目 录

• 〇. 模型说明
• 一. 前处理
• 1. 设置参数
• 1.1 螺栓垫片参数
• 1.2 法兰参数
• 1.3 加载点参数
• 1.4 输出文件
• 2. 创建单元
• 2.1 创建上法兰外圈通孔环带单元
• 2.1.1 设置单元属性及材料性质
• 2.1.2 创建局部坐标系
• 2.1.3 创建几何图形
• 2.1.4 生成网格
• 2.2 创建上法兰内圈通孔环带单元
• 2.3 创建上法兰环带单元 (内圈+外圈 绑定)
• 2.3.3 定义实常数及接触单元类型
• 2.3.4 创建接触单元
• 2.4 创建下法兰外圈盲孔环带单元
• 2.4.3 体的创建、切分及删除
• 2.4.3 划分网格
• 2.5 创建下法兰内圈通孔环带单元
• 2.6 创建下法兰环带单元 (内圈+外圈 绑定)
• 2.7 创建外圈盲孔螺栓连接
• 2.7.1 创建垫片单元
• 2.7.2 创建螺栓杆单元
• 2.7.3 创建螺栓间接触
• 2.7.4 创建螺栓垫片间接触
• 2.7.2.5 创建预紧单元
• 2.8 创建内圈通孔螺栓连接
• 2.9 创建垫片与法兰间的接触
• 3. 装配与约束创建
• 4. 施加边界条件
• 二. 加载与求解
• 三. 后处理

〇. 模型说明

简单网格由ANSYS生成，复杂网格由HyperMesh处理。

Mechanical APDL Product Launcher

一. 前处理

1. 设置参数

单位：mm 。

1.1 螺栓垫片参数

1.2 法兰参数

1.3 加载点参数

1.4 输出文件

??ANSYS中不区分大小写，通常情况下，为了提高命令流的可读性，约定：命令流中小写表示用户自定义的变量，大写为ANSYS系统固有变量。

??运行上述命令流后，定义的参数可在ANSYS界面中，依次点击 菜单栏 >> Parameters >> Scalar Parameters 中查看，如下所示：

2. 创建单元

2.1 创建上法兰外圈通孔环带单元

2.1.1 设置单元属性及材料性质

• SOLID186 —— 3-D 20-Node Structural Solid，DOF: UX, UY, UZ。

??KEYOPT(2)
????Element technology:
????0 – Uniform reduced integration (default)
????1 – Full integration

??分别对应C3D8R和C3D8单元。

• MESH200 —— Meshing Facet 2-20 nodes 2-D/3-D space，DOF: None。

????MESH200 is a “mesh-only” element, contributing nothing to the solution

????不参与求解计算，生成高维度网格时所需要的低维度网格。

????部分KEYOPT(1)的取值，如下：

??上述命令流定义的单元类型及材料属性，在Ansys界面中，按如下方式查看：

2.1.2 创建局部坐标系

坐标系统的有关命令

??ANSYS中的坐标轴：x、y、z —— 白、绿、蓝

• CSYS

??使用功能：激活一个预先已定义的坐标系统。
??使用格式：CSYS，KCN，其中，KCN为将要激活的坐标系统参考号。

• LOCAL

??使用功能：通过位置和方向指定一个局部坐标系。
??使用格式：LOCAL，KCN，KCS，XC，YC，ZC，THXY，THYZ，THZX，PAR1，PAR2

其中，KCN为用户给定的大于等于11的坐标系统参考号，作为识别该局部坐标系的标志；
???KCS：坐标系的类型；
???XC，YC，ZC：新坐标系原点位置 (在直角坐标系统里) Location (in the global Cartesian coordinate system) of the origin of the new coordinate system；
???THXY，THYZ，THZX：分别绕z轴、x轴和y轴旋转的角度，其正向为：xy，yz，zx。

• CLOCAL

??使用功能：Defines a local coordinate system relative to the active coordinate system。
??使用格式：LOCAL，KCN，KCS，XL，YL，ZL，THXY，THYZ，THZX，PAR1，PAR2

