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[前后处理] ANSYS薄壁结构模型处理技术

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发表于 2006-7-9 21:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

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美国ANSYS公司 许明财

在结构设计过程中经常使用三维CAD工具,如CATIA、Pro/E、SolidWorks、UG、SolidEdge等。在进行有限元分析时,可以把CAD模型直接导入ANSYS中进行分析。在对几何模型划分网格时,需要考虑采用哪种单元类型来进行模拟。对于几何模型的厚度与短边长度的比值小于0.1时,对承弯构件需要采用壳单元。使用壳单元模拟薄的实体结构,可以降低模型的规模,而且满足精度要求。

把实体模型转换成壳模型的传统处理方法是通过删除实体,保留所需要的面。对面之间的缝隙进行人工建面连接,在划分网格时对壳进行偏置,使模型的几何位置保持与原形一致。但该方法的处理工作量较大,要弥补壳之间的缝隙,处理细节特征,并为变厚度壳的实常数赋值,因此需要采用新的技术来提高效率。

ANSYS提供了绝大部分的CAD接口。下面针对薄壁结构,说明在读入几何模型后,如何快速地把CAD薄实体模型,处理成满足有限元分析的壳模型。


1.抽取中面

ANSYS可以对薄实体进行抽中面,可以处理各种T型截面、变厚度、有小突台等复杂特征的薄实体。自动抽中面的过程可以手动操作,而且可以对所有操作脚本化。在对类似结构抽中面时可以直接读入命令流,而避免重复操作。

对于T字形截面、凹槽,在抽取中面后会有缝隙,可以采用自动延伸功能消除缝隙。机翼工字型钢如图1(a)所示,抽完中面后,由于板是有厚度的,会在连接处出现缝隙,如图1(b)所示,可以采用自动延伸功能缝补缝隙,如图1(c)所示。

图1 机翼工字型钢抽中面图

图1 机翼工字型钢抽中面图

图1 机翼工字型钢抽中面图

金属模压零件结构的厚度是变化的,而且变化范围通常较大,可以通过设定厚度范围,然后抽取中面。如果各个构件之间的厚度差别较大,可以分别抽中面。对局部的复杂特征,可以在剖面上创建线,使所抽面的位置在线上。抽完中面后,实体的厚度会直接赋给面作为实常数,而无需人工干预。上述做法可以大大减少给壳单元赋厚度的工作量。


2.几何修改、编辑

自动搜索几何拓扑关系,检查几何缺陷。方便地完成几何修复,包括:拓扑重建、填充孔、清除孔、闭合缝隙、缝合装配边界、延伸面、劈分折叠面和面法向调整。下面举例说明部分功能的应用方法。

实际的零件会有很多小孔、小倒角等细节特征,而且薄实体抽完中面后也存在边沿线缝隙、层叠面等,可以通过设置容差进行几何拓扑运算,把小的细节特征忽略掉。

对于复杂薄实体,可以通过特征探测功能,探测小的按钮、突台和倒角的位置,然后可以从模型中删除这些小特征。

对于小孔,通过设置孔的直径最大值和最小值,可以自动把在设置范围内的小孔补上。对于重迭面、近似面和小角面等也可以通过设置容差范围来清除。


3.装配连接

薄壁结构经常使用焊点、焊缝和铆接等连接方式。对于这几种连接方式,在ANSYS中模拟时,需根据计算规模和计算目标采用不同的方式。

(1)对于整体分析,如整架飞机的整体受力分析,由于计算规模非常大,不考虑局部的连接方式,采用共节点自由度协调进行连接;

(2)对于分段分析,如前机身的分析,如果焊点或铆接之间的间距较大,就需要考虑连接方式对结构受力的影响,需要采用焊缝模拟;

(3)局部零件分析,此时需要把焊接和铆接的连接方式,在模型中完整的体现出来。

对于分段分析和局部零件分析,ANSYS提供了多种方法建立焊点、焊缝和铆接。

(1)焊点:通过连接两个点直接创建焊点,而且焊点可以独立于网格;

(2)焊缝:通过选择焊缝的边线,直接设置焊缝上焊点的间距或焊点数生成焊缝。而且可以分别设置焊缝端部焊点与边线端点的距离、边沿线与焊缝的距离等来控制焊缝的位置;

(3)通过读入坐标文件:对于大量的焊点,在设计时有焊点坐标文件。可以直接读入焊点的坐标文件,批量生成焊点。


4.网格划分

忽略细节特征设置可以自动跨越几何缺陷及多余的细小特征,生成满意网格。一劳永逸的Replay技术可以自动对几何尺寸改变后的几何模型重划分网格。

ANSYS提供了全四边形、四边形为主、只允许一个三角形和全三角形等多种网格控制方法、工具来提高网格质量。ANSYS还具备大量的网格质量诊断工具,对网格质量进行评估,并采用不同的颜色表达质量差异。此外,ANSYS还有多种光滑技术、自动网格修补工具、网格转换和局部细化/粗化等方法。在划分网格时,也可以设置容差,忽略小的结构细节特征,如小孔、小碎面边线等,以使单元更均匀,避免因为拓扑结构的原因局部过细。

针对薄壁构件的特殊性,ANSYS的模型处理技术能够快速地把CAD实体模型转换成有限元壳模型。通过功能强大的模型处理技术,可以快速批量处理薄壁构件。

模型简化后进行网格划分、施加载荷及约束,可以输出到各种FEA求解器,包括ANSYS、CFX、LS-Dyna、ABAQUS和NASTRAN等。  

http://cad.newmaker.com/disp_art/131/16439.html

[ 本帖最后由 16443 于 2008-5-5 10:28 编辑 ]
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发表于 2006-7-10 01:34 | 显示全部楼层
希望能够把图片加上
发表于 2009-5-3 17:46 | 显示全部楼层
不错,能否给一些更详细的
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