下载文档原格式
ANSYS基础教程—实体建模ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于解决各种工程问题。
在使用ANSYS进行有限元分析之前，我们需要先进行实体建模，即将实际工程问题转化为计算机可解析的几何模型。
本文将介绍ANSYS基础教程中的实体建模部分。
首先，我们需要打开ANSYS软件。
在主界面上选择“几何建模”选项。
接着，我们可以选择不同的几何建模方法，如二维绘图法、三维绘图法或者实体建模法。
在这里，我们选择实体建模法。
在实体建模法中，我们可以利用ANSYS提供的几何绘图工具对几何模型进行创建。
这些绘图工具包括直线、弧线、曲线、曲面等。
我们可以根据实际情况选择不同的绘图工具来创建几何模型。
在创建几何模型之前，我们需要先选择坐标系。
ANSYS提供了多种坐标系选择，如直角坐标系、极坐标系、柱坐标系等。
我们可以根据实际情况选择适合的坐标系。
接下来，我们可以开始创建几何模型。
首先，我们可以选择直线工具来创建直线段。
在鼠标左键作用下，我们可以绘制直线段的起始点和结束点。
当我们绘制好直线段之后，可以按下鼠标右键进行确认。
除了直线段，我们还可以创建曲线和弧线。
曲线可以通过选择多个点来创建，而弧线可以通过选择起点、中点和终点来创建。
这样，我们就可以在实体建模中创建出复杂的几何曲线。
在完成几何曲线创建后，我们可以再利用这些几何曲线来创建曲面。
在ANSYS中，我们可以选择多边形工具来创建曲面。
我们只需要选择几何曲线边界上的点，然后根据需要选择特定的曲面面积来创建曲面。
实体建模第一节基本知识建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。
建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。
一、实体造型简介1．建立实体模型的两种途径①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模：②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。
2．实体建模的三种方式(1)自底向上的实体建模由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。
(2)自顶向下的实体建模直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。
(3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。
自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。
二、ANSYS的坐标系ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。
①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。
②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。
③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。
④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。
1．全局坐标系全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。
在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。
总体坐标系是一个绝对的参考系。
ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。
4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系第13页(Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。
ANSYS管单元和实体单元建模一、引言在工程设计和分析领域，使用计算机辅助工程软件进行建模和仿真是一项重要的任务。
ANSYS是一款广泛使用的工程仿真软件，其中管单元和实体单元建模是常见的两种建模方法。
本文将探讨ANSYS中管单元和实体单元建模的原理、应用、优缺点以及建模实例。
二、管单元建模2.1 管单元建模原理管单元建模是指将结构或流体管道建模为一系列连续的线元素。
管单元建模的基本原理是将管道分割为多个小段，每个小段都可以看作是一根线元素。