其中，KCN为用户给定的大于等于11的坐标系统参考号，作为识别该局部坐标系的标志；
???XL，YL，ZL：Location (in the active coordinate system) of the origin of the new coordinate system (R, θ, Z for cylindrical, R, θ,Φ for spherical or toroidal).；
???THXY：First rotation about local Z (positive X toward Y)；
???THYZ：Second rotation about local X (positive Y toward Z)；
???THZX：Third rotation about local Y (positive Z toward X)。

??GUI中局部坐标系统的创建/删除如下：

??GUI中模型坐标系统的查看如下：

??GUI中当前激活的坐标系统的查看如下：

2.1.3 创建几何图形

??以上命令流运行后，将得到：

• WPCSYS

??使用功能：根据当前坐标系来定义工作平面的位置
??使用格式：WPCSYS，WN，KCN

其中：
??WN ： Window number whose viewing direction will be modified to be normal to the working plane (defaults to1). If WN is a negative value, the viewing direction will not be modified.
??KCN为坐标系统参考号，默认值是当前激活坐标系。

??几何在工作平面上绘制，工作平面只能为当前坐标系的xy平面，z方向为其法线方向，因此 WN 确定视线来自z轴正方向还是负方向。

??GUI中工作平面的定义如下：

• *REPEAT

??使用功能：重复以前的命令，主要是重复执行上一条命令。
??使用格式：*REPEAT，NTOT，VINC1，VINC2，VINC3，VINC4，VINC5，VINC6，VINC7，VINC8，VINC9，VINC10，VINC11

其中，NTOT ： 包括第1次在内，前述命令被执行的次数，若NTOT=4，则上一条命令还会被重复执行3次；
???VINC1，VINC2，…，VINC11 ： 施加到前述命令上第1个~第11个数据域的值增量。

• AL

??使用功能：通过已定义的边界线生成一个面。
??使用格式：AL，L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8，L9，L10

其中，L1，L2，…，L10 为线的编号，至少需要3条线才能生成一个面。

2.1.4 生成网格

??以上命令流将实现，由面生成体网格，在法兰厚度方向上有8层单元，如下图所示：

• LESIZE

??使用功能：对所选择的线设置网格单元大小。
??使用格式：LESIZE，NL1，SIZE，ANGSIZ，NDIV，SPACE，KFORC，LAYER1，LAYER1，KYNDIV

其中：

??NL1 ： 线的编号，也可以为 ALL、P 或元件名；
??SIZE ： 若 NDIV 为空，SIZE 指单元的边长，分段数将根据线长自动计算，圆整得到；
??NDIV ： 若为正，NDIV 表示每条线的分段数；
??KYNDIV ： 当 KYNDIV 为0时，表示智能化网格划分无效，如果等分不匹配，映射网格失败；当 KYNDIV 为1时，对于大曲率或邻接区域，智能化网格优先使用。

• VSYMM

??使用功能：通过对坐标轴对称镜像生成体
??使用格式：VSYMM，Ncomp，NV1，NV2，NINC，KINC，NOELEM，IMOVE

其中：

??Ncomp ： 对称控制选项，Ncomp = X，Y 或 Z，镜像平面的法线方向；
??NV1，NV2，NINC： 按增量 NINC 从NV1 到 NV2 将要进行对称镜像的体编号的范围，其中 NV1 也可以为 ALL、P 或元件名；
??NOELEM： 是否也生成单元和节点的控制键，若为0，如果存在相关的节点和单元，也生成相关的节点和单元，若为1，不生成节点和单元。
??IMOVE： 设置是否删除/新定义体，若为0，保留原来的体，生成额外的体，若为1，删除原来的体，创建新的体。

??相类似的操作命令有：KSYMM、LSYMM、ARSYM。

• VGEN

??使用功能：对体进行复制操作，在不同的坐标系中可实现平移阵列和环形阵列；
??使用格式：VGEN，ITIME，NV1，NV2，NINC，DX，DY，DZ，KINC，NOELEM，IMOVE。

