- ANSYS Workbench 17.0有限元分析從入門到精通
- 丁欣碩
- 2047字
- 2020-11-28 20:57:29
2.5 概念建模
概念建模（Concept）用于創建、修改線體和面體，并將其變為有限元的梁或板殼模型。可以采用下面的兩種方式進行概念建模。
● 利用繪圖工具箱中的特征創建線或表面體，來設計2D草圖或生成3D模型。
● 利用導入外部幾何體文件特征直接創建模型。
技巧提示
DM目前只能識別由CAD軟件導入部件的實體和面體，無法識別線體，故而Workbench中只能在DM中通過概念建模生成線體模型。
DM中概念建模是在主菜單中提供的，如圖2-27所示。
圖2-27 概念建模菜單
利用概念建模工具可以創建線體，包括從點生成線體（Lines From Points）、從草圖生成線體（Lines From Sketches）、從邊生成線體（Lines From Edges）等；也可以創建面體，包括從線生成面體（Surfaces From Edges）、從草圖生成面體（Surfaces From Sketches）、從面生成面體等。
2.5.1 從點生成線體
在DM中可以從點直接生成線體（Lines From Points），這些點可以是任何2D草圖點、3D模型頂點。
從點生成線體命令中點分段（Point Segments）通常是一條連接兩個選定點的直線。該特征可以產生多個線體，主要由所選點分段的連接性質決定。操作域（Operation）允許在線體中選擇添加材料（Add Material）或選擇添加凍結（Add Frozen），如圖2-28所示。
圖2-28 從點生成線體
2.5.2 從草圖生成線體
從草圖生成線體（Lines From Sketches）是基于草圖和從表面得到的平面創建線體，多個草圖、面以及草圖與平面的組合均可作為基準對象來創建線體。
創建時首先在草圖中完成2D圖，然后在特征樹形目錄中選擇創建好的草圖或平面，最后在詳細列表窗口中單擊Apply按鈕即可，如圖2-29所示。
圖2-29 從草圖生成線體
2.5.3 從邊生成線體
從邊生成線體（Lines From Edges）是基于已有的2D和3D模型邊界創建線體，根據所選邊和面的關聯性質可以創建多個線體。該特征適用于從外部導入的CAD幾何體及DM自身創建的幾何體。
創建時首先選擇邊或面，然后在詳細列表窗口中單擊Apply按鈕即可創建線體。
2.5.4 定義橫截面
通常情況下，梁單元需要定義一個橫截面（Cross Section），在DM中橫截面是作為一種屬性賦給線體的，這樣就可以在有限元仿真中定義梁的屬性。如圖2-30所示為DM中自帶的橫截面，它們是通過一組尺寸來控制橫截面形狀的。
圖2-30 DM中自帶的橫截面
橫截面創建好之后，需要將其賦給線體，具體操作為：在樹形目錄中點亮線體，此時橫截面的屬性出現在詳細列表窗口中，在Cross Section（截面選取）的下拉列表中選擇需要的橫截面，如圖2-31所示。
圖2-31 選取橫截面
1．自行定義集成的橫截面
在DM中可以自行定義集成的橫截面，此時無須畫出橫截面，只需在詳細列表窗口中填寫截面的屬性即可，如圖2-32所示。
圖2-32 自行定義集成的橫截面
詳細列表窗口中的Physical Properties（物理特性）下主要參數的含義如表2-2所示。
表2-2 物理參數含義
2．創建已定義的橫截面
在DM中也可以創建用戶已定義的橫截面，此時無須畫出橫截面，只需基于已定義的閉合草圖來創建截面的屬性。創建用戶已定義的橫截面的步驟如下。
選擇菜單欄中的Concept（概念）→Cross Section（橫截面）→User Defined（用戶定義）命令此時在樹形目錄中會多一個空的橫截面草圖如圖2-33所示
圖2-33 用戶定義橫截面
單擊Sketching（草繪）標簽繪制所需要的草圖，繪制的草圖要求是閉合的。
返回Modeling（模型）標簽下，單擊
（生成）按鈕，即可生成橫截面。此時DM會計算出橫截面的屬性并在細節窗口中列出，這些屬性不能更改。
3．對齊橫截面
在DM中，橫截面默認的對齊方式是全局坐標系的+Y方向，若該方向會導致非法的對齊，則系統將會使用+Z方向。
技巧提示
在經典ANSYS環境下，橫截面位于YZ平面中，用X方向作為切線方向，實際上這種定位差異對分析結果并沒有影響。
在ANSYS Workbench中，線體橫截面的顏色含義如表2-3所示。樹形目錄中的線體圖標含義如表2-4所示。
表2-3 線體顏色含義
表2-4 線體圖標含義
4．偏移橫截面
將橫截面賦給一個線體后，可以利用詳細列表窗口中的屬性指定橫截面的偏移類型（Offset Type），主要有Centroid（質心）、Shear Center（剪力中心）、Origin（原點）、User Defined（用戶定義）等，如圖2-34所示。
圖2-34 偏移橫截面參數
● Centroid（質心）：該選項為默認選項，表示橫截面中心和線體質心相重合。
● Shear Center（剪力中心）：表示橫截面剪切中心和線體中心相重合，剪切中心和質心的圖形顯示看起來是一樣的，但分析時使用的是剪切中心。
● Origin（原點）：橫截面不偏移，按照其在草圖中的樣式放置。
● User Defined（用戶定義）：用戶通過指定橫截面X方向和Y方向上的偏移量來定義偏移量。
2.5.5 從線生成面體
Surfaces From Edges（從線建立面體）是指用線體邊作為邊界創建面體，線體邊必須沒有交叉的閉合回路，每個閉合回路都創建一個凍結表面體，回路應該形成一個可以插入模型的簡單表面形狀，這些表面形狀包括平面、圓柱面、圓環面、圓錐面、球面和簡單扭曲面等。
選擇菜單欄中的Concept（概念）→Surfaces From Edges（從線建立面）命令，即可從線建立面體，如圖2-35所示。
圖2-35 從線建立面體
技巧提示
無橫截面屬性的線體可以將表面模型連在一起，在此情況下線體僅僅起到確保表面邊界有連續網格的作用。
2.5.6 從草圖生成面體
從草圖生成面（Surfaces From Sketches）是指由草圖作為邊界創建面體，草圖可以是單個或多個，但是草圖必須不是自相交叉的閉合剖面。從草圖生成面體的操作方法如圖2-36所示。
圖2-36 從草圖生成面體
2.5.7 從面生成面體
從面生成面體（Surfaces From Faces）是指由面直接創建面體，從面生成面體的操作方法如圖2-37所示，相關參數的設置這里不再贅述。
圖2-37 從面生成面體