在ANSYS中，可以通过输入管道的起始点和终止点坐标、直径和材料等参数来创建管单元模型。
2.2 管单元建模应用管单元建模广泛应用于流体力学、热传导和结构分析等领域。
例如，在流体力学中，可以使用管单元建模来模拟液体或气体在管道中的流动，分析流速、压力和温度等参数的变化。
在热传导分析中，可以使用管单元建模来研究热量在管道中的传递过程。
在结构分析中，管单元建模可以用于研究管道的强度和稳定性。
2.3 管单元建模优缺点管单元建模具有以下优点： - 管单元建模适用于长管道的分析，可以更好地描述流体或热量在管道中的传递过程。
- 管单元建模可以减少模型的复杂度，提高计算效率。
- 管单元建模可以更方便地进行参数化分析和优化设计。
然而，管单元建模也有一些缺点： - 管单元建模无法精确地描述管道内部的细节，例如内部流动的湍流和乱流现象。
- 管单元建模对于非直线管道和复杂几何形状的建模较为困难。
- 管单元建模需要对管道进行前处理和后处理操作，工作量较大。
三、实体单元建模3.1 实体单元建模原理实体单元建模是指将结构或流体建模为一系列连续的体元素。
实体单元建模的基本原理是将结构或流体分割为多个小体元素。
在ANSYS中，可以通过输入结构的几何信息、材料属性和边界条件等参数来创建实体单元模型。
3.2 实体单元建模应用实体单元建模广泛应用于结构力学、流体力学和电磁场分析等领域。
例如，在结构力学中，可以使用实体单元建模来研究零件或整体结构的强度、刚度和变形等特性。
ANSYS的建模方法讨论摘要：随着计算机硬件升级更新速度的不断加快，有限元技术得到空前的发展，越来越多地应用于各个领域。
ANSYS软件具有建模简单、快速、方便的特点，因而成为大型通用有限元软件的代表。
本文对有限元作了一个总体的介绍，简要叙述了ANSYS软件的主要特点，着重介绍了ANSYS软件的建模方法。
关键词：有限元ANSYS 建模CAD一、有限元简介有限单元法是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，上世纪50年代首先在连续体力学领域飞机结构静动态特性分析中得到应用，随后很快广泛应用于热传导、电磁场、流体力学等连续性问题的分析。
有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对实际结构的分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
二、ANSYS软件介绍1、概况ANSYS是一种应用广泛的商业套装工程分析软件。
所谓工程分析，主要是机械结构系统受到外力载荷时所出现的反应，例如应力、位移、温度等。
根据该反应可知道机械结构系统受到外力载荷后的状态，进而判断是否符合设计要求。
一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的载荷也相当多，理论分析往往无法进行。
想要得到解答，必须先简化结构，采用数值模拟的方法进行分析。
由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，ANSYS就是其中一种。
它是由美国匹兹堡大学力学系教授JohnSwanskon博士开发出的颇有影响的大型通用有限元分析软件。
该软件在原有结构的基础上，又融热、流体、电磁、声学于一体，可广泛用于机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域。
它具有结构静力分析、结构动力学分析、声场分析、压电分析等功能，同时它还具有良好的用户界面，前后处理和图形功能，因而受到国际工程界和学术界的普遍欢迎和重视。
收稿日期:2005-07-14 作者简介:王丽晋(1980—),女,硕士研究生ANS YS 实体建模与直接建模方法比较王丽晋1, 顾理生1, 任志国2(1.石家庄铁道学院,河北石家庄050043;2.中铁第十二集团第二分公司,山西太原030032)摘 要:总结了A NS YS 实体建模与直接建模两种方法的优缺点,通过对钢桁梁桥和钢筋混凝土桥进行实例分析,阐述了在实际结构分析中,应根据具体情况,扬长避短,使A N SYS 通用程序更好地应用于各种结构分析中。
关键词:建模方法;A N SYS 程序;实体模型;直接生成;结构分析中图分类号:T P391.9 文献标识码:A 文章编号:1672-3953(2005)04-0045-031引言近年,随着计算机的飞速发展和广泛应用,各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展。
而有限元方法则是计算机诞生以后,在计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。
