把工作平面移动到其缺省位置（总体坐标系原点，X-Y平面内）时,点击AlignWPwith>GlobalCartesian.

   ·演示:

   –清除数据库

   –显示工作平面并通过拾取方式建立几个关键点，注意拾取时显示的坐标值.

   –打开格栅，改变间距，并激活捕捉.

   –建立更多的关键点.注意指针如何捕捉格栅上的点.

   –定义两个矩形—一个通过定义角点，另一个通过定义尺寸.

   –现在把工作平面平移到几个关键点的平均位置处,然后在平面内将其转30o.

   –定义多于两个矩形—通过定义角点或通过定义尺寸生成。

注意矩形方向的变化.

   –沿总体坐标原点调整工作平面，然后用拾取或输入尺寸的方法生成三维图元.

   ·布尔运算是对几何实体进行合并的计算。

ANSYS中布尔运算包括加、减、相交、叠分、粘接、搭接.

   ·布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过CAD输入的复杂的几何体。

   ·所有的布尔运算可以在GUI界面下获得Preprocessor>-Modeling-Operate.

   ·在缺省状态下,布尔运算时输入的几何实体在运算结束后将删除.

   ·被删除实体的编号数被“释放”（即,这些编号可以可以指定给新的实体，并从可以获得的最小编号开始）。

   ·加

   –把两个或多个实体合并为一个.

   ·粘接

   –把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界

   –当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材料组成的实体）

   ·搭接

   –类似于粘合运算，但输入的实体有重叠.

   ·减

   –删除“母体”中一块或多块与子体重合的部分。

   –对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便.

·叠分

   –把一个实体分割为两个或多个，它们仍通过共同的边界连接在一起.

   –“切割工具”可以是工作平面、面线甚至于体.

   –在用块体划分网格时，通过对实体的分割，可以把复杂的实体变为简单的体.

   ·相交

   –只保留两个或多个实体重叠的部分.

   –如果输入了多于两个的实体,则有两种选择:

公共相交和两两相交

   ·公共相交只保留全部实体的共同部分.

   ·两两相交则保留每一对实体的共同部分，这样，有可能输出多个实体.

   ·互分

   –把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。

   –若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示.（交运算可以找到交点但删除了两条线）

   ·演示:

   –通过在矩形中减去一个圆实现钻一个孔（或者在一个块体中减去柱体实现）

   –画两个相交的实体，并存储db,然后作交运算.现在恢复db并对实体进行相加.注意比较两种运算的不同.（合运算类似交运算.）

   –模型:

   ·block,-2,2,0,2,-2,2

   ·sphere,2.5,2.7

   ·vinv,all!

intersection

C.由下而上建模

   ·由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。

   ·如建立一个L-形时,可以先下面所示的角点.然后通过连接点简单地形成面，或者先形成线，然后用线定义面.

   关键点

   ·定义关键点:

   –Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints

   –或者用K命令组立的命令:

K,KFILL,KNODE,等.

   ·生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据.

   –关键点编号的缺省值为下一个整数

   –坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z坐标值确定.坐标值如何确定？

它依赖于当前激活坐标系.

    激活坐标系

   ·缺省时是总体直角坐标系.

   ·用CSYS命令（或UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto）可将其改变为

   –总体直角坐标系[csys,0]

   –总体柱坐标系[csys,1]

   –总体球坐标系[csys,2]

   –工作平面[csys,4]

   –或用户定义的局部坐标系[csys,n]这些坐标系将在下面介绍。

   总体坐标系

   ·模型的总体参考系.

   ·可以是直角坐标系（0）、柱坐标系

（1）或球坐标系

（2）.

   –例如,总体直角坐标系中的点（0,10,0）与总体柱坐标系中的点（10,90,0）是同一个点.

   局部坐标系

   ·用户在期望的位置定义的坐标系,其ID编号大于或等于11.位置可以在:

   –工作平面原点[CSWP]

   –位于特定的坐标位置[LOCAL]

   –位于已经存在的关键点[CSKP]或节点[CS]

   ·可以是直角坐标系、柱坐标系或球坐标系.

   ·可以绕X、Y、Z轴旋转.

   工作平面坐标系

   ·依附于工作平面上.

   ·主要用来确定实体图元的位置及方向.

   ·也可以通过在工作平面上拾取来定义关键点.

