第七章 创建几何模型

目标：学习完本章后，学员应该能够使用ANSYS创建一个 简单的有限元模型.

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7.1

ANSYS几何实体建模技术简介

一 两种获取CAD实体模型的途径1 利用ANSYS前处理器CAD实体建模功能创建实体模 型。 2 利用ANSYS的CAD接口功能导入/导出实体模型。

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二 两种实体建模思路ANSYS程序认为CAD的元素存在一定级别，由低到高的 级别依次是：点 线 面 体。在该意义上有两 种实体建模思路。 体 (3D模型) 由面围成，代表三维Areas

实体. 面 (表面) 由线围成. 代表实体表面 、平面形状或壳(可以是 三维曲面 ). 线 (可以是空间曲线) 以关键点为 端点，代表物体的边. 关键点 (位于3D空间) 代表物体的 角点.

Keypoints

Lines

Area

Volume

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1)自底向上的CAD实体建模。是指在构造几何模型时首先 定义几何模型中最低级的图元即关键点，然后再利用这 些关键点定义较高级的图元(即线、面、体)。自底向 上构造的模型是在当前激活的坐标系内定义的。

从建立关键点开始，可以逐步建立线、面

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2)自顶向下的CAD实体建模。是指一开始就通过较高级 的的图元来构造模型，即通过汇集线、面、体等几何 体素的方法来构造模型。当生成一种体素时，ANSYS软 件自动生成所有从属于该体素的低级图元。应该注意 的是几何体素是在工作平面上创建的，因此每一时刻 都要清楚地知道当前工作平面的状态。 图元的层次关系如下： 最高级图元： 单元(包括单元载荷) 结点(包括结点载荷) 实体(包括实体载荷) 面(包括面载荷) 线(包括线载荷) 最低级图元： 关键点(包括点载荷)September 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-5

7.2 ANSYS几何建模菜单系统简介几何建模的菜单路径 ： Main Menu > Preprocessor > ModelingCreate: 创建基本几何实体对象。 Operate: 几何运算处理。 Move/Modify: 移动或者修改各种对象的位置或属性。 Copy: 在激活坐标系上复制选中的关键点， 线，面，体，节点或者单元。 Reflect: 在相对激活坐标系的某个坐标平面 镜面映射选中的选项。 Check Geom: 执行几何模型检查。 Delete: 删除已定义的几何实体对象。

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7.3 ANSYS坐标系及其操作一 坐标系的种类在不同的分析阶段，ANSYS使用到了多种坐标系。总体和局部坐标系：用来定位几何形状参数的空间位置； 显示

坐标系：用于几何形状参数的列表和显示； 结点坐标系：定义每个结点的自由度方向和结点结果数据的方向； 单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向； 结果坐标系：用来列表、显示结点或单元结果

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二 总体坐标系 总体坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。默认情况下，建模 操作时使用的坐标系是总体笛卡儿坐标系。但是很多情况下，采 用其它坐标表达形式往往会更加方便，比如旋转模型时需要用到 柱坐标表达形式。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提 供了3种坐标表达形式：笛卡儿坐标、柱坐标和球坐标。所有这3 种坐标系都是右手法则，且有相同的原点，它们由其参考号识别 ：0-笛卡儿坐标；1-柱坐标；3-球坐标。 笛卡儿坐标形式：X轴、Y轴、Z轴分别代表其原始意义； 柱坐标形式： X轴、Y轴、Z轴分别代表径向R、周向 和周向Z; 球坐标形式： X轴、Y轴、Z轴分别代表分别代表R、 和

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三 局部坐标系 在许多情况下由于特定的用途需要建立 各种各样的局部坐标系。其原点可能与 总体坐标系有一定的偏移，其坐标轴也 可能与总体坐标系有一定的转角。它也 有笛卡儿坐标、柱坐标和球坐标3种形式 。总体坐标系和局部坐标系也是构建其 它坐标系(结点坐标系、单元坐标系等 )的基础。

(1)局部坐标系的创建 按总体笛卡儿坐标系定义局部坐标系 COMMAND方式：/LOCALGUI方式: [Utility Menu] WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|At Specified LocSeptember 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-9

