CAE建模與前處理的案例
ANSYS SpaceClaim直接建模指南與CAE前處理應用
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《ANSYS SpaceClaim直接建模指南與CAE前處理應用解析》7折！
本書作者之一是安世亞太高級結構工程師王偉達，從事CAE技術及咨詢工作近十年，參與過多個結構仿真項目實戰，擁有多種工業品CAE前處理工作經驗。
本書另外一位主要作者是安世亞太結構專家黃志新博士，從事工程力學及仿真計算工作十余年，曾撰寫多部ANSYS軟件學習手冊，并參與編著多個行業應用案例和項目書。
本書簡介：
ANSYS SpaceClaim軟件是“仿真引領研發”層級中不可或缺的幾何前處理工具，能夠通過直接建模技術提高創建、處理、更新、重建幾何效率，提高CAE模型真實性，加快仿真分析循環迭代次數，是推動仿真體系應用成熟度升級的關鍵步驟之一。
本書是國內第一本關于SpaceClaim軟件的專業學習用書，是作者基于軟件幫助文件，結合自身項目經驗，梳理編輯出的一套簡潔明了、方便易學的軟件入門工具書，圖文并茂地講解了SpaceClaim軟件的各類操作及應用案例。
本書工程實例豐富、講解詳盡，內容安排循序漸進、深入淺出，適合理工院校土木工程、機械工程、力學、電子工程等相關專業的高年級本科生、研究生及教師使用，同時也可以作為相關工程技術人員從事工程研究的參考書。與制造的工程人員參考。
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展開 CAE前處理 | 框架模型 | 流程
對于相對復雜的裝配體，一般由質量點，梁，殼，體等多種結構單元組合而成，因此要對這類結構進行有限元分析，首要就是掌握其中各個組成部分的處理方法。本系列文章主要就裝配體中框架模型的處理進行說明，使用前處理軟件為Hypermesh和Spaceclaim，求解器為Optistruct。
框架模型
如圖所示賽車車架，各結構件通過焊接連接，如果想要通過有限元分析車架的剛度特性會發現：截面的最小尺寸只有2.3mm，而整體尺寸達到了2300mm，使用實體單元劃分網格貌似遇到了一定的困難。
但是仔細觀察會發現，每一根結構件都具有典型的梁特征，因此可以使用經典的梁模型對其進行簡化，這樣整體結構只需要使用骨架及各部分截面類型和尺寸即可表述：
本文將這類由桿、梁等1D單元組成的骨架系統統稱為“框架模型”。需要注意的是，與一些行業里的分類不一樣，這里對“框架模型”的稱呼只是個人對于1D系統的習慣性叫法，希望大家不要誤解。
處理流程
對于框架模型的處理大體上可分為以下3步：
①獲取骨架是指以任何方式得到框架的線體模型，一般情況下是結構的中線。
展開 大型CAE的前處理“助手”
□ 北京怡格敏思軟件技術有限公司 余劍英 王慎平
一般來說，CAE分析工程師80％的時間都花費在了有限元模型的建立和修改上，真正的分析求解時間也消耗在了計算機上，所以采用一個功能強大、使用方便靈活并能夠與眾多CAD系統和有限元求解器方便地進行數據交換的有限元前后處理工具對于提高有限元分析工作的質量和效率具有十分重要的意義。
支持結構和流體網格
ANSA是一個高性能的有限元前處理器，它具有強大的有限元網格前處理功能，支持結構和流體網格。在處理幾何模型和有限元網格的效率和質量方面，ANSA具有很好的速度、適應性和可定制性，并且模型規模沒有軟件限制，而其他很多有限元前處理軟件在讀取復雜的大規模模型數據時需要很長時間，而且很多情況下并不能夠成功導入模型，致使后續的CAE分析工作無法進行。ANSA強大的幾何處理能力使其可以很快讀取那些結構非常復雜、規模非常龐大的模型數據，從而大大提高了CAE分析工程師的工作效率，也使得很多應用其他前后處理軟件很難解決甚至根本不能解決的問題迎刃而解。
開放的平臺
圖1 在ANSA中進行有限元分析的流程圖
