Разбиение модели на конечные элементы

При разбиении твердотельной модели на элементы решают следующие задачи:

– определяют форму конечных элементов;

– определяют тип разбиения (свободное или упорядоченное);

– определяют размеры элементов;

– выполняют разбиение твердотельной модели;

– при необходимости выполняют очистку разбиения.

СистемаANSYSрасполагаетболее 100 различными типами конечных элементов. В различных вариантах программы доступны не все виды элемен­тов. Это зависит от того, какие виды расчета можно использовать в данном варианте программы (в зависимости от вида решаемой задачи).

Каждый тип элементов имеет свое имя, например BEAM3. Имя состо­ит максимум из восьми символов и двух частей: буквенной, обозначающей категорию элемента, и цифровой, обозначающей его номер. В приведенном выше примере BEAMобозначает, что элемент предназначен для использова­ния в балочных моделях, а 3– его порядковый номер.

Многие элементы имеют два варианта – обычный и квадратичный. Обычный элемент имеет узлы только на вершинах, а квадратичный – промежуточные узлы на серединах ребер. Квадратичные элементы позволяют производить расчеты с большей точностью для тел с криволинейными границами, однако при этом значительно увеличивается время расчета.

Чтобы определить элементы, которые будут использованы в модели, необходимо выбрать пункт меню

Main Menu > Preprozessor > Element Type > Add/ Edit/ Delete.

Появляется диалоговое окно Element Typesс надписью None Defined, означающей, что к данному моменту ни один из типов элементов не выбран для использования при разбиении. Если нажать кнопку Add, появляется окно Libraru of Elements Tupes, содержащее библиотеку типов элементов. В левом списке этого окна приведены основные виды задач:

Structural– задачирасчетов на прочность;

Contact– контактные задачи;

Thermal– термические задачи и др.

После выбора вида задачи в левом списке появляется перечень эле­ментов, соответствующий данной категории задач.

Для решения задач теплопроводности используют следую­щие типы элементов:

Quad 4node – представляет собой четырехугольник с четырьмя узлами на вершинах;

Quad 8node– имеет восемь узлов: четыре на вершинах и четыре на серединах сторон;

Brick 8node– шестигранник с восемью узлами на вершинах;

Brick 20node – аналогичный элемент, но имеющий двадцать узлов – восемь на вершинах и двенадцать на серединах сторон.

Перед разбиением модели важно определить, какое разбиение следует выбрать – свободное или упорядоченное.

Свободное разбиение предназначено для построения сетки на элемен­тах со сложной геометрической формой. Получается неупорядоченная сетка, которая может содержать элементы различной формы. Так, при разбиении по­верхности сетка может содержать и четырехугольные, и треугольные элемен­ты.

Упорядоченное разбиение используется для построения сетки на компонентах с простой геометрией. Сетка в данном случае состоит из элементов одного типа.

Для указания размеров элементов для всех компонентов геометриче­ской модели используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Meshing > Size Cntrls > Global > Size.

В появившемся диалоговом окне Global Element Sizes

SIZE– поле ввода длины ребра элемента, используемое «по умолчанию» на грани­цах разбиваемого компонента;

NDIV– поле ввода количества делений на границе разбиваемого компонента.

Для установки размеров элементов, создаваемых на линиях, ис­пользуют пункт главного меню:

Main Menu > Preprozessor > Meshing > Size Cntrls > Lines > Picked Lines.

При использовании этого пункта появится диалоговое окно выбора, где следует указать поверхности, для которых будут установлены размеры эле­ментов. После подтверждения выбора (нажатия кнопки ОК) появится окно, в котором в поле ввода SIZEследует указатьдлину ребра элементов выбран­ных линий.

При вводе с клавиатуры можно использовать команду:

LESIZE, NL1, SIZE, ANGSIZ, NDIV, SPACE, KFORC, LAYER1, LAYER2, KYNDIV ,

где NL1 – номер линии, к которой будут применены указанные размеры.

