ANSYS workbench中LSDYNA模块下的接触形式与设置简析

目前，ANSYSWorkbench平台下的前处理工具包括:DesignModeler和SpaceClaim两款软件。其中，SpaceClaim被ANSYS收购后，被用于该平台下未来前处理的主流。SpaceClaim拥有强大的直接建模技术，它不同于其他基于特征的参数化CAD软件，能够以最直观的操作方式对模型进行编辑；还具有强大的数据交换功能，支持市面上主流的所有三维CAD软件。同时，SpaceClaim还具有高智能的模型修改和清理功能，可以为后续CAE分析、快速原型和3D打印提供简化而准确的模型。因此，很多人认为进行分析完全没必要使用DesignModeler，只要把模型用中间接口或图形接口导入即可。其实，这是一种错误的想法。因为很多时候我们导入的模型需要二次处理。例如，增加映射面，添加流体域，三维实体抽壳，模型简化修复等，这时用DesignModeler反而更加就简便，同时DesignModeler的三维建模能力也非常强，建模逻辑清晰，能胜任大多数实体模型的建模工作。今天我们就来讲讲DesignModeler中的映射面及概念建模方法吧~DesignModeler模块及界面介绍在主界面的组件系统中，将Geometry模块拖入项目工作区，右键选择DesignModeler，即可进入DesignModeler（以下简称DM）界面，如下图1-1所示。图1-1DesignModeler打开方法及主界面进入软件后，第一步需要设置单位，如下图1-2所示。其中，长度和角度单位不用赘述，注意其中的LargeModelSupport开关，当模型的最大长度尺寸为模型截面尺寸的上千倍时，则需要打开此开关，否则无法建模。图1-2单位设置及大模型支持设置DM的常用操作与一般三维软件类似。本文重点讲述DesignModeler中的映射面的定义和概念建模操作。ImprintFaces（映射面）定义ImprintFaces定义可以保证在物体的局部区域加载载荷，局部区域分为线、平面、圆弧面和曲面。ImprintFaces菜单一般需要Unfreeze后，方可调用。①平面映射面定义操作（含线映射）平面映射是最基本也是最常用的，线映射的操作方法与之类似。本案例实例基于一100mm×100mm×200mm的长方体，在某个平面建立长方形映射面，长方体模型建模及流程如图2-1所示。图2-1长方体模型建模接下来，可在实体的面上添加映射面，平面映射添加步骤如下：（1）选择添加映射面的平面，本例选择XY平面；（2）点击，正视XY平面；（3）如图2-2依次点击，绘制圆形映射面；图2-2绘制圆形映射面4）如图2-3，标注映射面尺寸；图2-3映射面标注（5）如图2-4依次点击，最后产生平面映射面。图2-4产生映射面在三维模型中可以看到映射面的草绘样式，可以在任意一个Sketch处点击右键，选择ShowSketch或HideSketch，即可选择是否显示草绘样式。②圆弧面映射面定义操作圆弧面映射常用于轴上轴承位或轮系位加载。本例基于一圆柱体，在柱面上建立圆弧映射面。圆柱体模型建模及流程如图2-5所示。图2-5圆柱体模型建模圆弧面映射添加步骤：（1）选择需要添加映射面的平面，本例选择YZ平面（目的是为了通过一根直线旋转建立一个圆弧面，这个圆弧面与圆柱体圆弧面重合）；（2）点击，正视YZ平面；（3）如图2-6依次点击，绘制一条直线，标注，保证直线与圆柱体外圆弧面重合；图2-6绘制映射线并标注（4）如图2-7依次点击，最后产生圆弧映射面。注意在选择旋转轴时，可以在图形区选择，也可以在TreeOutLine选择坐标轴。图2-7产生映射面③曲面映射面当模型存在复杂曲面时，有时需要在曲面上加载局部载荷，这时就需要用到曲面映射。本例基于一带任意曲面的实体，在曲面上建立曲面映射面。建立任意曲面实体模型如图2-8所示。图2-8曲面实体建模曲面映射添加步骤：（1）选择ZX平面（目的是为了建立一个实体投影到曲面上，因此需要新建一高于曲面的坐标系，在新建的坐标系上建立一实体）；（2）点击Create→NewPlane，创建一新的坐标系，如图2-9设置；操作中数值42mm定义的原则是距离曲面越近越好，这个数值直接影响曲面映射面的尺寸。图2-9新建一坐标系（3）点击，正视Plane4平面；（4）如图2-10，绘制一个矩形，并标注；（6）如图2-11，创建一个高于曲面的实体；（7）点击Tools→Projection，创建投影映射面，如图2-12设置；操作中Edges选择上方实体下面四条边，Target选择曲面。图2-10新建坐标平面上绘制草图图2-11创建一个高于曲面的实体图2-12创建曲面映射面（投影）以上便是映射面的一些添加方法，需要注意，增加映射面会破坏模型的拓扑形状，致使有些可以用扫略网格的模型不能再扫略处理。概念建模概念建模在DesignModeler的Concept菜单，主要用于创建、修改线体和面体，最终体现为梁和壳模型，如图3-1所示。图3-1概念建模菜单①LineFromPoints（通过点建立线）同样以上面的模型为例，通过点创建线体方法如下：图3-2LineFromPoints（通过点建立线）点选时需要按住Ctrl键多选，同时Operation处注意选择AddMaterial或者AddFrozen。前者表示添加的线体是统一的材料和截面，后者则不然。同理，LinesFormSketches（通过草绘建立线）、LinesFormSketches（通过草绘建立线）操作方法类似，此处不再赘述。②3DCurve（建立3D曲线）建立3D曲线基于两种形式：①基于DM里的点；②基于点云文件。选项如下：图3-33D曲线的两种形式我们以基于点云文件举例，创建一个txt文档，置于某个非中文目录下，文档内容为：110001210000130100100141001000其数值意义为：组号(整数)，序号(整数)，对应的笛卡儿坐标系数值。如图3-4所示，创建一条3DCurve。图3-4创建3D曲线③SurfacesFromEdges（以线体边创建面体）以线体边创建面体，线体边必须为不交叉的封闭区域。以上面创建的3d线体为例，首先用LineFromPoints连接1、4点，创建一条直线。在Operation处选择AddFrozen，可以保证新建立的线体与先前建立的线体有不同特征（材料、截面等），如下所示：图3-5封闭曲线然后，用SurfacesFromEdges选择两条线，创建一个扭曲面。FlipSurfaceNormal为是否翻转表面法线；Thickness为输入有限元模型的厚度。如下图所示：图3-6创建面体④CrossSection（横截面定义）用CrossSections定义管形截面。DesignModeler的梁截面位于XY平面上，与经典环境的YZ平面不同。如下图所示：图3-7截面定义截面定义的参数含义如下：A为截面面积，Ixx为X轴转动惯量，Ixy为惯性积，Iyy为Y轴转动惯量，Iw为翘曲常量，J为扭转常量，CGx为质心X坐标，CGy为质心Y坐标，SHx为剪切中心X坐标，SHy为剪切中心Y坐标。将管形截面赋予线体，如下所示。图3-8截面赋予来源：薛定谔的Cube