ANSYS WORKBENCH全船结构有限元分析新流程

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1、一、建立有限元模型　　与ANSYS经典版相比，WORKBENCH的操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry)对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks)中建立船体实体模型后导入WORKBENCH中，完成随后的建模和分析工作。　　鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept)的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody)，将船体骨架定义为线体(LineBody)，壳体和线体划分

2、的网格类似于经典版的壳单元(Shell)和梁单元(Beam)。　　1.导入实体模型　　可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCH的ProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2所示。模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。图2导入后的模型　　2.生成舷墙　　(1)在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(NewSketch)，进入绘制草图模式。点击“TreeO

3、utline”→“Sketching”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。返回模型模式，点击“Sketching”→“Modeling”→“Extrude”，生成一个SurfaceBody。　　(2)沿甲板将船体分开，点击“Create”→“Slice”，在“DetailView”窗口“SliceType”选项中选择“SlicebySurface”项，“TargetFace”选择上一步生成的SurfaceBody，“SliceTargets”选项中选“SelectedBodies”，点选船体结构→“Apply”→“Generate”，原来的船体分成两部分，上面是

4、舷墙部分，下面是船舱部分，如图3所示。　　图3船体分为两部分　　这时生成的SurfaceBody已完成历史使命，可将其抑制(Suppress)掉了。注意不是把拉伸操作Extrude1、而是生成的面SurfaceBody抑制掉。　　(3)生成舷墙：选择(2)中生成的舷墙部分进行抽壳，点击“Thin”→“Surface”，在“DetailView”窗口“SelectionType”选项中，选择“FacetoKeep”项，保留舷墙部分，设置厚度为0，然后点选“生成”。　　3.生成船体外表面　　本文使用的船舶钢板厚度都是一样的，可将上层建筑与船体一起定义。倘若船体

5、各处钢板厚度不同，计算过程中可分别定义各钢板的厚度。　　(1)布尔并运算：点击“Create”→“Boolean”，在“DetailView”窗口Operation选项中选择Unite项，“ToolBodies”选择上层建筑生成的船舱部分，然后点选“生成”。　　(2)生成船体表面：选中(1)中生成的体，然后抽壳，保留全部外表面，厚度设置为0。抽壳后将在图4所示的蓝色区域内产生甲板大开口状，需要补上去。(3)补全甲板：点击“Concept”→“SurfacesFromEdges”，选中图4所示蓝色线条位置处的4条边，然后生成1个面。　　图4抽壳后甲板位置有开

6、口　　4.在船体骨架位置处生成边　　船体是一个板架结构，除了钢板之外还应该有骨架。有限元模型中骨架必须位于船体板上，以免计算时骨架与板分离造成计算结果错误。为了保证模型的骨架位于船体板上，需要在船体板上添加边(edges)，以便在边上生成骨材(LineBody)。　　(1)解冻：点击“Tools”→“Unfreeze”，选择上面生成的船体表面，解冻后如图5所示。本文采用印痕操作(Imprint)在船体板上添加边，只有非冻结体才能执行该操作。　　图5解冻后的船体表面(2)印痕：本文采用拉伸命令(Extrude)生成印痕，所以先在中纵剖面(ZXPlane)建立

7、草图(NewSketch)，在肋骨位置上绘制一组直线，如图6所示。然后“拉伸”，在“DetailView”窗口Operation选项中选择“ImprintFaces”项，Direction项选择“Both-Symmetric”，Extent选项选择“ThroughAll”，然后“生成”。原来光滑的船体表面将出现许多线条，如图7所示。图6在肋骨位置绘制直线　　图7印痕后的船体表面(3)与(2)的操作相似，在基平面(XYPlane)建立草图(NewSketch)，沿甲板纵桁位置和龙骨位置绘制直线，完成拉伸和印痕操作。在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(New

8、Sketch)，沿舷侧纵桁位置绘制直线，完成拉伸和印痕操作。最终在