4.4 Mechanical前處理操作

在Mechanical前處理操作中，Outline（流程樹）中列出了分析的基本步驟，Outline的更新直接決定了Context（索引工具）、Details View和Graphics Window（圖形窗口）的更新。

4.4.1 幾何分支

Geometry（幾何）分支選項給出了模型的組成部分，通過該分支選項可以了解幾何體的相關信息。

1．幾何體

在模擬分析過程中，實體的體/面/部件（3D或2D）、只由面組成的面體、只由線組成的線體3種類型的實體都會被分析。

（1）實體

3D實體是由帶有二次狀態方程的高階四面體或六面體實體單元進行網格劃分的。2D實體是由帶有二次狀態方程的高階三角形或四邊形實體單元進行網格劃分的。結構的每個節點含有3個平動自由度（DOF）或對熱場有一個溫度自由度。

（2）面體

面體是指幾何上為2D、空間上為3D的體素，面體為有一層薄膜（有厚度）的結構，厚度為輸入值。面體通常由帶有6個自由度的線性殼單元進行網格劃分。

（3）線體

線體是指幾何上為一維、空間上為三維的結構，用來描述與長度方向相比，其他兩個方向的尺寸很小的結構，截面的形狀不會顯示出來。線體由帶有6個自由度的線性梁單元進行網格劃分。

2．為體添加材料屬性

在進行項目分析時需要為體添加材料屬性，添加時先從分析樹中選取體，然后在參數設置列表下的Assignment下拉菜單中選取相應材料，如圖4-14所示。

技巧提示

4.4.2 接觸與點焊

當幾何體存在多個部件時，需要確定部件之間的相互關系。在ANSYS Workbench中是通過Contacts（接觸）與Spot Weld（點焊）來定義的，用來確定部件之間的接觸區域是如何相互作用的。

技巧提示

在結構分析中，接觸和點焊可以防止部件的相互滲透，同時也提供了部件之間載荷傳遞的方法。在熱分析中，接觸和點焊允許部件之間的熱傳遞。

1．實體接觸

在輸入裝配體時，Workbench會自動檢測接觸面并生成接觸對。臨近面用于檢測接觸狀態。接觸探測公差是在Connections分支中進行設置的，如圖4-15所示。

技巧提示

接觸單元提供部件間的連接關系，每個部分維持獨立的網格，網格類型可以不保持一致。

在模擬分析中，每個接觸對都要定義接觸面和目標面：將接觸區域的一個表面視作接觸面，另一表面即為目標面，則接觸面不能穿透目標面。

當一面被設計為接觸面而另一面被設計為目標面時為非對稱接觸；當兩邊互為接觸面（C）和目標面（T）時稱為對稱接觸。默認的實體組件間的接觸是對稱接觸，根據需要可以將對稱接觸類型改為非對稱接觸。

技巧提示

ANSYS Workbench 17.0中有6種可以使用的接觸類型，分別為Bonded（綁定接觸）、No Separation（不分離接觸）、Frictionless（無摩擦接觸）、Rough（粗糙接觸）、Frictional（摩擦接觸）及Forced Frictional Sliding（滑動摩擦），如表4-4所示。

Bonded和No Separation是線性接觸，只需一次迭代；Frictionless、Rough和Frictional是非線性接觸，需要多次迭代。

技巧提示

2．高級實體接觸

選擇Contacts分支下的某接觸對時，會出現高級接觸控制，高級接觸控制可以實現自動檢測尺寸和滑動、對稱接觸、接觸結果檢查、Pinball區域控制等。各參數分支如圖4-16所示。

其中Pinball Region（Pinball區域）表示接觸探測區域，當接觸間隙在Pinball半徑內時進行接觸計算/檢測。

3．點焊

Spot Weld（點焊）提供的是離散點接觸組裝方法，點焊通常是在CAD軟件中定義，只有在Mechanical支持的DM和Unigraphics中可以定義點焊。關于點焊的相關問題在此不做講解，請參考相關的幫助文件。

4.4.3 坐標系

在Mechanical中，Coordinate Systems（坐標系）可用于網格控制、質量點、指定方向的載荷和結果等。坐標系通常不顯示，可以通過在Model下進行添加得到，坐標系的相關參數如圖4-17所示。

當模型是基于CAD的原始模型時，Mechanical會自動添加Global Coordinate System（整體坐標系），同時也可以從CAD系統中導入Local Coordinate System（局部坐標系）。

新的坐標系是通過單擊坐標系工具欄上的（創建坐標系）按鈕進行創建的。在Model下選擇坐標系之后，會使坐標系工具欄中的按鈕呈高亮顯示，如圖4-18所示。

局部坐標系的參數如圖4-19所示，它有兩種定義方式。

● 選擇幾何（結合坐標系Associative Coordinate System）：坐標系會移動到幾何上，它的平移和旋轉都依賴于幾何模型。

● 指定坐標（沒有結合坐標系Non-Associative Coordinate System）：坐標系將保持原有的定義，并獨立于幾何模型存在。

4.4.4 分析設置

在Mechanical中，Analysis Settings提供了一般的求解過程控制，具體可以在如圖4-20所示的Details of“Analysis Settings”各分支中進行設置。

1.Step Controls（求解步控制）

求解步控制包括人工時間步控制和自動時間步控制（Auto Time Stepping）兩種求解步控制方式。

人工時間步控制需要指定分析中的分析步數目（Number Of Steps）和每步的終止時間（Step End Time）。

在靜態分析中可以設置多個分析步，并一步一步地求解，終止時間被用于確定載荷步和載荷子步的追蹤器。

技巧提示

2.Solver Controls（求解控制）

求解控制包括直接求解（ANSYS中為稀疏矩陣法）及迭代求解（ANSYS中為PGC，即預共軛梯度法）兩種求解方式（默認是Program Controlled），另外可通過Weak Springs設置嘗試模擬得到無約束的模型。

3.Analysis Data Management（分析數據管理器）

分析數據管理器的相關參數設置如圖4-21所示。

● Solver Files Directory：給出相關分析文件的保存路徑。

● Future Analysis：指定求解中是否要進行后續分析（如預應力分析等），若在Project Schematic里指定了耦合分析，將自動設置該選項。

● Scratch Solver Files Directory：求解中的臨時文件夾。

● Save MAPDL db：設置是否保存ANSYS DB分析文件。

● Delete Unneeded Files：在Mechanical APDL中可以選擇保存所有文件以備使用。

● Nonlinear Solution：非線性求解默認關閉。

● Solver Units：包含Active System（有效系統）和Manual（手動設置）兩個選項。

● Solver Unit System：如果以上設置是人工設置，則當Mechanical APDL共享數據的時候，就可以選擇8個求解單位系統中的任何一個來保證一致性。