Если этот параметр равен All, то размеры элементов будут применимы ко всем активным линиям. Если этот параметр равен Р, то линии должны быть указаны на экране с помощью мыши;

SIZE – длина ребра элемента, создаваемого на линии (применяется, если параметр NDIV пропущен). Если данный параметр равен нулю, то ис­пользуют один из следующих параметров:

ANGSIZ – длина дуги, занимаемой ребром одного элемента;

NDIV – количество элементов, на которые делится линия;

SPACE – отношение длины последнего элемента на линии к длине пер­вого.

Аналогично можно указать размер элементов на поверхностях и в районе ключевых точек.

При необходимости можно удалить ранее установ­ленные размеры элементов на поверхностях и линиях. Для удаления разме­ров на линиях служит пункт меню

Main Menu > Preprozessor > Meshing > Size Cntrls > Lines > Clr Size.

Чтобы выполнить упорядоченное разбиение модели, используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped >

> Bu Conners.

С помощью первого появившегося окна выбора Map Mesh Area Mapped Bu Connersнеобходимо указать поверхность, на которой будет строиться упорядоченное разбиение на элементы. С помощью второго окна следует указать четыре ключевые точки этой поверхности.

Команда для выполнения упорядоченного разбиения:

AMAP, AREA, KP1, KP2, KP3, KP4 ,

где AREA – номерразбиваемой поверхности. Если этот параметр равен Р, то поверхность и угловые точки выбирают мышью на экране, а остальные параметры данной команды игнорируются; KP1, KP2, KP3, KP4 – ключевые точки, находящиеся в углах разбивае­мой поверхности.

Для выполнения свободного разбиения используют пункт меню:

Main Menu > Preprozessor > Meshing > Mesh > Areas > Free.

Появится окно выбора Mesh Areas, c помощью которого следует указать поверхности, которые следует разбить.

Наиболее удобным средством для разбиения твердотельной модели яв­ляется не использование пунктов главного меню, а использование средств MeshTool. Если использовать пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Meshing > MeshTool, появится диалоговое окно, в котором собраны практически все инструменты, необходимые для настройки и создания конечно-элементной сетки.

Для установки размеров элементов используют кнопки из третьей сверху секции диалогового окна. Слева от кнопок находятся мет­ки, указывающие, для каких компонентов устанавливаются размеры элемен­тов:

Global – для всех компонентов модели;

Areas–для поверхностей;

Lines–для линий;

Keypts– в районе ключевых точек.

При нажатии кнопки Setс меткой Globalпоявляется окно Global Element Sizes, в котором устанавливают размеры всех активных компонентов модели. Во всех остальных случаях при нажатии кнопки Setпоявляется диалоговое окно выбора Elem Size at Picked…, с помощью которого следует выбрать посредством мыши или командной строки компоненты, для которых следует установить размер элемента (Areas,LinesилиKeypts). Далее во втором разделе MeshToolследует выбрать пункт Smart Size (Smart Size–это функция разбиения, позволяющая задать базовый размер элементов для операций свободного разбиения) и с помощью расположенного ниже ползунка установить уровень плотности сетки.

Чтобы назначить для модели атрибуты, которые будут использоваться «по умолчанию», в верхней секции окна MeshToolиз выпадающего списка Element Attributesследует выбрать пункт Globalи нажать кнопку Set. В результате появится диалоговое окно Meshing Attributes, в котором следует выбрать используемые «по умолчанию» номер типа элемента, номер материала, номер набора вещественных констант и координатные системы элементов. За выбор типа элемента отвечает выпадающий список Element type number, за выбор номера материала отвечает список Material number.

Чтобы разбить элементы модели на конечные элементы с помощью MeshTool, следует:

– в выпадающем списке Meshвыбрать тип компонента, который будет разбиваться (Volumes, Areas,Lines);

– указать тип разбиения (Free или Mapped);

– указать форму элемента (метка Shape): Tet, Hex, Tri, Quad –четырехгранные, шестигранные, эле­менты треугольной и четырехугольной формы соответственно;

– нажать кнопку Mesh.

После этого появится диалоговое окно выбора, с помощью которого следует выбрать разбиваемые компоненты и нажать ОК.