1、ANSYS 培訓基本內容一 研究內容和意義（1）簡要概括ANSYS建模的兩種方法及使用情況（2）ANSYS中建模的典型步驟（3）介紹船舶上常用的單元，殼單元（shell）和梁單元（beam）（4）幾種簡化幾何模型的方法（5）和工作平面相關的內容（6）幾何模型實例操作（7）對幾何模型進行網格劃分通過這次培訓可以很好的了解建模的大致內容，熟悉ANSYS建模過程中的各個功能。隨著計算機的發(fā)展，數值仿真已成為一項很好的研究問題的方法，正確有限元模型的建立， 可以為以后的計算研究工作做好鋪墊。二 建模過程的幾個要點詳述要點1：簡要概括ANSYS建模的兩種方法及使用情況ANSYS建模的方法主要有兩種：由頂

2、向下和由底向上在建模的過程中，可以任意交替使用。兩者首先定義的體素不同，由底向上首先定義關鍵點，然后用這些關鍵點生成線、面、體最終構成幾何模型，這也是經常采用的一種建模方法；由頂向下則相反。對于簡單模型，可以采用由頂向下直接生成。由于船體模型較復雜，所以在建模過程中，多采用由底向上的建模方法；而對于模型的簡單部分則采取由頂向下的建模方法直接生成。要點2：ANSYS中建模的典型步驟 通常的建模過程應該遵循以下要點： 開始確定分析方案。在開始進入ANSYS之前，首先確定分析目標，決定模型采取什么樣的基本形式，選擇合適的單元類型，并考慮如何能建立適當的網格密度。 · 進入前處理（PREP7

3、）開始建立模型。· 建立工作平面。 · 利用幾何元素和布爾運算操作生成基本的幾何形狀。 · 激活適當的坐標系。 · 用布爾運算或編號控制將各個獨立的實體模型域適當的連接在一起。 · 生成單元屬性表（單元類型、實常數、材料屬性和單元坐標系）。 · 設置網格劃分控制以建立想要的網格密度，· 通過對實體模型劃分網格來生成節(jié)點和單元。 · 把模型數據存為Jobname.DB · 退出前處理。 建模過程中要注意多保存，以免出現誤操作，為了避免以后出現重復的節(jié)點和單元，在建立幾何模型的過程中，要經常消除重復的點、線、

4、面。要點3：介紹船舶上常用的單元，殼單元（shell）和梁單元（beam）1、殼單元殼單元用來模擬那些一個方向的尺寸（厚度）遠小于其它方向的尺寸，并且沿厚度方向的應力可以忽略的結構，殼單元主要用于模擬船體上的甲板、舷側板、艙壁板和底板等。通常具有兩種殼單元：常規(guī)的殼單元和基于連續(xù)體的殼單元。通過定義單元的平面尺寸、它的表面法向和初始曲率，常規(guī)的殼單元對參考面進行離散。另一方面，基于連續(xù)體的殼單元類似于三維實體單元，它們對整個三維物體進行離散和建立數學描述，其運動和本構行為是類似于常規(guī)殼單元的。所有的殼單元必須提供殼截面性質，它定義了與單元有關的厚度和材料性質。在分析過程中或者在分析開始時，可以

5、計算殼的橫截面剛度。若選擇在分析過程中計算剛度，通過在殼厚度方向上選定的點，具體如圖1所示： 圖1 殼單元厚度方向的截面點2、梁單元梁單元用來模擬一個方向的尺寸（長度）遠大于另外兩個方向的尺寸，并且僅沿梁軸方向的應力是比較顯著的構件，梁單元主要用于模擬船艏、船舯和船艉結構中縱骨、橫梁、加強材、肋骨框架、甲板縱桁、艙壁桁材和船底縱桁等構件。其典型截面如圖2所示：圖2 T型梁和L型梁的截面視圖所有的梁單元必須提供梁截面性質，定義與單元有關的材料以及梁截面的輪廓（profile）（即單元橫截面的幾何）；節(jié)點坐標僅定義了梁的長度。通過指定截面的形狀和尺寸，用戶可以從幾何上定義梁截面的輪廓。另一種方式，

