- в модели имеются объекты, которые необходимо в дальнейшем удалить;

- модель содержит поверхности, требующие дальнейшей обрезки или редактирования; эти операции необходимо проводить перед созданием объемов;

- модель достаточно велика; в этом случае рекомендуется проводить импорт объектов без применения соответствующих опций, а объединение объектов проводить перед созданием объемов;

- модель содержит поверхности, не имеющие общих ребер; в этом случае поверхности требуется редактировать средствами препроцессора;

- импортируемая модель не является твердотельным объектом.

Средства упрощения геометрии предназначены для устранения непропорционально малых геометрических объектов (таких как малые линии или закрытые контуры), посторонних объектов или поверхностей, имеющих непропорциональные размеры в одном направлении (клинообразные поверхности). Такие объекты могут создать трудности при построении сеток на основе моделей. Средства упрощения лучше всего использовать для моделей, включающих уже созданный объем. Создавать объем рекомендуется перед упрощением модели.

Комплекс ANSYS предоставляет возможности отображения мелких линий и областей. Часть таких объектов могут быть найдена визуально. Кроме того, поиску объектов подобного рода может способствовать создание сети конечных элементов и последующий анализ сообщений о предупреждениях и ошибках, а также осмотр полученной сети конечных элементов.

Данные средства упрощения пригодны только для объектов, не содержащих сети конечных элементов. Если необходимо применить описываемые средства для модели с имеющейся сетью, элементы и узлы требуется удалить.

Наличие малых объектов может повлечь за собой создание сети конечных элементов нежелательного вида. ANSYS имеет-набор средств просмотра для выявления таких объектов. Каждая команда просмотра имеет набор опций, которые используются для определения критических размеров малых объектов. Полное описание команд и их настроек приведено в соответствующем разделе документации.

Команда просмотра коротких линий:

Вызов из командной строки SLSPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Detect/Display => Small Lines. Просмотр малых связных коротких линий:

Вызов из командной строки SLPPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling Simplify => Detect/Display Small Loops. Просмотр малых поверхностей:

Вызов из командной строки SARPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Detect/Display => Small Areas.

На практике обычно используется объединение коротких линий для создания относительно длинных.

Объединение линий можно производить в следующих случаях:

- линии должны быть смежными (иметь общую точку);

- в общей точке могут пересекаться только две линии.

При работе команда использует автоматически создаваемый список смежных линий, которые могут быть объединены, формирует набор объединяемых линий и далее объединяет таковые. Для сохранения регулярности модели рекомендуется за один шаг объединять только две линии.

Команда объединения двух и более линий в одну:

Вызов из командной строки lnmerge

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Merge Lines.

Обычно рекомендуется удалять из модели слишком малые поверхности. Один из методов заключается в объединении соседних поверхностей. Несмотря на то что объединенная поверхность не изменяет формы по отношению к исходным, слияние поверхностей может приводить к ошибкам параметризации. Поэтому желательно, чтобы объединенные области имели регулярную форму. Предпочтительным вариантом является создание поверхностей четырехугольной формы.

Существует возможность стягивания выбранной линии к одной из ее конечных точек (точка должна принадлежать данной линии). Это достаточно удобная команда для удаления линий. Однако при ее применении происходит существенное изменение геометрии, и применять данную команду следует с осторожностью. В частности, при действии данной команды не происходит проверки объектов на пересечение, поэтому следует проверять полученные объекты на взаимное проникновение.

Команда сведения линии в точку:

Вызов из командной строки lncollapse

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Collapse Lines.

При свертке поверхностей происходит упрощение геометрии модели для обеспечения удобства создания сети конечных элементов. Например, можно свернуть поверхности, являющиеся фасками или галтелями твердотельной модели. Операция свертки поверхностей отличается от операции объединения поверхностей, поскольку линии смежных поверхностей меняют свое положение в пространстве для заполнения мест, оставшихся после свернутых объектов. Таким образом, команда свертки поверхностей меняет не только параметризацию объектов, но и их форму, удаляя лишние конструктивные элементы. .

При свертке области сначала указывается поверхность, подлежащая свертке, а затем линия, в которую поверхность сворачивается. Обычно рекомендуется

сворачивать поверхности в длинные линии и избегать свертки поверхностей с большим числом ребер. В некоторых случаях перед сверткой поверхности рекомендуется подвергнуть свертке ее ребра. Свертка поверхностей, имеющих внутренние вырезы (т. е. не являющихся односвязными), невозможна. Команда свертки поверхностей:

Вызов из командной строки ARCOLLAPSE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Collapse Areas.

Разделение линии производится путем создания дополнительной точки на существующей линии и последующего разделения линии на две новые, использующие новую точку в качестве конечной. При использовании этой команды сначала указывается линия, а затем положение новой точки. Создаваемая точка получит следующий по списку свободный номер.

