如何從有限元模型生成幾何模型？

2016-11-01 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在有限元分析過程中,雖然有限元軟件最終是以有限元模型為計(jì)算對象,但是幾何模型也有著獨(dú)特的用處。例如在面上施加分布力系,此時(shí)使用幾何模型比有限元模型更有優(yōu)勢。

但是我們在有限元軟件之間轉(zhuǎn)換時(shí),它們之間通常只能傳遞有限元信息,那么,對于一個(gè)從其它來源得到的有限元模型,我們能夠從它生成幾何模型嗎?

可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根據(jù)有限元模型生成幾何模型,然后可以在幾何模型上加載。

本篇博文,就闡明這種技術(shù)。筆者首先使用某款三維軟件創(chuàng)建幾何模型,然后導(dǎo)入到HYPERMESH11中生成有限元模型,接著將該有限元模型導(dǎo)入到Finite Element Modeler中生成幾何模型,再次將此模型導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng)中,在面上加載,最后進(jìn)行分析,查看等效應(yīng)力。下文將闡述此過程。

(1)創(chuàng)建幾何模型

首先使用任何一款三維軟件創(chuàng)建下圖所示的幾何體。

幾何體是什么形狀,并不重要。

用什么三維軟件,也并不重要。

讀者可以根據(jù)自己的需要,使用任意的三維軟件,創(chuàng)建任意的三維模型。

然后導(dǎo)出為*.stp格式的文件。

(2)創(chuàng)建有限元模型

本步驟將在HYPERMESH中劃分網(wǎng)格得到有限元模型

(2.1)導(dǎo)入幾何模型

打開HYPERMESH11,導(dǎo)入上面創(chuàng)建的幾何文件,結(jié)果如下圖。

(2.2)劃分網(wǎng)格

使用HYPERMESH中的任意網(wǎng)格劃分技術(shù),創(chuàng)建如下的有限元模型。

(2.3)設(shè)置與ANSYS的接口并導(dǎo)出網(wǎng)格

進(jìn)入工具面板,開始準(zhǔn)備導(dǎo)出網(wǎng)格。

在上述工具面板中,依次使用1,2,3步,分別創(chuàng)建單元類型,材料模型,并把上述單元類型,材料模型與網(wǎng)格模型關(guān)聯(lián)。

首先添加單元類型為solid185

接著添加材料屬性為鋼材

最后設(shè)置組件屬性

在這里,對于網(wǎng)格模型,關(guān)聯(lián)了材料和單元。

最后導(dǎo)出網(wǎng)格

導(dǎo)出的網(wǎng)格文件是file.cdb,該文件是ANSYS與外界交換網(wǎng)格信息的橋梁。

然后退出HYPERMESH11.

(3)在WB中創(chuàng)建Finite Element Modeler,并導(dǎo)入網(wǎng)格。

(3.1)打開ANSYS WORKBENCH 并創(chuàng)建Finite Element Modeler。

(3.2)設(shè)置網(wǎng)格來源為前面HyperMesh中導(dǎo)出的網(wǎng)格文件file.cdb

(3.3) 更新Model單元格

(3.4)雙擊進(jìn)入到Finite Element Modeler中并瀏覽信息

可以看到此時(shí)只有網(wǎng)格模型

(4)在Finite Element Modeler中生成幾何模型

(4.1)生成SDT組件

從下圖所示處創(chuàng)建SDT組件。該過程可選,不過最好先走一遍。

FEM根據(jù)有限元模型創(chuàng)建了許多組件,每個(gè)組件都是一個(gè)面。

結(jié)果如下

(4.2)生成初始幾何體

按照下列方式生成幾何體。

結(jié)果如下圖

可見,幾何模型已經(jīng)生成。

(4.3)退出Finite Element Modeler

從下述菜單退出FEM.

(5)使用Finite Element Modeler中得到的幾何模型及有限元模型

本步驟將使用前面得到幾何模型和有限元模型,進(jìn)行一個(gè)簡單的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。

(5.1)導(dǎo)出模型到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng)

使用如下圖所示方式把FEM的結(jié)果導(dǎo)出到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)系統(tǒng)。

結(jié)果如下

此時(shí),FEM只把工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)系統(tǒng)中。

(5.2)新建連接

為了把FEM中的幾何模型和有限元模型都導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng),新建一個(gè)連接關(guān)系如下圖。

(5.3)更新連接

更新連接關(guān)系如下圖,從而把幾何模型和網(wǎng)格模型都導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng)。

結(jié)果如下

(5.4)雙擊Model進(jìn)入到DS中

查看幾何模型

查看有限元模型

可見,幾何模型和有限元模型都已經(jīng)導(dǎo)入。

(5.6)對四個(gè)圓孔分別創(chuàng)建四個(gè)命名選擇

為了便于后面選擇四個(gè)孔,首先對四個(gè)孔創(chuàng)建命名選擇。方法是首先選擇一個(gè)孔的八個(gè)面,然后創(chuàng)建一個(gè)命名選擇,其它三個(gè)孔類推。

(5.7)創(chuàng)建固定邊界

固定如圖所示的邊界。

(5.8)在四個(gè)圓孔上施加集中力

在四個(gè)孔施加集中力,此時(shí)用命名選擇作為SCOPING對象。

(5.9)求解并查看應(yīng)力云圖

計(jì)算并查看應(yīng)力云圖如下

至此,計(jì)算完畢。

【結(jié)論】

1. 使用ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler,只需要一步就可以從網(wǎng)格模型得到幾何模型。上述步驟中,(4.2)步是關(guān)鍵,而(4.1)步是可選的。朋友們可以直接執(zhí)行(4.2)步,而不用經(jīng)過(4.1)步。不過,在ANSYS內(nèi)部,它仍舊經(jīng)過了(4.1),再到達(dá)(4.2)步。

2. ANSYS是如何根據(jù)有限元模型得到幾何模型的?它是根據(jù)單元的外表面的連續(xù)性,首先創(chuàng)建了幾何模型的外表面,根據(jù)這些外表面,其內(nèi)部就是實(shí)體模型。

3. 上述方法有什么優(yōu)點(diǎn)?大家一定知道,HYPERMESH是劃分網(wǎng)格的最佳工具,我們很希望在ANSYS中能夠使用HYPERMESH生成的網(wǎng)格。但是從HYPERMESH中得到的有限元模型,是沒有幾何信息的。這使得在ANSYS中使用HYPERMESH的有限元模型時(shí),加載并不方便。而上述方法可以使得我們既利用HYPERMESH的有限元模型,又可以得到幾何模型進(jìn)行加載。

4. 上述方法有什么缺點(diǎn)?如果讀者做完了這個(gè)例子,就會(huì)知道,對于FEM所復(fù)原的幾何模型,在孔處,它實(shí)際上是8個(gè)小平面,而非一個(gè)圓柱面。所以此時(shí)并不能使用ANSYS所提供的圓柱支撐等形式。不過瑕不掩瑜,要想完全的還原出原始幾何體,從理論上來說,本身就是很有難度的事情。ANSYS能夠這樣還原,已經(jīng)大致能夠滿足我們的要求了。

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