Ansys入門培訓(xùn)書 v1.0.doc

Ansys入門培訓(xùn)書背景以下介紹的都是Ansys 9.0版本。高版本在12.0后可能在圖形界面上有較大差異，但是編程命令方面應(yīng)不會(huì)顯著改變。有限元法文藝復(fù)興后的幾百年里，數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家一直在努力發(fā)現(xiàn)各類物理問題的基本規(guī)律，并用數(shù)學(xué)方程加以表述。他們做到了這一點(diǎn)，并且形成了相關(guān)的學(xué)問，并形成了數(shù)學(xué)物理，數(shù)學(xué)建模這些學(xué)問。然而不幸的是，雖然他們得到了很多基本方程，卻沒有獲得所有的解?，F(xiàn)實(shí)情況實(shí)在過于復(fù)雜，只有把現(xiàn)實(shí)問題假設(shè)再假設(shè)，簡(jiǎn)化再簡(jiǎn)化，才能得到為數(shù)不多的、形式漂亮的封閉解就是那種把所有參數(shù)代入一個(gè)解析式子就得到解數(shù)值的式子，與之相對(duì)的，是即使所有參數(shù)都代進(jìn)去，仍沒法直接得到結(jié)果，可能需要再求一次的式子（Closed Form Solution），例如著名波動(dòng)方程解，CMOS I-V特性之薩方程，等等。稍后，人們又想出了很多近似解析求解的方法，例如能量法、攝動(dòng)法，等等。但是能求解的問題還是很有限。因此，人們放棄了純解析（Analytical）求解，轉(zhuǎn)向數(shù)值（Numerical）方法。如果說經(jīng)典的解析求解像是一位高人以精準(zhǔn)無(wú)礙的思辯直達(dá)目標(biāo)，那么數(shù)值方法則與大眾的思維特征沒有兩樣由簡(jiǎn)到繁（時(shí)域、空間分解），有錯(cuò)就改（猜解、迭代、逼近），往復(fù)前進(jìn)。誕生于20世紀(jì)處的有限元正是這一思維特征的典型?？臻g上，它通過單元?jiǎng)澐职讶我鈴?fù)雜模型都劃成無(wú)數(shù)簡(jiǎn)單小模型的組合，求解時(shí)，它利用優(yōu)化過的算法（伽遼金法）進(jìn)行反復(fù)漫長(zhǎng)的迭代。剛剛誕生的有限元方法就像是一個(gè)食量驚人的嬰兒，因?yàn)橛?jì)算量太大而難以受到人們的青睞。直到20世紀(jì)中后葉，盼來(lái)了與之絕配的高速計(jì)算機(jī)技術(shù)以后，它才真正得以成長(zhǎng)。數(shù)值算法（包括有限元等）和計(jì)算機(jī)技術(shù)的聯(lián)袂崛起，是應(yīng)用物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)史上的雙重革命。應(yīng)用物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家積累數(shù)百年的推方程和解方程的本領(lǐng)似乎變得一錢不值（盡管這一點(diǎn)是否如此仍值得討論）。一切問題都被化解到最基本層面（例如梁理論可改由彈性理論求解），由最笨的方法，以驚人的計(jì)算量和計(jì)算速度，而非高超的數(shù)學(xué)技巧加以求解。除了基本方程外，理論公式中有很多都變成了學(xué)術(shù)界的花瓶，而不是產(chǎn)業(yè)界的螺絲釘。Ansys Ansys、Abacus等公司就是在這樣的革命浪潮中脫穎而出。與其說它們?cè)诩夹g(shù)上高人一等， 不如說它們?cè)趯?duì)商業(yè)運(yùn)作的本領(lǐng)上勝人一籌。因?yàn)樵谕粫r(shí)期，因?yàn)榭吹接?jì)算機(jī)技術(shù)給有限元帶來(lái)的生機(jī)，幾乎全世界，當(dāng)然也包括中國(guó)的應(yīng)用數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家都在醉心于這一新技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)上，而這種著迷之情在Ansys等公司先聲奪人后很快便消失殆盡?，F(xiàn)在中科院的數(shù)學(xué)所的研究者們?nèi)栽诮Y(jié)合更新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，如顯卡芯片（GPU）計(jì)算技術(shù)，開發(fā)、推廣相應(yīng)的有限元軟件。LS-DYNA也是同時(shí)期發(fā)展起來(lái)的有限元公司，它的特長(zhǎng)是分析大變形、強(qiáng)非線性、以及復(fù)雜接觸/非接觸問題。后來(lái)Ansys公司收購(gòu)了它，把LS-DYNA作為一個(gè)模塊放到軟件中。基礎(chǔ)軟件方面常識(shí)1）不區(qū)分大小寫。2） 區(qū)分全角半角! 請(qǐng)一定注意，不要用全角逗號(hào)、感嘆號(hào)，很多新手犯此錯(cuò)誤！2）用 ! 作注釋，只可逐行注釋，每新起一行要重新加!。 3）支持科學(xué)記數(shù)法，如1.5e6。4）支持命令縮寫至四個(gè)字符，如/solution可寫作/solu。5）支持簡(jiǎn)單函數(shù)，如sin( )，abs( )。6） 通用性強(qiáng)，可定制的選項(xiàng)多。壞處是什么事都得自己作（這一點(diǎn)它也在改進(jìn)）。好處是它可以算的問題也比專業(yè)性強(qiáng)的軟件（如Coventor等）要多。界面命令流輸入?yún)^(qū)行快捷按鈕區(qū)菜單區(qū)模型區(qū)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)的區(qū)域圖 1 Ansys的界面（Ansys 12.0以上的版本可能有不同，留待補(bǔ)充）兩種用法一種是用Ansys界面左側(cè)菜單中點(diǎn)命令的用法，學(xué)名GUI編程，俗稱“點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)”的方法。