В большинстве случаев данная команда применяется для создания на линиях пары точек, по которым будет строиться линия, предназначенная для разделения поверхности.

Команда разделения линии:

Вызов из командной строки LNSPLIT Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor Modeling Simplify Toolkit => Split Lines.

Разделение поверхностей проводится путем указания двух точек, между которыми автоматически проводится линия. Эта линия расположена в указанной поверхности и разделит ее на две. Если требуемые точки не существуют, их можно создать командой LNSPLIT.

Разделение поверхностей рекомендуется в следующих случаях:

- для удаления клинообразных поверхностей; для удаления таких объектов следует применять команды, описанные в конце данной главы;

- для разделения поверхности с большим числом ребер на несколько четырехугольных.

Команда разделения поверхности:

Вызов из командной строки ARSPLIT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Split Areas.

Для двухмерных (плоских) поверхностей имеется возможность удаления внутренних объектов (например, отверстий). Для удаления таких объектов следует указывать линии, образующие внутренние контуры.

Команда удаления внутренних объектов поверхностей:

Вызов из командной строки ALPFILL

Вызов из экранного -меню:

Main Menu => Preprocessor Modeling => Simplify => Toolkit => Fill Loops.

Малые полости (углубления и сквозные отверстия) и выступы в твердотельной модели могут породить трудности при создании сети конечных элементов. Эти конструктивные элементы могут быть удалены из модели. При удалении требуется указывать элементы (поверхности), относящиеся к данному конструктивному элементу. При указании элементов следует учитывать порядок выбора элементов. Если выступ или полость является изолированным объектом, порядок выбора элементов не существен. Если выступ или полость основаны на какой-либо поверхности, то эту поверхность требуется указывать последней. Если порядок указания элементов окажется нарушенным, геометрия модели может быть существенно искажена.

Команда удаления полостей и сквозных отверстий:

Вызов из командной строки VCVFILL Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Fill Cavity.

Команда удаления выступов:

Вызов из командной строки VCVFILL

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Simplify => Toolkit => Remove Boss.

Если упрощение*модели при помощи средств, имеющихся при использовании опции SMOOTH, невозможно, можно предпринять упрощение модели путем использования опции FACETED.

Восстановление топологии (описания геометрии модели) производится путем обращения к разделу экранного меню Main Menu => Preprocessor => Modeling => Topo Repair. Имеющиеся средства могут использоваться для устранения из модели малых зазоров путем сшивания соседних объектов. Для создания замкнутых объемов требуется провести сшивку открытых ребер или сегментов линий смежных поверхностей.

Никакие иные средства моделирования геометрии при вызове средств исправления геометрии неприменимы. Многие проблемы, появляющиеся при импорте геометрии, могут быть устранены путем использования средств упрощения топологии.

Перед указанием любых зазоров в модели необходимо установить настройки для отображения И просмотра таковых. Настройки задаются при помощи следующей команды:

Вызов из командной строки GAPOPT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Topo Repair => Preferences. В данной команде имеются два варианта настроек:

- TOLER - данный вариант допуска используется командами GAPPLOT, GAPLIST и GAPMERGE;

- OESELE - данный вариант определяет список зазоров между гранями, которые будут отображаться командами просмотра зазоров.

Для просмотра открытых и замкнутых ребер на экране используется специальная команда. Имеется также возможность выделить открытые ребра, которые могут быть закрыты при действующем значении допуска. Ниже указываются цвета, используемые при отображении линий:

- голубой цвет - замкнутые ребра (без зазоров);

- красный цвет - ребра, объединяемые при текущем допуске;

- желтый цвет - ребра, не объединяемые при текущем допуске.

Данная команда используется в следующих режимах.

Изображение всех открытых ребер (зазоров), объединяемых при текущем значении допуска:

Команда GAPPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Торо Repair => Pit Model Gaps => Open edges.

Изображение всех замкнутых (закрытых) ребер:

Команда GAPPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Торо Repair => Pit Model Gaps => Closed edges.

Изображение всей совокупности ребер:

Команда GAPPLOT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling-Topo Repair Pit Model Gaps => Opn&Closed.

При изображении открытых и замкнутых ребер цвет линий несколько темнеет. Изображаемые промежутки являются весьма узкими и изображаются с другим масштабом.

В набор команд редактирования геометрии внесены команды, позволяющие удалять лишние объекты. Для этого используются следующие команды. Удаление точек, не принадлежащих линиям:

Команда KDELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Modeling => Торо Repair => Delete => Keypoints. Удаление линий, не принадлежащих поверхностям:

Команда LDELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu =з> Preprocessor => Modeling => Торо Repair => Delete => Lines Only.

Удаление линий, не принадлежащих поверхностям, и всех относящихся к ним точек:

Команда LDELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu = Preprocessor => Modeling Topo Repair Delete Lines and Below.

