ANSYS 有限元分析第12講-單元操作

1、單元操作第 12 講12. 單元操作多數(shù)前處理 幾何建模，網(wǎng)格劃分，甚至加載 是在建立實體模型中得到執(zhí)行的。所有的后處理都是在節(jié)點和單元上被執(zhí)行，其執(zhí)行更取決于節(jié)點數(shù)量。但依然有幾種情況需要直接對單元進行操作:特殊類型面載荷梁的后處理和特殊單元數(shù)據(jù)分層單元 (layered) 連接和合并單元（如桅桿、彈簧、對流）編輯課件.單元操作本章將介紹如下特殊單元主題:A. 單元坐標系B. 表面效應單元C. 單元表D. 專題編輯課件單元操作A. 單元坐標系模型中的每一個單元都伴隨著一個單元坐標系。單元坐標系的目的是適應如下的力學量: 材料屬性 (EX, KXX, etc.)求解中的應力和應變計算 (EPX

2、, SX, SY, etc.)正如 MAT (材料), TYPE (單元類型), 和 REAL (實常數(shù)設(shè)置),單元坐標系ESYS是第四個單元屬性編輯課件單元操作.單元坐標系缺省的 ESYS 定位依賴單元類型。例如:線單元的x坐標一般起于單元的 I節(jié)點 止于J節(jié)點殼單元通常的缺省值是:單元坐標 X的方向是從節(jié)點 I 到節(jié)點 J在單元平面中單元坐標 Y垂直于單元坐標 X單元坐標 Z由右手螺旋法則確定實體單元的缺省作標是笛卡爾坐標IJXKXYZIJLXgYgZgIJKPMNOXYZ編輯課件單元操作.單元坐標系缺省的 ESYS對大部分情況已足夠處理，但還有一小部分情況需要改變后方可處理。例如：實體單

3、元材料屬性的方向，以玻璃纖維為代表，可能與笛卡爾坐標方向不平行。作用在表面的切線壓力對單元有影響.XgYgZgX編輯課件單元操作.單元坐標系為了改變?nèi)笔〉膯卧鴺讼?，需要建立與單元適應的局部坐標系 (CSYS 11 或更大).過程如下：1.定義一個具有合適方位的局部坐標系。位置任意設(shè)定.Utility Menu WorkPlane Local Coordinate Systems Create Local CS編輯課件單元操作.單元坐標系2.選擇所需要的單元。3.把所有選上單元的單元坐標系改為第一步中定義的局部坐標系號碼。Preprocessor Move/Modify -Elements-

4、Modify Attrib或使用 EMODIF 命令 ( emodif,all,esys,11)4.再度激活所有單元并轉(zhuǎn)回先前坐標系 (CSYS).編輯課件單元操作.單元坐標系殼單元法線殼單元的法線方向。定義外表面和內(nèi)則面。依次由定義單元的節(jié)點順序(I-J-K-L)和內(nèi)側(cè)面決定。有時需要翻轉(zhuǎn)一些單元的法線來匹配模型中剩余的部分在強大的圖形處理模式中使用不同的顏色來表示外表面和內(nèi)側(cè)面。編輯課件單元操作.單元坐標系翻轉(zhuǎn)殼單元法線的兩種方法:翻轉(zhuǎn)下面或翻轉(zhuǎn)單元本身翻轉(zhuǎn)下面:Preprocessor Move/Modify -Areas- Area Normals接著用“正確”方位拾取面，ANSYS會

5、掃描每個面并把與拾取面不匹配的面翻轉(zhuǎn)。相接觸的單元也被翻轉(zhuǎn)（缺省執(zhí)行）。編輯課件單元操作.單元坐標系直接顛倒殼單元:Preprocessor Move/Modify -Elements- Shell Normals或 執(zhí)行ENORM,P接著用“正確”方位拾取一個單元編輯課件單元操作.單元坐標系演示:進入 前處理PREP7 ，恢復文件 pipe.db (基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范單元的殼體網(wǎng)格劃分文件; 注意一些殼是顛倒的)Move/Modify Shell Normals (或執(zhí)行 ENORM,P)拾取一個紫色單元再列單元和節(jié)點正確方位編輯課件單元操作B. 表面效應單元怎樣施加如下的壓力荷載:象剪切荷載

6、一樣與表面相切的荷載?象螺栓荷載一樣在表面上變化的荷載?象屋頂上冰載荷一樣由角到面的載荷?表面效應單元為處理一些問題提供了有效的方法。編輯課件單元操作.表面效應單元特點:象“皮膚”一樣覆蓋網(wǎng)格表面如同面載荷的管道很容易創(chuàng)建:選擇表面上感興趣的節(jié)點.激活恰當?shù)膯卧愋蛨?zhí)行 ESURF (或 Preprocessor Create Elements Surf Effect .).選擇所有節(jié)點編輯課件單元操作.表面效應單元對 2-D和 3-D模型都有用:SURF151 & 153 是線單元 (熱和結(jié)構(gòu)的) ，表示 2-D模型的邊。F152 & 154 是面單元 (熱和結(jié)構(gòu)的)，表示 3-D 模型的面