圖1 是ANSA中有限元分析的流程，從中可以看出，ANSA是一個開放的企業級CAE平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有非常出色的性能以及高度的開放性和靈活性。ANSA具有工業界主要的CAD數據格式接口，它不僅與CAD軟件具有很好的集成性，可以直接把已經生成的三維實體模型導入到ANSA 中，而且導入模型的質量都很高，基本上不需要對模型進行修復，大大方便了CAE工程師對模型的處理。
展開 
CAE前處理 | 框架模型 | 獲取骨架
獲取骨架
目前來說獲取骨架主要有兩種方式：
①直接建模 ②抽梁
直接建模
記得最開始學習Ansys Apdl模塊時，對于框架模型的建立一般是先生成各部分關鍵點，然后點對點連線得到完整的框架：
靈活一點的時候會用到平移，鏡像，旋轉等操作來構建更加復雜的模型。對于規整的框架模型其實這樣建模優勢還是很大的，但那時感覺這樣還是偏于麻煩，因為要記很多點的坐標，所以更偏向于專業的建模軟件建立好框架再導入ansys中：
實際上，這種外部建模導入的方式更加通用，不光適合于ansys，還適合于hyper-mesh等軟件，但是需要注意兩點問題：
① 一般需要轉換為step/iges這種存儲草圖/曲線的中間格式，并且需要在導出的時候選擇對應的選項來確保框架會被導出，比如solidworks的草圖導出iges/step時：
②外部導入的幾何特征雖然一般能夠被識別，但是連接關系可能會存在差異，所以一定要確保導入的幾何的連接關系是正確的，比如solidworks的草圖線框導入ansys中，如果沒有合并重合關鍵點：
這種時候一般需要對幾何的關鍵點進行合并，或者在劃分完網格之后合并重合節點，否則分析結果在這些沒有連接好的地方就會直接斷開。
抽梁
對于相對有規律的框架按照上面的方式進行建模還是比較容易的，但是如果框架模型比較復雜，而手上恰好只有這樣的三維模型時，會發現手動建立框架的思路瞬間就不香了：
模型來自GrabCAD網站
因此希望軟件能夠直接根據三維模型得到其骨架，這種思路本文叫“抽梁”。
展開 CAE前處理 | 網格局部加密
由于前處理部分個人比較擅長HM，因此文章內容主要基于HM進行，但是提供的思路基本也適合其它有限元分析軟件。
2 一個重要的問題
如圖L型支架使用高階四面體單元進行離散，整體網格尺寸10mm，局部網格尺寸1mm，但是左邊模型使用1.23倍網格過渡（緩慢過渡），右邊使用5倍過渡（快速過渡），現在提取兩組模型在同種工況下的應力云圖：
會發現雖然兩組模型從細網格→粗網格的過渡系數不一樣，但是只要保證了局部網格尺寸足夠，貌似最大應力并沒受到太大影響，那么自然會想從局部網格→整體還有必要進行過渡么？現在提取沿著圓角深度向下的等效應力：
藍色：緩慢過渡 紅色：快速過渡
會發現，緩慢過渡和快速過渡對于沿著應力集中斜向下對角線處的應力變化相差還是很大的。其實很好理解：雖然過渡緩慢和過渡快速對全局最大應力貌似影響有限，但是局部應力集中的地方一般意味著繞著集中區域周圍的應力都存在較大的變動
如果在這些區域網格尺寸跳動過大就比較難捕捉到這些位置的應力變化，有時候甚至會存在較大的偏差，因此個人建議網格從密→疏過渡盡量緩慢。
展開 大型CAE的前處理“助手”
一般來說，CAE分析工程師80％的時間都花費在了有限元模型的建立和修改上，真正的分析求解時間也消耗在了計算機上，所以采用一個功能強大、使用方便靈活并能夠與眾多CAD系統和有限元求解器方便地進行數據交換的有限元前后處理工具對于提高有限元分析工作的質量和效率具有十分重要的意義。
支持結構和流體網格
ANSA是一個高性能的有限元前處理器，它具有強大的有限元網格前處理功能，支持結構和流體網格。在處理幾何模型和有限元網格的效率和質量方面，ANSA具有很好的速度、適應性和可定制性，并且模型規模沒有軟件限制，而其他很多有限元前處理軟件在讀取復雜的大規模模型數據時需要很長時間，而且很多情況下并不能夠成功導入模型，致使后續的CAE分析工作無法進行。ANSA強大的幾何處理能力使其可以很快讀取那些結構非常復雜、規模非常龐大的模型數據，從而大大提高了CAE分析工程師的工作效率，也使得很多應用其他前后處理軟件很難解決甚至根本不能解決的問題迎刃而解。
開放的平臺
圖1 在ANSA中進行有限元分析的流程圖