Удаление поверхностей:

Команда ADELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu Preprocessor => Modeling => Topo Repair => Delete => Areas Only.

Удаление поверхностей и всех относящихся к ним линий и точек (не принадлежащих одновременно другим поверхностям):

Команда ADELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu Preprocessor Modeling Topo Repair Delete Areas and Below.

Существуют два метода для устранения зазоров - прямой (с заданным допуском) и автоматический (с использованием итерационных средств). Для большинства моделей рекомендуется автоматический метод.

При автоматическом объединении происходит итерационное закрывание зазоров, при этом допуск меняется с минимального значения (по умолчанию - 1) с последовательным увеличением до максимального значения (по умолчанию -10). Таким образом, каждый наличный зазор может быть закрыт с минимальным текущим допуском.

Автоматическое устранение зазоров при минимальном допуске проводится следующей командой:

Команда GAPMERGE

Вызов из экранного меню:

Main Menu > Preprocessor Modeling => Topo Repair => Mrg Model Gaps => Iterative.

Комплекс ANSYS имеет большой набор средств, которые можно использовать для редактирования и улучшения геометрии импортированных моделей. Эти средства могут быть использованы для устранения больших зазоров (слишком больших или неоднозначных для автоматического закрытия). Для выполнения подобных операций, возможно, может потребоваться создание дополнительных линий для замыкания непрерывных контуров и дальнейшего построения поверхностей на основе этих контуров.

В общем случае для создания объемных тел рекомендуется следующее:

1) поиск всех оставшихся отверстий и зазоров в модели;

2) аппроксимация отсутствующих объектов. Например, для дополнения границы поверхности можно создать прямую линию по двум существующим точкам. Далее по ребрам можно создать поверхность;

3) создание объемов с использованием дополненных ранее поверхностей.

3.7. Создание сети конечных элементов на основе геометрической модели

Последовательность создания сети (узлов и элементов) сводится к трем основным шагам:

1) указание атрибутов элементов (см. ниже);

2) выбор средств создания сети (по выбору пользователя). ANSYS имеет большое количество средств создания сети, которыми можно пользоваться по выбору. Эти средства также описаны в данной главе;

3) собственно построение сети.

Второй шаг не является строго обязательным, поскольку средства, используемые по умолчанию, пригодны для большей части моделей. Если способы управления построением сети не определены, комплекс использует настройки по умолчанию, определяемые командой DESIZE для построения свободной сети. В качестве альтернативы при построении свободной сетки можно использовать средства SmartSize.

3.7.1. Порядок создания сетки КЭ

на основе геометрической модели

Перед созданием расчетной модели и даже перед созданием геометрической модели следует уточнить, будет ли создаваться свободная или регулярная сеть конечных элементов. Свободная сетка не предъявляет никаких ограничений к форме и взаимному расположению элементов.

В сравнении со свободной сеткой регулярная сеть ограничивает выбор форм и взаимного расположения элементов. Регулярная сеть, построенная на поверхности, содержит элементы четырехугольной или треугольной формы, в то время как регулярная сеть, построенная на объеме, содержит элементы исключительно шестигранной формы. Кроме того, регулярная сеть включает ряды и слои элементов. При необходимости построения именно этого типа сетки геометрическая модель должна создаваться в виде набора регулярных объемов или поверхностей, на основе которых должна создаваться регулярная сеть.

3.7.2. Указание атрибутов элементов

Перед созданием узлов и элементов требуется определить атрибуты элементов, то есть следующее:

1) тип элемента (например, ВЕАМЗ, SHELL61 и т. д.);

2) геометрические характеристики элемента (обычно включающие толщину, площадь поперечного сечения и т. п.);

3) свойства применяемого материала (например, модуль Юнга, коэффициенты Пуассона, теплопроводности и т. п.);

4) элементную систему координат (если требуется);

5) тип поперечного сечения (для элементов ВЕАМ44, ВЕАМ188, и ВЕАМ189). Для конечных элементов балок требуется указание ориентационной точки

в качестве атрибута линии.

Для присвоения атрибутов элементам предварительно требуется сформировать таблицы элементных атрибутов. Обычно при создании расчетных моделей это осуществляется следующими командами:

- указание типа элемента командой ЕТ или из экранного меню;

- указание геометрических характеристик командой R или из экранного меню: Main Menu => Preprocessors Real Constants;

- указание свойств материала командами семейств MP и ТВ или из экранного меню: Main Menu => Preprocessor => Material Props => Material option.

Таблица систем координат может быть создана путем использования таких команд, как LOCAL, CLOCAL и т. д., или из экранного меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Create Local CS => Option.

Эта таблица может использоваться для создания системы координат для свойств элементов. Данным способом могут быть созданы системы координат не для всех элементов. Подробности см. в описаниях конкретных элементов.