初學(xué)者喜歡，各類參考書上也多有介紹。但在程序需要反復(fù)修改、調(diào)試，相互傳閱時(shí)有所不便。另一種是命令流方式。就是預(yù)先把程序編好在一個(gè)文本文件里，后綴任意，然后導(dǎo)入它運(yùn)行，不通過GUI操作。適合編程者之間相互交流，需要一定時(shí)間上手。出于對(duì)實(shí)驗(yàn)室Ansys程序可繼承性的考慮，本文嚴(yán)重推薦并重點(diǎn)介紹這種方法。如果想在論壇上咨詢問題，貼命令流更有效。輸入命令流文件的方式有多種，簡(jiǎn)單的是在命令欄中敲: /input,filename,ext，或是直接復(fù)制代碼原文拷貝到命令欄中運(yùn)行。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其效果基本類似。但有時(shí)似乎略有區(qū)別。如發(fā)生一種方法總是明顯出錯(cuò)的情形，可嘗試另一種。有時(shí)GUI方法會(huì)比命令流方便。例如需要從已有模型中臨時(shí)選擇對(duì)象（以觀察其屬性）時(shí)，可以直接用鼠標(biāo)點(diǎn)所看到的對(duì)象。用多了就知道什么時(shí)候該用什么方法。其實(shí)每步GUI操作都對(duì)應(yīng)一個(gè)命令。用GUI法進(jìn)行每步（或全部）操作后，可在“當(dāng)前項(xiàng)目名.log”（缺省時(shí)為file.log）文件中看到這步（或全部）操作對(duì)應(yīng)的命令。這是學(xué)習(xí)Ansys命令的一個(gè)好方法。但有個(gè)例外，執(zhí)行GUI的選擇（select ）類操作后log文件中產(chǎn)生的那段（看起來(lái)莫名其妙的）命令，并不是命令流方法所應(yīng)用的命令。結(jié)構(gòu)和流程Ansys整個(gè)程序由各個(gè)模塊組成。最常用的有：1）prep7，前處理模塊，負(fù)責(zé)建模、定義材料參數(shù)、分網(wǎng)、加載荷和約束等。2）solu，求解模塊，負(fù)責(zé)求解。加載荷和約束也可以放在這里做。3）post1，靜態(tài)后處理，負(fù)責(zé)將解按所需方式運(yùn)算、畫圖、列表等，適用靜態(tài)問題。4） post26，動(dòng)態(tài)后處理，功能同上，適用動(dòng)態(tài)問題，例如求瞬態(tài)變化過程。進(jìn)入模塊時(shí)敲：/模塊名。退出模塊時(shí)敲：finish。以下是即為一個(gè)Ansys標(biāo)準(zhǔn)程序的基本流程，其中對(duì)prep7模塊的每個(gè)小步驟都進(jìn)行了細(xì)分。請(qǐng)讀者盡量遵守該編寫流程，便于形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。表 1 Ansys命令流程序的基本框架定義單元、材料參數(shù)和其它參數(shù)畫模型，分配單元和材料參數(shù)分網(wǎng)加約束加載荷(也屬solu模塊)求解看結(jié)果prep7模塊solution模塊post1（靜態(tài)），post26（動(dòng)態(tài)）（請(qǐng)參照“基本例子”快速了解該流程的更改）看幫助Ansys通用性強(qiáng)，可定制的選項(xiàng)多，因此看Ansys幫助不是一目了然。它會(huì)在講一個(gè)命令時(shí)說到其它相關(guān)的命令、設(shè)置和用法。總結(jié)起來(lái)使用心得如下。1）先熟悉Help-目錄部分，知道整體體系，知道在什么問題在什么地方查。Ansys Tutorials有很多GUI和命令流并茂的入門例子，可好好模仿學(xué)習(xí)。Verification Manual有大量命令流例子，這些本是用來(lái)驗(yàn)證Ansys結(jié)果和經(jīng)典理論一致性的，但本身也是命令流學(xué)習(xí)的好教材。由Verification Test Case Descriptions能看到每個(gè)例子的簡(jiǎn)單描述。很多時(shí)候它也是模擬某類問題時(shí)可以直接模仿的對(duì)象。ANSYS, Inc. Theory Reference中給出了每類問題的理論模型。如果編程時(shí)對(duì)某些命令的用法不明，不知道它對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)物理中的那步計(jì)算，有時(shí)可以在這里了解底細(xì)。這里也是學(xué)習(xí)物理的好場(chǎng)所，因?yàn)樗玫睦碚撃Ｐ投际乔уN百煉的，而且給出了參考文獻(xiàn)。圖 2 Ansys的Help目錄2）查某個(gè)命令的用法例如看D（加節(jié)點(diǎn)約束）這個(gè)命令的用法。先在索引中輸入D，選擇雙擊D Command，出來(lái)一個(gè)對(duì)話框，從中再雙擊D。其它命令類推。命令族圖 3 Ansys命令的幫助幫助首先會(huì)給出該命令的語(yǔ)法和各個(gè)位置可以填的值。如果它覺得在這里有說不清楚的地方就會(huì)在隨后的NOTES段中繼續(xù)交待。最后會(huì)在Menu Paths中給出GUI方式和命令流兩種方式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。請(qǐng)注意右上角紅圈部分，是該命令所屬的命令族，這個(gè)很有用。因?yàn)槟軓脑撁钭逯泻芸煺业狡渌愃泼睢＠缯业紻（畫方塊）的命令族FE Constraints（有限元節(jié)點(diǎn)約束命令族）后，就可以找到DLIST、DSYM等其它類似的常用命令。這樣可以舉一反三，迅速掌握一整套命令。有的命令前面要加*（屬于APDL類編程命令）表示，有的要加/（屬于系統(tǒng)級(jí)別的命令），加和不加完全是兩個(gè)命令。