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《ANSYS 14有限元分析自學手冊》一2.3 布爾操作

本節書摘來自異步社群《ansys 14有限元分析自學手冊》一書中的第2章,第2.3節,作者 李兵 , 宮鵬涵,更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

ansys 14有限元分析自學手冊

可以使用求交、相減或其他布爾操作來雕刻實體模型。通過布爾操作,可以直接用較進階的圖元生成複雜的形體,如圖2-21所示。布爾運算對于通過自底向上或自頂向下方法生成的圖元均有效。

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建立模型時要用到布爾操作,ansys 具有以下布爾操作功能。

加:把相同的幾個體素(點、線、面、體)合在一起形成一個體素。

減:從相同的幾個體素(點、線、面、體)中去掉相同的另外幾個體素。

粘接:操作将兩個圖元連接配接到一起,并保留各自邊界,如圖2-22所示。

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考慮到網格劃分,由于網格劃分器劃分幾個小部件比劃分一個大部件更加友善,是以粘接常常比加操作更加适合。

疊分:操作與粘接功能基本相同,不同的是疊分操作輸入的圖元具有重疊的區域。

分解: 将一個圖元分解為兩個圖元,但兩者之間保持連接配接。可用于将一個複雜體修剪剖切為多個規則體,為網格劃分帶來友善。

分解操作的“剖切工具”可以是工作平面、面或線。

相交:是把相重疊的圖元形成一個新的圖元。

無論是自頂向下還是自底向上構造的實體模型,都可以對它進行布爾運算操作。需注意的是,凡是通過連接配接生成的圖元對布爾運算無效,對退化的圖元也不能進行某些布爾運算。通常,完成布爾運算之後,緊接着就是實體模型的加載和單元屬性的定義,如果用布爾運算修改了已有的模型,需注意重新進行單元屬性和加載的定義。

對兩個或多個圖元進行布爾運算時,可以通過以下的方式确定是否保留原始圖元,如 圖2-23所示。

一般來說,對依附于進階圖元的低級圖元進行布爾運算是允許的,但不能對已劃分網格的圖元進行布爾操作,必須在執行布爾操作之前将網格清除。

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ansys的編号程式會對布爾運算輸出的圖元依據其拓撲結構和幾何形狀進行編号。例如:面的拓撲資訊包括定義的邊數,組成面的線數(即三邊形面或四邊形面),面中的任何原始線(在布爾操作之前存在的線)的線号,任意原始關鍵點的關鍵點号等。面的幾何資訊包括形心的坐标、端點和其他相對于一些任意的參考坐标系的控制點。控制點是由nurbs定義的描述模型的參數。

編号程式首先給輸出圖元配置設定按其拓撲結構唯一識别的編号(以下一個有效數字開始),任何剩餘圖元按幾何編号。但需注意的是,按幾何編号的圖元順序可能會與優化設計的順序不一緻,特别是在多重循環中幾何位置發生改變的情況下。

布爾交運算的指令及gui菜單路徑如表2-4所示。

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圖2-24~圖2-28所示為一些圖元相交的執行個體。

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兩兩相交時由圖元集疊加而形成的一個新的圖元集。就是說,兩兩相交表示至少任意兩個原圖元的相交區域。比如,線集的兩兩相交可能是一個關鍵點(或關鍵點的集合),或是一條線(或線的集合)。

布爾兩兩相交運算的指令及gui菜單路徑如表2-5所示。

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圖2-29、圖2-30所示為一些兩兩相交的執行個體。

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加運算的結果是得到一個包含各個原始圖元所有部分的新圖元,這樣形成的新圖元是一個單一的整體,沒有接縫。在ansys程式中,隻能對三維實體或二維共面的面進行加操作,面相加可以包含有面内的孔即内環。

加運算形成的圖元在網格劃分時通常不如搭接形成的圖元。

布爾相加運算的指令及gui菜單路徑如表2-6所示。

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如果從某個圖元(e1)減去另一個圖元(e2),其結果可能有兩種情況:一是生成一個新圖元e3(e1-e2=e3),e3和e1有同樣的維數,且與e2無搭接部分;另一種情況是e1與e2的搭接部分是個低維的實體,其結果是将e1分成兩個或多個新的實體(e1-e2=e3,e4)。布爾相減運算的指令及gui菜單路徑如表2-7所示。

