ANSA初級培訓(xùn)教程 skyme Ansa介紹Ansa前處理流程幾何清理功能網(wǎng)格劃分邊界條件deck界面其他模塊Ansa獨特之處 內(nèi)容摘要 第一章ANSA介紹 ANSA是一高級有限元分析的前處理軟件 應(yīng)用于建立Crash Durability NVH CFD等通用有限元模型 有效的幾何清理 是做高質(zhì)量網(wǎng)格模型的必備的先決條件 零件的連接和裝配需要在網(wǎng)格和幾何模型一致的前提下 選擇的網(wǎng)格模型應(yīng)該是在通用的裝配幾何模型的基礎(chǔ)上生成的 殼單元網(wǎng)格節(jié)點應(yīng)基于CAD模型 通常所要做的前處理工作 只用這一個軟件就可全部完成 不需要其它輔助軟件介入 Ansa界面 1 Mainpulldownmenu 該菜單中包含了有關(guān)數(shù)據(jù)的輸入 輸出 分辯率 誤差和其它常用設(shè)置等功能 2 Onlinehelp 點擊HELP按鈕可以得到界面上任何功能的幫助文檔 點擊EXIT按鈕退出 3 Menubutton 在TOPO MESH DECK菜單之間進行切換 相關(guān)的功能將出現(xiàn)在右邊的界面上 4 FunctionGroups 這些功能按類分組 分組依據(jù)是操作實體的類型 組名邊上的數(shù)字表示在界面上沒有看到但屬于該組的功能數(shù) 這些功能位于BufferMemu中 通過右鍵點擊組名可以進入 5 ViewGroups 這些是控制不同實體顯示的標(biāo)記按鈕 另外還有一些控制顯示模式的標(biāo)記或觸發(fā)按鈕 例按ENT或PID不同顯示不同顏色 SHADOW或WIRE顯示等 6 AdditionalGroups 取決于選擇的是TOPO MESH DECK菜單 顯示幾何操作或質(zhì)量檢測準則等不同功能 7 Accesstolists 通過這些功能可以進入不敷出property materia列表 同樣可以進入PartManager 8 FocusGroups 該功能群包含所有的用于分離和控制所選實體的顯示功能 以使工作區(qū)域的顯示清晰 9 TextWindow 指導(dǎo)性文字或有關(guān)程序的報告顯示在該窗口 1 1ansa通用命令基本操作 鍵盤操作功能1 F1 F12功能鍵功用 2 輔助功能鍵Ctrl與鼠標(biāo)配合 實現(xiàn)視圖平移 旋轉(zhuǎn)功能 Shift與鼠標(biāo)配合 實現(xiàn)多邊形區(qū)域選擇功能 鼠標(biāo)功能 鼠標(biāo)鍵與CTRL鍵組合 用于視圖界面的控制 與SHIFT鍵組合用于多邊形的選擇區(qū)域 另外一個特殊的功能就是 與HELP命令按鈕配合 提供所選命令的功能描述 鼠標(biāo)中鍵有如下功能 結(jié)束選擇 取消當(dāng)前激活的命令 鼠標(biāo)中鍵有如下功能 取消以選擇的目標(biāo) 持續(xù)應(yīng)用上一部所采用命令 選取最近的點位置 工作平面狀態(tài)下 控制列表中的實體 在命令面板中激活后備命令窗口 鼠標(biāo)左鍵有如下功能 激活菜單命令按鈕 選擇和定義實體 1 2有限元前處理三步曲 幾何清理模型網(wǎng)格劃分邊界條件設(shè)定 Ansa對應(yīng)的三組面板 Topo此面板下的命令 用于進行幾何清理 Mesh此面板下的命令 用于面網(wǎng)格 體網(wǎng)格 流體網(wǎng)格的劃分 及質(zhì)量提高 Deck此面板下的命令 用于對模型的邊界條件進行設(shè)定 TOPO面板 控制點編輯模塊 焊點編輯模塊 特征線編輯模塊 幾何表面編輯模塊 面域編輯模塊 幾何線編輯模塊 幾何點編輯模塊 控制點編輯模塊 焊點編輯模塊 參數(shù)編輯模塊 MESH面板 宏編輯模塊 節(jié)點編輯模塊 面網(wǎng)格編輯模塊 單元編輯模塊 體網(wǎng)格編輯模塊 DECK面板 求解器選擇模塊 節(jié)點編輯模塊 坐標(biāo)系編輯模塊 單元選擇及編輯模塊 連接約束模塊 邊界模塊 載荷模塊 初始條件模塊 輔助模塊 第二章幾何清理 幾何清理是在做有限元網(wǎng)格模型之前的重要一步 當(dāng)幾何模型倒入有限元前處理軟件時 總會出現(xiàn)因格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)致幾何數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象 這就要求有限元前處理軟件擁有高效快捷的修復(fù)手段的功能 Ansa擁有快捷高效的幾何清理工具 尤其在12版中增加了多余節(jié)點 多余線的自動清理等命令 2 1常見的幾何清理問題 除去交點 端點 焊點之外的多余節(jié)點 在交點處的零距離特征線段 孤立面 多余面 重合面的處理問題 其他 2 2ansa解決幾何清理問題的方案 對于點的問題 應(yīng)用控制點模塊的各項命令 進行對點的手動 自動處理操作 如 手動刪除點可應(yīng)用命令 自動進行清理可采用命令 對于特征線的問題 應(yīng)用CONS模塊的命令 對于面的問題 應(yīng)用face模塊的命令 例題 見tutorial1 第三章網(wǎng)格劃分 