随着有限元理论基础的日益完善,出现了很多通用和专用的有限元计算软件。
其中ANSYS 大型通用程序应用十分广泛,它提供了两种方法生成模型:实体建模和直接生成模型[1]。
2两种建模方法的特点2.1实体建模实体建模,即描述模型的几何边界,建立对单元大小及形状的控制,然后用ANSYS 程序自动生成所有的节点和单元。
ANSYS 程序提供了两种方法:自顶向下与自底向上。
自顶向下进行实体建模时,定义一个模型的最高级图元———基元,程序自动定义相关的面、线及关键点。
利用这些高级图元直接构造几何模型。
自底向上进行实体建模时,首先定义关键点,然后依次得相关的线、面、体。
无论使用自顶向下还是自底向上方法建模,都能使用布尔运算来组合数据集,从而“塑造出”一个实体模型。
ANSYS 程序提供了完整的布尔运算,诸如相加、相减、相交、分割、粘贴和重叠。
在创建复杂实体模型时,对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量[2]。
它具有如下优点:(1)需要处理的数据较少;(2)允许对节点和单元不能进行的几何操作(如拖拉和旋转);(3)支持使用面和体体素(如多边形和圆柱体)及布尔运算(相交、相减等)以顺序建模;(4)便于使用ANS YS 程序的优化设计功能;(5)便于自适应网格划分;(6)便于施加荷载之后进行局部网格细化;(7)便于几何上的改进;(8)便于改变单元的类型,不受分析模型的影响。
实体建模方法也有一些缺点:(1)需要大量的CPU 处理时间;(2)对小型简单的模型有时很繁琐,比直接生成需要更多的数据;(3)在特定的条件下可能会失败(程序不能生成有限元网格)。
2.2直接生成模型直接生成方法是在定义A NS YS 实体模型之前,确定每个节点的位置以及每个单元的大小、形状和连接。
它的优点如下:(1)对小型简单的模型生成较方便;(2)使用户对几何形状及每个节点和单元的编号有完全的控制。
直接建模方法的缺点:(1)除最简单的模型外往往比较耗时,需要处理大量数据; 与设计(2)不能使用自适应网格划分;(3)使用优化设计变得不方便;(4)改进网格划分十分困难;(5)需要用户留意网格划分的每一个细节,更容易出错。
3实例分析3.1芜湖长江正桥钢桁梁实例芜湖长江大桥正桥钢桁梁第三联(3×144m)为板桁结合的连续钢桁梁结构,桁高14m,桁宽12.5 m,节间长度12m,采用无竖杆的三角形桁式,在支点处设置强劲的桥门架,不设中间横联,杆件采用焊接整体节点连接。
连续钢桁梁下层为双线铁路,上层为四车道公路桥面,两侧设1.8m人行道,公路桥面宽21.7m。
公路桥面系为纵横梁体系,横梁间距12m,设在主桁节点处,纵梁间距2.3～2.75m。
桥面系均采用工型构件,公路横梁高1356mm,纵梁高1076mm,铁路横梁高2161mm,纵梁高1480 mm。
公路桥面板通过M22剪力键栓钉与主桁上弦杆及公路纵横梁上翼缘相结合[3,4]。
芜湖长江大桥的正桥采用钢筋混凝土板和钢桁架共同作用的结合桁梁,公路桥面采用预应力钢筋混凝土板和钢纵、横梁体系的正交异性板。
混凝土板的宽度大,空间结构行为比较复杂。
对于此结合桁梁,空间计算模型拟采用空间梁单元和壳单元的组合空间模型。
钢桁梁部分采用空间梁单元进行模拟,公路桥面板采用矩形壳单元。
分别采用实体建模和直接生成模型的方法建立有限元模型。
两种方法网格划分后的结果图相似(如图1)。
图1 芜湖长江大桥钢桁梁桥有限元模型桥梁的自振特性在很大程度上反映出桥梁刚度的大小,也就反映出桥梁的动力特性。
而桥梁自振频率计算的准确性主要取决于计算分析模型的刚度、质量和约束是否与结构的实际情况相符,以上两种方法所采用的计算分析模型可以真实地模拟结构的刚度、质量和约束。
表1为两种方法建模后前8阶自振频率计算结果对比及相应振型特点。
从表中数据可以看出,这两种方法计算出的自振频率相差不大。
表2列出了有限元分析过程中相关数据的比较。
表1桥梁自振频率计算结果阶次直接生成模型计算频率/Hz实体建模方法计算频率/Hz振型特点10.91330.8999左边跨横向挠曲振动20.94170.9012右边跨横向挠曲振动3 1.1252 1.2153竖向挠曲振动4 1.1304 1.2205中跨横向挠曲振动5 1.3647 1.3726竖向挠曲振动6 1.6973 1.7008左边跨扭转振动7 1.6977 1.7014右边跨扭转振动8 1.7292 1.7311竖向挠曲振动表2建模过程中相关数据比较项目实体建模直接生成关键点数56线条数239节点数113851891单元数29722948CP U处理时间/min433.2预应力混凝土桥实例该桥为预应力混凝土连续刚构桥,全长210m (55m+100m+55m),采用箱梁结构。