例如*set和set就是兩回事。有關(guān)各類常用命令詳細(xì)解說參見后文。3）幫助的詳細(xì)閱讀如果有充裕時(shí)間，或是有志于有限元模擬的熟練掌握，那么可以從Basic Analysis Guide開始依次看下來(lái)，直到Ansys Tutorials。這其中每一節(jié)都很有用。網(wǎng)絡(luò)論壇上有好學(xué)者嘗試將幫助翻譯成中文，可以搜索來(lái)看。此外各類市面上的教材、ppt等資料，很多時(shí)候都是幫助翻譯的翻版。找例子學(xué)習(xí)命令流時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)想找到一些直接可以模仿的完整程序例子。這些例子的來(lái)源有：1）從幫助的Structural Analysis Guide到Coupled-Field Analysis Guide各章，加上Ansys LS-DYNA Users Guide。2） Ansys Tutorials有很多GUI和命令流并茂的入門例子，可好好模仿學(xué)習(xí)。3）Verification Manual有大量命令流例子，這些本是用來(lái)驗(yàn)證Ansys結(jié)果和經(jīng)典理論之間一致性的。由Verification Test Case Descriptions能看到每個(gè)例子的簡(jiǎn)單描述。4）本文最后附的實(shí)驗(yàn)室已有實(shí)例。5）論壇上有很多現(xiàn)成的例子。請(qǐng)大家?guī)兔κ占⒄?、注釋以便相互交流。論壇Simwe論壇的Ansys區(qū)/index.php?gid=112中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)論壇的Ansys區(qū)/forum/index.php?gid=10018有限元常識(shí)有限元原理單元和節(jié)點(diǎn)單元就是有限元法（FEM）中的“元”。每類問題都有一種最合適的單元類型與之對(duì)應(yīng)。我們最常采用的單元類型有：plane42plane13solid45solid5、solid98（待續(xù)）最簡(jiǎn)單的2D力學(xué)單元最簡(jiǎn)單的2D耦合場(chǎng)單元最簡(jiǎn)單的3D力學(xué)單元最簡(jiǎn)單的耦合場(chǎng)單元學(xué)習(xí)中可參照help的Ansys Element Reference Element Characteristics Element Classifications，一目了然。詳細(xì)用法閱讀每個(gè)單元的help。需要指出，單元類型不是天經(jīng)地義的，是Ansys根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)澐植⒉粩嗾{(diào)整和補(bǔ)充的。如果某類特定問題的解析模型足夠簡(jiǎn)潔實(shí)用，那么它就可能反過來(lái)影響有限元技術(shù)。典型的例子如梁?jiǎn)卧?。人們?cè)谘芯苛簡(jiǎn)栴}時(shí)，很多時(shí)候都喜歡采用梁?jiǎn)卧?，而不是更底層的彈性單元，盡管只用彈性單元如plane42就可以精確算出梁的結(jié)果。這是因?yàn)榱豪碚撛诖藛栴}時(shí)更加簡(jiǎn)潔、高效和實(shí)用。如果某種典型模型的理論研究能夠達(dá)到梁理論這種高度，那么這類模型結(jié)構(gòu)就可能被抽象為為新的基本單元，比方說，矩形間隙電場(chǎng)單元、壓膜阻尼單元，等等。這些單元只用一個(gè)就能描述全部行為，而不必再細(xì)分為底層單元。圖 4 Ansys的單元和節(jié)點(diǎn)，以solid45單元為例 節(jié)點(diǎn)，就是單元相互連接的那個(gè)點(diǎn)。圖中的solid45單元就是以點(diǎn)I、J、K、L、M、O、P互連。但為什么非要是點(diǎn)，而不是線、面呢？3D六面體單元不是用面相互連接的嗎？這是因?yàn)?，人類目前的?jì)算機(jī)本質(zhì)上只能處理離散的數(shù)據(jù)，所有連續(xù)的數(shù)據(jù)都是用各種離散近似的方法去處理。如果以連接線、連接面來(lái)處理，就不可避免地要面對(duì)連續(xù)量互連問題?；蛟S未來(lái)的計(jì)算技術(shù)可以解決這個(gè)問題，但現(xiàn)在不能。有趣的是，我們?nèi)祟愖约旱乃季S卻可以處理連續(xù)數(shù)據(jù)，我們總是一整塊一整塊數(shù)據(jù)的處理，形成所謂印象、感覺之類的具有整體特征的覺識(shí)。 那么強(qiáng)行用點(diǎn)，來(lái)處理本來(lái)是應(yīng)該線、面連接的單元，會(huì)不會(huì)出問題呢？這就是有限元方法的妙處。它就能做到只用節(jié)點(diǎn)上的物理量，來(lái)描述單元的整體行為。換句話說，單元中任何點(diǎn)的行為都可以由節(jié)點(diǎn)上的量線性組合來(lái)表示。當(dāng)然，是近似的表示。不過模型劃分出的單元越小，這種近似就越準(zhǔn)確。具體原理可參見各類有限元教材。此外，確實(shí)也有些情況，只用節(jié)點(diǎn)量不能表示單元全貌，或是會(huì)引入很大誤差，所以有限元方法也仍在改進(jìn)和繼續(xù)研究中。 載荷和約束 力學(xué)問題中，約束相當(dāng)于位移，載荷相當(dāng)于力。電學(xué)問題中，約束相當(dāng)于電壓，載荷相當(dāng)于電流。其他物理問題依此類推。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎所有物理問題上，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的物理量總是這樣成對(duì)出現(xiàn)的，一個(gè)是自由度，一個(gè)是載荷。說白了，一個(gè)是輸入，一個(gè)是輸出。 