1、14 1第十四章 练习（PRACTICE PROBLEM ）本章要点 MENTAT 网格生成及处理功能 MENTAT 建模 MENTAT 的后处理步骤本章将对半径为 100mm 的半球面与半径为 25mm 圆柱面相交的结构进行线弹性分析。该结构只承受内压，可以利用其对称性，取其进行分析。从网格生成、边界条件施加、材料特性、几何特性的定12义、提交 MARC 运算到后处理，我们将给出每一个具体操作命令。用户在练习中也可以采用不同的顺序、不同的方法来生成网格，施加边界条件及材料、几何参数，但得到的节点号、单元号可能不相同。下图为参考的网格图。14 2半球面的生成半球面截面的生成VIEW MACTI
2、VE ALL MSHOW ALL VIEW MRETURN M进入 VIEW 子菜单，激活所有四个视图，并将显示四个视图，然后返回上一级 菜单。MESH GENERATION MCOORDINATE SYSTEM-SET MSPHERICAL MRETURN M进入网格生成子菜单，将坐标系设置为球坐标系，然后返回上一级菜单。NODE-ADD M100 0 0 100 0 75 生成节点，输入节点坐标值，球坐标的顺序为、 和。ELEMENTCLASS MLINE(2) M M将单元几何类型设置为由二个节点确定的线状单元。ELEMS-ADD M1 2 生成单元。在键盘上输入前面生成的节点的号 1、
3、2 即生成3 单元 1。FILL MSUBDIVIDE M6 1 1 SUBDIVIDE 为单元再 细分。DIVISION 为设置单元再 细分数，对于一维单元，第一个数14 3ELEMENTS MALL-EXIST MMSWEEP M “6”即表示将一个单元再 细分6 个单元。接着指定再细分的单元。ALLEXIST 表示所有的单元。ALL M M 消去由再细分引起的重复节点编号。左图为生成的模型，在球坐标系中细分单元，划分后的节点都落在球面上。接着将前面生成的一维单元用 EXPAND 命令扩展为 半球面。14EXPANDROTATIONS M0 0 18 REPETITIONS M5 进入 E
4、XPAND 子菜单 ，采用旋转扩展，每次绕 Z 轴转 18，共重复 5 次。ELEMENTS MALL-EXIST MM指定进行扩展的单元，在本题中将对所有单元进行扩展。14 4FILL MSWEEP MALL M M消除由扩展命令产生的重复节点。左图为 半球面网格图。14利用 SYMMETRY 功能将 半球面处理为 半球面模型。1412SYMMETRY MNORMAL M0 -1 0 ELEMENTS MALL-EXIST MM进入 SYMMETRY 子菜单，用 NORMAL命令定义镜射的法向，此处有一 Y 方向。指定全部单元都进行镜射。14 5生成的 半球面网格图12FILL MSWEEP
5、 M 消除所有多余的节点号ALL M MRENUMBER M 节点号重排ALL M MELEMS-REM M14 15 19 20 GNODES-REM M 删除与圆柱面相交部分的单元31 32 GRENUMBER M将由于单元删除而无用的节点删除ALL M M 节点、单元号再次重排14 6左图为完成的半球面网格图SELECT MELEMENTS-STORE Melem.domeALL-EXIST M M将半球面的所有单元，存于名为elem.dome 集中。FILES MSAVE AS Mdome yes NEW MYES M M进入 FILES 子菜单，将前面生成的数据存入名为 dome 的
6、文件中。检取光钮 NEW，将当前数据库清除准备进行圆柱面的网格生成工作。14 7圆柱面的生成圆柱面截面的生成COORDINATE SYSTEMSET MCYLINDRICAL M MNODES-ADD M将坐标系改设为圆柱面坐标系，坐标值按 r，t 排序。25 0 0 25 0 50 键盘输入节点坐标。ELEMS-ADD M1 2 生成一个一维单元。SUBDIVIDE MELEMENTS MALLEXIST M M将一维单元再细分，再细分单元数与半球面网格生成时间相同。SWEEP M MALL M M削除重复节点。EXPAND MROTATIONS M0 0 30 REPETITIONS M3
