1、,ANSA 初級(jí)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(dú)特之處,內(nèi)容摘要,第一章 ANSA介紹,ANSA是一高級(jí)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(diǎn)應(yīng)基于CAD模型。 - 通常所要做的前處理工作，只用這一個(gè)軟件就可全部完 成，不需要其它輔助軟件介入。

2、,Ansa界面,1 Main pull down menu：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 On line help: 點(diǎn)擊HELP按鈕可以得到界面上任何功能的幫助文檔，點(diǎn)擊 EXIT按鈕退出。 3 Menu button: 在TOPO、MESH、DECK 菜單之間進(jìn)行切換。相關(guān)的功能 將出現(xiàn)在右邊的界面上。 4 Function Groups: 這些功能按類分組，分組依據(jù)是操作實(shí)體的類型，組 名邊上的數(shù)字表示在界面上沒(méi)有看到但屬于該組的功 能數(shù)，這些功能位于Buffer Memu中，通過(guò)右鍵點(diǎn)擊組 名可以進(jìn)入。 5 View Groups : 這

3、些是控制不同實(shí)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 Additional Groups: 取決于選擇的是TOPO、MESH、DECK 菜單，顯示幾 何操作或質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)則等不同功能。 7 Access to lists: 通過(guò)這些功能可以進(jìn)入不敷出property、materia列表， 同樣可以進(jìn)入Part Manager。,8 Focus Groups: 該功能群包含所有的用于分離和控制所選實(shí)體的顯示功能，以 使工作區(qū)域的顯示清晰。 9 Text Window: 指導(dǎo)性文字或有關(guān)程序的報(bào)告顯示在

4、該窗口。,1.1 ansa通用命令基本操作,鍵盤操作功能 1. F1F12功能鍵功用,2. 輔助功能鍵 Ctrl 與鼠標(biāo)配合，實(shí)現(xiàn)視圖平移，旋轉(zhuǎn)功能。 Shift 與鼠標(biāo)配合，實(shí)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(gè)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(diǎn)位置（工作平面狀態(tài)下） 。 - 控制列表中的實(shí)體。 - 在命令面板中激活后

5、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(shí)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(duì)應(yīng)的三組面板,Topo 此面板下的命令，用于進(jìn)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(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè) 定。,TOPO面板,控制點(diǎn)編輯模塊,焊點(diǎn)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(diǎn)編輯模塊,控制點(diǎn)編輯模塊,焊點(diǎn)編輯模塊,參數(shù)編輯模塊,MESH 面板,宏編輯模塊,節(jié)點(diǎn)編輯模塊,面網(wǎng)格編輯模塊,單元編輯模塊,體網(wǎng)格

6、編輯模塊,DECK 面板,求解器選擇模塊,節(jié)點(diǎn)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(shí)，總會(huì)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(diǎn)，多余線的自動(dòng)清理等命令。,2.1 常見的幾何清理問(wèn)題,除去交點(diǎn)，端點(diǎn)，焊點(diǎn)之外的多余節(jié)點(diǎn)； 在交點(diǎn)處的零距離特征線段； 孤立面，多余面，重合面的處理問(wèn)題。 其他。,2.2

7、 ansa 解決幾何清理問(wèn)題的方案,對(duì)于點(diǎn)的問(wèn)題，應(yīng)用控制點(diǎn)模塊的各項(xiàng)命令，進(jìn)行對(duì)點(diǎn)的手動(dòng)，自動(dòng)處理操作。如： 手動(dòng)刪除點(diǎn)可應(yīng)用 命令。 自動(dòng)進(jìn)行清理可采用 命令。 對(duì)于特征線的問(wèn)題，應(yīng)用CONS模塊的命令； 對(duì)于面的問(wèn)題，應(yīng)用face模塊的命令。 例題：見tutorial 1。,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(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問(wèn)題較多，需 要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對(duì)計(jì)算精度和計(jì)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(shí)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(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一

8、般來(lái)講， 網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，所以在確 定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡兩個(gè)因數(shù)綜合考慮。 在決定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。在靜力分析時(shí)，如果僅僅是 計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。如果需要計(jì)算應(yīng)力，則在精度要求 相同的情況下應(yīng)取相對(duì)較多的網(wǎng)格。同樣在響應(yīng)計(jì)算中，計(jì)算應(yīng)力響應(yīng)所取 的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計(jì)算位移響應(yīng)多。在計(jì)算結(jié)構(gòu)固有動(dòng)力特性時(shí)，若僅僅是計(jì)算 少數(shù)低階模態(tài)，可以選擇較少的網(wǎng)格，如果計(jì)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(shí)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

