ANSYS Workbench低维建模

ANSYS做分析,它的模型来源主要分为三种:内部建立、外来导入、互传。严格意义来讲,软件之间相互传递也可以归属为外来导入。而导入模型又可以继续划分为:导入几何模型、导入有限元模型。以当前的软件接口,导入外来的有限元模型并不完善,很多情况下都会出现问题,并不是导入以后就可以直接使用的。在大多数情况下,外来导入都以几何模型为主,并且导入的模型亦是需要认真检查的,可能会出现碎面、缺失面、狭缝、尖刺等一系列问题。另外也包括为有限元分析而对模型进行的必要简化,如面合并、倒角去除、孔洞填补等操作。这些特征如果直接进行网格划分,一来会让模型离散效果变差,为了比较准确离散小特征我们不得不付出更多的精力处理;二来细小特征在模型受到载荷时,可能会变现出应力奇异或者应力集中,这样模型就可能无法凸显出我们的分析需求,如在想要获得整体力学表现的情况下,狭小特征会让初学者甚至是经验不足的工程师造成误判。因此,模型无论是从哪个角度讲,在有限元分析中都是很重要的。
短文主要是记录低维模型的建立过程与方法,因为许多三维建模软件都比ANSYS自己的强很多,单纯从建立物理模型的角度考虑,所以三维建模不会做更详尽的记录。低维即点、线、面三种几何体的建立,可以使用自带的建模模块DesignModeler或者建模软件Spaceclaim,也可以将Solidworks等三维建模软件里面导出的模型再导入,还可以直接在三维软件与分析软件直接建立参数互动关系,模型可以在软件之间相互传递。
软件界面认识

先认识软件界面是必修课。你可以从启动Workbench界面左侧工具箱一栏的组件系统下拖动【Geometry】到右侧项目概图区域,或者双击【Geometry】亦可建立。在项目概图区域如果有【Geometry】这一项存在,你可以直接双击,也可鼠标右键单击。双击你打开的是Spaceclaim或者DM,高版本默认是SCDM,默认启动项可以从Tool根据里面修改,具体操作看之前的文章。你可以鼠标选择,然后右键单击,可以选择【New…】也可以选择【Import…】,等一系列选择。进入DM如下图所示:

操作注意事项
这些技巧一定要熟记且使用。一上来就规定好操作习惯,以后的操作将是受益不尽的。
先选择模型上的对象,后选择执行对象的命令。拉伸一个封闭矩形草图,你可以这么做:点击拉伸命令,点击详细栏Apply按钮,选择矩形草图,更新;你也可以这么做:选择矩形草图,点击拉伸命令,更新。凡是多步完成的命令,强烈建议试试采用后者,节省步骤。很多都是可以采用后面一种操作方式的,具体自己尝试。
使用坐标轴和它的中心来改变视图。我们也要正视于一个草图平面,可以选择该草图坐标平面,鼠标右键选择【Look At】,或者从工具栏选择正视于图标。更可以选择几何视图区域(空白最大的地方)里面右下角的坐标轴,单击一根坐标轴完成正视于。要让XY平面正视于,点击坐标轴Z轴即可,其他类似。坐标轴中心圆球即ISO视角显示,也可以图形区域鼠标右键选择Isometric。具体使用哪一种方法可以自己决定,个人偏后一种。
多使用鼠标右键。玩安卓系统久一点,你会发现应用的高级功能基本上在屏幕上那个三横的键里面。玩水果系统久一点,你会发现,高级功能或者快捷方式多是对一个对象常按。而PC端的软件它的常用操作是鼠标右键,无论是三维建模,二维制图,亦或者是系统操作。所以DM也不会例外,你可以再一个空白区域单击右键,你也可以选择一个对象再鼠标右键。选择一个对象鼠标右键,即为对这个对象常用操作。而空白区域鼠标右键多是对整个软件操作,是全局性的。
注意鼠标箭头的标识状态。小白用户经常遇到选不中的情况,我这好好的怎么选择不了几何要素呢。如果鼠标是一个箭头,意味着单选,一次一个要素。如果鼠标箭头右下侧有一个矩形框,表示框选(多选)。如果几何选择过滤器是点,你就没有办法选择其他的。在选择一个几何要素前,一定要确认几何过滤器是你需要的,否则白费力气。

注意菜单栏里面视图菜单【View】下的选项。凡是与视觉有关的你都应该想到该菜单,如软件界面弄乱了,这个菜单下有重置布局选项【Reset Layout】。线框显示、带边显示、梁截面显示、显示点等等都是在这里操作。梁横截面显示,可以查看界面方向是不是与想要的一致,点显示方便选择点,线框显示方便查看模型之间的共线情况。其他的就不强调了,慢慢学习,慢慢掌握。

