ANSYS船舶结构模型处理技术(上)

jason8085

ANSYS船舶结构模型处理技术(上)

一．采用专业网格划分工具的必要性
在船舶结构设计过程中经常使用3D的CAD设计工具，如Catia、ProE、Solidwork、UG、SolidEdge等。在进行有限元分析时，可以把CAD直接导入ANSYS进行分析。在对几何模型划分网格时，需要考虑采用哪种单元类型来进行模拟。对于几何模型的厚度与短边长度的比值小于0.1时，而且是承弯构件时需要采用壳单元。使用壳单元模拟薄的实体结构，可以降低模型的规模，而且满足精度要求。
把实体模型转换成壳模型的传统处理方法是通过删除实体，保留所需要的面。对面之间的缝隙进行人工建面的连接，在划分网格时对壳进行偏置，使模型的几何位置保持与原形一致。但该方法的处理工作量较大，比如壳之间的缝隙、细节特征的处理、变厚度壳的实常数赋值等，因此需要采用新的技术来提高效率。
设计阶段的实体结构，由于真实结构的复杂性在进行有限元分析前也需要进行模型简化。如去掉小孔、小突台、倒角等，也需要专业的网格划分工具来提高网格的效率。

jason8085

二．船体薄壁模型处理技术
ANSYS/AI.E提供了绝大部分的CAD接口。下面针对船体薄壁结构，说明在读入三维几何实体模型后，如何快速的把CAD薄实体模型，处理成满足有限元分析的壳模型。
1.抽取中面：快速抽取，自动记忆厚度信息
ANSYS/AI.E可以通过设置需要抽取中面的薄实体的厚度范围，然后自动抽取抽中面并记忆实体的厚度信息，而且可以处理各种T型截面、变厚度、有小突台等复杂特征的薄实体。对于变厚度的实体，在给壳单元赋实常数时会，AI.E会根据原来的厚度赋变厚度的实常数。自动抽中面的过程可以手动操作，而且可以对所有操作脚本化。在对类似结构抽中面时可以直接读入命令流，而避免重复操作。
对于T字形截面、凹槽，在抽取中面后会有缝隙，可以采用自动延伸功能消除缝隙。比如工字型钢图1（a）抽完中面后，由于板是有厚度的会在连接处出现缝隙图1（b），可以采用自动延伸功能缝补缝隙，如图1（c）。

金属模压零件结构其厚度是变化的，而且经常变化范围较大，如图2（a）。可以通过设定厚度范围，然后抽取中面。对于各个构件之间的厚度差别较大时，可以分别抽中面。对局部的复杂特征，如图2（b）。可以在剖面上创建线，使所抽面的位置在线上，如图2（c）。抽完中面后，实体的厚度会直接赋给壳单元作为实常数，而无需人工干预。可以大大的减少人为的给壳单元赋厚度的工作量。

jason8085

2.几何修改、编辑
自动搜索几何拓扑关系，比如用不同颜色显示几何面之间的连接关系，并检查几何缺陷。方便几何修复功能，包括拓扑重建、填充孔、清除孔、闭合缝隙、缝合装配边界、延伸面、劈分折叠面、面法向调整。下面对部分功能应用进行举例说明。
实际的零件会有很多小孔、小倒角等细节特征，而且薄实体抽完中面后的边沿线缝隙、层叠面等，可以通过设置容差进行几何拓扑运算把小的细节特征忽略掉。
对于复杂薄实体，可以通过特征探测功能，探测小的按钮、突台、倒角的位置，然后可以从模型中删除这些小特征。图3（a）为有突台的几何模型，图3（b）为放大图，图3（c）为自动删除小突台后的效果。
对于小孔通过设置孔的直径最大值和最小值，可以自动把在设置范围内的小孔自动补上。图4（a）为有孔的几何模型，其小孔的直径分别为15mm、18mm、30mm、80mm。采用补孔工具，设置孔的直径范围为14至20，自动填补小孔后的效果如图4（b）。对于重叠面、近似面、小角面等也可以通过设置容差范围来清除。

jason8085

3.采用虚拓扑功能，
虚拓扑功能把多个小碎面自动连接成一个整面，使网格划分更加连续，避免几何细节特征造成局部网格质量过密，保证网格质量的情况下控制网格数量。
4.装配连接
船舶薄壁结构经常使用焊点、焊缝、铆接等连接方式。对于这几种连接方式在ANSYS模拟时，根据计算规模和计算目标可以采用不同的方式进行模拟：
Ø  对于整体分析，如船体的受力分析，由于计算规模非常大，不考虑局部的连接方式，采用共节点自由度协调进行连接；
Ø  对于分段分析，如局部舱段的分析，如果焊点或铆接之间的间距较大时就需要考虑连接方式对结构受力的影响，需要采用焊缝模拟；
Ø  对于局部点焊的零件分析，需要把焊接和铆接的连接方式，在模型中完整的体现出来，采用焊点连接模拟。
对于分段分析和局部零件分析，ANSYS提供了多种方法方便的建立焊点、焊缝、铆接：
Ø  焊点：通过连接两个点直接创建焊点，而且焊点可以独立于网格；
Ø  焊缝：通过选择焊缝的边线，直接设置焊缝上焊点的间距或焊点数生成焊缝。而且可以分别设置焊缝端部焊点与边线端点的距离、边沿线与焊缝的距离等来控制焊缝的位置；
Ø  通过读入坐标文件：对于大量的焊点，在设计时有焊点坐标文件。可以直接读入焊点的坐标文件，批量生成焊点。

taotao0

这个顶一下！

zhangaizhuyan

感谢楼主无私分享

1355176804

感谢楼主无私分享