7、。本節(jié)只討論 SURF154,其他單元可同理處理。SURF154 同單元參考手冊中的描述l 編輯課件單元操作.表面效應單元SURF154使用不同的單元面號來承擔不同類型的載荷。面號在 “Apply PRES on elems” 對話框中 (Solution -Loads- Apply Pressures On Elements), 如下所示.或 在 SFE 命令的LKEY范圍內(nèi):SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4編輯課件單元操作.表面效應單元假設(shè)給一套SURF154單元施加幅值為1000的壓力，它的方向取決于使用了單元的那一個面。LK

8、EY=1:法線方向的壓力.作用在單元上的絕對值 (沿著單元坐標Z的方向).例如: sfe,all,1,pres,1000 (選定所要的單元之后).編輯課件單元操作.表面效應單元LKEY=2和LKEY=3:切線壓力，分別沿著單元坐標系的 X 和 Y 軸方向例如:sfe,eflat,3,pres,1000sfe,eslope,2,pres,1000(eflat 和 eslope由單元構(gòu)成)編輯課件單元操作.表面效應單元LKEY=4:梯形分布的法線壓力。 數(shù)值 = P1 + XgP2 + YgP3 + ZgP4P1-P4 被列入 VAL1-VAL4 （ SFE 命令）Xg,Yg, Zg 是單元各點在

9、以載荷合力作用點為坐標原點的單元坐標系的笛卡爾坐標.P1 為平均壓力P2,P3,P4 分別壓力在坐標中的斜率，若留空白缺省為P1作用在單元上的絕對值 (沿單元坐標Z的方向).XgP2Xg=0P1編輯課件單元操作.表面效應單元LKY=4 (續(xù)):例如, 施加一沿X方向、大小從200到1000的錐形壓力，作用范圍在X軸上的-2到 +2斜率 P2 = (1000-200)/4 = 200; P3 = 0; P4 = 0P1 是在 Xg=0處的值,按 P1 = 2(200) + 200 = 600計算sfe,eflat,4,pres,600,200,0,0編輯課件單元操作.表面效應單元LKEY=5任意

10、方向的壓力，P1為壓力矢量的數(shù)值 方向 = P2,P3,P4 現(xiàn)在代表矢量的方向余弦，對數(shù)值無影響。例如: sfe,eflat,5,pres,1000,-1,-1,0 定義了 X-Y面內(nèi)45度方向的壓力編輯課件單元操作.表面效應單元 KEYOPT(11)對壓力載荷的影響：壓力矢量的數(shù)值也依賴 KEYOPT(11).KEYOPT(11)=0 (缺省) 壓力載荷作用于載荷作用面的投影面，并且包含切向投影面。KEYOPT(11)=1， 壓力載荷作用于載荷作用面的投影面，不包含切向投影面。KEYOPT(11)=2， 壓力載荷作用于載荷的整個作用面。編輯課件單元操作.表面效應單元例如: 在KEYOPT(

11、11)=0的條件下，sfe,ecurv,5,pres,1000,0,-1,0 在曲面上定義了一螺栓荷載。如下圖位置1輪廓線所示。 編輯課件單元操作.表面效應單元KEYOPT(11)=2 對整個面施加壓力。對斜面有用(如屋頂)或風載荷。如: sfe,eslope,5,pres,1000,0,-1,0 對整個斜面定義了完全相同的壓力。如下圖所示編輯課件單元操作.表面效應單元其他表面效應單元的應用:實體單元的扭矩借助修改的單元坐標系施加切線荷載.對軸和螺釘問題非常適用熱描述 (SURF151 & 152) 有許多內(nèi)容, 包括: 轉(zhuǎn)移到1維管道單元 FLUID116的熱量通過一個面的熱量損失的簡便計算

12、。輻射編輯課件單元操作.表面效應單元演示:進入前處理 PREP7 ，恢復文件 boltload.db添加 SURF154 作為單元類型 1 (顯示選項)選擇孔的底面和與之接觸的節(jié)點激活類型 1，執(zhí)行 ESURF操作建立表面單元選擇 everything 并列單元選擇類型1單元，對面 5 施加壓力:value= 1000, val2= 0, val3= -1, val4= 0選擇t everything, 保存數(shù)據(jù)庫文件，求解在POST1中列 Y方向的應力停留在 POST1中 (下一個演示)編輯課件單元操作C. 單元表單元表，在 POST1 (綜合后處理)中使用有兩個功能:對結(jié)果數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)運算