約束少了或者錯(cuò)了，求解就失敗或者錯(cuò)誤。新手最容易忘掉任何一個(gè)力學(xué)模型必須至少有一點(diǎn)固支，因此常常碰到約束條件不夠無(wú)法求解的問題。 活用約束可以大大簡(jiǎn)化模型。例如，可以不畫出一個(gè)物體的反作用對(duì)象，而只是指定它們?cè)诮缑嫣幍募s束關(guān)系來(lái)求解問題。各類命令了解模塊 下表列出了最常見的四個(gè)模塊。每個(gè)模塊采用不同方法編寫而成，完成獨(dú)立功能。 定義單元、材料參數(shù)和其它參數(shù)畫模型，分配單元和材料參數(shù)分網(wǎng)加約束加載荷(也屬solu模塊)求解看結(jié)果prep7模塊solution模塊post1（靜態(tài)），post26（動(dòng)態(tài)） 用斜杠/加模塊名（可省略至前四個(gè)字符）進(jìn)入該模塊。例如，/prep7進(jìn)入預(yù)處理模塊，用/solu進(jìn)入計(jì)算求解模塊。 用finish退出當(dāng)前模塊。 各模塊包含的具體命令請(qǐng)到Ansys commands reference command groupings的查詢閱讀。準(zhǔn)備清除內(nèi)存finish/clear 這兩句一般放在命令流句首，方便頻繁調(diào)試用。如果不這么做，那么你在命令流輸入?yún)^(qū)中貼進(jìn)去的命令流就會(huì)從已有模型基礎(chǔ)上繼續(xù)往下算，這顯然不是我們想要的結(jié)果。定義單元 單元就是有限元法（FEM）中的“元”。每類問題都有一種最合適的單元類型與之對(duì)應(yīng)。我們最常采用的單元類型有：Plane42plane13solid45solid5、solid98最簡(jiǎn)單的2D力學(xué)單元最簡(jiǎn)單的2D耦合場(chǎng)單元最簡(jiǎn)單的3D力學(xué)單元最簡(jiǎn)單的耦合場(chǎng)單元選擇單元時(shí)可參照Ansys Element Reference Element Characteristcs Element Classifications。具體應(yīng)該閱讀每個(gè)單元的help的詳細(xì)說明。 認(rèn)準(zhǔn)單元后，即可定義它。et （定義單元，如et,1,plane42,3） 關(guān)于keyopt 因?yàn)橐粋€(gè)單元在不同問題中有不同用法，所以有時(shí)需要設(shè)置單元的Keyopt，使其最適合解決當(dāng)前問題。 一般只要留意其中的Element degrees of freedom和Element behavior項(xiàng)。 Element degrees of freedom常見于耦合場(chǎng)單元，用以選擇該單元的自由度，也就是節(jié)點(diǎn)上的物理量是什么。例如一個(gè)單元號(hào)稱算力問題又能算電磁問題，那么需要小心，它可能算了這個(gè)就不能算那個(gè)。具體它在這次問題中可以算哪個(gè)，就是用keyopt指定。 需要特別指出的是，熱（溫度）是一種很特殊的物理量。它既可以作為單元的自由度（U），也可以作為單元的體載荷（F）。很多時(shí)候?qū)嶙鳛轶w載荷反而更方便。比如常規(guī)的熱-機(jī)械耦合問題，就可以用plane42單元加溫度體載荷（bf）來(lái)建模，而不是非得用熱-機(jī)械耦合場(chǎng)單元plane13。 Element behavior用于說明該單元遵循哪種彈性力學(xué)假設(shè)。包括：plane stress（平面應(yīng)力假設(shè)），axisymmetric（軸對(duì)稱，用2D單元分析軸對(duì)稱3D問題），plane strain（平面應(yīng)變假設(shè)），plane stress with thickness input（帶厚度修正的平面應(yīng)力假設(shè)）。例如，如果想分析一個(gè)完全軸對(duì)稱的力學(xué)問題，往往可以只用平面單元加軸對(duì)稱keyopt設(shè)置即可，而不需要用三維單元建立三維模型。定義材料參數(shù) 常用命令完整見Ansys commands reference command groupings prep7 commands Table 2.26和Table 2.27） 常用的是mp命令。mp （定義線性材料參數(shù)，如mp,ex,1,170e9）定義其它參數(shù) 隨處可以定義新的標(biāo)量參數(shù)，便于編程和修改。= （如abc = 100）*set （如*set,abc,100) 實(shí)常數(shù)Real constant也是一種材料參數(shù)，是在mp和et外對(duì)單元的一種補(bǔ)充說明。有的單元用得到，有的不常用到。具體查閱每個(gè)單元的詳細(xì)說明。r （如r,1,100)畫模型 詳見help的Ansys commands reference command groupings prep7 commands Table 2.28 2.34 有兩種畫模型的方法。一種是直接畫幾何圖形建模。一種是用定義好的keypoint連接形成幾何模型。都有用，結(jié)合使用。table2.28: rectng（畫長(zhǎng)方形），cyl4（畫扇形和圓），block（畫長(zhǎng)方體）table2.29: k(畫點(diǎn))table2.31： l（用點(diǎn)連線），llist（列出所有線信息）table2.32: alist, aatt(給面分配單元)table2.33: vext（底面乘高法作體），vlist，vatttable2.34: aglue，vglue（膠合）,aovlap（重疊）nummrg（合并編號(hào)）/ numcmp（重排編號(hào)）簡(jiǎn)化和對(duì)稱 原則是能簡(jiǎn)化成2D的、對(duì)稱的，粗線條的模型就盡量簡(jiǎn)化。巧妙利用對(duì)稱性是重要的簡(jiǎn)化技巧。