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ANASYS APDL 前处理介绍——有限元模型建立
适用人群：ANSYS初学者 ANASYS APDL 前处理介绍——有限元模型建立（免费）【已结束】 直播时间：2021-11-04 19:30 课程目的，教会初学者如何利用命令流建立工程结构的有限元模型，参与课程大家能够了解如何建立有限元模型，以及如何实现有限元模型的简单后处理。
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ABAQUS-根据图像分配材料属性建立有限元模型
通过材料金相组织图片建立有限元仿真模型，通过matlab二值化处理图片，并根据图片信息，以python二次开发为手段赋予不同材料属性，建立有限元模型。
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有限元模型的实例教程
在有限元分析过程中，虽然有限元软件最终是以有限元模型为计算对象，但是几何模型也有着独特的用处。例如在面上施加分布力系，此时使用几何模型比有限元模型更有优势。
但是我们在有限元软件之间转换时，它们之间通常只能传递有限元信息，那么，对于一个从其它来源得到的有限元模型，我们能够从它生成几何模型吗？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根据有限元模型生成几何模型，然后可以在几何模型上加载。
本篇博文，就阐明这种技术。笔者首先使用某款三维软件创建几何模型，然后导入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接着将该有限元模型导入到Finite Element Modeler中生成几何模型，再次将此模型导入到结构静力学分析系统中，在面上加载，最后进行分析，查看等效应力。下文将阐述此过程。
（1）创建几何模型
首先使用任何一款三维软件创建下图所示的几何体。
几何体是什么形状，并不重要。
用什么三维软件，也并不重要。
读者可以根据自己的需要，使用任意的三维软件，创建任意的三维模型。
然后导出为*.stp格式的文件。
（2）创建有限元模型
本步骤将在HYPERMESH中划分网格得到有限元模型
（2.1）导入几何模型
打开HYPERMESH11，导入上面创建的几何文件，结果如下图。
（2.2）划分网格
使用HYPERMESH中的任意网格划分技术，创建如下的有限元模型。
（2.3）设置与ANSYS的接口并导出网格
进入工具面板，开始准备导出网格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分别创建单元类型，材料模型，并把上述单元类型，材料模型与网格模型关联。
展开 在有限元分析过程中，虽然有限元软件最终是以有限元模型为计算对象，但是几何模型也有着独特的用处。例如在面上施加分布力系，此时使用几何模型比有限元模型更有优势。
但是我们在有限元软件之间转换时，它们之间通常只能传递有限元信息，那么，对于一个从其它来源得到的有限元模型，我们能够从它生成几何模型吗？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根据有限元模型生成几何模型，然后可以在几何模型上加载。
本篇博文，就阐明这种技术。笔者首先使用某款三维软件创建几何模型，然后导入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接着将该有限元模型导入到Finite Element Modeler中生成几何模型，再次将此模型导入到结构静力学分析系统中，在面上加载，最后进行分析，查看等效应力。下文将阐述此过程。
（1）创建几何模型
首先使用任何一款三维软件创建下图所示的几何体。
几何体是什么形状，并不重要。
用什么三维软件，也并不重要。
读者可以根据自己的需要，使用任意的三维软件，创建任意的三维模型。
然后导出为*.stp格式的文件。
（2）创建有限元模型
本步骤将在HYPERMESH中划分网格得到有限元模型
（2.1）导入几何模型
打开HYPERMESH11，导入上面创建的几何文件，结果如下图。