该桥箱梁采用直腹板单箱单室结构,箱梁顶面宽度为11m,箱体宽度为6m,T构端部梁高2.6m,根部梁高5.6 m。
根部5m梁段主梁高度采用直线变化,其余主梁高度采用二次抛物线变化。
箱梁采用50号混凝土。
主梁悬臂浇注梁段划分为12段,中跨合拢一段,边跨合拢分两段。
纵向预应力钢束分顶板束和底板束两种束型。
预应力钢束都采用12×j15.24 mm的钢绞线束。
对于此结构,我们只能采用实体结构建模,然后划分网格进行计算,如采用直接生成的方法,则根本无法建成。
这是因为直接生成模型时需要对结构的每个节点位置和相互连接关系很明确,而且这种方法对预应力的施加带来困难。
ANS YS中加预应力有几种方式:①直接在单元里加;②用F力加,然后在分析时打开Prestress,On;③用温度变化模拟。
预应力混凝土分析根据作用不同有分离式和整体式两类。
分离式就是将混凝土和力筋的作用分别考 与设计虑,以荷载的形式取代预应力钢筋的作用,如等效荷载法;整体式则是将二者一起考虑,如用Link 单元模拟力筋。
本例建模时采用的是整体式分析方法,直接在单元里施加预应力。
如果此例采用梁单元建模,将钢筋的预应力视为等效力将会更简单。
由于混凝土材料性质的复杂性,编制三维预应力混凝土非线性分析的通用有限元程序相当困难。
ANSYS 软件有众多的材料模型可供选择,AN -S YS8.0版本相对于以前的版本其求解非线性问题的能力有很大提高。
用实体建模建立的有限元模型如图2。
图2 预应力混凝土桥有限元模型4结论通过对钢桁梁桥和钢筋混凝土桥的实体建模与直接生成的比较可以得到以下结论:(1)对于钢桁梁桥,采用实体建模和直接生成,它们的模型差别不大,在进行模态分析时,它们的结果相近,但在进行应力分析时则尽量用实体建模。
(2)对于钢筋混凝土桥则一般采用实体建模,若采用直接生成则比较麻烦,在正常情况下一般不能生成模型。
(3)实体建模时需要处理的数据较少,建模时间缩短,且单元尺寸划分方便又灵活;而采用直接生成法虽然建模时处理数据多,但节点少,节约了CPU 处理时间。
通过以上比较可以看出,对于大型或复杂的模型,特别是对三维实体模型更合适用实体建模方法,对小型简单的模型直接生成模型较方便。
在实际结构分析中,应根据结构具体情况,扬长避短,使AN -SYS 通用程序更好地应用于各种结构分析中。
参考文献[1]张立明.A LGO R 、A NS YS 在桥梁工程中的应用方法与实例[M ].北京:人民交通出版社,2003.32～58[2]李景涌.有限元法[M ].北京:人民交通出版社,2002.151～168[3]王军文,梁志广,苏木标.芜湖长江大桥连续板桁结合梁的空间结构分析[J ].石家庄铁道学院学报,2001,(6):28～30[4]小西一郎.钢桥(第三分册)[M ].朱立冬译.北京:中国铁道出版社,1980.194～215Study of and Comparison Between the Solid and Direct Modeling Methods by ANSYSWANG Li -jin 1, GU Li -sheng 1, REN Zhi -guo 2(1.Department of Communication Engineering ,Shijiazhuang Railw ay Institute ,Shijiazhuang 050043,China ;2.T he 2nd Branch of the 12th Railway Construction Bureau ,Taiy uan 030032,China )A bstract :This paper discusses and compares both the adv antag es and disadv antages o f the so lid and directmodeling metho ds by ANSYS.Special stress is placed o n the concrete slab -steel truss co mposite structures fo r the Yang tze River Bridg e at Wuhu.Finally ,it co ncludes that A NS YS should be better applied to the analyses o f different bridge structures according to their respective characteristics.Key words :mo deling me thod ;ANSYS ;solid mo del ;direct co nstructio n ;structural analy ses 与设计。
