第二講有限元建模

第二講有限元建模第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月有限元法的建模的流程建模流程第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月有限元建?；A(chǔ)模型的定義模型傳統(tǒng)定義是把實物按比例縮小做成的東西有限元的定義:表征結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的物理特征或物理意義的方程或方程組有限元基本術(shù)語單元——網(wǎng)格劃分中的每塊(線，面或體)節(jié)點——確定單元形狀的點荷載——外力邊界條件——外加約束細胞組成各種細胞之間的連接點外力（推，拉，摩擦等）皮膚第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理問題的分析什么結(jié)構(gòu)（復(fù)雜結(jié)構(gòu)還是簡單構(gòu)件，建筑，橋，電視塔，桅桿等）分析結(jié)構(gòu)的組成構(gòu)件由哪些單元組成確定分析的目標（根據(jù)需要的結(jié)果確定模型精細化程度）結(jié)構(gòu)整體位移，結(jié)構(gòu)模態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力或應(yīng)變是否考慮扭轉(zhuǎn)進一步確定所選的單元類型第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月單元類型的選擇（重點1）土木工程結(jié)構(gòu)常見的單元類型選擇依據(jù)：分析精度要求，構(gòu)件形體，分析類型要求（彈塑性，大變形等）桿件（索），梁，板殼，實體，彈簧，質(zhì)量桿（索）：link1，link8（普通），link10（僅考慮拉壓）梁：beam3（三個自由度），beam4（六個自由度），beam44（線性非對稱截面），beam188（非線性）板殼：plane42，shell63實體：solid45，solid70,solid65彈簧：combin14質(zhì)量：mass21命令：ET，1，BEAM4ET，2，SHELL63第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月材料類型土木工程結(jié)構(gòu)常見的材料類型鋼材EX,DENS,GXY,DAMPMP，材料何種屬性，材料編號，材料屬性值MP，EX，1，2.1E11（2.0E10）MP，DENS，1，7800（2500）MP，DAMP，1，0.02（0.05）MP，PRXY，1，0.3（0.17）MP，ALPX，1，1.2E-5（1.5E-5）G=E/2(1+m)混凝土定義變參數(shù)(重點2)TB,BH,3,1,5,（TB，數(shù)據(jù)類型，材料編號，，數(shù)據(jù)點）TBPT,,200,0.1（TBPT，DEFI，坐標點，值）（熱力學分析，對流，比熱容重等等）TBPT,,400,0.25TBPT,,600,0.55TBPT,,800,0.75TBPT,,1000,0.85

第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月實常數(shù)

實常數(shù)的定義描述單元橫截面幾何特征的參數(shù)實常數(shù)的計算（重點3）常規(guī)截面(矩形，圓形，圓環(huán))，可以手算ANSYS提供的截面面積(工字型，槽鋼等)復(fù)雜結(jié)構(gòu)(箱型梁)：借助AUTOCAD和ANSYS第一步：在CAD里畫出我們的圖形。

第二步：建立UCS，然后把UCS的中心確定在橫向和縱向線的中心上，具體步驟如下：命令UCS→N→捕捉中心

第三步：建立塊。步驟如下：命令region，然后選擇特殊圖形閉合區(qū)域面域化

命令subtract實現(xiàn)圖形的加減。

第四步：質(zhì)量屬性查詢。命令

MassProp?；蛘遱ections,creating,beamtool實常數(shù)的輸入R，1，（根據(jù)單元類型取值）第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月實常數(shù)實常數(shù)的輸入（變截面）(重點４)sectype,1,beam,csolid!definecrosssectionatfirstendpointsecdata,0.5sectype,2,beam,csolid!definecrosssectionatfarendsecdata,0.1sectype,3,taper!newSectionIDfortaperedbeamanalysissecdata,1,0.0,0.0!section1atlocation(0,0,0)secdata,2,3,4,5!section2atlocation(3,4,5)Type,1Mat,1Secnum,3第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月建模方式的選擇（重點5）自下而上或自上而下（根據(jù)實際情況進行選擇）土木工程結(jié)構(gòu)多數(shù)自下而上機械構(gòu)件多數(shù)自上而下物理模型還是幾何模型（根據(jù)實際情況選擇）第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月建模自下而上建模物理模型建立節(jié)點(n,1,0,0,0)建立單元(e,1,2,3,4,5,,,,,,)（組成有限元的最基本元素）幾何模型建立關(guān)鍵點(k,1,0,0,0)建立線(l,1,2)(e,1,2)建立面(a,1,2,3,4)(e,1,2,3,4)建立體（幾何模型）(v,1,2,3,4,5,6,7,8)(e,1,2,3,4,5,6,7,8)網(wǎng)格劃分后形成單元和節(jié)點（物理模型）(mesh)自上而下建模只能幾何模型建立體或者面(rectng,0,3,0,5)(block,0,3,0,4,0,5)第10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月實際工程建模（重點6）幾何建模建立關(guān)鍵點(txz)kgen,40,1,31,1,14,0,0