（2.2）划分网格
使用HYPERMESH中的任意网格划分技术，创建如下的有限元模型。
（2.3）设置与ANSYS的接口并导出网格
进入工具面板，开始准备导出网格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分别创建单元类型，材料模型，并把上述单元类型，材料模型与网格模型关联。
展开 基于此，以 ABAQUS 软件为依托，将桥梁检测中重点区域进行精细化建模并准确、合理地连接到 整体模型中，以此建立可以细致分析重点区域受力 情况的多尺度有限元模型。通过矩形截面简支梁计 算验证精细化有限元模型和宏观有限元模型之间 连接形式的正确性， 并以福建某实际桥梁工程为例，对比计算结果及检测数据，进一步验证多尺度有限元模型的准确性。
1 多尺度有限元模型方法
多尺度有限元模型包含了宏观及精细化有限元模型，其单元节点的自由度和精度不同，因此保 证不同单元界面之间正确合理地连接是多尺度有 限元模型建立的重难点[7]。当宏观有限元模型和精 细化有限元模型分别建立时，主要考虑边界条件的转换问题，二者的连接可采用多边界插值法、双重 子模型法、子模型法等方法；当宏观有限元模型和精细化有限元模型混合建立时，是不同维度单元的连接问题，二者之间的连接通常采用多点约束法[8-9]。
多点约束法是将一种节点自由度的耦合关系建立的多点约束方程，能处理线性及非线性的约束 问题，包含梁类型约束、线性约束、铰结约束、绑定约束等。对于复杂的约束可以通过设置自由度矩阵来实现连接关系[10]。多点约束法的基本表达式如公 式（1）。
其中 uB 和 up 分别为单元界面连接处的节点位移向量，C 为界面连接约束方程的系数矩阵。
通过图 1 可以直观了解线性约束的原理，c 点被 a、b 两点通过自由度线性插值的方式约束着。将宏观有限元模型与局部精细化有限元模型建立在同一个模型中，通过多点约束法进行连接过渡的多尺度有限元模型被认为是计算精度最好且计算成本最少的方法。
展开 我们都知道，通过诸如HPERMESH这样的有限元网格划分软件得到的模型，在传入ANSYS以后，只包含节点和单元信息。但是当我们在WB中使用模型操作时，有时候需要选择几何特征，如在圆孔面上施加圆柱支撑，而此时对象只有单元节点信息，并无体面线的几何信息，该怎么办呢？
显然，处理此问题的有效途径，在于把有限元模型与该有限元模型对应的几何模型进行关联，再一起导入到MECHANICAL中进行分析，则既能够既享受HYPERMESH的网格划分的乐趣，又能充分享受对于几何体设置边界条件的便利了。ANSYS WORKBENCH提供了这种功能，下面举一个例子，说明如何在ANSYS WORKBENCH中关联有限元模型和对应的几何体，从而满足上述要求。
几何模型如下图。该模型在DM中创建，在meshing中划分网格，再导入到ANSYS 的WORKBENCH中的finite modeler中关联几何体，最后进入到MECHANICAL中分析。下面说明其主要过程。
1. 创建几何模型
使用任何一款三维建模软件创建下图的模型，注意单位用mm.然后导出为geom.stp.
2. 创建有限元模型
使用常用的有限元网格划分软件导入上述模型，得到有限元模型。
3. 使用finite element modeler打开有限元模型
进入WORKBENCH，使用finite element modeler打开第二步创建的有限元模型如下
4.创建新的工作几何体
首先创建新的工作几何体
指明该几何体的位置，就是第一步所导出的几何模型文件
右键单击该新的工作几何体，并选择“generate”
则树形大纲结果如下
这是主窗口中得到的工作几何体。
展开 文章应用HyperMesh软件+DrawBar插件，结合AtuoCAD软件+FPointE插件辅助快速搭建复杂繁琐的钢筋有限元模型。本例针对一钢筋混凝土桥的钢筋模型搭建介绍以上工具的使用方法。视频教程参见我的技术邻免费公开课<HyperMesh的钢筋有限元模型搭建>。
1. 启动DrawBar插件
2.创建局部坐标系
1）局部坐标系建立，能够使在AuoCAD中提取的特征点在HyperMesh里快速到定位插入位置；
2）局部坐标系建立，能够为横截面上钢筋截面的复制提供方向，架立筋的延伸提供方向。
3.添加用于定位钢筋横截面位置的向量