Для создания элементов типа ВЕАМ44, ВЕАМ188 или ВЕАМ189 требуется указывать типы поперечного сечения при помощи команд SECTYPE и SECDATA или из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Sections.

После создания таблиц атрибутов появляется возможность назначения атрибутов элементов для частей модели путем указания фрагментов таблиц. Указатели являются номерами, соответствующими материалу (МАТ), набору геометрических характеристик (REAL), номеру типа элемента (TYPE), номеру элементной системы координат (ESYS) и, для балочных элементов ВЕАМ44, ВЕАМ188 или ВЕАМ189, номеру поперечного сечения (SECNUM). Атрибуты могут назначаться непосредственно для элементов геометрической модели или определять набор атрибутов, используемый в дальнейшем по умолчанию для создания фрагментов расчетной модели (сетки конечных элементов).

Назначение атрибутов для фрагментов геометрической модели позволяет заранее создавать набор свойств для каждой части геометрической модели. Ис-

пользуя этот метод, можно избавиться от необходимости указывать атрибуты непосредственно в процессе создания расчетной модели. Удаление сетки с геометрического объекта не сопровождается удалением набора атрибутов этого объекта.

При прямом указании атрибутов для объектов геометрической модели используются следующие команды:

Команда присвоения атрибутов точкам КАТТ

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => All Keypoints. Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => Picked KPs.

Команда присвоения атрибутов линиям LATT Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => All Lines.

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => Picked Lines.

Команда присвоения атрибутов поверхностям ААТТ

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => All Areas. Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => Picked Areas.

Команда присвоения атрибутов объемам VATT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => All Volumes.

Main Menu => Preprocessor => - Attributes-Define => Picked Volumes.

Используемые по умолчанию средства управления созданием сетки КЭ в состоянии создавать модель, пригодную для большинства случаев расчетов. При использовании средств создания по умолчанию никаких действий по определению вида будущей модели предпринимать не нужно. Однако при использовании средств управления видом сетки их требуется настроить перед созданием расчетной модели.

Средства управления сеткой позволяют устанавливать такие свойства, как форма элемента, размещение промежуточных узлов и размер элементов. Этот шаг является одним из наиболее важных при создании моделей, так как влияет на точность решения и потребные для расчета ресурсы.

Средства MeshTool вызываются .з экранного меню следующим -

Main Menu => Preprocessor => MeshTool.

Данные средства обеспечивают удобный доступ ко многим часто употребляемым средствам управления процессом создания сетки. MeshTool является интерактивной панелью инструментов и закрывается при выходе из препроцессора PREP7.

Несмотря на то что все команды, содержащиеся в MeshTool, доступны через другие средства экранного меню, использование данной панели упрощает доступ к ним.

Панель MeshTool включает в себя следующие функции:

- настройки сгущения сетки SmartSizing;

- настройки размеров элементов;

- настройки формы элементов;

- выбор типа сетки (свободная или регулярная);

- создание сетки;

- очистку объектов геометрической модели от сетки;

- усовершенствование сетки.

Для определения формы элементов можно применять любой из перечисленных ниже методов.

Вызов из командной строки MSHAPE,KEY,Dimension

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => MeshTool.

Main Menu => Preprocessor => -Meshing-Mesher Opts.

Main Menu => Preprocessor => -Meshing-Mesh => -Volumes-Mapped => 4 to 6 sided.

Команда имеет два параметра - признаки требуемой формы элемента и объекта, на котором создается сеть (поверхности или объема).

1. Командный метод

При использовании команды MSHAPE значение параметра Dimension (двухмерная или трехмерная геометрическая модель) указывает размерность геометрической модели для построения сети. Значение параметра KEY(0 или 1) указывает форму используемого элемента:

- при KEY = 0 строится сетка из четырехугольных элементов на двухмерной модели и из шестигранников на трехмерной модели (если тип элемента поддерживает четырехугольную или шестигранную форму);

- при KEY= 1 строится сетка из треугольных элементов на двухмерной модели и из тетраэдров на трехмерной модели (если тип элемента поддерживает треугольную или тетраэдрическую форму).

2. Метод с применением панели MeshTool

Для увеличения производительности рекомендуется применение панели MeshTool, описанной ранее в данной главе. Вызов панели MeshTool осуществляется из экранного меню в виде

Main Menu => Preprocessor => MeshTool.

При использовании этой панели достаточно просто нажать на кнопку, соответствующую требуемой форме элемента. В той же панели можно выбрать кнопку с типом сетки - свободную или регулярную.

В ряде случаев команды MSHAPE и соответствующей команды построения сети (AMESH или VMESH) достаточно для построения сетки. Размер конечного элемента может быть определен по умолчанию при помощи команд SMRTSIZE или DESIZE.