*do,i,1,40

k,31*i+1,-546,0,0

k,31*i+2,-546,4.175,0

k,31*i+3,-546,8.375,0…….*enddo建立線或面找出關(guān)鍵點規(guī)律連接關(guān)鍵點（復(fù)雜結(jié)構(gòu)同時賦予單元屬性并劃分網(wǎng)格）如忘記節(jié)點最大號碼*get,var,kp,0,num,max部分結(jié)構(gòu)adrag,,,,,,,,(scj)第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)格劃分（重點7）目的：將幾何模型轉(zhuǎn)化為物理模型ANSYS提供的網(wǎng)格劃分方法映射劃分（Mapped/IsoMesh）用于曲線、曲面、實體的網(wǎng)格劃分方法，可使用三角形、四邊形、四面體、五面體和六面體，通過指定單元邊長、網(wǎng)格數(shù)量等參數(shù)對網(wǎng)格進行嚴格控制，映射劃分只用于規(guī)則的幾何圖素，對于裁剪曲面或者空間自由曲面等復(fù)雜幾何體則難以控制。自由網(wǎng)格劃分（Free/Paver）用于空間自由曲面和復(fù)雜實體，采用三角形、四邊形、四面體進行劃分，采用網(wǎng)格數(shù)量、邊長及曲率來控制網(wǎng)格的質(zhì)量。第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)格劃分網(wǎng)格質(zhì)量的評估（難點）單元的質(zhì)量和數(shù)量對求解結(jié)果和求解過程影響較大，如果結(jié)構(gòu)單元全部由等邊三角形、正方形、正四面體、立方六面體等單元構(gòu)成，則求解精度可接近實際值，但由于這種理想情況在實際工程結(jié)構(gòu)中很難做到。因此根據(jù)模型的不同特征，設(shè)計不同形狀種類的網(wǎng)格，有助于改善網(wǎng)格的質(zhì)量和求解精度。單元質(zhì)量評價一般可采用以下幾個指標：（1）單元的邊長比、面積比或體積比以正三角形、正四面體、正六面體為參考基準。理想單元的邊長比為1，可接受單元的邊長比的范圍線性單元長寬比小于3，二次單元小于10。對于同形態(tài)的單元，線性單元對邊長比的敏感性較高階單元高，非線性比線性分析更敏感。（2）扭曲度：單元面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)和面外的翹曲程度。

（3）疏密過渡：網(wǎng)格的疏密主要表現(xiàn)為應(yīng)力梯度方向和橫向過渡情況，應(yīng)力集中的情況應(yīng)妥善處理，而對于分析影響較小的局部特征應(yīng)分析其情況，如外圓角的影響比內(nèi)圓角的影響小的多。（4）節(jié)點編號排布：節(jié)點編號對于求解過程中的總體剛度矩陣的元素分布、分析耗時、內(nèi)存及空間有一定的影響。合理的節(jié)點、單元編號有助于利用剛度矩陣對稱、帶狀分布、稀疏矩陣等方法提高求解效率，同時要注意消除重復(fù)的節(jié)點和單元。

第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)格劃分常見的命令單元賦予屬性*ATT,MAT,REAL,TYPE網(wǎng)格控制MSHAPE,KEY,DIMENSION(KEY,0-四邊形,1-三角形;2D或3D)MSHKEY,KEY(0-自由網(wǎng)格劃分,1-映射,2-混合)*MESH,ALL網(wǎng)格尺寸LESIZE,線編號,尺寸,,分段數(shù)目,控制比例*MESH,編號1,編號2,增量VSWEEP,體編號,源面編號,目標面編號,(對體而言)第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)格劃分舉例（矩形，圓環(huán)，規(guī)則多邊形）第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月建模其他問題自由度耦合；結(jié)構(gòu)模型如何簡化，簡化到什么程度；建模時賦予的實常數(shù)和材料類型，單元類型，如何去分組；選擇select的技巧。第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月布爾操作（重點8）特別適合機械構(gòu)件0.85”Bushingradius1.0”Counterboreradius0.1875”deep6x3x11.50.75