具體見Modeling and Meshing Guide Planning Your Approach。 利用對(duì)稱性擴(kuò)展模型的常用命令有：lsymm,arsym,vsymm。 利用對(duì)稱性簡(jiǎn)化模型的常用命令有：dsym 分配參數(shù) 詳見help的Ansys commands reference command groupings prep7 commands Table 2.37.Elements 以及Modeling and Meshing Guide Generating the Mesh Setting Element Attributes Assign Element Attributes Before Meshing 有兩種分配放方法。最常用的先建模后分配，用aatt或vatt。如aatt,1,1,1（給所選area分配1號(hào)材料參數(shù)、1號(hào)實(shí)常數(shù)和1號(hào)單元）。另一種是先分配后建模，用mat/type/r等。在某些特殊單元（如contact）建模時(shí)會(huì)用到。分網(wǎng) 分網(wǎng)是很難的。分網(wǎng)技術(shù)做得好的企業(yè)甚至能僅以此特長(zhǎng)而生。Ansys的分網(wǎng)并不是最好的，但是他也在不斷改進(jìn)。因?yàn)闆]有一種無(wú)所不能的分網(wǎng)技術(shù)。所以分網(wǎng)中有很多設(shè)置和技巧。 分網(wǎng)技巧參見help的Modeling and Meshing Guide Generating the Mesh 完整命令集見Ansys commands reference command groupings prep7 commands Table 2.35 常用命令有：xmesh(x泛指) / mshkey / mshape / smrtsize / lesize / esize / 自由分網(wǎng)：如果什么都不指定，就是自由分網(wǎng)。自由分網(wǎng)通?？偸遣捎萌切魏退拿骟w單元。用它們幾乎什么都模型都可以分得下去，普適性最強(qiáng)。 智能分網(wǎng)：電腦幫忙分。對(duì)于常見尺寸規(guī)則的模型，用智能分網(wǎng)省時(shí)省力。如smrtsize,n （n從1到10，越小分網(wǎng)越密），然后xmesh（x泛指，具體為lmesh/amesh/vmesh等） 映射分網(wǎng)：想分網(wǎng)分得好看，算得準(zhǔn)，最好映射分網(wǎng)。映射分網(wǎng)總是用四邊形和六面體單元。它分出的網(wǎng)就像用磚頭蓋出來(lái)的房子一樣。通常分網(wǎng)的缺省設(shè)置都不是映射分網(wǎng)，需要用mshkey和mshape命令來(lái)設(shè)置。如mshkey,1（必須map）或meshkey,2（有可能就map），然后xmesh。 如果希望自己特別指定element的尺寸時(shí)，可用esize/lesize/aesize，建議用lesize，優(yōu)先級(jí)最高。如lesize,all,1e-6 （指定尺寸為1um）或lesize,all,100（指定每條線分100份），然后xmesh。加約束和載荷 對(duì)于力學(xué)不熟悉的新手，最容易在這里遇到錯(cuò)誤。想把約束、載荷加得又準(zhǔn)又能簡(jiǎn)化模型，最好能先學(xué)好力學(xué)的基礎(chǔ)。 參見Basic Analysis Procedures Guide Loading 完整命令見Ansys commands reference command groupings solution commands Table 2.66 2.72 以及 Ansys commands reference command groupings prep7 commands Table 2.41和2.42d（約束） / dsym（對(duì)稱） / ic（初始條件）/ cp、ce（耦合約束）f（集中力） / sf（面力）、bf （體力）/ sfgrad（面力梯度） / fcum、sfcum（是否累加） istress（加預(yù)應(yīng)力） 耦合約束可用來(lái)指定一些特殊的約束行為。例如，要求某一面只沿x=0滑動(dòng)，要求某一面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍保持平面，等等。這些都屬于非固支類的耦合約束。結(jié)合cp/ce和該系列其它命令可以實(shí)現(xiàn)這些約束。 預(yù)應(yīng)力是很常見的問題。均勻預(yù)應(yīng)力用istress命令即可。非均勻可參見Basic Analysis Procedures Guide Loading Initial Stress Loading求解 到這里，開始進(jìn)入/solu模塊。事實(shí)上，約束和載荷也可以在這個(gè)模塊中加，沒有區(qū)別。 參見Basic Analysis Procedures Guide Solution 完整命令見Ansys commands reference command groupings solution commands Table 2.61、2.63、2.64和2.66solve（求解）/ eqslv（選擇求解器）/ antype（問題類型）/ solcontrol（求解優(yōu)化工具）nlgeom（開啟大變形）/ cnvtol（收斂精度）/ neqit（迭代次數(shù)）autots（自動(dòng)步長(zhǎng)）/ deltim（指定子步長(zhǎng)）/ nsubst（指定子步數(shù)）/ kbc（載荷階躍還是漸升）/ time（指定載荷步長(zhǎng)）outres / outprmodopt（模態(tài)求解設(shè)置）/ mxpand（待求模態(tài)數(shù)） 關(guān)于線性靜態(tài)問題：solve即可。指定antype,static可節(jié)約時(shí)間，也可不指定。 