实例练习2:WP变换/旋转拷贝/互分实例: 具有横隔板的薄壁箱形梁柱模型 具有四个隔板的箱形梁柱薄壁结构尺寸(单位:m),其中横隔板四个角上的倒角半径等于0.1m。这是一个典型的薄壁板壳结构,需要创建板壳模型进行有限元分析。
(1) 清除内存,开始一个新分析。选取菜单路径Utility Menu > File >Clear& Start New 弹出Clears database and Start New 对话框,采用默认状态,单击OK按钮,弹出Verify 确认对话框,单击Yes 按钮。
(2)指定新工作文件名。选择菜单路径Utility Menu > File >Change Jobname 弹出对话框,设置下列选项:
◇Enter New Jobname:输入字符串CAD2。
◇New log and error files:是否采用新的Jobname作为log 文件和error 文件的新文件名,默认为No,表示仍然使用原来的工作文件名,选择Yes则表示使用新的工作文件名。单击OK按钮。
(3) 打开线和面的颜色开关。选择菜单路径Utility Menu > PlotCtrls > Numbering ,弹出编号控制对话框,选中Line numbers 和Area numbers两项即设置为ON,Numbering shown with 项设置为Colors& Numbers,其他项采用默认设置,单击OK按钮。
(4) 将视图转换成等轴视图。选取菜单路径Utility Menu > PlotCtrls > Pan Zoom Rotate,弹出Pan Zoom Rotate对话框,单击按钮显示等轴视图。 (5) 进入前处理器,选取菜单路径Main Menu> Preprocessor
(6) 显示工作平面的坐标架。选择菜单路径 Utility Menu > Workplane > Display Working Plane,立即显示工作平面WX-O-WY及其坐标架,并与总体坐标系的X-O-Y完全重合。 (7) 设置WP为直角坐标及其网格、捕捉功能。选择菜单路径Utility Menu > Workplane > WP Settings,弹出对话框,设置下列选项:
◇选择工作平面坐标系类型:选中Cartesian,即直角坐标系工作平面。
◇是否显示坐标轴与栅格:选中Grid and Triad,显示栅格和工作平面WXOWY坐标轴。 ◇是否打开捕捉功能并设置捕捉量。 ♀选中Enable Snap,即打开捕捉功能
♀Snap Incr 项输入0.05,即鼠标移动捕捉增量为0.05 ◇栅格间距与范围以及恢复容差
♀ Spacing 项输入 0.5,即栅格间距等于0.5
♀ Minimum项输入-1,即WP的网格显示范围的最小坐标值为-1。 ♀ Maximum项输入1,即WP的网格显示范围的最大坐标值为1。
♀ Tolerance 输入0.003,即当小于该容差值时,图元定义在该工作平面位置上。
单击OK按钮。显示出定义工作平面的网格线。
(8)将WP沿其自身Z向平移0.5。选择菜单路径Utility Menu > Workplane > offset WP by Increments,弹出Offset WP对话框,在X,Y,Z Offset 项中输入 0,0,0.5, 单击OK按钮。 (9) 在WP中创建 横隔板 内孔矩形。选择菜单路径Main Menu > Preprocessor > Modeling> Create > Areas > Rectangle > By Dimensions,弹出Create Rectangle by Dimension对话框,设置下列选项:
◇ X1,X2 X-Coordinate 项 输入-0.8和0.8。
◇ Y1,Y2 Y-Coordinate 项输入 -0.8和0.8。 单击OK按钮。
(10) 删除面A1留下四条边线。选择菜单路径 Main Menu > Preprocessor > Modeling >Delete >Areas Only, 弹出 拾取面对话框,用鼠标拾取面A1(横隔板内孔矩形),单击OK按钮。
(11) 画线。选择菜单路径 Utility Menu > Plot > Lines
(12) 创建四个内孔的过渡圆角。首先,创建L1和L2之间半径等于1.0的倒角线。选择菜单路径 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create > Lines > Line Fillet,弹出拾取对话框,用鼠标依次选中L1和L2,单击OK按钮,弹出Line Fillet对话框,在Fillet Radius项输入0.1,单击OK按钮,得到过渡圆弧线L5。接着,同理创建L2与L3,L3与L4,L4与L1之间的过渡圆角,半径全部等于0.1。最后,生成内孔线,包括L1、L5、L2、L6、L3、L7、L4和L8。
(13) 选中封闭的环线创建横隔板内孔面,选择菜单路径 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create > Areas > Arbitrary > By Lines, 弹出拾取线对话框,选择对话框中的Loop,然后用鼠标选中L1,即自动选中横隔板内环封闭的环线,单击OK按钮,即生成横隔板内孔面A1。
(14) 创建横隔板的总面。选择菜单路径 Main Menu > Preprocessor > Create > Rectangle >By Dimensions,弹出Create Rectangle By Dimensions 对话框,设置下列选项: ◇ X1,X2 X-Coordinate 项 输入-0.8和0.8。 ◇ Y1,Y2 Y-Coordinate 项输入 -0.8和0.8。 单击OK按钮创建横隔板的总面A2。
