《高效率建模方法》PPT課件.ppt

September30 1998 B 29 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 常用單元的形狀 點 質量 線 彈簧 梁 桿 間隙 面 薄殼 二維實體 軸對稱實體 線性 二次 體 三維實體 線性 二次 September30 1998 B 30 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 在單元手冊 資料或在線幫助 中 ANSYS單元庫有100多種單元類型 其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能 你要做的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上 具體單元名稱 單元圖示 ANSYS單元名稱 單元特性 類別 編號 中國最大的資料庫下載 September30 1998 B 31 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 準則 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 在結構分析中 結構的應力狀態(tài)決定單元類型的選擇 選擇維數(shù)最低的單元去獲得預期的結果 盡量做到能選擇點而不選擇線 能選擇線而不選擇平面 能選擇平面而不選擇殼 能選擇殼而不選擇三維實體 對于復雜結構 應當考慮建立兩個或者更多的不同復雜程度的模型 你可以建立簡單模型 對結構承載狀態(tài)或采用不同分析選項作實驗性探討 September30 1998 B 32 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 線單元 Beam 梁 單元是用于螺栓 桿 薄壁管件 C形截面構件 角鋼或者狹長薄膜構件 只有膜應力和彎應力的情況 等模型 Spar 桿 單元是用于彈簧 螺桿 預應力螺桿和薄膜桁架等模型 Spring單元是用于彈簧 螺桿 或細長構件 或通過剛度等效替代復雜結構等模型 September30 1998 B 33 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 殼單元 Shell 殼 單元用于薄面板或曲面模型 殼單元分析應用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍 準則 September30 1998 B 34 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 X Y平面單元 在整體笛卡爾X Y平面內 模型必須建在此面內 有幾種類型的ANSYS單元可以選用 其中任何一種單元類型只允許有平面應力 平面應變 軸對稱 和 或者諧結構特性 平面應力或應變 O K N J M P L I I J K L O P N M TriangularOption Y orAxial X orRadial September30 1998 B 35 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 平面應力假定在Z方向上的應力為零 主要有以下特點 當Z方向上的幾何尺寸遠遠小于X和Y方向上的尺寸才有效 所有的載荷均作用在XY平面內 在Z方向上存在應變 運動只在XY平面內發(fā)生 允許具有任意厚度 Z方向上 平面應力分析是用來分析諸如承受面內載荷的平板 承受壓力或遠離中心載荷的薄圓盤等結構 September30 1998 B 36 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 平面應變假定在Z方向的應變?yōu)榱?主要具有以下特點 當Z方向上的幾何尺寸遠遠大于X和Y方向上的尺寸才有效 所有的載荷均作用在XY平面內 在Z方向上存在應力 運動只在XY平面內發(fā)生 平面應變分析是用于分析那種一個方向的尺寸 指定為總體Z方向 遠遠大于其它兩個方向的尺寸 并且垂直于Z軸的橫截面是不變的 September30 1998 B 37 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 軸對稱假定三維實體模型是由XY面內的橫截面繞Y軸旋轉360o形成的 管 錐體 圓板 圓頂蓋 圓盤等 對稱軸必須和整體Y軸重合 不允許有負X坐標 Y方向是軸向 X方向是徑向 Z方向是周向 hoop 周向位移是零 周向應變和應力十分明顯 只能承受軸向載荷 所有載荷 Hoop September30 1998 B 38 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 諧單元將軸對稱結構承受的非軸對稱載荷分解成傅立葉級數(shù) 傅立葉級數(shù)的每一部分獨立進行求解 然后根據(jù)再合并到一起 諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解 其中受扭和受彎對應于傅立葉級數(shù)的第1和第2項 這種簡化處理本身不具有任何近似性 單元坐標系 顯示的是KEYOPT 1 0情形 O K J M P L I I J K L O P N M TriangularOption y x N September30 1998 B 39 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 諧單元 舉例 假定一承受剪力 彎矩 和 或者扭矩的軸 軸上的扭矩以傅立葉級數(shù)的一項施加到軸上 這時 除了扭矩外 事實上是一般的軸對稱問題 彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級數(shù)的其它兩項施加到軸上 諧單元還可以用于實際當中的任意循環(huán)分布載荷 這可能需要分解成50 100項傅立葉級數(shù)才能得到滿意的結果 M V T September30 1998 B 40 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 三維實體單元 用于那些由于幾何 材料 載荷或分析結果要求考慮的細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模的結構 四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易 也偶爾得到使用 K R L Q O P M N J I Tetrahedronmesh Brickmesh September30 1998 B 41 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 主要單元類型舉例 專用單元 專用單元包括接觸單元 用于構件間存在接觸面的結構建模 如渦輪盤和葉片 螺栓頭部和法蘭 電觸頭 以及O 圈等等 做好接觸分析要求有這方面的知識和經(jīng)驗 September30 1998 B 42 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 一旦你決定采用平面 