7、 采用旋转扩展，每次绕 Z 轴转30，重复 3 次。单元也扩展为二维单元，将所有单元都扩展后， 圆柱面网格即14告生成。14 8ELEMENTS MALL-EXIST MM进行以上操作得如右图所示的圆柱面的网格。14SYMMETRY MELEMENTS MALL-EXIST MM利用 SYNNETRY 功能将 圆柱面处理为14圆柱面。12SWEEP MALL M M消除重复节点。RENUMBER MALL M M数据库上所有的节点，单元及几何实体号重排。14 9左图为 圆柱面的网格图。12下一步将圆柱面进行旋转、平移，并将前面存贮的半球面调入。FILL MSELECT MELEMENTS-ST
8、ORE Melem.tube ALL-EXIST M将生成的圆柱面单元存入名为elem.tube 的集中。COORDINATE SYSTEM-SET MRECTANGULAR MM将坐标系更改为直角坐标系。MOVE MROTATIONS M进入 MOVE 子菜单，使圆柱面绕X 轴转 90，然后沿 Y 轴平移14 1090 0 0 TRANSLATIONS M0 130 50 ELEMENTS MM FILL M130，沿 Z 轴平移 50。进行以上操作后圆柱面网格如左图所示。FILES MSAVE AS Mtube 将圆柱面的数据存贮在名为 tube的数据库中。MERGE Mdome MFIL
9、L M用 MERGE 命令将以前生成的dome 数据库 与 tube 数据 库合并。14 11左图为二个文件合并（MERGE）后的结果。半球面与圆柱面的融合现在要把前面生成的半球面与圆柱面融合一起，这一步工作比较复杂。几何球面与圆柱面的生成半球面与圆柱面接合部附近的节点必须进行移动，为移动方便先生成一个几何球面与圆柱。PLOT MMORE MMEDIUM MRETURN MRETURN M进入 PLOT 子菜单，检取 MORE 光钮，将曲面的显示精度改为中等。RETURN MSURFACE TYPE MSPHERE M将曲面类型改设为球面（SPHERE）。14 12SRFS-ADD M0 0
10、0 100 输入球心坐标以及半径后即生成球面。SURFACE TYPE MCYLINDER M M将曲面类型改设为圆柱面（CYLINDER）。SRFS-ADD M0 0 50 0 130 50 25 25 输入圆柱二端中心坐标，横截面半径，如二个半径不同则为圆台面。进行以上操作后，生成了右图所示的二个几何面。（注）右图所示的几何实体先使单元 invisible，曲面显示精度为 8 个划分，并用 solid 显示方式。SELECT M14 13ELEMENTS Melem.dome RETURN M选择单元集 elem.dome。PLOT MMORE MINIVISIBLE-ELEMENTS M
11、ALL-UNSELECTED M MREGENERATE MRETURN MRETURN M先使圆柱面单元从画面消失，以便于对半球面的有关单元进行操作。ATTACH MATTACH NODES-INTERSECT Mcylinder Gsphere G74 75 76 7982 83 84 G MPLOT MMORE MVISIBLE-ELEMENTS M 用 ATTACH 功 能 使 半 球 面 上 的 缺 口 周 围 的 节点 附 着 到 球 面 与 圆 柱 面 相 交 线 上 。注 意 如 果 操作 不 同 ，要 附 着 的 节 点 的 编 号 可 能 不 同 。14 14ALL-EXI
12、ST MINVISIBLE-ELEMENTS MALL-SELECT M MREGENERATE MRETURN MRETURN M上图中右边缺口所围的 7 个节点附着到二个曲面相交线上的节点。下面将圆柱面的一些节点附着到二个曲面的相交线VIEW MSHOW VIEW3 M M显示视图 VIEW3ATTACH MATTACH-NODES-INTERSECT Mcylinder sphere 2 11 12 13 32 3334 G M下图中圆柱左端节点即为要附着到二个曲面相交线上的节点，左边的节点编号供参考。14 15左图为 ATTACH 操作后的结果，有一部分单元变成畸形，需要修正。下面将利
13、用 STRETCH 功能对一些单元进行调整。PLOT MMORE MINVISIBLE-SURFACES MALL-EXIST M使几何曲面从显示区消失。14 16REGENERATE MM MSTRETCH MNODES M13 22 10 G12 27 9 G11 26 8 G2 7 1 G32 48 30 G34 49 46 43 31 G进入 STRETCH 子菜单。输入一系列要修正的节点。第 1 步 对第 1 列节点进行拉伸 第 2 步 对第 2 列节点进行拉伸14 17第 3 步 对第 3 列节点进行拉伸 第 4 步 对第 4 列节点进行拉伸第 5 步 对第 5 列节点进行拉伸 第
