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《ANSYS 14有限元分析自学手册》一2.5 自顶向下创建几何模型(体素)

简介:
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本节书摘来自异步社区《ANSYS 14有限元分析自学手册》一书中的第2章,第2.5节,作者 李兵 , 宫鹏涵,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.5 自顶向下创建几何模型(体素)

ANSYS 14有限元分析自学手册
几何体素是用单个ANSYS命令创建常用实体模型(如球、正棱柱等)。因为体素是高级图元,不用先定义任何关键点而形成,所以称利用体素进行建模的方法为自顶向下建模。当生成一个体素时,ANSYS程序会自动生成所有属于该体素的必要的低级图元。

2.5.1 创建面体素

创建面体素的命令及GUI菜单路径如表2-28所示。

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2.5.2 创建实体体素

创建实体体素的命令及GUI菜单路径如表2-29所示。

image
image

如图2-78所示是环形体素和环形扇区体素。

image

2.5.3 自顶向下建模实例

自顶向下的建立模型是指从体到面、从面到线、从线到点的顺序进行建模,因为线由点构成,面由线构成,而体由面构成,所以称这个顺序为自顶向下建模。在建立模型的过程中,自顶向下并不是绝对的,有时也用到自底向上的方法。现在通过建立一个联轴体来介绍自顶向下建模的方法,联轴体如图2-80所示。

建立联轴体具体步骤如下。

首先从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor,进入前处理(/PREP7)。

1.创建圆柱体
(1)进入ANSYS工作目录,按照前面讲过的方法,将“coupling”作为jobname。

(2)从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。

(3)在打开的创建柱体对话框中,在“WP X”中输入“0”,“WP Y”中输入“0”,“Radius”中输入“5”,“Depth”中输入“10”,单击“Apply”按钮。

(4)在“WP X”中输入“12”,“WP Y”中输入“0”,“Radius”中输入“3”,“Depth”中输入“4”,单击“OK”按钮生成一个圆柱体。输入过程如图2-81所示,得到两个圆柱体,结果如图2-82所示。

(5)显示线。从实用菜单中选择Utility Menu:Plot > Lines,结果如图2-83所示。

image

image

2.建立两圆柱面相切的4个关键点
(1)创建局部坐标系。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +。

② 在打开的创建坐标系对话框中,在“Global Cartesian”文本框中输入“0,0,0”然后单击“OK”按钮,得到“Create Local CS At Specified Location”对话框,如图2-84所示。

③ 在“Ref number of new coord sys”中输入“11”,在“Type of coordinate system”中选择“Cylindrical 1”,在“Origin of coord system”文本框中分别输入“0,0,0”,单击“OK”按钮,如图2-85所示。

(2)建立两圆柱面相切的4个关键点。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS。

② 在“Keypoints number”文本框中输入“110”,在“Location in active CS”文本框中分别输入“5,-80.4,0”创建一个关键点,如图2-86所示,单击“Apply”按钮,在“Keypoints number”文本框中输入“120”,在“Location in active CS”文本框中分别输入“5,80.4,0”,单击“OK”按钮,创建另一个关键点。

image

(3)创建局部坐标系。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +。

② 在“Global Cartesian”文本框中输入“12,0,0”然后单击“OK”按钮,得到“Create Local CS At Specified Location”对话框。

③ 在“Ref number of new coord sys”中输入“12”,在“Type of coordinate system”中选择“Cylindrical 1”,“Origin of coord system”文本框中分别输入“12,0,0”,单击“OK”按钮。

④ 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS。

⑤ 在“Keypoints number”文本框中输入“130”,在“Location in active CS”文本框中分别输入“3,-80.4,0”创建一个关键点,单击“Apply”按钮,在“Keypoints number”文本框中输入“140”,在“Location in active CS”文本框中分别输入“3,80.4,0”,单击“OK”按钮,创建另一个关键点。

3.生成与圆柱底相交的面
(1)用4个相切的点创建4条直线。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Strainght lines。

② 连接点110和点130,点120和点140,点110和点120,点130和点140,使它们成为4条直线,单击“OK”按钮,如图2-87所示。

(2)创建一个四边形面。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > By Lines。

② 依次拾取刚刚建立的4条直线,单击“OK”按钮,如图2-88所示。

image

生成的四边形面如图2-89所示。

4.沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱
(1)从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal。

(2)在图形窗口中拾取四边形面,单击“OK”按钮,如图2-90所示。

(3)这时打开创建体对话框,输入“DIST =-4”,厚度的方向是向圆柱所在的方向,单击“OK”,如图2-91所示。

image

生成的四棱柱如图2-92所示。

5.形成一个完全的轴孔
(1)将坐标系转到全局直角坐标系下。从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian。

image

(2)偏移工作平面。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations + 。

② 在“Global Cartesian”文本框中输入“0,0,8.5”,单击“OK”按钮,如图2-93所示。

image

(3)创建圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。

②在创建圆柱体对话框中,在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入3.5,“Depth”中输入1.5,单击“Apply”按钮。