關(guān)于非線性問題，參見Structural Analysis Guide Nolinear Strctural Analysis 和 Basic Analysis Procedures Guide Loading。大應(yīng)變（如固支梁）和大撓度（如梁撓度0.5%）問題很多時(shí)候都可能是非線性的。尤其要注意要開啟 nlgeom,on ，否則結(jié)果會(huì)有顯著誤差。另注意solid5、solid98等耦合場(chǎng)單元只有在純機(jī)械分析時(shí)候才具備大形變效應(yīng)。載荷步、子步和平衡迭代 可以這樣來(lái)簡(jiǎn)單地理解： 靜態(tài)問題里，每加載solve一次就是一個(gè)loadstep。可以將每個(gè)loadstep再分為幾個(gè)小的substep，把本來(lái)一次加上去的靜態(tài)載荷按substep數(shù)逐次漸變或一次階躍（由kbc決定）加載，前一個(gè)substep的解是后一個(gè)substep的初始條件，最終結(jié)果由各substep解求和（積分）得到。這樣能提高精度和可解性（尤其對(duì)某些非線性問題）。Loadstep和substep本身步長(zhǎng)（時(shí)間長(zhǎng)度）沒有實(shí)際物理意義，只是反應(yīng)出分步加載的過程。Substep數(shù)可以自己指定（nsubst或deltim），也可以自動(dòng)計(jì)算（autots）。 瞬態(tài)問題與靜態(tài)問題類似。對(duì)于時(shí)變載荷，只能以按時(shí)間分段的形式一個(gè)一個(gè)loadstep的依次施加。每個(gè)loadstep的步長(zhǎng)即為該段載荷的時(shí)間，用time指定。而這里子步substep的作用則是為了提高每個(gè)loadstep的求解精度和收斂性。這里autots開啟后不僅可以自動(dòng)子步長(zhǎng)，而且可以應(yīng)用二分法優(yōu)化子步長(zhǎng)度促成收斂。Substep的步長(zhǎng)取值需要更加謹(jǐn)慎和細(xì)致，以保證積分后的瞬態(tài)解的準(zhǔn)確度。同樣用kbc指定每個(gè)loadstep的載荷是階躍的，還是漸變的。 非線性問題中程序要用到迭代算法。迭代的收斂條件由cvntol指定，最大迭代次數(shù)由neqit決定。反復(fù)迭代后仍不收斂則求解失敗。 模態(tài)問題里，substep對(duì)應(yīng)的是各個(gè)模態(tài)的解。看結(jié)果 解完后可進(jìn)入靜態(tài)后處理模塊/post1看靜態(tài)結(jié)果，或瞬態(tài)后處理模塊/post26看時(shí)變結(jié)果。參見Basic Analysis Procedures Guide The General Postprocessor 和 The Time-History Postprocessor 完整命令見Ansys commands reference command groupings post1 和 post26 常用命令包括：plnsol（畫等位線云圖）/ pldisp（畫變形圖）/ set（指定要讀取哪些結(jié)果）/ nsol、esol（讀取解）path（定義path名） / plpath（定義path始末點(diǎn)）/ pdef（定義path內(nèi)容）/ pcalc（path運(yùn)算）/ prange（指定path的x軸項(xiàng)）prvar（作變量-時(shí)間曲線）通用命令 通用命令不隸屬于哪個(gè)模塊。它們隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)。 主要可分為幾大系列。select系列（選擇）、delete系列（刪除），plot系列（畫出所選對(duì)象情況）list系列（列出所選對(duì)象數(shù)據(jù)信息），pl系列（結(jié)果畫成圖和曲線），pr系列（結(jié)果顯示到小黑窗中）。select系列 select系列最為常用，幾乎每次必用。完整命令見Ansys commands reference command groupings database Table 2.6和2.7。用GUI方式進(jìn)行select，在模型簡(jiǎn)單的時(shí)候顯然是直觀而方便的，但是Ansys提供了名目繁多的batch方式的select命令和技巧，熟悉和掌握以后將使batch方式的select更勝一籌。常見的命令有：alls（全選）/ xsel（x泛指，選某一類entity，如asel,nsel）/ xsly（x、y泛指，選y中的x，如選面中的線lsla）cm (把選好的內(nèi)容定義為一個(gè)組元) / cmsel（選組元） 特別注意，如果用國(guó)際單位畫微小尺寸結(jié)果時(shí)，有一個(gè)選擇精度問題。尺寸太小時(shí)，容易選不準(zhǔn)。如nsel,s,loc,x,100這個(gè)命令是要選擇在x=100位置的所有node。但按Ansys的默認(rèn)規(guī)定，這樣的寫法只能保證100*0.005%的容差。結(jié)果會(huì)把99.5x100的node（如果有）也選入。保險(xiǎn)起見可以采用nsel,s,loc, x,100-0.001,100+0.001的方法，當(dāng)然其中的0.001可以預(yù)先定義成一個(gè)標(biāo)量。 為保險(xiǎn)起見，新手每次選出一些對(duì)象進(jìn)行操作后，請(qǐng)最好再用alls命令進(jìn)行全選，保證下次在此選擇時(shí)仍是在全集基礎(chǔ)上進(jìn)行，而不是在已有對(duì)象基礎(chǔ)上進(jìn)行。新手極易犯此錯(cuò)誤。其他系列 其他系列通用命令，如plot、list和delete、pl、pr系列等，在調(diào)試時(shí)也很頻繁使用。 其中plot、list和dele這三個(gè)系列的的命名規(guī)則和select系列一樣，即x+系列名規(guī)則。