14、 6 步 对第 6 列节点进行拉伸14 18经过一连串的拉伸调整，修正后的圆柱面网格如左图所示。下面将把半球面与圆柱面附着一起。MOVE MRESET MTRANSLATIONS M0 3 0 ELEMENTS MALL-UNSELECTED M M先将圆柱面单元沿 Y 轴移动3。PLOT MMORE MVISIBLE-ELEMENTS MALL-SELECTED M MREGENERATE M将目前 INVISIBLE 的半球面单元变为 VISIBLE。14 19RETURN MRETURN MNODES-EDIT M84 0 71.0469 75.1 83 14.7362 72.875 7
15、0.1951 82 22.8594 78.3594 60.1217 79 24.9911 84.25 50.6664 74 23.3348 90.1406 41.0287 75 16.5643 95.8281 31.2592 76 -.890113 99.8906 25.0159 修改节点位置将 84 点移至 13 点处，使二点重合。一般用鼠标器操作，修改完成后，对话区将显示新位置的坐标。其它节点的修改与 84点类似。SWEEP MALL M MMOVE MTRANSLATIONS M0 3 0 用 SWEEP 命令消除由 EDIT引起的节点重复编号，将圆柱面移回原来位置。14 20ELEME
16、NTS MALL-UNSELECTED M MRENUMBER MALL M M用 RENUMBER 对节点号 单元号等重排，得到分析用的网格。左图为生成的网格图边界条件的施加网格生成后，要给模型必要的边界条件才能进行分析，本题主要是施加对称边界条件及内压。VIEW MSHOW ALL VIEWS M MSELECT MCLEAR SELECT M M显示所有的视图，消除对半球面单元的选择。 （集名仍留在数据库中）PLOT M 以实体形式显示单元，并将单元收14 21ELEMENTS-SOLID MELEMENTS SIZE (%)90 MREGENERATE MFILL MELEMENT S
17、IZE (%)100 MELEMENTS-WIREFRAME MDRAW-FACES M 缩为原来的 90，检查网格是否有错，确认无错后，恢复单元大小，重新用线框形式显示单元。MORE MEDGE-OUTLINE MREGENERATE M以单元的边来显示模型的轮廓，以便后面所述的边界条件的施加。先施加左右对称引起的位移边界条件为便于对称位移边界条件的施加，对一部分圆弧上的节点使用局部坐标系。14 22BOUNDARY CONDITIONS MMECHANICAL M进入边界条件子菜单，边界条件类型为 MECHANICAL。NAME Myz1 给边界条件取名。FIXED DISPLACEMEN
18、T M边界条件为指定位移。X-DISPLACEMENT MOK M约束 X 方向位移。NODES-ADD M10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 61 66 71 82 87 92 97 102 107 112 117 G指定施加的节点编号，最后用G确认。NEW M 新的边界条件定义指示。NAME Myz2 新的边界条件名。TRANSFORMS MCYLINDRICAL M0 0 0 对于圆弧上的节点采用圆柱坐标系。由点（0， 0，0）与（1 ，0，0）连线为圆柱的轴。14 231 0 013 34 66 71 82 92 97 102 107 G
19、FIXED DISPLACEMENT M采用此局部坐标系的节点指定。Y-ROTATION MOK M绕局部坐标系 Y 轴的转动自由度被约束。NODES-ADD M13 34 66 71 82 9297 102 107 G将约束条件施加于采用局部坐标系的节点上。NEW MNAME Myz3 新的边界条件。FIXED DISPLACEMENT MZ-ROTATION MOK M约束在整体坐标系绕 Z 轴转动自由度。NODES-ADD M61 87 G施加本约束的节点为圆弧二个端点。14 24以下为上面三个边界条件施加的结果。接着将施加半球面下侧节点（xy 平面上的节点）位移约束条件。NEW MNA