桁架建模
建模可以自底向上(点线面体),也可以由顶向下。我们主要学习低维建模的一些操作,其他以后再学习。
桁架即所有元素都是杆,只能沿着轴线方向受拉压作用。这里建议一个平面桁架模型,图形为边长为100mm的正方形框架:
草绘准备
草图绘制
约束关系

标注尺寸

建立桁架
到这里为止就建立好了初步模型,但是还不完善。低版本默认是Beam的,如果需要定义为Link,需要在Mechanical下的Geometry对每个杆添加命令流,给它单元类型以及实数,甚至是单元力学行为,如应力刚化等。因为这里只有一根线,而实际模型是有三个维度的,所以实常数起到补充模型维度信息的作用,所以如果你绘制的是壳,那就必须给它厚度。如果是ANSYS高版本,则DM里面可以直接选择建立的是Beam还是Link。目前Link是圆形截面,有点类似梁,所以补充实常数给它一个半径即可。刚接触这些你可能会犯一个错误,很多人都会这么想:比如说在DM里面绘制了草图,然后就去分析,软件自然会报错,说找不到几何之类的。有些人说我这都画了杆件啊,怎么软件它不识别呢,你画的不是杆件,你画的只是一个草图。从其他软件导入模型,也会犯这个错误,道理是一样的。所以无论是建议桁架、梁还是平面模型,它都是在菜单栏目的概念建模里面完【Concept】。
注意两个小技巧:这里有四根杆,但并不需要定义四次命令流,除非你每个杆的截面钣金不一样,就算不一样也推荐你这么做:对排列在Mechanical里面Geometry列表下排在最上面的杆添加完整的命令流,然后选择从列表杆下面选择该命令流项【commands(APDL)】,注意不是选择它里面的内容。然后将它拖到到其他三根杆下即可完成,接着你可以分别修改里面的参数,如杆的类别或者截面半径。第二,如果是很复杂的桁架模型,建议你创建包围桁架的三维实体,桁架的端点为实体的顶点。然后通过实体的点或者线创建即可。也可以通过预先设置点坐标,然后批量导入创建,这些以后再学。
二维实体建模
二维实体即使用二维模型,表达三维。注意这里的模型是确确实实是二维模型,它与壳特别容易混淆。前面学过的梁以及杆,虽然创建上看是低维,但是我们补充了很多几何信息。梁需要赋予截面,杆需要给实常数,而这里的二维它就是一个面,不用增加信息。因为这个是用做平面分析的,所以分析类型需要指定为【2D】。
基于上面的草图创建一个平面模型,可以将上面的杆删除,也可以选择抑制,一直以后不仅不显示,也不会传入分析模型。
注意:WB识别的必须是处在XY平面里面的二维实体,否则选择2D分析报错。对于轴对称模型,区别在于:模型之只能处在XY平面的X正半轴一侧,且Y轴作为对称轴。如果即建立的是二维实体,然后又没有给它厚度,直接进入Mechanical里面是需要定义厚度的,因为你做的是壳模型。而如果你在DM里面已经定义了厚度,那进入Mechanical以后就不用给厚度。下面是设置分析类型为维度【2D】:
上图这个流程建立很容易犯一个错误,这个错误不是我们的原因,是ANSYS本身的原因。建立好模型以后,它默认的分析类型是3D的,我们如果在修改分析维度之前就创建了模型共享,那么下游就立刻收到了传入信息:3D分析。接着你去改变上游分析类型以后,下游并不会改变,你更新也是无用的。此时可以删除中间那条共享的线(单击鼠标右键),然后重新拉一条,只需要按住上游的Geometry的A2栏,当它高亮以后移动鼠标至下游的Geometry一栏之上即可。
上面桁架建模,如果在DM里面进一步定义横截面,然后赋予各个杆即变成梁模型。梁模型的具体建立可以看之前的例子,更详细的例子将在以后慢慢学习,此处为了避免冗长不再增加内容。
由于建模步骤比较多,上面的截图也不知道有没有很清楚表达个人的意思,如果有疑问可以一起交流。以后有机会可以将基础部分录制成零件基础视频,供后来的小白参考使用。欢迎有疑问的可以私,因为这个号没有留言功能。希望对零基础的有一定帮助。

注:仅记录学习FEM的一个过程,表达的是个人观点与认识,欢迎一起讨论学习。有疑问可以私,本号没有留言功能,无法互动。本人小白一枚,正在努力的路上!

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