6、通過給定截面工程參量，如面積和慣性矩，用戶可以定義一個廣義的梁截面輪廓。圖3和圖4分別為典型的殼單元和梁單元示意圖。圖3 殼單元示意圖圖4 梁單元示意圖要點4：幾種簡化幾何模型的方法簡化模型是準備分析模型過程中最重要的一步。由于實際結構往往是復雜的，如果完全按實物建立有限元模型，往往是不可能的，實際上也是不必要的，因此在建立有限元模型時，常常需要將實體模型做一些處理。（1）建模中應使構件盡可能的簡單。構件越復雜，分析時占用的資源越多。另外在建模時應先考慮建立比較大的特征，這有兩方面的好處，第一是有助于簡化模型，第二是避免了不必要的多余關系。（2）忽略不必要的細節(jié)。構件中諸如倒角和小孔等特征需要

7、很多單元構建，壓縮這些特征是簡化模型的最好方法。但在壓縮這些特征之前，必須注意壓縮特征是否會改變分析模型的特性。換句話說，就是看特征是保證結構強度必須的基本特征還是僅為修飾特征，需要壓縮的是修飾特征。這些特征一般包括圓角、棱角、小的槽、定位孔等。（3）利用對稱性是簡化模型的一個快速而有效的辦法。但是必須注意對稱性不僅僅意味著幾何對稱，還包括對稱的載荷、約束等邊界條件。如要創(chuàng)建一個對稱的分析模型，沿對稱面鏡像即可。（4）注意裝配中產生的問題。由于在執(zhí)行裝配時，將裝配中的構件作為獨立的部分處理。但在進行有限元分析時，這些構件就會被合成為一個整體，對于不接觸的構件將被按不相關聯(lián)的物體處理，有時將會導

8、致錯誤的結果。在裝配中盡量使用貼合和對齊，可以使分析裝配變得容易一些。（5）修改多余的關系。建立模型時要考慮到將來的形狀變化，以避免生成可能引起干涉的關系，這包括大小系統(tǒng)關系、尺寸關系、對齊關系等。對于可能在無意中建立的一些多余關系，可以通過檢查糾正，必要時重新調整；通過修改尺寸觀察形狀的變化。要點5：和工作平面的相關內容（1）什么是工作平面 盡管光標在屏幕上只表現為一個點，但它實際上代表的是空間中垂直于屏幕的一條線。為了能用光標拾取一個點，首先必須定義一個假想的平面，當該平面與光標所代表的垂線相交時，能唯一地確定空間中的一個點。這個假想的平面就是工作平面。從另一種角度想象光標與工作平面的關系

9、，可以描述為光標就象一個點在工作平面上來回游蕩。工作平面因此就如同在上面寫字的平板一樣。（工作平面可以不平行于顯示屏）在同一時刻只能定義一個工作平面（當定義一個新的工作平面時就會刪除已有的工作平面），工作平面是與坐標系獨立的。（2）生成一個工作平面 進入ANSYS程序時，有一個缺省的工作平面，即總體笛卡爾坐標系的X-Y平面。工作平面的X、Y軸分別取為總體笛卡爾坐標系的X軸和Y軸，可利用下列方法生成一個新的工作平面。 · 由三點生成一個工作平面或能過一指定點的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法：GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align

10、WP with>XYZ Locations · 由三節(jié)點定義一個工作平面或通過一指定節(jié)點的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法： 命令：NWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Nodes · 由三關鍵點定義一個工作平面或能過一指定關鍵點的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法： 命令：KWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Keypoints ·由過一指定線上的點的垂直于視向量的平面定義為工

11、作平面，用下列方法： 命令：LWPLAN GUI: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Plane Normal to Line ·還可以通過現有坐標系的XY（或R）平面上定義工作平面。 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Al

12、ign WP with>Specified Coord Sys （3）移動工作平面 可將一個工作平面利用下列方法（都是將工作平面移到與原位置平行的新位置）移到新的位置（即新的原點）： · 將工作平面的原點移動到關鍵點的中間位置，分別用下列命令： 命令：KWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Keypoints ·將工作平面的原點移動到節(jié)點的中間位置，分別用下列命令： 命令：NWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Nod

13、es ·將工作平面的原點移動到指定點的中間位置，分別用下列命令： 命令：WPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Global Origin Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Origin of Active CS Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>XYZ Locations ·偏移工作平面，使用下列方法： 命令：WPOFFS GUI : Utility Menu>WorkPlane&g