4.AutoCAD打开图纸，加载FPointE插件，设置环境变量
5.抽取图纸中钢筋特征点
1）确定钢筋横截面布置位置。
2）在钢筋横截面图纸上抽取特征点。
详见我的技术邻免费公开课<HyperMesh的钢筋有限元模型搭建>。
6.导入AutoCAD中抽取的特征点
7.根据特征点分布建立横截面钢筋几何模型
8.钢筋横截面几何模型局部修改
9.将横截面钢筋几何移动到特定组件中
详见我的技术邻免费公开课<HyperMesh的钢筋有限元模型搭建>。
10.沿局部坐标系Z轴正向批量复制横截面钢筋几何
详见我的技术邻免费公开课<HyperMesh的钢筋有限元模型搭建>。
11.网格划分
详见我的技术邻免费公开课<HyperMesh的钢筋有限元模型搭建>。
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</div><p>采用六面体单元离散，有限元计算模型如下图：</p><div contenteditable="false
对于很多非线性问题，当采用有限元模型的直接优化时，在计算上会需要很多时间，导致成本增高，采用ML技术来替代一些传统的优化方法能显著提高效率。ML的主要思想是用训练数据构建预测模型，直接使用预测模型进行在线优化。由于预测模型的计算工作量通常比全有限元模型低得多，因此在线优化问题通常可以很快得到解决。
但是，这种方法忽略车身或车架刚度支撑影响，无法准确评估整车详细模型动力系统解耦分布、各个悬置支撑方向的隔振率、车身或车架局部结构设计细节对关键频率的影响等；因此，当开发过程中，当到达整车有限元模型阶段时，需要将悬置系统开发与整车性能评估结合起来，详细评估动力系统总成解耦率、隔振率等。
在简化模型的首次细化中，集中质量单元被透镜的有限元网格模型、光学元件的实际质量和结构刚度所取代。随着AEH/Ivory的影响方程驱动图像运动，MSC Nastran中的分析已经准备开始。
图2：项目第一天的模型
项目第二天
使用MSC Nastran进行3个轴向的静态重力分析。
将可调台式执行器外壳仿真模型与Digimat中的纤维取向分布相结合起来，生成两个有限元分析模型在Marc中进行分析。执行器壳体在误用测试时，电机在壳体上施加的最大扭矩为6Nm 。仿真预测结果表明，PCR级别的材料能够承受上述程度的误用。
图3：比较原始级别（左）和后消费回收级别（右）的预测结果
一个模型部件代表一个自我包容的有限元模型，即包括节点坐标、单元节点编号、材料模型和结果数据如应力、应变、位移、温度等。当在多工步仿真采用了模型部件，可以将前一个工步分析得到的模型部件包括在当前的工步中，不需知道模型中有多少个单元或采用了何种材料本构模型。模型部件的使用方法大致如下：
■ Marc分析的输入文件中采用CREATE SEC 选项来定义模型部件。
有限元模型的网格划分
1.3 螺栓预紧
在有限元分析中模拟螺栓预紧力的施加是一个关键步骤，特别是对于螺栓连接的结构组件。正确地施加预紧力不仅能够确保模型的接触状态和实际情况相符，还能够模拟在实际加载过程中螺栓预紧力可能发生的变化。
螺栓有限元模型
1.4 接触设置
在低多层装配式钢结构梁柱节点的有限元分析中，接触设置是模拟结构实际行为的关键。
</p><p>接下来继续介绍有限元模型，无论通过什么方式得到的扣件反力挨个加到相应扣件位置处进行动力学求解。
<p><a href="mailto:snowwave02@qq.com" rel="noopener noreferrer" target="_blank"> </a></p><p>（原创，转载请注明出处）</p><p>1 概述</p><p>本系列文章研究成熟的有限元理论基础及在商用有限元软件的实现方式，通过</p><p>（1） 基础理论</p><p>（2） 商软操作</p><p>（3） 自编程序
Actran具备先进的虚拟统计能量分析功能，可以依据有限元模型来计算统计能量分析中所需的各种参数，减少对试验测试的依赖。目前Actran可以依据MSC Nastran的超单元对整体模型进行子系统的创建并执行统计能量分析任务。MSC Nastran的bdf文件可以直接提交求解、进行统计能量分析计算，既降低了统计能量方法的使用门槛，也提高了原有统计能量方法的计算效率。