13、訪問非直接有用的結(jié)果數(shù)據(jù) (如certain line elements)單元表有點象電子數(shù)據(jù)表:每一行描繪一個單元每一列由單元的數(shù)據(jù)構(gòu)成編輯課件單元操作 . 單元表一個單元表的標準形成過程由下列幾個步驟構(gòu)成:首先選擇需要的單元把結(jié)果數(shù)據(jù)裝填到表中列出或繪出數(shù)據(jù)執(zhí)行所想要的算術(shù)運算 GUI方式下的 General Postproc Element Table.中給出了單元表的功能編輯課件單元操作 . 單元表選擇想要的單元許多情況下，只需要在模型中為單元的子集使用單元表。.因此,第一步就是挑選想要的單元:根據(jù)屬性(MAT, TYPE, REAL, or ESYS)根據(jù)節(jié)點根據(jù)相連接的模型實體根據(jù)

14、結(jié)果等等.編輯課件單元操作 . 單元表給單元表添加結(jié)果數(shù)據(jù)明確想要添加的數(shù)據(jù)項并給它取一個名字或卷標，名字或卷標被用來列出、繪出數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)進行操作。使用 ETABLE 命令 (e.g, etable,evolume,volu)或 Element Table Define Table編輯課件單元操作 . 單元表一些數(shù)據(jù)類型只能被有序數(shù)識別，在單元參考手冊中提供了有序數(shù)的大量資料。例如, SURF154單元5號面上的有效壓力作為有序數(shù) “SMISC 17.”被保存起來。把SURF154 添加到單元表: etable,p5,smisc,17參閱你手中的基礎(chǔ)分析過程指導 (可網(wǎng)上瀏覽)，獲取有序數(shù)方

15、法的細節(jié)編輯課件單元操作 . 單元表列出或繪出單元表數(shù)據(jù)Element Table List Elem Table (或 PRETAB 命令)編輯課件單元操作 . 單元表Element Table Plot Elem Table (or PLETAB,name)編輯課件單元操作 . 單元表缺省不是求節(jié)點數(shù)據(jù)的平均, 每一個單元有一種顏色. 為了得到平滑的輪廓線，激活求平均按鈕。編輯課件單元操作 . 單元表注意每個單元的每個數(shù)據(jù)項只有一個值:即該單元的平均或有效值。例如,如果把節(jié)點的位移 UX添加到單元表,單元節(jié)點的平均 UX就被存儲到每個單元。其他查閱單元表數(shù)據(jù)的方法:把數(shù)據(jù)繪制成圖線從而獲得

16、徑線圖或列數(shù)據(jù)?？梢蕴砑?個標量數(shù) (如單元x方向的壓力，y方向的壓力,z方向的壓力)，合并他們可獲得一矢量圖。查看 PLVECT 命令獲取細節(jié)編輯課件單元操作 . 單元表運算操作有點象電子數(shù)據(jù)表，可以在單元表的列間進行算術(shù)運算。一些有用的操作:兩列相加 (SADD)乘 (SMULT)比較和保存兩列的最大值和最小值 (SMAX or SMIN)每列的和 (SSUM 對選擇的批單元的總量的計算很有用等等編輯課件單元操作 . 單元表例如:編輯課件單元操作 . 單元表若一個想要的操作無效，可以把單元表中的項上載到一數(shù)組參數(shù)，使用數(shù)組操作。使用 *VGET 命令 （或 Utility Menu Par

17、ameters Get Array Data)接著使用一個數(shù)組操作: *VOPER, *VSCFUN, 等例如,象平均數(shù)和標準偏差這些統(tǒng)計量在單元表水平上無法計算，但可以在數(shù)組水平上計算。編輯課件單元操作 . 單元表更新單元表如果為不同的載荷步驟或從不同的結(jié)果文件讀進結(jié)果，單元表不會自動更新。執(zhí)行 ETABLE,REFL (或在單元表數(shù)據(jù)對話框中點擊 Update 按鈕) 來“填充”或更新單元表。列頭部的 “current” 或 “previous” 標示依賴數(shù)據(jù)項的狀況。編輯課件單元操作 . 單元表既然單元表不能自動更新，那么就很容易比較兩個載荷步的結(jié)果或兩個不同的分析,如下所示:讀載荷步1

18、,把結(jié)果項作為A1保存到單元表 。接著讀進載荷步2 ，把結(jié)果項作為A2保存到單元表?，F(xiàn)在可以比較 A1 和 A2，把最大值和最小值保存到第三列，或進行其他想要的操作。這項設(shè)置可以被擴展來比較相同模型的不同結(jié)果文件。編輯課件單元操作.單元表單元表的保存和刪除:通過保存ANSYS數(shù)據(jù)庫來保存單元表:在POST1 中保存數(shù)據(jù)庫(Toolbar SAVE_DB 或 SAVE 命令).或退出ANSYS時使用 “Save everything” 選項來保存 (Toolbar QUIT 或 /EXIT,ALL 命令).刪除全部單元表:Element Table Erase Table或 ETABLE,ERASE刪除單元表中的一項