三維殼或者三維實體單元 還需要進一步?jīng)Q定采用線性 四邊形或P單元 線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元只存在 角節(jié)點 而高階單元還存在 中節(jié)點 下面還提到一些差別 線性單元內的位移按線性變化 因此 大多數(shù)時 單個單元上的應力狀態(tài)是不變的 二次單元內的位移是二階變化的 因此單個單元上的應力狀態(tài)是線性變化的 p單元內的位移是從2階到8階變化的 而且具有求解收斂自動控制功能 自動各位置上分析應當采用的階數(shù) September30 1998 B 43 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 其它 我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別 線性分析是指不包含任何非線性影響 如 大變形 塑性 或者接觸 線性方程求解器是指方程組解就是結構的自由度解 即使是非線性分析 這些方程還是線性的 但必須進行多次求解 線性單元假定單元內的自由度按線性變化 跟二次單元 三次單元 或p單元相比 September30 1998 B 44 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 在許多情況下 同線性單元相比 采用更高階類型的單元進行少量的計算就可以得到更好的計算結果 下面是根據(jù)不同分析目的進行單元選擇的情況 September30 1998 B 45 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 再進行單元選擇時應考慮的其它因素 線性單元的扭曲變形可能引起精度損失 更高階單元對這種扭曲變形不敏感 就求解的精度的差別講 線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠沒有平面單元和三維實體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大 你可能更喜歡使用線性 平 殼單元 高度扭曲的二次情形 非平行對邊 September30 1998 B 46 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有邊的中節(jié)點 但是 在沒有中節(jié)點的邊上 你只能得到線性結果 如果所有中節(jié)點均不存在 該單元就變成了線性單元 計算精度也隨之降低 由于轉化成線性單元的二次單元和塊單元具有 不相容的位移模式 并引起單元彎曲 September30 1998 B 47 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 更高階的單元模擬曲面的精度就越高 低階單元 更高階單元 September30 1998 B 48 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 采用越來越高階的單元 給曲線結構劃分越來越稀疏的單元網(wǎng)格 ANSYS開始向你發(fā)出警告 甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息 其原因是 由于模型表面單元的彎曲程度過大 使部分中節(jié)點偏離了自身位置 最終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度 同其它軟件一樣 ANSYS程序允許用更高階的直邊單元劃分網(wǎng)格 降低了實際幾何模型的精度 特別是對于p單元而言 通常極不理想 也允許用不帶中節(jié)點的更高階單元劃分單元網(wǎng)格 即降低了幾何模型的精度 又降低了單元精度 所以在通常情況下更不理想 所以 一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格 而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告 September30 1998 B 49 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 線性單元 二次單元 p單元 續(xù) 你不能將接觸單元同具有中節(jié)點的單元連起來 僅對于節(jié)點 節(jié)點和節(jié)點 面接觸單元而言 對于面 面接觸單元則是允許的 類似地 在熱分析問題中 你不能將輻射link單元或者非線性對流表面添加到具有中節(jié)點的單元上 ANSYS提供了多種劃分必須忽略中節(jié)點的單元網(wǎng)格的方法 在非線性材料特性區(qū)域內 二次單元并不比線性單元更有效 September30 1998 B 50 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 四邊形單元 三角形單元 塊單元 四面體單元 針對平面或者三維殼體分析模型而言 四邊形單元和三角形單元是有差別的 下表列出了這些差異 September30 1998 B 51 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 四邊形單元 三角形單元 塊單元 四面體單元 續(xù) 全部采用三角形單元網(wǎng)格的理由是相當少的 給面進行單元網(wǎng)格劃分的實質問題是 你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格 實際上 各處存在三角形單元會相當麻煩 但是應當仔細思考下列問題 如果采用更高階單元 三角形單元的計算精度接近于二次單元 所以 全部采用二次單元網(wǎng)格也是沒有什么理由的 如果你采用線性單元 三角形單元就十分糟糕 但是 不這樣會使四邊形單元網(wǎng)格扭曲 除了多數(shù)不重要的結構外 任何四邊形單元網(wǎng)格 結構的或者非結構的 不得不包含部分形狀糟糕的三角形單元網(wǎng)格 所以 還是沒有理由全部采用四邊形單元 September30 1998 B 52 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 四邊形單元 三角形單元 塊單元 四面體單元 續(xù) 對三維實體分析模型而言 塊單元和四面體單元是有差別的 下表列出了這些差異 September30 1998 B 53 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 四邊形單元 三角形單元 塊單元 四面體單元 續(xù) 建立三維實體模型需要作出下列選擇 使用四面體單元劃分網(wǎng)格采用簡便方法建立實體模型 選用二次單元或者p單元 或者使用塊單元劃分單元網(wǎng)格選用塊單元網(wǎng)格建立實體模型 通常需要花費更多時間和精力 劃分子區(qū)域連接處理延伸采用任何塊單元 September30 1998 B 54 IntroductiontoANSYS Release5 5 001128 高效率建模方法 單元種類 續(xù) 其它可供選擇的單元類型 四邊形單元 三角形單元 塊單元 四面體單元 續(xù) 為