9、同的網(wǎng)格，這是為了適 應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)。在計(jì)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(jì)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(duì)稀疏的 網(wǎng)格。這樣，整個(gè)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(dòng)應(yīng)力)，而 計(jì)算固有特性時(shí)則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式。這是因?yàn)楣逃蓄l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(jì)算誤差。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。 3. 單元階次

10、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(jì)算精度，因?yàn)楦唠A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(chǎng)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(shí)可以選用高階單元。但高階單元的節(jié)點(diǎn)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(shí)應(yīng)權(quán) 衡考慮計(jì)算精度和時(shí)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(jì)算精度。 質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各個(gè)內(nèi)角相差 不大、網(wǎng)格面不過(guò)分扭曲、邊節(jié)點(diǎn)位于邊界等分點(diǎn)附近的網(wǎng)格質(zhì)量

11、較 好。網(wǎng)格質(zhì)量可用細(xì)長(zhǎng)比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點(diǎn)位 置偏差等指標(biāo)度量。 劃分網(wǎng)格時(shí)一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達(dá)到某些指標(biāo)要求。在重點(diǎn)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(gè)別質(zhì)量很差的網(wǎng)格也 會(huì)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(shí)，計(jì)算過(guò)程將無(wú)法進(jìn)行。 5 網(wǎng)格分界面和分界點(diǎn) 結(jié)構(gòu)中的一些特殊界面和特殊點(diǎn)應(yīng)分為網(wǎng)格邊界或節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，而不應(yīng)讓邊界條件來(lái)適應(yīng)網(wǎng)格。常見的特殊界面和特殊點(diǎn)有材 料分界面、幾何尺寸突變面、分布載荷分界線(點(diǎn))

12、、集中載荷作用點(diǎn)和 位移約束作用點(diǎn)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(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞相鄰單元。為保證 位移協(xié)調(diào)，一個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)必須同時(shí)也是相鄰單元的節(jié)點(diǎn)，而不應(yīng)是內(nèi)點(diǎn) 或邊界點(diǎn)。相鄰單元的共有節(jié)點(diǎn)具有相同的自由度性質(zhì)。否則，單元之間 須用多點(diǎn)約束等式或約束單元進(jìn)行約束處理。 7 網(wǎng)格布局 當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀對(duì)稱時(shí)，其網(wǎng)格也應(yīng)劃分對(duì)稱網(wǎng)格，以使模型表現(xiàn)出相應(yīng) 的對(duì)稱特性(如集中質(zhì)矩陣對(duì)稱)。不對(duì)稱布局會(huì)引起一定誤差。 8 節(jié)點(diǎn)和單元編號(hào) 節(jié)點(diǎn)和單元的編號(hào)影響結(jié)構(gòu)總剛矩陣的帶寬和波前數(shù)，因而影響計(jì)算 時(shí)間和存儲(chǔ)容量的大小，因此合理的編號(hào)有利于提高計(jì)算速度。但對(duì)復(fù)雜 模型和自動(dòng)分網(wǎng)而言，人為

13、確定合理的編號(hào)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(jìn)行帶寬和波前優(yōu)化，從而減輕人的勞 動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)種子數(shù),選擇不同形狀 的單元和網(wǎng)格 生成規(guī)則,對(duì)生成的網(wǎng)格 進(jìn)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(shí)為保證網(wǎng)格尺寸和質(zhì)量符合要求，需要運(yùn)用宏編輯模塊對(duì)特征線進(jìn)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)。,Free

14、ze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(guò)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(guò)渡的。,MAP 盡可能的生成四邊形網(wǎng)格。 SPOT-ME 生成適應(yīng)焊點(diǎn)和連接點(diǎn)的網(wǎng)格。,對(duì)邊節(jié)點(diǎn)數(shù)不同,流體網(wǎng)格,網(wǎng)格質(zhì)量提高,局部細(xì)化網(wǎng)格,自動(dòng)提高網(wǎng)格質(zhì)量,手動(dòng)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(jìn)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(gè)環(huán)節(jié)，不僅僅是空間上的約束，還包括各種場(chǎng)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,ABAQUS,NASTRAN,STAR-CD,ANSA軟件平臺(tái),結(jié)構(gòu) 分析,流體 分析,統(tǒng)一的有限元前處理平