新建立的局部坐标系的 识别号，必须大于10

原点选取对话框September 30, 1998

在指定位置创建局部坐标系对话框Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-10

通过已有的三个结点定义局部坐标系 Command方式：/CS GUI方式： [Utility Menu] WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|By 3 Nodes 要求先选取3个结点，再执行上述命令 注：通过这种方式所创建的局部坐标系与结点选取顺序有关，坐 标系的确定方法如下： 第一个选取的结点将成为坐标系的原点； 第一个结点到第二个结点的方向为X轴； 三个结点构成的平面为XY面，Y轴为此平面垂直于X轴方向，且 由第3个结点的位置确定Y轴的正向 根据右手法则确定Z轴；

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通过已有三个关键点定义局部坐标系

Command方式：/CSKP GUI方式： [Utility Menu] WorkPlane | Local Coordi

nate Systems | Create Local CS|By 3 Kpoints

在当前工作平面定义局部坐标系Command方式：/CSWPLA GUI方式： [Utility Menu] WorkPlane | Local Coordinate Systems | Create Local CS|At WP Origin 这种方式建立的局部坐标系的各个坐标轴和工作平面的各个轴 重合，只需指定坐标表达形式即可.

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(2)删除局部坐标 Command方式：/CSDELE GUI方式： [Utility Menu] WorkPlane | Local Coordinate Systems | Delete Local CS

删除局部坐标

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(3)局部坐标系的激活 可以通过定义任意多个局部坐标系，但某一时刻只能 有一个局部坐标系被激活(模型操作中，输入的坐标 值是以激活坐标系为参照的)。ANSYS初始默认的激 活坐标系是总体笛卡儿坐标系。每当用户定义一个新 的局部坐标系时，这个新的坐标系就会被自动激活。 激活坐标系的方法如下： Command方式：/CSYS GUI方式： [Utility Menu] WorkPlane | Change Active CS to | Global Cartesian 或Global Cylindrical 或Global Spherical 或Specified Coord Sys 或Work plane 局部坐标系的激活September 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-14

(4)显示和列表检查局部坐标系 创建完局部坐标系，如果无法观察 局部坐标系的坐标架，选择菜单路 径 [Utility Menu] Plot Ctrls |Symbols ,选中 Create Local Coordinate Systems 即设置为on ,重新刷新即可。

局部坐标系显示控制September 30, 1998

指定局部坐标系显示控制选项M1-15

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有时需要列表检查定义的局部坐标系，此时选择菜单路径[Utility Menu] List | Other | Local Coord Sys.方框中选中的部分是6号 局部坐标系的属性信息。

列表检查坐标系：总体坐标系和局部坐标系September 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-16

四 工作平面的用途及其操作方法

工作平面 (WP) 是一个可以移动的二维参考平 面用于定位和确定体素的方向。Definition

wy y x wx

原点

辅助网格， 间距可调工作平面September 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-17

(1)工作平面设置菜单控制 所有的工作平面控制在Utility Menu > WorkPlane. WP 显示 – 只显示栅格(default), 只 显示三轴或都显示 捕捉 – 允许拾取工作平面上的位置 ，将光标捕捉的最近的栅格点 栅距 – 栅格线之间的距离 栅格尺寸 – 显示的工作平面有多大September 30, 1998 Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128) M1-18

(2)利用Offset及Align菜单可以将 工作平面移动到任意想要的位 置。 Offset WP by Increments… 利用推动按钮(连同滑块 的增量)进行平移 或键入增量 或使

用动态模式(类似于 pan-zoom-rotate).

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(3)移动工作平面 Offset WP to > 保持它当前的方向到想要的 位置，位置可以是： 已有的关键点。拾取多个 关键点移动工作平面到它 们的平均位置。 已有的节点 坐标位置 总体坐标原点 活动坐标系的原点

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(4)重新定位工作平面 Align WP with > 例如, Align WP with Keypoints 提示你拾取三个 关键点-一个是原点，一个 定义X轴另一个定义X-Y平 面 将工作平面恢复到其缺省位 置(在总体X-Y平面的原 点), 点击 Align WP with > Global Cartesian.

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