工业装备虚拟仿真技术
硕士研究生学位课程讲义（2008）
网格划分
建立有限元模型
ANSYS中不用实体模型求解，而 是用有限元模型求解。
建立几何模型
• 定义单元属性 – 单元类型 – 实常数和截面特性 – 材料特性
• 网格工具MeshTool – 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式 • 自由网格、映射网格 ，扫掠网格
激活需要的属性组合，这些被称为 激活的 TYPE, REAL, 和 MAT 设置。 或使用 TYPE, REAL, 和 MAT 命令。 3. 仅对上述设置属性的实体划分网格。
建立有限元模型 – 指定网格控制
修改单元属性 1. 定义所有需要的单元类型，材料和实常数。 2. 激活需要的 TYPE, REAL, 及 MAT 设置的组合： Main Menu >
• 网格拖拉 • 过渡单元
亦可直接
前
设定属性（单元类 型，材料属性，实
建立有限 元模型。
处
常数，截面属性…）
（直接建 立单元和
理
节点）
网格划分（离散）
求
对于 多载
解
荷步 分析
施加载荷 设定求解控制
求解
后
查看某一
查看某变
处
时刻结果
量随时间
理
（通用后 处理器）
变化的结 果（时间
后处理器）
建立有限元模型
– Z方向应变不等于零 。
– 可选择不同厚度 (Z 方 向)。
– 用于分析诸如只受面 内荷载的平板，承受 压力或离心力的薄板 等结构。
Y ZX
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元种类
• 平面应变 沿Z方向应
变等于零。
– 用于Z方向尺寸远 大于X、Y方向尺寸 的模型。
– Z方向应力不等于 零。
– 用于等截面细长结 构，例如梁。轧制 过程，坝体
• 网格划分是用节点、单元填充实体模型，建立有限元 模型的过程。
– 请记住，有限元求解时需要有限元模型，而不是实体模型。 实体模型不参与有限元求解。
实体模型
网格化
FEA 模型
建立有限元模型
• 网格划分有三个步骤：
– 定义单元属性 – 指定网格控制 – 生成网格
• 单元属性是网格划分前必 须指定的有限元模型的特 性，包括：
– 或使用 ET 命令： • et,1,solid92
建立有限元模型 – 定义单元属性
实常数
• 实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的几何 参数。例如： – 梁单元是由连接两个节点的线定义的，这只定义了梁 长度，要指明梁的横截面属性，如面积，惯性矩就要 用实常数。 – 壳单元是由四边形和三角形来定义的，这只定义了壳 的表面，要指明壳的厚度，必须用实常数。 – 多数三维实常数单元不需要实常数，因为单元几何模 型已经由节点完全确定了。
– 单元形状 – 六面体，四面体，四边形，三角形等。 – 维数 -- 2-D (只有X-Y 平面), 或 3-D。 – 假设的位移形函数 – 线性及二次函数。
• ANSYS 有一个超过200多种单元供用户选择，稍后将介绍 如何选取单元类型，现在请看如何定义单元类型。
建立有限元模型 – 定义单元属性
求解
后
查看某一
查看某变
处
时刻结果
量随时间
理
（通用后 处理器）
变化的结 果（时间
后处理器）
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元类型
• 单元类型是一个重要选项，它决定如下单元特性：
– 自由度(DOF)设置。 例如，热单元类型有一个自由度： TEMP， 而一个结构单元可能有六个自由度：UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.