x可以是：n,k,l,a,v / f,sf,bf,d / pa（路徑）等等。所以我們只要看到aplot，dlist,adele，就能大致猜出它是干什么用的。 有區(qū)別的是pl、pr系列。它們是pl+y的命名規(guī)則，y可以是nsol（節(jié)點(diǎn)結(jié)果）、esol（單元結(jié)果）、path（路徑）、var（變量）。具體已在上面說過。APDL命令 APDL相當(dāng)于Ansys自己的“程序語(yǔ)言”，使batch命令流的使用更加方便。參見APDL Programmers Guide。 完整APDL命令見APDL Programmers Guide APDL Command Reference 常用的有：*do，*enddo（循環(huán)）/ if，endif（判斷）/*cfopen（打開文件）/ *vwrite（寫文件）/ *cfclose（關(guān)閉文件）*get（獲得一切可能的參數(shù)）node(x,y,z)（選取x,y,z處的節(jié)點(diǎn)）nx(a) （選取x=a處的節(jié)點(diǎn)，ny、nz類推） 用*do 和 *enddo可以實(shí)現(xiàn)跨模塊的循環(huán)。該循環(huán)體內(nèi)可包容多個(gè)模塊，如/prep，/solu等。該功能在參數(shù)式分析較為有用。菜單和鍵盤操作 這里只說幾個(gè)最常用的菜單操作。這些操作都有對(duì)應(yīng)命令，但因?yàn)樗鼈兺钦{(diào)試的時(shí)候臨時(shí)用到，所以不值得敲命令，直接從菜單調(diào)出來(lái)用很方便。List - Picked Entities （快速選擇對(duì)象很方便）PlotCtrols - Numbering （花花綠綠顯示模型）PlotCtrols - Symbol （花花綠綠顯示模型上的力和約束情況，檢查有沒有加對(duì)）PlotCtrols - Style - Displacement Scaling （夸張顯示結(jié)果，尤其適合變形超小的結(jié)果）PlotCtrols - Hard Copy （把結(jié)果圖拷貝出來(lái)，可以反色）Parameters - Scalar Parameters （迅速看已經(jīng)定義了哪些量）按住Ctrl + 滾輪 / 左鍵 / 右鍵 （調(diào)整模型視角）編程實(shí)例基本例子雙固梁受分布力! - 預(yù)備finish! 結(jié)束可能駐留的模塊/clear,start! 清楚當(dāng)前內(nèi)存，開始新程序/prep7! 進(jìn)入prep7（前處理）模塊! - 定義材料參數(shù)、單元類型和其它所需參數(shù)mp,ex,1,170e9! 定義1號(hào)單元的楊氏模量為170e9mp,prxy,1,0.28! 定義1號(hào)單元的泊松比為0.28et,1,plane42,2! 1號(hào)單元是plane42單元，它的keyopt(3)是2（意思是，采用平面應(yīng)變假設(shè)）beamdepth=0.0004! 梁厚是0.0004beamlength=0.002! 梁長(zhǎng)是0.002! - 畫模型rectng,0,beamlength,0,beamdepth ! 頂點(diǎn)法畫矩形梁，x坐標(biāo)從0到length，y坐標(biāo)從0到h1/replot! 重畫一下(這個(gè)命令可用可不用，畫好以后屏幕會(huì)閃一下顯示模型全貌)! - 分配單元、材料參數(shù) （有兩種辦法，下面這個(gè)是容易理解和容易統(tǒng)一的方法）asel,s,area,1! 選取要分配的areaaatt,1! 所選的area上分配為1號(hào)element，同時(shí)也就分配到了1號(hào)element的材料參數(shù)asel,all!每次用select系列命令時(shí)，在最后要養(yǎng)成習(xí)慣把操作過的entity（如area,node等）再全選一次! - 分網(wǎng)meshsize=8e-5 ! 隨處可以根據(jù)需要定義新的參數(shù)lesize,all,meshsize! element在area邊界上的邊長(zhǎng)為meshsizemshkey,1! 選擇map分網(wǎng)，比f(wàn)ree分網(wǎng)更整齊，也就更利于計(jì)算，但是對(duì)待分網(wǎng)area有特殊要求amesh,all! 對(duì)所選area進(jìn)行分網(wǎng)! - 加約束和載荷alls! 全選nsel,s,loc,x,0! 選擇(s)在x=0處的nodedsym,symm,x! 以x=0為偶對(duì)稱反射軸alls! 全選nsel,s,loc,x,beamlength! 選擇最右端的梁表面上所有節(jié)點(diǎn)d,all,all! 將所選節(jié)點(diǎn)的所有自由度（ux,uy）置為0，也就是“固支”的意思。既偶對(duì)稱，右端又被固支，實(shí)際上這就變成一個(gè)具有一半模型的雙端固支梁?jiǎn)栴}。nsel,r,loc,y,0! 繼續(xù)(r)選擇y=0處的node,也即選中了(x=0,y=0)的nodealls! 全選fcum,add! 將集中力f的加載方式選為add式（累加），缺省方式為replace（替代）*do,i,1,beamlength/meshsize+1! 用循環(huán)方式逐點(diǎn)(node)加集中力，這樣可以實(shí)現(xiàn)不規(guī)則分布的外力載荷；這屬于APDL命令f,node(meshsize*(i-1),0,0),fy,-10! 在坐標(biāo)為()的node上加y方向的大小為-10的集中力*enddofcum,repl! 把加力方式改回replace式alls! 雖然不需要，但是養(yǎng)成習(xí)慣還是全選一次(allsel)finish! 至此prep7（前處理）工作完成，也即模型建好! - 求解/solu! 進(jìn)入solution（求解）模塊antype,static! 