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ANSYS有限元软件使用技巧:前处理、加载与求解优化
一些ANSYS的使用经验
ANSYS的使用主要是三个方面,前处理——建模与网格划分、加载设置求解、后处理。
1.1、前处理——建模与网格划分
要提高建模能力,需要注意以下几点:
l建议不要使用自底向上的建模方法,而要使用自顶向下的建模方法,充分熟悉BLC4,CYLIND等几条直接生成图元的命令,通过这几条命令参数的变化,布尔操作的使用,工作平面的切割及其变换,可以得到所需的绝大部分实体模型,由于涉及的命令少,增加了使用的熟练程度,可以大大加快建模的效率。
l 对于比较复杂的模型,一开始就要在局部坐标下建立,以方便模型的移动,在分工合作将模型组合起来时,优势特别明显,同时,图纸中有几个定位尺寸,一开始就要定义几个局部坐标,在建模的过程中可避免尺寸的换算。
l注重建模思想的总结,好的建模思想往往能起到事半功倍的效果,比如说,一个二维的塑性成型问题,有三个部分,凸模,凹模,胚料,上下模具如何建模比较简单了,一个一个建立吗?完全用不着,只要建出凸凹模具的吻合线,用此线分割某个面积,然后将凹模上移即可。
l对于面网格划分,不需要考虑映射条件,直接对整个模型使用以下命令,MSHAPE,0,2D MSHKEY,2 ESIZE,SIZE 控制单元的大小,保证长边上产生单元的大小与短边上产生单元的大小基本相等,绝大部分面都能生成非常规则的四边形网格,对于三维的壳单元,麻烦一点的就是给面赋于实常数,这可以通过充分使用选择命令,将实常数相同的面分别选出来,用AATT,REAL,MAT,赋于属性即可。
l对于体网格划分,要得到比较漂亮的网格,需要使用扫掠网格划分,而扫掠需要满足严格的扫掠条件,因此,复杂的三维实体模型划分网格是一件比较艰辛的工作,需要对模型反复的修改,以满足扫掠条件,或者一开始建模就要考虑到后面的网格划分;体单元大小的控制也是一个比较麻烦的事情,一般要对线生成单元的分数进行控制,要提高划分效率,需要对选择命令相当熟悉;值得注意的是,在生成网格时,应依次生成单元,即一个接着一个划分,否则,可能会发现有些体满足扫掠的条件却不能生成扫掠网格。
1.2 、加载求解
对于有限元模型的加载,相对而言是一件比较简单的工作,但当施加载荷或边界条件的面比较多时,需要使用选择命令将这些面全部选出来,以保证施加的载荷和边界条件的正确性。
在ANSYS求解过程中,有时发现,程序并没有错误提示,但结果并不合理,这就需要有一定的力学理论基础来分析问题,运用一些技巧以加快问题的解决。对于非线性分析,一般都是非常耗时的,特别是当模型比较复杂时,怎样节约机时就显得尤为重要。当一个非线性问题求解开始后,不用让程序求解完后,发现结果不对,修改参数,又重新计算。而应该时刻观察求解的收敛情况,如果程序出现不收敛的情况,应终止程序,查看应力,变形,等结果,以调整相关设置;即使程序收敛,当程序计算到一定程度也要终止程序观看结果,一方面可能模型有问题,另一方面边界条件不对,特别是计算子模型时,数据输入的工作量大,边界位移条件出错的可能性很大,因而要根据变形结果来及时纠正数据,以免浪费机时,如果结果符合预期的话,可通过重启动来从终止的点开始计算。下面举两个例子说明:
在做非均匀材料拉伸模拟材料颈缩现象的有限元数值计算时,对一个标准试件,一端固定,另一端加一个X方向的位移,结果发现在施加X方向的位移的一排节点产生了很大的Y方向位移,使得节点依附的单元变形十分扭曲,导致程序不收敛而终止,而中间的单元并没有太多变化。显然,可以分析在实验当中施加X方向的位移的一排节点是不应有Y方向的位移的,为了与实验相符应消除Y方向的位移,可同时施加一个Y方向的零约束,重新计算,结果得到了比较理想的颈缩现象,并可清楚的看到45度剪切带。
在做金属拉拔的塑性成型有限元模拟时,简化为一个二维的轴对称问题,相对于三维的接触问题而言是比较简单的了,建模,划网格都很顺利,求解时发现程序不收敛,就调参数和求解设置,基本上作到了该做的设置,该调的参数都试过了,程序照样不收敛,几乎到了快放弃的地步,没办法只好重新开始考虑,发现刚体只倒了一个角,而另一个倒角开始时认为没有必要倒,因此,试着重新倒角再计算,问题一下子迎刃而解,程序收敛相当快,有限元计算结果相当漂亮。
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