圖1是ANSA中有限元分析的流程，從中可以看出，ANSA是一個開放的企業級CAE平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有非常出色的性能以及高度的開放性和靈活性。ANSA具有工業界主要的CAD數據格式接口，它不僅與CAD軟件具有很好的集成性，可以直接把已經生成的三維實體模型導入到ANSA中，而且導入模型的質量都很高，基本上不需要對模型進行修復，大大方便了CAE工程師對模型的處理。
展開 CAE前處理 | 網格局部加密
由于前處理部分個人比較擅長HM，因此文章內容主要基于HM進行，但是提供的思路基本也適合其它有限元分析軟件。
02 一個重要的問題
如圖L型支架使用高階四面體單元進行離散，整體網格尺寸10mm，局部網格尺寸1mm，但是左邊模型使用1.23倍網格過渡（緩慢過渡），右邊使用5倍過渡（快速過渡），現在提取兩組模型在同種工況下的應力云圖：
會發現雖然兩組模型從細網格→粗網格的過渡系數不一樣，但是只要保證了局部網格尺寸足夠，貌似最大應力并沒受到太大影響，那么自然會想從局部網格→整體還有必要進行過渡么？現在提取沿著圓角深度向下的等效應力：
藍色：緩慢過渡 紅色：快速過渡
會發現，緩慢過渡和快速過渡對于沿著應力集中斜向下對角線處的應力變化相差還是很大的。其實很好理解：雖然過渡緩慢和過渡快速對全局最大應力貌似影響有限，但是局部應力集中的地方一般意味著繞著集中區域周圍的應力都存在較大的變動
如果在這些區域網格尺寸跳動過大就比較難捕捉到這些位置的應力變化，有時候甚至會存在較大的偏差，因此個人建議網格從密→疏過渡盡量緩慢。
展開 CAE前處理之網格劃分
CAE的目的是什么？是分析，結果是否合理，如何跟客戶解釋？那么計算結果的合理性取決于什么呢，除了邊界條件以外，網格的質量和合理性起著決定性的作用。
劃分網格最重要的原則就是——態度。態度決定一切（米盧語），劃分網格需要的耐心和細心都來源于認真的態度，我想無論是做人還是做事都一定要認真。
轉貼：http://bbs2.zjcad.com/archive/index.php?t-4565.html
CAE前處理 | 轉軸類連接
5、傾斜轉軸
上面的示例均為轉軸處理全局X方向，如果轉軸傾斜應該怎么處理達到如下效果：
由于篇幅影響，這里簡述一下：
①對于使用梁單元釋放方法建立的轉動副，梁軸線一直為X軸，所以梁單元不需要額外處理；
②對于使用rbe2，rbe3釋放或者耦合自由度方式建立的轉動副，哪里釋放或者耦合就將哪里的節點自由度轉動到局部坐標系下釋放；
③對于使用cbush單元建立的轉動副，只需要將對應的局部坐標系賦予給pbush即可。
4、總結
通過上面的探討，我們了解了實現轉軸類結構模擬的基本途徑，以及各種方法的優缺點和注意事項：
①rbe2使用起來較為方便，但是一定要注意rbe2操作的是從節點不是主節點；
②rbe3不像rbe2單元剛性那么大，自由度釋放上相對不容易出錯，但是需要注意rbe3盡量不要和rbe2共同使用，要不然容易兩種單元的主從節點打架；
③beam單元由于X軸為軸向，所以傾斜轉軸不需要調整，但是需要分辨beam兩端節點，并且不要過度釋放自由度；
④cbush單元可以通過削弱剛度來實現轉軸模擬，但是注意cbush的rigid不是真的rigid，0不是真的0；
⑤opti求解器中的運動副單元不適合在線性分析體系下使用，所以一定得謹慎驗證其特點再使用。
來源于仿真求知之路 ，作者ansys-聰聰
展開 CAE前處理 | 薄壁+實體結構 (1)
02 問題思考
首先，我們對該問題有了一個大致的了解：該模型一部分適合使用殼單元處理，另一部分適合使用實體單元處理，但是恰好兩者通過某種方式連接在一起并且連接處的強度較為關注，很難“分而治之”。
然后，進行了不同密度下結果的對比，發現整體使用“快樂網格”處理時具有天然的劣勢。
最后，根據問題特點選擇合適的方案：
①兩部分截開，一部分使用殼單元，另一部分使用實體單元，兩者在斷面通過某種方法連接起來：
但是這種方案的問題是：殼的引入帶來的誤差；殼與實體連接的部位容易發生應力跳躍。