3 1網(wǎng)格劃分原則劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié) 它要求考慮的問題較多 需要的工作量較大 所劃分的網(wǎng)格形式對計算精度和計算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響 為建立正確 合理的有限元模型 這里介紹劃分網(wǎng)格時應(yīng)考慮的一些基本原則 1網(wǎng)格數(shù)量網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模的大小 一般來講 網(wǎng)格數(shù)量增加 計算精度會有所提高 但同時計算規(guī)模也會增加 所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)權(quán)衡兩個因數(shù)綜合考慮 在決定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型 在靜力分析時 如果僅僅是計算結(jié)構(gòu)的變形 網(wǎng)格數(shù)量可以少一些 如果需要計算應(yīng)力 則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格 同樣在響應(yīng)計算中 計算應(yīng)力響應(yīng)所取的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計算位移響應(yīng)多 在計算結(jié)構(gòu)固有動力特性時 若僅僅是計算少數(shù)低階模態(tài) 可以選擇較少的網(wǎng)格 如果計算的模態(tài)階次較高 則應(yīng)選擇較多的網(wǎng)格 在熱分析中 結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度梯度不大 不需要大量的內(nèi)部單元 這時可劃分較少的網(wǎng)格 2 網(wǎng)格疏密網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格 這是為了適應(yīng)計算數(shù)據(jù)的分布特點 在計算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位 如應(yīng)力集中處 為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律 需要采用比較密集的網(wǎng)格 而在計算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位 為減小模型規(guī)模 則應(yīng)劃分相對稀疏的網(wǎng)格 這樣 整個結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式 劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析 包括靜應(yīng)力和動應(yīng)力 而計算固有特性時則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式 這是因為固有頻率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布 不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象 采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大 可減小數(shù)值計算誤差 同樣 在結(jié)構(gòu)溫度場計算中也趨于采用均勻網(wǎng)格 3 單元階次許多單元都具有線性 二次和三次等形式 其中二次和三次形式的單元稱為高階單元 選用高階單元可提高計算精度 因為高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界 且高次插值函數(shù)可更高精度地逼近復(fù)雜場函數(shù) 所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則 應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時可以選用高階單元 但高階單元的節(jié)點數(shù)較多 在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多 因此在使用時應(yīng)權(quán)衡考慮計算精度和時間 4網(wǎng)格質(zhì)量網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性 質(zhì)量好壞將影響計算精度 質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂嬎?直觀上看 網(wǎng)格各邊或各個內(nèi)角相差不大 網(wǎng)格面不過分扭曲 邊節(jié)點位于邊界等分點附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好 網(wǎng)格質(zhì)量可用細長比 錐度比 內(nèi)角 翹曲量 拉伸值 邊節(jié)點位置偏差等指標(biāo)度量 劃分網(wǎng)格時一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達到某些指標(biāo)要求 在重點研究的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位 應(yīng)保證劃分高質(zhì)量網(wǎng)格 即使是個別質(zhì)量很差的網(wǎng)格也會引起很大的局部誤差 而在結(jié)構(gòu)次要部位 網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低 當(dāng)模型中存在質(zhì)量很差的網(wǎng)格 稱為畸形網(wǎng)格 時 計算過程將無法進行 5網(wǎng)格分界面和分界點結(jié)構(gòu)中的一些特殊界面和特殊點應(yīng)分為網(wǎng)格邊界或節(jié)點以便定義材料特性 物理特性 載荷和位移約束條件 即應(yīng)使網(wǎng)格形式滿足邊界條件特點 而不應(yīng)讓邊界條件來適應(yīng)網(wǎng)格 常見的特殊界面和特殊點有材料分界面 幾何尺寸突變面 分布載荷分界線 點 集中載荷作用點和位移約束作用點等 6位移協(xié)調(diào)性位移協(xié)調(diào)是指單元上的力和力矩能夠通過節(jié)點傳遞相鄰單元 為保證位移協(xié)調(diào) 一個單元的節(jié)點必須同時也是相鄰單元的節(jié)點 而不應(yīng)是內(nèi)點或邊界點 相鄰單元的共有節(jié)點具有相同的自由度性質(zhì) 否則 單元之間須用多點約束等式或約束單元進行約束處理 7網(wǎng)格布局當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀對稱時 其網(wǎng)格也應(yīng)劃分對稱網(wǎng)格 以使模型表現(xiàn)出相應(yīng)的對稱特性 如集中質(zhì)矩陣對稱 不對稱布局會引起一定誤差 8節(jié)點和單元編號節(jié)點和單元的編號影響結(jié)構(gòu)總剛矩陣的帶寬和波前數(shù) 因而影響計算時間和存儲容量的大小 因此合理的編號有利于提高計算速度 但對復(fù)雜模型和自動分網(wǎng)而言 人為確定合理的編號很困難 目前許多有限元分析軟件自帶有優(yōu)化器 網(wǎng)格劃分后可進行帶寬和波前優(yōu)化 從而減輕人的勞動強度 3 2面網(wǎng)格劃分 調(diào)入清理后的幾何模型 編輯特征線 定義節(jié)點種子數(shù) 選擇不同形狀的單元和網(wǎng)格生成規(guī)則 對生成的網(wǎng)格進行質(zhì)量檢查 修改質(zhì)量差的網(wǎng)格 脫離幾何 3 2 1特征線的編輯 有時為保證網(wǎng)格尺寸和質(zhì)量符合要求 需要運用宏編輯模塊對特征線進行編輯 如 注 如面的PID不同 則不能被join 常用的命令為 切割命令 可以增加特征線 有利于網(wǎng)格的劃分 恢復(fù)命令 可恢復(fù)被jion的特征線 凍結(jié)命令 可凍結(jié)所選的面 從而使特征線變?yōu)椴豢删庉嫚顟B(tài) Freeze的逆操作 3 2 2種子的定義 在作網(wǎng)格前要定義每段特征線的種子數(shù) 可以通過定義數(shù)量和尺寸兩種方式定義 3 2 3網(wǎng)格劃分及質(zhì)量提高 幾種常用的面網(wǎng)格生成規(guī)則FREE以最少的單元 盡可能高的質(zhì)量劃分網(wǎng)格 BEST利用各種規(guī)則 確保偏斜的質(zhì)量是最高的 GRADUAL生成的網(wǎng)格尺寸是逐漸平滑過渡的 MAP盡可能的生成四邊形網(wǎng)格 SPOT ME生成適應(yīng)焊點和連接點的網(wǎng)格 對邊節(jié)點數(shù)不同 流體網(wǎng)格 網(wǎng)格質(zhì)量提高 局部細化網(wǎng)格 自動提高網(wǎng)格質(zhì)量 手動調(diào)整方法 孔編輯 網(wǎng)格的粗化與加密 網(wǎng)格重建 質(zhì)量控制 單元侵透檢查 3 3體網(wǎng)格劃分 在ansa中 提供三種網(wǎng)格類型 四面體 六面體和混合模式 包括五面體 體網(wǎng)格劃分是在面網(wǎng)格生成的基礎(chǔ)上進行的 四面體的生成 六面體網(wǎng)格 方法一 方法二 方法三 方法四 方法五 方法六 體網(wǎng)格質(zhì)量提高 利用此命令生成體網(wǎng)格 第四章定義邊界條件 定義邊界條件 在有限元分析中是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié) 不僅僅是空間上的約束 還包括各種場的耦合條件約束 ansa在DECK面板中集成了多種求解器的前處理模塊及接口 FLUENT ANSYS 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