14、t;Offset WP by Increments （4）工作平面的旋轉 可用兩種方式將工作平面轉到一個新的方向：在工作平面內旋轉工作平面的XY軸，或使整個工作平面都旋轉到一個新的位置（如果不清楚旋轉的角度，利用上述方法之一可以很容易在正確的方向上定義一個新的工作平面），要旋轉工作平面，利用下列方法： 命令：WPROTA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments（5）還原一個已定義的工作平面 盡管實際上不能存貯一個工作平面，用戶可以在工作平面的原點創(chuàng)建一個局部坐標系，然后利用這個局部坐標系還原一個已定義的工作平面。&#

15、183;在工作平面的原點創(chuàng)建局部坐標系用下列方法： 命令：CSWPLA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin ·利用局部坐標系還原一個已定義的工作平面利用下列方法： 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cart

16、esian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys 要點6：幾何模型實例操作下面以創(chuàng)建一段艙室的例子來說明采用由底向上的方法建模的基本過程。(1)、按型值表輸入型值，創(chuàng)建關鍵點Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-keypoints- >In Active CS輸入關鍵點坐標： X= Y= Z= 依次將確定艙室外形的關鍵點坐標給出。(2)、將同一站號處的關鍵點連接成曲線Main Menu>Preprocessor>-Mode

17、ling-Create>-lines- >B-splines拾取關鍵點，按回車鍵完成。依次將各站的輪廓線給出(3)、形成艙室外輪廓Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas- >By Lines鼠標左鍵拾取曲線，按回車鍵完成(4)、切割出艙段內的梁系根據模型形狀用工作平面將艙段切出梁，首先要打開工作平面如下操作：Workplane>display working plane由工作平面切四個側面可得艙段內梁系：Main Menu>Preprocessor>operate-Booleans-Di

18、vide>Area by Wrkplane拾取被切面后，按回車鍵完成。艙壁的生成也可以通過工作平面來完成。設置工作平面的snap increment and spacing,通過offset WP by increase到所需位置，用工作平面切側面生成線，再通過線生成面。如：Workplane>WP Settings 設置snap increment and spacingWorkplane>Offset WP by increments 將工作平面沿著X軸移動到艙壁的位置。將旋轉角度設置為90度，繞y軸旋轉一個90度，將工作平面的X-Y平面與艙壁所在平面吻合，切出艙壁邊線。

19、MainMenu>Preprocessor>-Modeling-operate>-Booleans-Divide>Area by Wrkplane 拾取面后，按回車鍵完成。然后由線生成面：Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>By lines+ 拾取線, 按回車鍵完成。其余艙壁重復以上步驟。這樣就完成了模型結構仿真最基本的部分。對于真實艦船來說，上述過程是非常繁瑣的，而且從讀圖到簡化都需要花費很大的功夫。總之，在幾何模型的建立過程中，靈活的運用工作平面會帶來很大的方便。要

20、點7：對幾何模型進行網格劃分 生成節(jié)點和單元的網格劃分過程包括三個步驟： ·定義單元屬性·定義網格生成控制·生成網格（1） 定義單元屬性 在生成節(jié)點和單元網格之前，必須定義合適的單元屬性。即必須設定： ·單元類型（如：BEAM3，SHELL61等）。 ·定義實常數（給定諸如厚度或截面積等單元的幾何特性）。 ·定義材料特性（如楊氏模量、泊松比等）。 ·單元坐標系 注意：在對梁劃分網格時，還需給定方向關鍵點作為線的屬性Ø 生成單元屬性表 為定義單元屬性，首先必須建立一些單元屬性表。典型地包括單元類型（ET命令或菜單途徑

21、Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete）、實常數組（R命令或菜單途徑Main Menu>Preprocessor>Real Constants）、材料特性（MP和TB命令，菜單途徑Main Menu> Preprocessor>Material Props>material option）。 注意：方向關鍵點是線的屬性而不是單元的屬性。不能生成方向關鍵點表。Ø 在劃分網格之前分配單元屬性 一旦建立了屬性表，通過指向表中合適的條目即可對模型的不同部分分配單元屬性。指針就是參考號碼集，包括材料號（MAT），實常數集號（REAL），單元類型號（TYPE），坐標系號（ESYS），及用BEAM188或BEAM189單元對梁進行網格劃分的截面號（SECNUM）。可以直接給所選定的實體模型圖元分配單元屬性，或定義缺省的屬性集，在后來的生成單元的網格劃分操作中使用。 Ø 直接給實體模型圖元分配屬性 給實體模型圖元分配單元屬性允許對模型的每個區(qū)域預置單元屬性，從而可以避免在網格劃分過程中重置