②兩部分截開，一部分實體使用分層控制，另一部分使用常規網格，兩者通過共節點連接：
這種方案的問題在于：處理起來可能會相對麻煩；連接處由于單元形狀和密度的轉變可能依然應力存在跳躍。
來源于：仿真求知之路 ，作者ansys-聰聰
展開 
CAE前處理 | 網格局部加密
由于前處理部分個人比較擅長HM，因此文章內容主要基于HM進行，但是提供的思路基本也適合其它有限元分析軟件。
02 一個重要的問題
如圖L型支架使用高階四面體單元進行離散，整體網格尺寸10mm，局部網格尺寸1mm，但是左邊模型使用1.23倍網格過渡（緩慢過渡），右邊使用5倍過渡（快速過渡），現在提取兩組模型在同種工況下的應力云圖：
會發現雖然兩組模型從細網格→粗網格的過渡系數不一樣，但是只要保證了局部網格尺寸足夠，貌似最大應力并沒受到太大影響，那么自然會想從局部網格→整體還有必要進行過渡么？現在提取沿著圓角深度向下的等效應力：
藍色：緩慢過渡 紅色：快速過渡
會發現，緩慢過渡和快速過渡對于沿著應力集中斜向下對角線處的應力變化相差還是很大的。其實很好理解：雖然過渡緩慢和過渡快速對全局最大應力貌似影響有限，但是局部應力集中的地方一般意味著繞著集中區域周圍的應力都存在較大的變動
如果在這些區域網格尺寸跳動過大就比較難捕捉到這些位置的應力變化，有時候甚至會存在較大的偏差，因此個人建議網格從密→疏過渡盡量緩慢。
展開 CAE前處理 | 實體焊縫（嘗鮮）
就個人所知，Altair公司在結構建模和分析這塊現在主要有四個平臺，分別是：Hyperworks，simlab，simsolid和solidthinking，它們分別面向不同的使用群體。
而simlab雖然現在貌似推成多物理場平臺，但是前期推出的時候以強大的四面體劃分能力為主，比如下面的發動機缸體：
個人使用普通的筆記本電腦，不用進行過多的設置，5分鐘不到就可以得到如下體網格，期間，simlab對于非常細小雜亂的特征也會自動進行修復（要得到質量更好的網格，需要進行額外的質量管理）：
當然，除了強大的四面體網格劃分之外，simlab還提供了很多特殊的工程分析建模方法，本文要說的實體焊縫就是其中的一個功能：
下面就以該模型為例，說明下如何在simlab中創建最基本的實體焊縫。
流程說明
step1 準備面網格
首先我們得理解，simlab生成四面體的基本思路是先生成面網格，再生成體網格，因此使用mesh工具直接生成結構的面網格，單元平均尺寸設置為2mm。
需要注意，這兩個體是完全獨立的，后續通過焊接實體連接，因此不需要通過共節點來保證連接關系。
展開 Dyna模塊汽車前排座椅CAE仿真建模詳解 ￥69
上一篇為大家提供了座椅機構的調節方式 ，本次分享前排座椅詳細的建模方法其中包含各個總成的網格劃分、連接方式、材料屬性的定義、接觸設置、各總成的裝配方式等，本章節會運用到dyna的一些關鍵字 例如剛性連接 tie接觸 面面接觸 材料類型的定義等 有一定的dyna使用基礎的工程師會更容易理解
采用此建模方式可應用于整車碰撞分析、座椅子系統分析、約束系統分析等，下方為詳細PPT講解
目錄
一、座椅簡介
1、座椅模塊簡介
2、整椅結構簡介
二、座椅建模標準
1、頭枕總成
2、靠背總成
3、坐墊總成
4、滑軌總成
5、總成裝配與通用規則
6、文件分配
下圖為PPT部分摘錄，付費解鎖完整版。如有疑問歡迎隨時私信我 。
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展開 AbaqusCAE常用前處理小技巧
有些輸出必須在前處理中做好，后處理才能輸出：
把你關心的區域做成set，用0 f* Z3 ^! E* f( u
23 如何定義的剛體的質量
在special中選擇inertia 。或在inp文件里輸入*element, type=mass, elset=mass_element
24 如何輸出單元體積
set步---whole model ----volume/Tickness/Corrdinate-----EVOL
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