(15)横隔板总面(A2)减去 内孔面(A1)得到横隔板面。选择菜单路径 Main Menu> Preprocessor >Modeling >Operate >Subtract > Areas,弹出拾取被减面对话框,用鼠标拾取矩形面的形心(即对准矩形面中心并单击鼠标左键),弹出Mutiple Entities对话框,对话框中信息提示重叠位置有两个面且当前选中的是Picked Area is 1,表示当前选中的是A1面,单击Next,按钮则显示Picked Area is 2,再单击其中的OK按钮返回Subtract Areas对话框,单击OK按钮(表示被减面已经选择完成)。接着,再次弹出Subtract Areas 对话框,用鼠标拾取横隔板内孔面(A1)的形心,再次弹出Multiple_Entities对话框,按上述方法选择A1,单击OK按钮,返回Subtract Areas 对话框,单击OK按钮(表示减去面已经选择完成并执行A2面减去A1面的操作,得到A3面。
(16)在总体直角坐标系的Z向上拷贝生成4个横隔板。默认状态下,当前激活坐标系列就是总体直角坐标系,选择菜单路径Main Menu> Preprocessor > Modeling > Copy >Areas,弹出拾取面对话框,单击Pick All按钮接着弹出Copy Areas对话框,设置下列选项: ◇ Number of Copies:输入4,即拷贝完成后包括源面总共生成4个横隔板面。 ◇ X-offset in Active CS:默认为空,即X方向间距为0。 ◇ Y-offset in Active CS:默认为空,即Y方向间距为0。 ◇ Z-offset in Active CS: 输入1,即Z方向间距为1。 ◇ 其他项默认。
单击OK按钮生成4个横隔板面,沿着Z方向依次为A3,A1,A2和A4。 (17) 使WP与当前激活总体坐标系重合。选择菜单路径 Utility Menu > WorkPlane >Align WP with > Active Coord Sys。
(18) 将WP沿其自身X方向平移1单位距离。选择菜单路径 Utility Menu > WorkPlane> Offset WP by Increments,弹出Offset WP对话框,在X,Y,Z Offset 项中输入1,0,0,单击Apply按钮。
(19) 将WP沿Y轴旋转-90度。连续三次单击Offset WP对话框中的按钮Y→旋转.
(20) 将WP沿其自身X方向平移-0.5单位距离。选择菜单路径 Utility Menu > WorkPlane> Offset WP by Increments,弹出Offset WP对话框,在X,Y,Z Offset 项中输入-0.5,0,0,单击Apply按钮。
(21) 在WP中创建矩形侧板面。选择菜单路径Main Menu > Preprocessor > Create > Rectangle > By Dimensions, 弹出Create Rectangle by Dimensions 对话框,设置下列选项。 ◇ X1,X2 X-Coordinate 项 输入0和4。 ◇ Y1,Y2 Y-Coordinate 项输入-1和1。 单击OK按钮创建箱形粱柱的一个侧面A5。
(22) 激活总体柱坐标系。选取菜单路径 Utility Menu > Workplane > Change Active CS to > Global Cylindrical。
(23) 在总体柱坐标系的Y(旋转)坐标系上拷贝生成梁柱的4个侧面。选择菜单路径Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy .> Areas.,弹出拾取面对话框,用鼠标拾取刚创建的粱柱侧面A5,单击OK按钮接着弹出Copy Areas对话框,设置下列选项: ◇ Number of Copies:输入4,即拷贝完成后包括源面总共生成4个侧面。 ◇ X-offset in Active CS:默认为空,即X方向间距为0。
◇ Y-offset in Active CS:输入90,即Y坐标上的角度间隔为90°。 ◇ Z-offset in Active CS:默认为空,即Z方向间距为0。 ◇ 其他项默认。
单击OK按钮生成四个梁柱侧面。 (24) 隐藏工作平面的坐标架。
选择菜单路径 Utility Menu > WorkPlane>Display Working Plane。
(25) 所有面执行互分布尔运算操作形成互相共面线。选择菜单路径 Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Booleans >Partition > Areas, 弹出拾取面对话框,单击Pick All 按钮,即所有面执行互分,形成相互共用边界线的连续面模型(划分单元网格时就是一个连续板壳模型,各面之间共用边界节点)。
(26) 存储有限元分析模型。单击ANSYS Toolbar窗口中的快捷键SAVE_DB。
点评:该模型主要训练面模型的创建方法,其中涉及以下几种建模工具和技术要点:
(1)工作平面的显示与隐藏,极坐标网格设置,捕捉功能,以及工作平面的增量方法进行工作平面的平移和旋转变换操作。
(2)在工作平面中创建矩形,倒角,线围面的方法。在空间中任意位置创建规则面,首先需要将WP移动到创建规则面所在的位置上,然后才可以创建这些规则面。 (3)布尔运算:面与面相减,面与面互分形成一体化连续面。
(4)激活柱坐标系使其成为当前坐标系。不同的操作,需要使用不同的当前坐标系,在操作中要根据需要切换坐标系,即激活不同的坐标系。
(5)在总体直角与柱坐标系两种坐标系中拷贝用法:阵列拷贝和旋转拷贝,阵列拷贝在直角坐标系内进行,旋转拷贝只能利用柱坐标系的Y坐标和球坐标的Y和Z坐标。