圖2-31、圖2-32所示為一些相減的執行個體。

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工作平面可以用來作減運算将一個圖元分成兩個或多個圖元。可以将線、面或體利用指令或相應的gui路徑用工作平面去減。對于以下的每個減指令,sepo用來确定生成的圖元有公共邊界或者獨立但恰好重合的邊界,keep用來确定保留或者删除圖元,而不管boptn指令(gui:main menu > preprocessor > modeling > operate > booleans > settings)的設定如何。

利用工作平面進行減運算的指令及gui菜單路徑如表2-8所示。

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搭接指令用于連接配接兩個或多個圖元,以生成3個或更多新的圖元的集合。搭接指令除了在搭接域周圍生成了多個邊界外,與加運算非常類似。也就是說,搭接操作生成的是多個相對簡單的區域,加運算生成一個相對複雜的區域。因而,搭接生成的圖元比加運算生成的圖元更容易劃分網格。

搭接區域必須與原始圖元有相同的維數。

布爾搭接運算的指令及gui菜單路徑如表2-9所示。

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分割指令用于連接配接兩個或多個圖元,以生成3個或更多的新圖元。如果分割區域與原始圖元有相同的維數,那麼分割結果與搭接結果相同。但是分割操作與搭接操作不同的是,沒有參加分割指令的圖元将不被删除。

布爾分割運算的指令及gui菜單路徑如表2-10所示。

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粘接指令與搭接指令類似,隻是圖元之間僅在公共邊界處相關,且公共邊界的維數低于原始圖元的維數。這些圖元之間在執行粘接操作後仍然互相獨立,隻是在邊界上連接配接。

布爾粘接運算的指令及gui菜單路徑如表2-11所示。

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1.設定分析作業名和标題

(1)執行菜單欄中的utility menu:file > change jobname指令,将打開“change jobname”對話框,如圖2-33所示。

(2)在“enter new jobname”文本框中輸入文字“rivet”,作為本分析執行個體的資料庫檔案名。單擊“ok”按鈕,完成檔案名的修改。

2.建立實體模型

(1)建立一個球。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > create > volumes > sphere > solid sphere。

② 在文本框中輸入“x=0, y=3, radius= 7.5”,單擊“ok”按鈕,如圖2-34所示。

(2)将工作平面旋轉90°。

① 從應用菜單中選擇utility menu:workplane > offset wp by increments。

② 在“xy,yz,zx angles”文本框中輸入“0,90,0”,單擊“ok”按鈕,如圖2-35所示。

(3)用工作平面分割球。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > operate > booleans > divide > volu by workplane。

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② 選擇剛剛建立的球,單擊“ok”按鈕,如圖2-36所示。

(4)删除上半球。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > delete > volume and below。

② 選擇球的上半部分,單擊“ok”按鈕,如圖2-37所示。

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所得結果如圖2-38所示。

(5)建立一個圓柱體。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > create > volumes > cylinder > solid cylinder。

② wp x輸入0,wp y輸入0,radius輸入3,depth輸入-10,單擊“ok”按鈕。生成一個圓柱體,如圖2-39所示。

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(6)偏移工作平面到總坐标系的某一點。

① 從應用菜單中選擇utility menu:workplane > offset wp to > xyz locations +,如圖2-40所示。

② 在“global cartesian”文本框中輸入“0,10,0”,單擊“ok”按鈕,如圖2-41所示。

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(7)建立另一個圓柱體。

② wp x輸入0,wp y輸入0,radius輸入1.5,depth輸入4,單擊“ok”按鈕,生成另一個圓柱體。

(8)從大圓柱體中“減”去小圓柱體。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > operate > booleans > subtract > volumes。

② 拾取大圓柱體,作為布爾“減”操作的母體,單擊“apply”按鈕,如圖2-40所示。

③ 拾取剛剛建立的小圓柱體作為“減”去的對象,單擊“ok”按鈕。

④ 從大圓柱體中“減”去小圓柱體的結果如圖2-42所示。

(9)從大圓柱體中“減”去小圓柱體的結果與下半球相加。

① 從主菜單中選擇main menu:preprocessor > modeling > operate > booleans > add > volumes。

② 單擊“pick all”按鈕,如圖2-43所示。

(10)存儲資料庫ansys。單擊快捷工具條中的“save_db”按鈕。

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