求解類型為靜態(tài)問題，該命令可選，用了能一定程度節(jié)省時(shí)間，明晰思路solve! 求解finish! 求解結(jié)束! - 看結(jié)果/post1! 進(jìn)入post1(靜態(tài)后處理)模塊plnsol,sx! 畫x向應(yīng)力的分布云圖純力學(xué)靜態(tài)梁受分布力! 注意 beamlength 和 prestrain 的修改保持正確且一致finish/clear,start/prep7beamlength = 100e-6prestrain = 200e-6!prestrain = 520e-6mp,ex,1,170e9mp,prxy,1,0.28et,1,plane42rectng,0,beamlength/2,2e-6,4e-6!aglue,all!numcmp,allasel,allaatt,1lesize,all,2*2e-7amesh,allnsel,allnsel,s,loc,x,-1e-10,1e-10d,all,ux,-prestrain*beamlength/2d,all,uy,0nsel,allnsel,s,loc,x,beamlength/2-1e-10,beamlength/2+1e-10dsym,symm,xnsel,allnsel,s,loc,y,2e-6-1e-10,2e-6+1e-10sf,all,pres,-100000*1nsel,all/soluantype,staticnlgeom,onsolve/post1padele,allpath,botu,2,100path,botdu,2,100path,botv,2,100path,botdv,2,100path,botdv22,2,100path,botsx,2,100path,botepelx,2,100path,botsy,2,100path,botsxy,2,100path,bots1,2,100path,bots2,2,100path,caltemp,2,100ppath,1,node(0,3e-6,0)ppath,2,node(beamlength/2,3e-6,0) pdef,botu,u,xpcalc,deri,botdu,botu,s!本例中驗(yàn)證了在大形變中ds/dx = du/dx + 0.5*(dv/dx)2pdef,botv,u,ypdef,botsx,s,xpdef,botsy,s,ypdef,botepelx,epel,xpdef,bots1,s,1pdef,bots2,s,2pdef,botsxy,s,xypcalc,deri,botdv,botv,spcalc,mult,botdv22,botdv,botdv,0.5pcalc,add,caltemp,botdv22,botduplpath,botsx,botsy,botsxyplpath,botdv22,botdu,botepelxplpath,botv*get,vmax,node,node(beamlength/2,3e-6,0),u,y板受分布力! 板受完整載荷小撓度模型的驗(yàn)證算例finish/clear,start/prep7pl = 8000e-6pw = 6000e-6ph = 400e-6lesize = ph/4tol = 1e-10mp,ex,1,170e9mp,prxy,1,0.28et,1,solid45block,-pl/2,pl/2,-ph/2,ph/2,-pw/2,pw/2allslesize,all,lesizevmesh,allallsnsel,s,loc,z,0-tol,0+tolnsel,r,loc,x,0-tol,0+told,all,allallsfcum,add*do,i,1,pl/lesize+1 *do,j,1,pw/lesize+1 x=-pl/2+(i-1)*lesize y=-pw/2+(j-1)*lesize x1 = x - lesize/2 x2 = x + lesize/2 y1 = y - lesize/2 y2 = y + lesize/2 alls nsel,s,node,node(x,-ph/2,y) ! 注意ansys的坐標(biāo)軸約定與理論模型不同 f,all,fx,-x*1e8*lesize*lesize ! 注意外力與內(nèi)力邊界條件符號(hào)不同 f,all,fz,-y*1e8*lesize*lesize f,all,fy,lesize*lesize*1e14*(12*x*x-pl*pl)*(12*y*y-pw*pw)! f,all,fy,lesize*lesize*1/4*1e14*(12*x1*x1-pl*pl)*(12*y1*y1-pw*pw)+(12*x1*x1-pl*pl)*(12*y2*y2-pw*pw)+(12*x2*x2-pl*pl)*(12*y1*y1-pw*pw)+(12*x2*x2-pl*pl)*(12*y2*y2-pw*pw) *enddo*enddo!fcumalls/soluantype,static!nlgeom,onsolvefini/post1!pldisppadele,allpath,botu,2,100path,botv,2,100path,botw,2,100path,botj,2,100path,botr,2,100path,sx,2,100ppath,1,node(0,0*ph,0)ppath,2,node(pl,0*ph,0) pdef,botu,u,xpdef,botw,u,ypcal,deri,botj,botv,spcal,deri,botr,botj,spdef,sx,s,xpdef,sy,s,yplpath,botwplnsol,uy應(yīng)力計(jì)受力! 應(yīng)力計(jì)二維建模fini/clear,start/prep7bl = 250e-6! 單臂長(zhǎng)、寬bw = 5e-6jl = 28e-6! 加固筋長(zhǎng)、寬jw = 10e-6vl = 61e-6! 中軸長(zhǎng)、寬vw = 5e-6loc1 = 4e-6! 各支在中軸上位置loc2 = 8e-6loc3