– 所有荷载作用在 X-Y 平面内，其响应（位移）也在 X-Y 平面内。
– 单元特性可能是下边的一种：
• 平面应力
• 平面应变
Y
• 轴对称 • 轴对称简谐
ZX
• 广义平面应变
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元种类
• 平面应力 假设Z轴方向应
力等于零。
– 用于Z方向尺寸远小 于X、Y方向尺寸的模 型。
• 如果没有指定属性，ANSYS 将MAT=1, TYPE=1, 及 REAL=1 作为模型中所有单元的缺省设置。注意，采用 当前激活的TYPE, REAL, 和 MAT 进行网格操作。
• 经验：在同一部分，将单元类型编号、实常数编号、 材料编号以及截面编号设置相同的数字。
建立有限元模型 – 指定网格控制
• 许多 FEA 模型有多种单元属性。例如，下图所示的筒 仓有两种单元类型，三种实常数和两种材料。
类型 1 = 壳单元 类型 2 = 梁单元
材料1 = 混凝土 材料 2 = 钢
实常数 1 = 3/8” 厚度 实常数 2 = 梁单元特性 实常数 3 = 1/8” 厚度
建立有限元模型 – 指定网格控制
建立有限元模型 – 指定网格控制
使用总体设置 1. 定义全部单元类型，材料，实常数。 2. 然后用网格工具的“Element
Attributes”菜单(Main Menu > Preprocessor > MeshTool): – 选择 Global然后按 SET 按钮。 – 在“Meshing Attributes” 对话框中
• 网格工具MeshTool – 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式 • 自由网格、映射网 格，扫掠网格 • 网格拖拉 • 过渡单元
建立有限元模型 – 指定网格控制
• 模型中有多种单元类型，实常数和材料，必须确保给 每个单元指定合适的特性，有以下三种途径： – 在网格划分前给实体模型指定特性。 – 在网格划分前总体设置MAT, TYPE, 和REAL。 – 在网格划分后修改单元属性。
材料特性
– 每一个分析都需要输入一些材料特性：
• 例如：结构单元所需的杨氏模量 • 热单元所需的热传导系数KXX等。
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
指定材料属性 • 这种方法，采用 GUI 方式直接指定想要的材料属性，以
取代选择材料名称。 • 指定材料属性：
– Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models • 双击合适的属性选项来定义材料属性。
材料特性
• 复制材料模 型到另一个 材料表
• 删除材料类 型
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 材料 GUI 收藏选项 Biblioteka 保存一些经常用的材料属性。
• 允许按照当前选择的 模型数据库来定义模 板。
• 不保存指定的材料和 相关的数据。只保存 你喜欢的模板来注册 ANSYS文件，以便后面
的分析。
Z YX
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元种类
• 轴对称 假定三维模型及其荷载是
由二维模型绕Y轴旋转 360°生成 的。 – 对称轴必须与整体坐标Y轴重合
。 – 不允许有负的 X 坐标。 – Y 方向是轴向，X方向是径向，Z
与Z- 轴同向。 – 用于压力容器，直管道，轴等
建立有限元模型 – 定义单元属性
– 单元类型（TYPE） – 实常数（REAL） （某些单
元） – 截面属性（SECTYPE）
（某些梁、壳单元） – 材料属性（MAT）
建立几何模型
亦可直接
前
设定属性（单元类 型，材料属性，实
建立有限 元模型。
处
常数，截面属性…）
（直接建 立单元和
理
节点）
网格划分（离散）
求
对于 多载
解
荷步 分析
施加载荷 设定求解控制
Modeling > Move/Modify > Elements > Modify Attrib – 拾取需要的单元。 4. 在后续对话框中将属性设置为 “All to current”。
建立有限元模型 – 指定网格控制
请记住以下几点： • 可以激活属性编号，校核单元属性：
– Utility Menu > PlotCtrls > Numbering – 或使用 /PNUM,attr,ON, 可以是 TYPE,
建立有限元模型 – 定义单元属性
定义截面特性
– Main Menu > Preprocessor > Sections
• 能够导入截面 • 能够建立梁，壳和 Pretension 截面。
• 或者使用SECxxx 系列命令。
• 定义单元类型需要不同的截面特性 ，详细内容见单元参考手册.
建立有限元模型 – 定义单元属性
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 使用树形结构选中 定义好的材料类型 。
• 然后输入各个材料 的特征值。
• 或使用 MP 命令
– mp,ex,1,30e6 – mp,prxy,1,.3
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 添加温度相关的材料属 性
• 绘出材料属性—温度曲 线
建立有限元模型 – 定义单元属性
• 网格工具MeshTool
– 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式
• 自由网格、映射网 格，扫掠网格
• 网格拖拉 • 过渡单元
建立有限元模型 – 指定网格控制
• 网格密度
– 有限单元法的基本原则是：单元数（网格密 度）越多，所得的解越逼近真实值。
Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default Attribs – 或使用 TYPE, REAL, 和 MAT 命令 3. 只修改使用上述设置的单元的属性： – 使用 EMODIF,PICK 或选择 Main Menu > Preprocessor >