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      ANSYS軟件使用的幾點(diǎn)建議

      2019-05-30 11:26:28文淄博谷霞英
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年12期

      文淄博 谷霞英

      摘 要:以ANSYS的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模塊為例,介紹了從建模、劃分網(wǎng)格到加載、后處理過(guò)程中的軟件使用心得體會(huì),并通過(guò)模板的分析實(shí)例,說(shuō)明了從建模到后處理的詳細(xì)過(guò)程。

      關(guān)鍵詞:ANSYS;結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析;軟件使用

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.207

      0 引言

      ANSYS是一款集結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)等分析于一體的功能強(qiáng)大的有限元分析(CAE)軟件[1],其有限元法的應(yīng)用十分廣泛,現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)化工反應(yīng)等多個(gè)領(lǐng)域[2]。軟件包括前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊,可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析等。下面以ANSYS10.0版本的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析為例,結(jié)合一種模板的受力分析過(guò)程,對(duì)該軟件從建模、劃分網(wǎng)格等前處理,到邊界條件及受力加載,再到計(jì)算得到受力云圖的整個(gè)過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題及軟件的使用提出一些建議。

      1 前處理

      1.1 建模

      (1)兩種建模方式:在ANSYS中直接建模,或在專業(yè)造型軟件(PROE等)中建模。模型不太復(fù)雜時(shí),簡(jiǎn)單模型最好用ANSYS建模,如果用其他軟件建的模型導(dǎo)入的話會(huì)有很多問(wèn)題。

      (2)建?;驹瓌t是盡量簡(jiǎn)化,例如,可省略螺紋孔等細(xì)微結(jié)構(gòu),對(duì)稱模型可以取一半分析的盡量取一半,結(jié)果和取整個(gè)模型時(shí)一樣;ANSYS沒(méi)有倒角功能,需要建圓角面拉伸才能倒圓,因此除了關(guān)鍵位置可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的尖角必須倒圓外,其余位置可以不倒圓。

      (3)建模方法:最好采用自頂向下的方法,即先建好毛坯,再用拉伸去除材料的方法得到筋板,否則可能出現(xiàn)建模錯(cuò)誤及網(wǎng)格不能劃分。

      (4)布爾運(yùn)算失敗時(shí),可以調(diào)整公差,布爾運(yùn)算完成后再將公差調(diào)回來(lái)。

      1.2 劃分網(wǎng)格

      (1)建模時(shí)要將主零件與力傳遞零件粘接(glue)而不是相加(add),便于顯示結(jié)果時(shí)分開(kāi)顯示,相粘接的幾個(gè)零件應(yīng)分別劃網(wǎng)格,主零件劃單元尺寸較小的智能網(wǎng)格,力傳遞零件劃尺寸較大的自由網(wǎng)格。

      (2)有些零件因局部尺寸小而不能劃網(wǎng)格,可將其分成三塊,粘接在一起后分別劃網(wǎng)格。

      2 求解

      2.1 邊界條件及加載

      (1)對(duì)于在一個(gè)平面上的一小塊面上需要加約束或載荷時(shí),可用分割命令(divide),將體用面分割,劃網(wǎng)格時(shí)可看到網(wǎng)格劃分受該小面的明顯影響,然后再在該小面上加約束或載荷。

      (2)加載載荷的確定:如圖1,受力情況是在圓環(huán)面所在位置受到F3的作用力,四周四個(gè)矩形面承受F1和F2的反作用力,根據(jù)理論力學(xué),其計(jì)算方法如圖1。

      2.2 運(yùn)算

      求解運(yùn)算最常見(jiàn)的問(wèn)題是不收斂,一般出現(xiàn)不收斂的原因是X、Y、Z方向沒(méi)有完全約束。

      3 后處理

      要將幾個(gè)零件結(jié)果分開(kāi)顯示時(shí),可用選擇工具(select)選取要顯示結(jié)果的零件的體,在選擇與該體相附的單元(attach)。

      4 以某注塑機(jī)型模板為例說(shuō)明ANSYS的分析過(guò)程

      4.1 建模

      (1)首先生成毛坯:在AUTOCAD中得到模型外輪廓直線及圓弧端點(diǎn)的坐標(biāo),再在ANSYS中生成關(guān)鍵點(diǎn),連接關(guān)鍵點(diǎn)生成線,并由線生成面,再拉伸就得到毛坯,如圖2所示:

      (2)采用去除材料的方法創(chuàng)建筋板,如圖3所示:(可以避免很多建模及劃網(wǎng)格時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤)

      (3)ANSYS沒(méi)有倒角功能,只能通過(guò)建立圓角面再拉伸來(lái)倒角,因此只需在可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的關(guān)鍵位置倒角。由于采用之前查詢二維圖點(diǎn)坐標(biāo)的方法來(lái)創(chuàng)建圓角面并倒角會(huì)出現(xiàn)不能布爾運(yùn)算的問(wèn)題,一種方法是取模型的兩直線,用line fillet命令得到創(chuàng)建圓角面所需的直線,再用通過(guò)線創(chuàng)建面的命令得到圓角面,拉伸后實(shí)現(xiàn)倒角。

      (4)建立傳力零件后(如旋轉(zhuǎn)板),應(yīng)將其與模板布爾粘貼(glue)而不是布爾相加(add),粘貼后的結(jié)果與相加的結(jié)果是一樣的;旋轉(zhuǎn)板中間有1mm的槽,會(huì)導(dǎo)致劃網(wǎng)格出錯(cuò),可將其分為三部分再粘貼,如圖4:

      (5)在一個(gè)平面上的一小部分面上加約束或載荷時(shí),僅僅在平面上畫(huà)一個(gè)小面是不夠的,可采用分割命令(divide)用面將體分開(kāi),如圖5:

      4.2 劃分網(wǎng)格

      (1)網(wǎng)格劃分直接受建模的影響,如果建模質(zhì)量高,那網(wǎng)格劃分就很順利,單元數(shù)就很少,從而直接影響計(jì)算量,節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

      (2)由于主零件和傳力零件是粘接在一起的,劃網(wǎng)格時(shí)可以分別劃分,主零件可采用尺寸較小的網(wǎng)格,傳力零件可用尺寸較大的網(wǎng)格。

      (3)選擇的單元類型為實(shí)體92號(hào)單元(structural solid tet 10node 92)。

      (4)利用meshtool工具可以完成所有劃分網(wǎng)格的工作,劃分完的網(wǎng)格如圖6所示:(設(shè)定單元尺寸、劃分方式、清除網(wǎng)格等)

      4.3 邊界條件及加載

      關(guān)于約束及加載說(shuō)明如前所述,加載后如圖7所示。

      4.4 后處理

      利用選擇工具(select)可將不同的零件的結(jié)果分開(kāi)來(lái)顯示,圖8為上模板和旋轉(zhuǎn)板在一起時(shí)的受力云圖結(jié)果,圖9為單獨(dú)顯示上模板時(shí)的結(jié)果。

      5 結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,依次介紹了ANSYS從建模等前處理,再到邊界條件及加載,最后到云圖等后處理的過(guò)程中,遇到的一些問(wèn)題,給出了一些技巧和建議,以期對(duì)讀者在該軟件的學(xué)習(xí)過(guò)程中提供一些幫助。

      參考文獻(xiàn):

      [1]高興軍,趙恒華.大型通用有限元分析軟件ANSYS簡(jiǎn)介[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào),2004(03).

      [2]劉淑萍.有限元分析軟件的介紹及其應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),

      2007(03).

      作者簡(jiǎn)介:文淄博(1989-),男,湖南常德人,碩士研究生,講師,主要從事工程機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。

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