(4)在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入2.5,“Depth”中输入-8.5,单击“OK”按钮生成另一个圆柱体。得到两个圆柱体,结果如图2-94所示。
image

(5)从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。

② 在图形窗口中拾取联轴体及大圆柱体,作为布尔“减”操作的母体,单击“Apply”按钮。

③ 在图形窗口中拾取刚刚建立的两个圆柱体作为“减”去的对象,单击“OK”按钮,所得结果如图2-95所示。

image

(6)偏移工作平面。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations +。

② 在偏移工作平面对话框中,在“Global Cartesion”文本框中输入“0,0,0”,单击“OK”按钮。

(7)生成长方体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By Dimensions。

② 输入“x1=0,x2=-3,y1=-0.6,y2=0.6,z1=0, z2=8.5”,如图2-96所示。得到的结果如图2-97所示。

image

(8)从联轴体中再“减”去长方体形成完全的轴孔。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。

② 在图形窗口中拾取联轴体及大圆柱体,作为布尔“减”操作的母体,单击“Apply”按钮。

③ 在图形窗口中拾取刚刚建立的长方体作为“减”去的对象,单击“OK”按钮,所得结果如图2-98所示。

image

6.形成另一个轴孔
(1)偏移工作平面。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations + 。

② 打开工作平面设置对话框,在“Global Cartesian”文本框中输入“12,0,2.5”,单击“OK”按钮。

(2)创建圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。

② 打开创建圆柱体对话框,在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入2,“Depth”中输入1.5,单击“Apply”按钮。

③ 在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入1.5,“Depth”中输入−2.5,单击“OK”按钮生成另一个圆柱体,得到两个圆柱体。

(3)从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。

② 拾取联轴体,作为布尔“减”操作的母体,单击“Apply”按钮。

③ 拾取刚建立的两个圆柱体作为“减”去对象,单击“OK”按钮,所得结果如图2-99所示。
image

7.连接所有体
(1)从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Volumes。

(2)在出现的对话框中单击“Pick All”按钮。

(3)打开体号显示开关并画体。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:PlotCtrls > Numbering。

② 设置“Volume numbles”选项为“on”,单击“OK”按钮,所得结果如图2-100所示。

8.保存并退出ANSYS
(1)选取工具条上的“SAVE_DB”。

(2)选取工具条上的“QUIT”。

image

本例操作的命令流如下:

/CLEAR,START
/FILNAME,coupling,0         ! 将“coupling”作为jobname
/PREP7 
CYL4,0,0,5, , , ,10 
CYL4,12,0,3, , , ,4         ! 创建圆柱体
LPLOT    ! 显示线
LOCAL,11,1,0,0,0, , , ,1,1,     ! 创建局部坐标系
K,110,5,-80.4,0,
K,120,5,80.4,0,           ! 建立左圆柱面相切的两个关键点
LOCAL,12,1,12,0,0, , , ,1,1,    ! 创建局部坐标系
K,130,3,-80.4,0,
K,140,3,80.4,0,           ! 建立右圆柱面相切的两个关键点
LSTR,   110,   130 
LSTR,   120,   140 
LSTR,   130,   140 
LSTR,   120,   110       ! 用四个相切的点创建4条直线
FLST,2,4,4 
FITEM,2,24 
FITEM,2,21 
FITEM,2,23 
FITEM,2,22 
AL,P51X               ! 创建一个四边形面
VOFFST,9,4, ,            ! 沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱,厚度为4
CSYS,0               ! 将坐标系转到全局直角坐标系下
FLST,2,1,8 
FITEM,2,0,0,8.5 
WPAVE,P51X             !偏移工作平面
CYL4,0,0,3.5, , , ,1.5 
CYL4,0,0,2.5, , , ,-8.5          !创建两个圆柱体
FLST,2,2,6,ORDE,2  
FITEM,2,1  
FITEM,2,3  
FLST,3,2,6,ORDE,2  
FITEM,3,4  
FITEM,3,-5 
VSBV,P51X,P51X           ! 从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔
FLST,2,1,8 
FITEM,2,0,0,0  
WPAVE,P51X             ! 偏移工作平面
BLOCK,0,-3,-0.6,0.6,0,8.5,       ! 生成长方体
VSBV,    7,    1        ! 从联轴体中再“减”去长方体形成完全的轴孔
FLST,2,1,8 
FITEM,2,12,0,2.5
WPAVE,P51X             ! 偏移工作平面
CYL4,0,0,2, , , ,1.5
CYL4,0,0,1.5, , , ,-2.5          !创建两个圆柱体
FLST,2,2,6,ORDE,2  
FITEM,2,2  
FITEM,2,6  
FLST,3,2,6,ORDE,2  
FITEM,3,1  
FITEM,3,4  
VSBV,P51X,P51X          ! 从联轴体中“减”去圆柱体形成轴孔
FLST,2,3,6,ORDE,3  
FITEM,2,3  
FITEM,2,5  
FITEM,2,7  
VADD,P51X              ! 连接所有体
SAVE
FINISH               ! 保存并退出ANSYS

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