其中：

??ITIME ： 重复生成的次数，默认值为2；
??NV1，NV2，NINC： 按增量 NINC 从NV1 到 NV2 将要进行对称镜像的体编号的范围，其中 NV1 也可以为 ALL、P 或元件名；
??DX，DY，DZ： 在当前激活坐标系中，体中各关键点坐标值的偏移量；
??KINC： 要生成关键点编号的增量，如果其值为0，由系统自动确定；
??NOELEM： 是否也生成单元和节点的控制键，若为0，如果存在相关的节点和单元，也生成相关的节点和单元，若为1，不生成节点和单元。
??IMOVE： 设置是否删除/新定义体，若为0，保留原来的体，生成额外的体，若为1，删除原来的体，创建新的体。

• TYPE

??使用功能：设置单元类型属性指示器，为随后生成的单元指定一个单元类型号。
??使用格式：TYPE，ITYPE，其中，ITYPE 为单元类型号。

• EXTOPT

??使用功能：由面单元生成体单元的相关控制选项。
??使用格式：EXTOPT，Lab，Val1，Val2，Val3。

其中，Lab 为识别控制选项的标签；Val1，Val2，Val3将根据Lab 的不同而变化。

• VEXT

??使用功能：通过给定偏移量由面生体。
??使用格式：VEXT，NA1，NA2，NINC，DX，DY，DZ，RX，RY，RZ。

其中：

??NA1，NA2，NINC：设置将要被拖拉面的范围，即按增量 NINC 从 NA1 增大到 NA2，其中，NA1 也可以为 ALL、P 或元件名；
??DX，DY，DZ：为在激活坐标系中，作用于关键点坐标值在X，Y和Z方向的增量 (其他坐标系下类似)；
??RX，RY，RZ：为在激活坐标系中，作用于关键点坐标值在X，Y和Z方向的缩放因子。

• NUMMRG

??使用功能：对实体进行合并 / Merges coincident or equivalently defined items 。
??使用格式：NUMCMP，Labels，TOLER，GTOLER，Action，Switch。

其中，Labels ： 合并操作选项，它可以为：NODE(节点)、ELEM(单元)、KP(关键点)、MAT(材料编号)、TYPE(单元类型)、REAL(实常数)、CP(耦合)、CE(约束方程) 或 ALL(以上全部)。

• NUMCMP

??使用功能：压缩所定义项的编号。
??使用格式：NUMCMP，Labels。

• CM

??使用功能：由所选实体生成一个组件 / Groups geometry items into a component.
??使用格式：CM，Cname，Entity。

其中：
??Cname： 创建的组件名称；
??Entity： 组件中的数据类型，它的值可以为：VOLU、AREA、LINE、KP、ELEM 或 NODE；

• ALLSEL

??使用功能：选择所有实体 / Selects all entities with a single command.
??使用格式：ALLSEL，LabT，Entity。

其中：
??LabT： 选择的类型，若为 ALL，选择所有指定的实体类型及其下层附属实体(默认方式)，若为 BELOW，选择所有直接相关的实体项及其下层的实体类型；
??Entity： 选择所依据的实体类型，它的值可以为：ALL(所有的实体类型)(默认方式)、VOLU、AREA、LINE、KP、ELEM 或 NODE；

2.2 创建上法兰内圈通孔环带单元

??按照上节步骤，可创建上法兰内圈通孔环带单元。

2.3 创建上法兰环带单元 (内圈+外圈 绑定)

??通过在上法兰外圈环带和内圈环带间建立约束，形成整体的上法兰环带单元。

2.3.3 定义实常数及接触单元类型

??ANSYS 支持刚体/柔体的面-面的接触单元，刚性面被当做“目标”面(Abaqus中的主面，粗网格硬材料为主面)，分别用 Target169 和 Target170 来模拟 2D 和 3D 的目标面，柔性体的表面被当做“接触”面（Abaqus中的从面），用 Conta171，Conta172，Conta173，，Conta174 来模拟。一个目标单元和一个接触单元叫做一个“接触对”，程序通过一个共享的实常数来识别“接触对”，给目标单元和接触单元指定相同的实常的号。

