陳科夫
上海安世亞太公司
Ansys2021R2在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格編輯方面增加了一些新功能，這些功能在網(wǎng)格拉伸、網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)、網(wǎng)格表面敷層等方面有很多亮點和特色。讓我們逐步了解吧。
新版本在Mesh Edit模塊中添加了Pull工具，該工具可以將殼單元通過一定形式的拉伸得到實體，也可以在實體的表面賦予一層殼單元。
具體的說，Pull工具共分3個功能：
Extrude、Revolve、Surface Coating。
接下來我們具體介紹一下這三個功能。
1）Extrude功能：該功能可以將殼單元按高度(或拉伸指定面)方式拉伸一定層數(shù)的實體單元，可以支持的拉伸對象為面體、面和單元面。
2） Revolve功能：該功能可以將殼單元基于某一旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)拉伸得到一定層數(shù)的扇形實體單元，可以支持的拉伸對象為面體、面和單元面。
3） Surface Coating功能：該功能可以在已知實體的表面賦予一層殼單元（包括通過extrude、revolve生成的實體表面），生成的殼體網(wǎng)格上與實體網(wǎng)格相匹配，且可以對該面體單獨進行分析及后處理提取。
我們通過一些實例來了解這些新功能。
1） Extrude功能測試：首先建立如圖1的面體，并在mechanical中劃分殼單元(見圖2)。
然后添加Mesh Edit > Pull > Extrude，設(shè)定拉伸高度為10mm，層數(shù)為10層(圖3)，并賦予結(jié)構(gòu)鋼材料，得到拉伸后的網(wǎng)格見圖4。同時，原面體在幾何上被抑制，僅存在生成的實體。
圖3:Extrude功能設(shè)置（圓圈代表被抑制，×代表已生成網(wǎng)格）
用戶除了可以通過定義具體層數(shù)進行拉伸外，還可以通過“直到”功能完成更加豐富的操作。首先我們建立圖5的模型，外側(cè)有一層殼，內(nèi)部有一個圓柱體，我們設(shè)想外部的殼單元直接拉伸10份網(wǎng)格至內(nèi)部圓柱面上，得到圓筒和圓柱兩個體，具體操作見圖6。
2） Revolve功能測試：同功能1）測試的模型，建立如圖1）的面體。然后添加Mesh Edit > Pull > Revolve，首先建立網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)的基準坐標系(圖7)，設(shè)定網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)角30度，層數(shù)為10層，旋轉(zhuǎn)軸為X軸，并賦予結(jié)構(gòu)鋼材料。得到拉伸后的扇形網(wǎng)格及實體見圖8。
圖8:網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)拉伸設(shè)置及示意
3） Surface Coating功能測試：首先建立如圖9的實體模型，添加Mesh Edit > Pull > Surface Coating，選擇需要敷設(shè)殼單元的表面，賦予區(qū)別于實體模型的面體材料屬性A，設(shè)置stiffness option為Membrane and Bending，殼單元厚度為1mm。（見圖10）。添加表面殼單元后，打開網(wǎng)格厚度效應(yīng)顯示，見圖11。
圖10:Surface Coating設(shè)置
圖11:敷設(shè)表面單元后的網(wǎng)格
從上述功能測試可以看到，通過Pull-Extrude以及Pull-Revolve，可以使面單元按一定方式拉伸成實體，并且該實體不僅僅具有網(wǎng)格的屬性，還具有幾何的屬性。即生成的實體和導(dǎo)入的實體一樣，可以對其的體、面、線進行載荷和邊界條件設(shè)置。如圖12所示。
可見，新增的Extrude和Revolve功能不僅可以對網(wǎng)格進行操作，還可以給生成的網(wǎng)格賦予相應(yīng)的幾何特征，提升了建模和網(wǎng)格劃分的靈活性，提高了用戶效率。同時，拉伸得到的面，如果與已有的實體表面發(fā)生接觸，則可以完成相應(yīng)的接觸設(shè)置。
通過上文的案例演示，可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格編輯的這些新功能還是十分強大的。
這些新功能對于諸如印刷電路板(PCB)、渦輪機葉輪之類的結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真十分有幫助。
通常此類結(jié)構(gòu)比較容易得到面網(wǎng)格，通過Pull>Extrude或Pull>Revolve工具比較容易拉伸出基于殼單元的實體網(wǎng)格。同樣，對于需要考慮表面效應(yīng)的問題，Pull>Surface Coating工具可以起到一定的作用。
本文通過軟件測試，讓讀者初步了解網(wǎng)格編輯中Pull相關(guān)的新功能。關(guān)于該新功能的更多內(nèi)容，讀者可以查閱Ansys 2021R2幫助文檔做深入了解。
結(jié)構(gòu)分析理論詳解與高級應(yīng)用
內(nèi)容亮點：
內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)分析的理論背景、仿真幾何模型的準備、部件的裝配與連接、網(wǎng)格劃分與網(wǎng)格編輯、外部模型的裝配、載荷和邊界條件、應(yīng)力奇異和應(yīng)力解答的精度問題、高級接觸選項、非線性分析的監(jiān)控與故障診斷、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析專題、流固耦合分析、多體動力學(xué)分析與動力子結(jié)構(gòu)方法、熱傳導(dǎo)與熱應(yīng)力計算、APDL Command對象使用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、Workbench建模選項對應(yīng)的ANSYS單元與選項說明等。
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