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:互聯網

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算對象,但是幾何模型也有著獨特的用處。例如在面上施加分布力系,此時使用幾何模型比有限元模型更有優勢。

但是我們在有限元軟件之間轉換時,它們之間通常只能傳遞有限元信息,那么,對于一個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。筆者首先使用某款三維軟件創建幾何模型,然后導入到HYPERMESH11中生成有限元模型,接著將該有限元模型導入到Finite Element Modeler中生成幾何模型,再次將此模型導入到結構靜力學分析系統中,在面上加載,最后進行分析,查看等效應力。下文將闡述此過程。

(1)創建幾何模型

首先使用任何一款三維軟件創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。

讀者可以根據自己的需要,使用任意的三維軟件,創建任意的三維模型。

然后導出為*.stp格式的文件。

(2)創建有限元模型

本步驟將在HYPERMESH中劃分網格得到有限元模型

(2.1)導入幾何模型

打開HYPERMESH11,導入上面創建的幾何文件,結果如下圖。

(2.2)劃分網格

使用HYPERMESH中的任意網格劃分技術,創建如下的有限元模型。

(2.3)設置與ANSYS的接口并導出網格

進入工具面板,開始準備導出網格。

在上述工具面板中,依次使用1,2,3步,分別創建單元類型,材料模型,并把上述單元類型,材料模型與網格模型關聯。

首先添加單元類型為solid185

接著添加材料屬性為鋼材

最后設置組件屬性

在這里,對于網格模型,關聯了材料和單元。

最后導出網格

導出的網格文件是file.cdb,該文件是ANSYS與外界交換網格信息的橋梁。

然后退出HYPERMESH11.

(3)在WB中創建Finite Element Modeler,并導入網格。

(3.1)打開ANSYS WORKBENCH 并創建Finite Element Modeler。

(3.2)設置網格來源為前面HyperMesh中導出的網格文件file.cdb

(3.3) 更新Model單元格

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

可以看到此時只有網格模型

(4)在Finite Element Modeler中生成幾何模型

(4.1)生成SDT組件

從下圖所示處創建SDT組件。該過程可選,不過最好先走一遍。

FEM根據有限元模型創建了許多組件,每個組件都是一個面。

結果如下

(4.2)生成初始幾何體

按照下列方式生成幾何體。

結果如下圖

可見,幾何模型已經生成。

(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,進行一個簡單的結構靜力學分析。

(5.1)導出模型到結構靜力學分析系統

使用如下圖所示方式把FEM的結果導出到結構靜力學系統。

結果如下

此時,FEM只把工程數據導入到結構靜力學系統中。

(5.2)新建連接

為了把FEM中的幾何模型和有限元模型都導入到結構靜力學分析系統,新建一個連接關系如下圖。

(5.3)更新連接

更新連接關系如下圖,從而把幾何模型和網格模型都導入到結構靜力學分析系統。

結果如下

(5.4)雙擊Model進入到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導入。

(5.6)對四個圓孔分別創建四個命名選擇

為了便于后面選擇四個孔,首先對四個孔創建命名選擇。方法是首先選擇一個孔的八個面,然后創建一個命名選擇,其它三個孔類推。

(5.7)創建固定邊界

固定如圖所示的邊界。

(5.8)在四個圓孔上施加集中力

在四個孔施加集中力,此時用命名選擇作為SCOPING對象。

(5.9)求解并查看應力云圖

計算并查看應力云圖如下

至此,計算完畢。

【結論】

1. 使用ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler,只需要一步就可以從網格模型得到幾何模型。上述步驟中,(4.2)步是關鍵,而(4.1)步是可選的。朋友們可以直接執行(4.2)步,而不用經過(4.1)步。不過,在ANSYS內部,它仍舊經過了(4.1),再到達(4.2)步。

2. ANSYS是如何根據有限元模型得到幾何模型的?它是根據單元的外表面的連續性,首先創建了幾何模型的外表面,根據這些外表面,其內部就是實體模型。

3. 上述方法有什么優點?大家一定知道,HYPERMESH是劃分網格的最佳工具,我們很希望在ANSYS中能夠使用HYPERMESH生成的網格。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,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行加載。

4. 上述方法有什么缺點?如果讀者做完了這個例子,就會知道,對于FEM所復原的幾何模型,在孔處,它實際上是8個小平面,而非一個圓柱面。所以此時并不能使用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,已經大致能夠滿足我們的要求了。

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