??在ANSYS GUI 中，目标面显示为粉色，接触面显示为绿色，如下所示：

??Abaqus使用单纯的主-从接触算法：从面上的节点不能侵入主面的任何部分。该算法对主面没有做限制，主面可以在从面的节点之间侵入从面。

??ANSYS 中几种接触单元如下：

• CONTA174 KEYOPT

??设置关键选项的格式：KEYOPT，ITYPE，KNUM，VALUE

??(2). KEYOPT(2) —— Contact algorithm

??(4). KEYOPT(4) —— Location of contact detection point

??(5). KEYOPT(5) —— CNOF/ICONT Automated adjustment

??(9). KEYOPT(9) —— Effect of initial penetration or gap

??(10). KEYOPT(10) —— Contact stiffness update

??(12). KEYOPT(12) —— Behavior of contact surface

• TARGE170 KEYOPT

??设置关键选项的格式：KEYOPT，ITYPE，KNUM，VALUE

??(2). KEYOPT(2) —— Boundary conditions for rigid target nodes

??0 – Automatically constrained by the program

??1 – Specified by user

• TSHAP

??使用功能：为目标单元 TARGE169 和 TARGE170 指定 2D 和 3D 几何表面。
??使用格式：TSHAP，shape。

其中：
??shape：为目标单元 TARGE169 和 TARGE170 指定几何形状。其有效的形状有：PILO(2D 或3D 引导节点)。

??使用提示：使用该命令可以生产面与面接触时的刚性目标面，对于 2D 是 TARGE169 、CONTA171 和 CONTA172，对于 3D 是 TARGE170 、CONTA173 和 CONTA174 。执行该命令后，其后生成的单元具有同样的形状，直到用另一个形状来代替。

2.3.4 创建接触单元

??由上所创建的上法兰内外圈环带单元如下：

2.4 创建下法兰外圈盲孔环带单元

2.4.3 体的创建、切分及删除

??以上命令运行后将得到如下几何体：

• CYL4

??使用功能：在工作平面上生成一个圆面或圆柱体。
??使用格式：CYL4，XCENTER，YCENTER，RAD1，THETA1，RAD2，THETA2,，DEPTH。

其中：
??XCENTER，YCENTER： 圆心在工作平面x和y方向的坐标值；
??RAD1，RAD2： 内、外半径；
??THETA1，THETA2： 开始、结束角度；
??DEPTH： 柱体高度。

?&emsp在 GUI 中，操作如下：

• KWPLAN

??使用功能：三个关键点定义一个工作平面
??使用格式：KWPLAN，WN，KORIG，KXAX，KPLAN。

其中：
??KORIG： Keypoint number defining the origin of the working plane coordinate system；
??KORIG： Keypoint number defining the x-axis orientation；
??KORIG： Keypoint number defining the working plane。
即分别为：工作平面坐标原点，工作平面x轴上的一点，位于工作平面上的任意一点。

2.4.3 划分网格

??(1). 划分面网格 —— 2D 网格

??以上命令运行后，将得到如下位置处的面网格：

• LCCAT

??使用功能：由多条线连成一条连接线，以便于面的映射网格划分。
??使用格式：LCCAT，NL1，NL2。

其中： NL1、NL2 ： 要连接的线号，也可以为 ALL、P或元件名。

??对于一个形状不规则且包含的边界线多余4条的面，在没有进行任何处理之前，是不能采用映射网格划分的。

• LSEL

??使用功能：选择一组线的子集。
??使用格式：LSEL，Type，Item，Comp，VMIN，VMAX，VINC，KSWP。

其中： Type： Label identifying the type of select / 选择类型的有效标签，它的值有：S、R、A、U、ALL、NONE、INVE、STAT，具体解释如下：

• VATT

??使用功能：给所选的体设置划分网格单元属性。/ Associates element attributes with the selected, unmeshed volumes.
??使用格式：VATT，MAT，REAL，TYPE，ESYS，SECNUM。

其中： MAT，REAL，TYPE，ESYS，SECNUM，具体解释如下：

??Material number, real constant set number, type number, coordinate system number, and section number to be associated with selected, unmeshed volumes.

