Глава 1.

О построении геометрической модели

Содержание

1. О построении геометрической модели

1.1. Генерация модели ----------------------------------------------------------------- 1-3

1.2. Последовательность шагов при построении модели ------------------1-3

1.3. Твердотельное моделирование и прямая генерация ------------------1-4

1.3.1. Твердотельное моделирование - преимущества ------------- 1-4

1.3.2. Твердотельное моделирование - недостатки ----------------- 1-5

1.3.3. Прямая генерация - преимущества -------------------------------- 1-5

1.3.4. Прямая генерация - недостатки ------------------------------------ 1-5

1. Генерация модели

Конечная цель конечно-элементного анализа состоит в математическом описании поведения реальной технической системы. Другими словами, такой анализ должен быть точной математической моделью некоторого материального прототипа. В широком смысле эта модель включает в себя все узлы, конечные элементы, свойства материала, реальные константы, граничные условия и другие особенности, которые используются для отображения физической системы.

В принятой для программы ANSYS терминологии под понятием генерация модели обычно подразумевается создание узлов и элементов, которые отображают пространственную конфигурацию и связи реальной системы. Таким образом, в нашем случае генерация модели означает задание геометрической конфигурации узлов и элементов модели. Программа ANSYS предлагает пользователю несколько различных методов построения модели, допуская при ее создании использование комбинации способов.

2. Последовательность шагов при построении модели

В общем случае процесс моделирование можно выполнять в соответствии с изложенной ниже основной схемой (более подробную информацию, относящуюся к выделенным курсивом понятиям, можно найти в других главах этого Руководства).

• Начинайте с планирования своего подхода к решению задачи. Определите цели расчета; решите, какую основную форму будет иметь модель; выберите соответствующий тип элемента и необходимую плотность сетки. Такое планирование обычно выполняется до начала работы с программой ANSYS.

• Построение модели начинается с обращения к препроцессору (PREP7). Наиболее часто при построении модели используются процедуры твердотельного моделирования.

• Задайте рабочую плоскость.

• При генерировании основных геометрических особенностей модели используйте геометрические примитивы и булевы операции.

• Активизируйте соответствующую систему координат.

• Задайте свойства твердотельной модели по принципу снизу вверх, т.е. сначала создайте необходимые ключевые точки, затем определите линии, области и объемы модели.

• Для соединения отдельных областей модели в одно целое обращайтесь к булевым операциям или управлению номерами.

• Создайте таблицы атрибутов элемента (тип элемента, реальные константы, свойства материала и система координат элемента).

• Установите указатели атрибутов элементов.

• Задайте параметры управления качеством сетки, если предполагается получить сетку желаемой плотности. Этот шаг требуется не всегда, т.к. при запуске программы размеры элемента задаются по умолчанию (см. Главу 6). (Если нужно, чтобы программа измельчала сетку автоматически, следует на этом шаге выйти из препроцессора и активизировать опцию адаптивного построения сетки.)

• Создайте узлы и элементы построением сетки для твердотельной модели.

• После создания узлов и элементов вводятся такие особенности модели, как контактные элементы типа поверхность-поверхность, связанные степени свободы и условия-ограничения.

• Сохраните относящиеся к модели данные в файле Jobname.DB.

• Выйдите из препроцессора.

1.3. Твердотельное моделирование и прямая генерация

Для построения модели можно использовать два различных способа: твердотельное моделирование и прямую генерацию. При твердотельном моделировании указываются геометрические границы модели, устанавливаются параметры управления размером и формой элементов, затем программе предписывается автоматическое построение всех узлов и элементов. При использовании способа прямой генерации созданию объектов модели предшествует задание местоположения каждого узла, а также размера, формы и связей элементов.

Хотя возможна некоторая автоматическая генерация задаваемых данных, метод прямой генерации является в основном "ручным", который требует отслеживания всех номеров узлов. Столь подробная "бухгалтерия" может стать утомительной при построении больших моделей, что делает возможным появление ошибок. Твердотельное моделирование, в общем случае, представляет собой более мощное и гибкое средство по сравнению с методом прямой генерации и, как правило, его использование для построения модели более предпочтительно.

Несмотря на многие преимущества твердотельного моделирования, при некоторых обстоятельствах может оказаться полезным применение метода прямой генерации. При построения модели можно использовать оба этих метода, легко переключаясь с одного на другой, более подходящий для данной области модели.

Подробно твердотельное моделирование и прямая генерация рассмотрены в Главе 5 и 8 соответственно. Чтобы помочь пользователю понять, какой метод более подходит в данной ситуации, приводится сравнение преимуществ и недостатков этих двух подходов.

1.3.1 Твердотельное моделирование - преимущества

• В основном подходит для больших или сложных моделей, особенно при построении пространственных моделей.

• Позволяет работать с относительно малым числом данных.

• Допускает геометрические операции (такие как перемещения и вращения), которые не могут быть выполнены с узлами и элементами.

• Поддерживает использование "примитивных" поверхностей и объемов (типа плоских многоугольных поверхностей и цилиндрических объемов) и булевых операций (пересечение, вычитание и т.д.) для построение модели по принципу "снизу- вверх".

• Обеспечивает возможность использования средств оптимизации программы ANSYS.

• Требуется при адаптивном перестроении сетки.

• Требуется, если нужно измельчить сетку после приложения к модели "твердотельных" нагрузок.

• Позволяет быстро вносить изменения в геометрию модели.

• Обеспечивает возможность менять расположение элементов (в этом случае пользователь не ограничен одним типом анализа).

1.3.2. Твердотельное моделирование - недостатки

• Иногда требует больших затрат времени работы центрального процессора.

• Для малых и простых моделей может быть более громоздким, требуя больше данных ввода по сравнению с методом прямой генерации.

• При некоторых обстоятельствах может оказаться несостоятельным (программа не сможет создать сетку конечных элементов).

1.3.3. Прямая генерация - преимущества

• Удобен для малых или простых моделей.

• Предоставляет полный контроль над геометрией и нумерацией каждого узла и каждого элемента.

1.3.4. Прямая генерация - недостатки

• Требует много времени едва ли не для самых простых моделей; объем данных, с которыми приходится работать, может оказаться обременительным.

• Нельзя использовать при адаптивном перестроении сетки.

• Делает процесс оптимизации разработки менее удобным.

• Приводит к трудностям при необходимости модифицировать сетку (не могут быть использованы такие возможности программы, как рафинирование сетки, средства модуля SmartSizing и т.д.).

• Может быть весьма утомительным, требуя уделять больше внимания каждой подробности сетки. Это может служить причиной появления ошибок.