20、ME Mxy1将定义新的边界条件，名为 xy1。14 25TRANSFORMS MCYLINDRICAL M0 0 0 1 0 0 采用圆柱坐标系为局部坐标系。50 57 58 59 60 8384 85 86 G MFIXED DISPLACEMENT M指定除二个端点以外的在 xy 平面上的节点采用局部坐标系。X-DISPLACEMENT MY-DISPLACEMENT MZ-DISPLACEMENT MY-ROTATION MOK M约束径向。周向、高度方向的位移，以及沿周向的转动。NODES-ADD M50 57 58 59 60 83 84 85 86 G指定施加上述约束的节点，这些
21、节点也就是使用局部坐标系的节点。NEW MNAME Mxy2将定义新的边界条件，名为 xy2。14 26FIXED DISPLACEMENT MY-DISPLACEMENT MZ-DISPLACEMENT MX-ROTATION MOK M约束在整体坐标系下 y、z 方向的位移以及绕 x 轴的转动。NODES-ADD M61 87 G M将约束条件施加到二个端点上。ID BOUNDARY CONDS M将所有边界条件显示出来，确认。14 27ID BOUNDARY CONDS M最后施加内压确认结束。MECHANICAL M 将定义新的边界条件。NEW MFACELOAD MPRESSURE
22、M1 OK MFACES-ADD MALL-EXIST M在所有的单元面上施加值为 1 的分布载荷。PLOT MMORE MEDGES-FULL M显示所有单元的边。REGENERATE MM M显示结果见前页图所示。至此全部边界条件的定义、施加即告结束。材料特性的定义由于是简单的线弹性问题，只要定义杨氏模量及波松比即可。14 28MAIN MMATERIAL PROPERTIES MISOTROPIC MYOUNGS MODULUS M21000 YOISSONS RATIO M0.3 OK MELEMENTS-ADD MALL-EXIST M在 MAIN 菜单里， 检取MATERIAL P
23、ROPERTIES 即进入了材料特性定义子菜单，再选取 ISOTROPIC，输入杨氏模量、波松比，然后指定到所有单元上。几何特性的定义对于本题为定义单元厚度MAIN MGEOMETRIC PROPERTIES M3-D MSHELL MTHICKNESS M1.0 进入 GEOMETRY PROPERTIES子菜单对三维单元中的壳单元定义厚度，并指定到所有单元上。14 29OK MELEMENTS-ADD MALL-EXIST M选取作业参数并提交 MARC 运算分析在本步中将完成作业运行所需的全部数据输入，并在 MENTAT上提交 MARC 程序运行分析，由于是线弹性问题，因而载荷工况可以不
24、定义。MAIN MJOBS MMECHANICAL MJOB RESULTS MSELECT TENSOR MSTRESS MSELECT VARIABLES MVON-MISES MOK M进行 JOBS 子菜单， 选择应 力分析为本作业的分析类型，在 JOB RESULTS 子菜单中选择后处理要显示的内容，此题选择应力张量和 Von Mises 等效应力。JOB PARAMETERS M#SHELL/BEAMLAYERS M此 JOB PARAMETER 子菜单中，选择SHELL/BEAMLAYER，用键盘输入沿壳单元厚度方向的积分点数，对于线弹性问题用 3 层14 303 OK MRET
25、URN M已足够准确。ELEMENT TYPES M3-D SHELLS M75 OK MALL-EXIST M MRETURN M最后的单元类型选择。在各单元种类名中选取 3D SHELL 后图形区会弹出一个菜单，在菜单中选取 75（厚壳单元）并指定到所有单元。CHECK M 最后检查模型。FILES MSAVE AS Mdome_tube yes MRUN MSUBMIT 1 MMONITOR M在提交 MARC 运行作 业以前， 别忘了存贮数据库，以免运行MARC 程序后进行的后 处理操作将数据库冲掉。最后提交作业给 MARC，并 对运行过程进行监视。后处理分析结束后，对分析结果进行后处理
