ANSYS14.0工程实例解析：前处理与网格划分

1.定义文件名

GUI：单击Utility Menu→File→Change Jobname，弹出一个对话框，在输入栏中输入analysis of thermal barrier coatings，单击“OK”按钮。

2.定义参数

在命令输入窗口中输入R1=0.002，H1=0.002，H2=0.0001，H3=0.00025。

3.选择单元

（1）定义单元

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出对话框，单击“Add”按钮，在弹出对话框的左边选择Coupled Field，然后在右边选择Quad 8node223单元，单击“OK”按钮。

（2）设置单元关键字

在单元类型对话框中选择BEAM188。然后单击Options选项，在弹出的对话框中设置分析类型（Analysis）为热-结构分析（Structural-thermal）；单元行为为平面应变（Plane strain），单击“OK”按钮；返回单元类型界面，然后单击“Close”按钮关闭对话框。

4.定义材料模型

（1）定义基体和粘结层的材料模型

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，弹出各向同性线弹性材料定义面板，如图11-3所示，单击7次“添加温度”（Add Temperature）按钮，按照图11-3输入7个温度点和对应的弹性模量与泊松比，单击“OK”按钮，关闭对话框。继续单击Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic，弹出材料的热膨胀系数定义面板，如图11-4所示，单击7次“添加温度”（Add Temperature）按钮，按照图11-4输入7个温度点和对应的热膨胀系数，单击“OK”按钮，选择Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

图11-3 各向同性线弹性材料定义面板

图11-4 材料的热膨胀系数定义面板

继续单击Structural→Nonlinear→Rate Independent→Kinematic Hardning Plasticty→Mises Plasticity→Bilinear，弹出双线性随动强化材料模型定义面板，如图11-5所示，设置应力-应变选项为Rice's Hard Rule，输入屈服应力为4.5E8、切线模量为2E9，单击“OK”按钮；继续单击Thermal→Conductivity→Isotropic，弹出热传导系数定义面板，如图11-6所示，单击7次“添加温度”（Add Temperature）按钮，按照图11-6所示输入7个温度点和对应的热传导系数，单击“OK”按钮。

图11-5 双线随动强化材料模型定义面板

图11-6 热传导系数定义面板

粘结层的材料模型定义方法与基体材料模型的定义方法相同，具体操作可参见本章的视频教程。

（2）定义陶瓷的材料模型

陶瓷的材料模型中弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数定义方法与基体和粘结层材料定义方法相同。下面详细介绍定义蠕变模型的方法。单击Structural→Nonlinear→Rate Dependent→Creep→Creep only→Mises Potential→Implicit→10：Norton（Secondary），弹出材料的蠕变模型定义面板，如图11-7所示，按照图11-7所示进行输入，输入完毕，单击“OK”按钮，如图11-8给出了所有材料模型输入完毕的材料模型定义面板，单击Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

图11-7 材料的蠕变模型定义面板

5.建立模型

（1）定义1/4圆环

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→Partial Annulus，弹出创建部分圆环的定义面板，如图11-9所示，输入WPX=0、WPY=0、Rad^-1=R1、Theta-1=0、Rad-2=R1+H1、Theta-2=90，单击“Apply”按钮；继续输入WPX=0、WPY=0、Rad-1=H1+R1、Theta-1=0、Rad-2=R1+H1+H2、Theta-2=90，单击“Apply”按钮；继续输入WPX=0、WPY=0、Rad-1=H1+R1+H2、Theta-1=0、Rad-2=R1+H1+H2+H3、Theta-2=90，单击“OK”按钮。

图11-8 输入完毕后的材料模型定义面板

图11-9 创建部分圆环的定义面板

（2）将所有1/4圆环粘结到一起

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Areas，弹出拾取对话框，单击“Pick All”按钮。

6.网格划分(www.xing528.com)

（1）打开网格划分工具

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool

（2）划分基体网格

1）设置网格划分属性

单击网格划分工具面板上的单元属性（Element Attributes）上的“设置”（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图11-10所示，按照图11-10进行设置。

2）设置总体网格尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击“设置”（Set）按钮，如图11-11所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图11-12所示。

图11-10 网格属性设置面板

图11-11 网格划分工具面板中尺寸控制子面板

图11-12 总体网格尺寸设置面板

该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.ofelement divisions），在单元尺寸中输入0.0001，单击“OK”按钮。

3）设置单元形状及划分方法

按照图11-13所示的单元形状和划分方法设置面板进行设置。

4）划分网格

单击网格划分工具面板上的“网格划分” （Mesh）按钮，弹出拾取对话框，拾取基体面，单击“OK”按钮。

（3）划分粘结层网格

1）设置网格划分属性

图11-13 单元形状和划分方法设置面板

单击网格划分工具面板上的单元属性（Element Attributes）上的“设置”（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图11-10所示，将材料号设置为2，其他按照图11-10进行设置。

2）设置总体网格尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击“设置”（Set）按钮，如图11-11所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图11-12所示。该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.00005，单击“OK”按钮。

3）划分网格

单击网格划分工具面板上的“网格划分”（Mesh）按钮，弹出拾取对话框，拾取粘结层面，单击“OK”按钮。

（4）划分陶瓷层网格

1）设置网格划分属性

单击网格划分工具面板上的单元属性（Element Attributes）上的“设置”（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图11-10所示，将材料号设置为3，其他按照图11-10进行设置。

2）设置总体网格尺寸

选择的网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击“设置”（Set）按钮，如图11-11所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图11-12所示。该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.0001，单击“OK”按钮。

3）划分网格

单击网格划分工具面板上的“网格划分”（Mesh）按钮，弹出拾取对话框，拾取粘结层面，单击“OK”按钮。