使用AutoCAD进行有限元构模方法介绍

　　尽管最新推出的PC级有限元软件已配有专用的模型CAD系统,但目前国内的大多数有限元用户,例如SAP5、ADINA的多数用户,仍是以人工方式整理输入数据,耗工而费时。使用流行的Auto CAD软件生成模型是改变现状简单而有效的途径之一。

　　1　使用Auto CAD构模的一般方法

        步骤:①人机交互进行网格划分,施加边界条件及载荷;②使用DXFout命令产生网格图的DXF文件;③启动自编的转换程序(取名SAPDXF)读取DXF文件信息,自动生成有限元数据文件。

　　1.1网格的生成

　　在Auto CAD绘图环境下,使用所有的绘图和编辑功能,输入结构图并进行网格划分。划分时可以使用(或保留)如圆、弧等实体为辅助(不妨碍最终信息读取),对于二维实体单元、膜单元和板壳元,使用线的颜色区分厚度,单元的厚度由组成单元的各边中颜色号最高者决定,厚度越厚,颜色号越高。不同的材料可用不同的层号表示。为了SAPDXF编程简化,每个单元的各条边由单独一条线构成,相交线都构成节点(即节点必为线的端点),这样编程时就不必再对公共直线进行分割和作交点计算。为了保证各边在节点处相交,连线时尽量使用物体捕捉方式(OSNAP)。复杂的三维网格图划分时,建议多使用不同的层分层显示,以减少其它无关图线的干扰。在构模过程中尽量利用不同的颜色和层来帮助你观看和区分模型结构,最后再按不同的材料及板厚修改层和颜色。

　　1.2　施加边界条件及载荷

　　可使用写字符串的方法(TEXT命令)表示边界条件及载荷,将施加的节点作为写字符串的起点。例如,可取字母“T”表示平移约束,T_x代表x方向约束,T_y代表y方向约束;字母“R”表示旋转约束,R_x代表x方向旋转约束,R_z代表z方向旋转约束;取字“F”表示集中力,F_x100.25代表x方向数值为100.25的集中力;取字母“M”表示力矩,M_y200代表y方向数值为200的力矩,以此类推。在一个节点上施加多个边界约束和载荷时可按不同坐标方向分别施加,虽然在图上出现重迭,但在DXF文件中不受影响。同样也可以使用类似方法施加边界元和节点温度等。

　　1.3数据转换与加工程序SAPDXF的编程使用高级语言编写的SAPDXF程序包含以下内容。

　　(1)从DXF文件读取网格模型信息,主要是线(Line,3DLine,polyLine),包括线的所在层、颜色、端点坐标值;字符串(TEXT),包括字符串的起点坐标,字符串的内容。线是网格信息,字符串是边界条件和加载信息。

　　(2)从数据文件SAPDATE中读取信息,主要是有限元分析用的各种数据及控制信息。包括与颜色号对应的板厚度,与层号对应的材料特性,单元类型等。SAPDATE文件是按有限元分析要求人工建立输入的。