??(2). 体网格的生成 —— 3D 网格

??以上命令运行后，将得到整个下法兰外圈环带单元，如下：

2.5 创建下法兰内圈通孔环带单元

??按照本文 2.1 节步骤，可创建下法兰内圈通孔环带单元。

2.6 创建下法兰环带单元 (内圈+外圈 绑定)

??通过在下法兰外圈环带和内圈环带间建立约束，形成整体的下法兰环带单元，与本文 2.3 节类似，所创建的下法兰单元如下所示：

2.7 创建外圈盲孔螺栓连接

2.7.1 创建垫片单元

??由此创建的单个垫片网格如下所示：

• VGLUE

??使用功能：体粘接。

??使用格式：VGLUE，NV1，NV2，NV3，NV4，NV5，NV6，NV7，NV8，NV9。

其中： NV1 … NV9 ： 要粘接的体号，也可以为 ALL、P或元件名。

??合并各体的公共点，公共边，实际上就是布尔操作，合并体，保留边界线，即 Abaqus 中 Merge >> Retain

• VSWEEP

??使用功能：利用与邻近的面单元采用扫略方式对体进行网格划分。

??使用格式：VSWEEP，VNUM，SRCA，TRGA，LSMO。

其中：
??VNUM： 体的编号，也可以为 ALL、P或元件名；
??SRCA： 源面的编号；
??TRGA： 目标面的编号。

2.7.2 创建螺栓杆单元

??螺栓杆采用梁单元建模，在ANSYS中，梁单元的截面显示：

??PlotCtrls >> Style >> Size and Shape >> 勾选 Display of element

2.7.3 创建螺栓间接触

2.7.4 创建螺栓垫片间接触

2.7.2.5 创建预紧单元

• ESURF

??使用功能：在存在已选择单元的自由表面上生成重叠单元。/ Generates elements overlaid on the free faces of selected nodes.

??使用格式：ESURF，XNODE，Tlab，Shape。

其中：
??Tlab： 用来在法线的合适方向生成目标和接触单元，其值可以为： TOP、BOTTOM 和 REVERS，TOP 表示在梁和壳单元的上表面生成沿法线方向相同的目标单元和接触单元(默认设置)。

• E

??使用功能：通过节点相连生成一个单元 / Defines an element by node connectivity.

??使用格式：E，I，J，K，L，M，N，O，P。

其中：I，J，K，L，M，N，O，P 分别为组成单元的节点编号。

??使用提示：注意节点顺序要符合ANSYS的规定，当前默认的 MAT、TYPE 等属性也将赋给生成的单元。

• ESLN

??使用功能：选中依附于所选节点上的单元。

??使用格式：ESLN，Type，EKEY，NodeType。

其中：Type 确定节点选择类型的标签，其值有S、R、A 和 U；

???EKEY 为节点选择控制键，若为0，选中至少有一个节点被选择的单元(默认)；若为1，只有单元中所有节点被选择，该单元才选中。

• PSMESH

??使用功能：生成预拉伸剖面网格。

??使用格式：PSMESH，SECID，Name，P0，Egroup，NUM，KCN，KDIR，VALUE，NDPLANE，PSTOL，PSTYPE，ECOMP，NCOMP。

其中：

??SECID： 唯一的剖面编号，并确定没有被指定给某个剖面；
??Name ： 唯一的不超过8个字符的描述性名称；
??P0： 预拉伸节点编号，如果不存在，将生成一个，默认的编号是最大节点编号+1；
??Egroup，NUM ： 将要处理的单元组，若 Egroup 为ALL，表示对所有选择的单元进行操作，并忽略 NUM。
??KCN ：对分离表面及其法向的坐标系参考编号；
??KDIR ：在 KCN 坐标系统中与分离面相垂直的方向(x、y 或 z)；
??VALUE ：沿 KDIR 轴线的点，用于分离表面的定位；
??NDPLANE ：用来确定分离表面且已存在的节点编号；

2.8 创建内圈通孔螺栓连接

??与 2.7 节类似，可创建内圈通孔垫片、螺栓以及螺栓与垫片间的接触。

2.9 创建垫片与法兰间的接触

??由此创建的接触单元如下所示：

3. 装配与约束创建

4. 施加边界条件

二. 加载与求解
三. 后处理