   ·可以定义多个坐标系，但任何时候只能有一个坐标系被激活.

   ·有些几何实体受定义时激活坐标系的影响[CSYS]:

   –关键点和节点位置

   –线的曲率

   –面的曲率

   –生成或填充的关键点和节点

   –等等.

   ·图形窗口标题显示了活动坐标系.

   ·有许多方法定义线，如：

   ·如果定义面或体,ANSYS将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激活坐标系确定.

   ·在生成线时，关键点必须存在。

   ·用由下向上的方法生成面时，需要的关键点或线必须已经定义

   ·如果定义体，ANSYS将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前激活坐标系确定.

   ·用由下向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义

   ·演示:

   –清除数据库

   –生成5个关键点（1,2）,（3,2）,（4,0）,（1,1.5）,（2.5,0）

   –转到CSYS,1并在激活坐标系中关键点4和5之间生成线（“inactiveCS”）。

   –转回CSYS,0并通过关键点生成面，注意其它需要的线将自动生成全部线都是直线.

   –定义两个圆:

   ·半径0.3R,圆心位于（2.25,1.5）

   ·半径0.35R,圆心位于（3.0,0.6）

   –从基本面中减去两个圆.（这里采用由上而下和由下而上的建模方式.）

   –存为r.db

   ·在由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算.

   ·除了布尔运算，还有许多其它操作命令:

   –拖拉

   –缩放

   –移动

   –拷贝

   –反射

   –合并

   –倒角

   拖拉

   ·利用已经存在的面快速生成体（或由线生成面或由关键点生成线）.

   ·如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起拖拉

   ·有四种方法拖拉面:

   –法向拖拉—通过对面的法向偏移形成体[VOFFST].

   –XYZ偏移—通过对面的总体XYZ方向偏移形成体[VEXT].可以锥形拖拉

   –沿坐标轴—绕坐标轴旋转面形成体（也可通过两个关键点旋转）[VROTAT].

   –沿直线—沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体[VDRAG].

   缩放

   ·从一种单位系统转到另一种单位系统时特别方便.

   移动

   ·通过增量DX,DY,DZ控制实体的移动或旋转.

   –DX,DY,DZ定义在激活坐标系中

   –平移实体时，令激活坐标系为直角坐标系

   –转动实体时，令激活坐标系为柱或球坐标系

   –可以使用下列命令VGEN,AGEN,LGEN,KGEN

   ·另一个选项是把坐标转换到另一个坐标系中.

   –转换发生在激活坐标系与指定的坐标系之间.

   –此命令在对一个实体的移动和旋转同时进行时很有用.

   –可使用下列命令

   ·VTRAN,ATRAN,LTRAN,KTRAN

   拷贝

   ·生成实体的多个拷贝

   ·通过复制的份数（2及其以上）及增量DX,DY,DZ控制.DX,DY,DZ定义在激活坐标系中.

   ·对于生成多个孔、翼等特别有用.

   反射

   ·沿平面反射实体.

   ·修改反射方向:

   –X关于YZ平面反射

   –Y关于XZ平面反射

   –Z关于XY平面反射

   所有的方向均定义在激活坐标系，且必须是直角坐标系.

   合并

   ·把两个实体合并，并删除重合的关键点.

   –合并关键点时，如果存在高一层次重合的实体，也将自动被合并.

   ·通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并.

   倒角

   ·线的倒角连接需要两条相交的线，且在相交处有共同的关键点.

   –如果共同的关键点不存在，则首先作互分的运算.

   –ANSYS不改变依附的面（如果有），因此，需要用加或减的命令修改倒角区域.

   ·面的倒角与此相似

   ·演示:

   –恢复r.db文件（需要时）

   –在点（0,0）and（0,1）处生成两个关键点连成轴,然后绕轴把面旋转60o拉伸

   –重新调如r.db

   –绕Y轴径向复制rib:

   ·在整体坐标系原点建立局部柱坐标系，具有角度THYZ=-90

   ·复制7份（6份是新复制的）增量为DY=15

   –用ASKIN,P命令生成3个外部表面

   –重新调如r.db

   –以0.5R在上部和右边线之间倒角.（注意附着于面上的线已被修改.这在某些情况下是允许的.）

   –通过线生成三角形的面，然后从主面中减去它。