第四章 建立有限元模型

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1、第四章建立有限元模型本章主要内容概述单元属性多种单元属性控制网格密度生成网格改变网格映射网格划分过渡单元网格拖拉扫掠网格网格划分是用节点、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FEA模型网格化概述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：单元类型实常数材料特性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,ROT

2、X,ROTY,ROTZ.单元形状–六面体，四面体，四边形，三角形等。单元维数--2-D(只有X-Y平面),或3-D。假设的位移函数–线性及二次函数。ANSYS有一个超过150种单元的单元库供用户选择。单元属性二维实体单元：用于模拟实体的截面。必须在整体直角坐标系X-Y平面内建立模型。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：平面应力平面应变广义平面应变轴对称轴对称简谐YXZ单元属性三维实体单元：用于几何属性、材料属性、荷载或分析要求考虑细节，而无法采用更简单的单元进行建模的结构。也用于从三维CAD系统转化而来的几何模型，而这些几何模型转化成

3、二维模型或壳体会花费大量的时间和精力。单元属性一旦选择了单元类型，就选择了相应单元类型的形函数，所以选择单元类型之前，应查看相关单元的形函数信息。典型的，线性单元只有角节点，而二次单元还有中间节点。单元属性定义单元类型:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete[Add]添加新单元类型选择想要的类型并按OK[Options]指定附加单元选项。单元属性实常数和截面特性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

4、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。单元属性定义实常数:MainMenu>Preprocessor>RealConstants[Add]增加一种新的实常数设置。如果定义了多个单元类型，首先选择实常数的单元类型。然后输入实常数值。单元属性材料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”厚度类型1=壳单元类型2=梁单元材料特性每一分析都需要输入一些材料特性：结构单元所需的杨氏模量，热单元所需的热传导系数KXX等。许多FEA模型有多种单元属性。例如，下图所示

5、的筒仓有两种单元类型、三种实常数和两种材料。多种单元属性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。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。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。多种单元属性为实体模型指定单元属性定义全部所需的单元类型、材料和实常数。然后使用网格工具的“单元属性”菜单选项。(MainMenu>Preprocessor>MeshTool)：选择实体类型后按SET按钮。拾取要指定属性的实体。设置合适的属性。划分实体网格时，属性将自动换到单元上。

6、多种单元属性修改单元属性定义所有需要的单元类型、材料和实常数。激活需要的TYPE,REAL,及MAT设置的组合：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>DefaultAttribs只修改使用上述设置的单元的属性：选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Elements>ModifyAttrib拾取需要的单元。在后续对话框中将属性设置为“Alltocurrent”。多种单元属性请记住：可以激活属性编号，校核单元属性：UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering多种单元属

7、性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。然而，随单元数目增加，求解时间和所需计算机资源急剧增加。有限元分析的目标，决定下边的滑键应该如何移动。控制网格密度ANSYS提供了多种控制网格密度的工具，既可以总体控制也可以局部控制：总体控制智能网格划分总体单元尺寸缺省尺寸局部控制关键点控制线尺寸面尺寸控制网格密度智能网格划分通过指定所有线上的份数决定单元尺寸，可以考虑线的曲率，孔的逼近程度和其他特征，以及单元阶次。智能网格的