Ansys基礎(chǔ)教程-1簡(jiǎn)介、理論基礎(chǔ)、分析過(guò)程

1、ANSYS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程ANSYS公司公司. ANSYS產(chǎn)品家族的開(kāi)發(fā)者產(chǎn)品家族的開(kāi)發(fā)者總部位于總部位于Canonsburg, PA - USA （匹茲堡南部）（匹茲堡南部）最新版本：最新版本：14.0第一章第一章 ANSYS簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計(jì)算軟件，是世界上著名的大型通用有限元計(jì)算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊；它包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊； 優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)： 具有強(qiáng)大的求解器和前、后處理功能。具有強(qiáng)大的求解器和前、后處理功能。為我們解決復(fù)雜、龐大的工程項(xiàng)目和致力于高水平的科為我們解決復(fù)雜、龐大的工程項(xiàng)目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個(gè)

2、優(yōu)良的工作環(huán)境研攻關(guān)提供了一個(gè)優(yōu)良的工作環(huán)境; ; ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力。程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力。僅靠?jī)H靠ANSYSANSYS的的GUI(GUI(圖形界面圖形界面) )就可建立各種復(fù)雜的幾何模就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；型； ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口。還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口。實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換； 一、主要功能一、主要功能1. 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 1） 靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析 - 用于靜態(tài)載荷用于靜態(tài)載荷. 可以考慮結(jié)構(gòu)的線性可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為。及非線性行為。 線性結(jié)構(gòu)靜力分析線性

3、結(jié)構(gòu)靜力分析 非線性結(jié)構(gòu)靜力分析非線性結(jié)構(gòu)靜力分析 幾何非線性：大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力強(qiáng)化、旋幾何非線性：大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力強(qiáng)化、旋轉(zhuǎn)軟化轉(zhuǎn)軟化 材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、多線性彈性、蠕變、腫脹等多線性彈性、蠕變、腫脹等 接觸非線性：面面接觸非線性：面面/點(diǎn)面點(diǎn)面/點(diǎn)點(diǎn)接觸、柔體點(diǎn)點(diǎn)接觸、柔體/柔體柔體剛體接觸、熱接觸剛體接觸、熱接觸 單元非線性：死單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼線性阻尼/彈簧元、預(yù)緊力單元等彈簧元、預(yù)緊力單元等 2）動(dòng)力學(xué)分析）動(dòng)力學(xué)分析 模態(tài)分析模態(tài)分析 - 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)

4、的自振頻率及振形計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形. 譜分譜分析析 是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由于隨機(jī)振動(dòng)引是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由于隨機(jī)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變 (也叫作也叫作 響應(yīng)譜或響應(yīng)譜或 PSD). 諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)分析 - 確定線性結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間按正弦曲線變確定線性結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng)化的載荷的響應(yīng). 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 - 確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng)荷的響應(yīng). 可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為行為. 隨機(jī)振動(dòng)分析等隨機(jī)振動(dòng)分析等 3）專項(xiàng)分析）專項(xiàng)分析: 斷裂分

5、析斷裂分析, 復(fù)合材料分析，疲勞分析，復(fù)合材料分析，疲勞分析，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析，可靠性分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析，可靠性分析5、耦合場(chǎng)分析、耦合場(chǎng)分析熱熱-應(yīng)力分析；壓電分析（電場(chǎng)和結(jié)構(gòu)）；聲學(xué)分析（流應(yīng)力分析；壓電分析（電場(chǎng)和結(jié)構(gòu)）；聲學(xué)分析（流體和結(jié)構(gòu)）；熱體和結(jié)構(gòu)）；熱-電分析；感應(yīng)加熱（磁場(chǎng)和熱）；靜電電分析；感應(yīng)加熱（磁場(chǎng)和熱）；靜電-結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析2、 熱分析熱分析熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量。是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量。可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射?？赡M三種

6、熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。3、電磁分析、電磁分析電磁分析用于計(jì)算電磁裝置中的磁場(chǎng)電磁分析用于計(jì)算電磁裝置中的磁場(chǎng)4、流體分析、流體分析計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)：用于確定流體中的流動(dòng)狀態(tài)和溫用于確定流體中的流動(dòng)狀態(tài)和溫度度聲學(xué)分析：聲學(xué)分析：用于模擬流體介質(zhì)和周圍固體的相互作用。用于模擬流體介質(zhì)和周圍固體的相互作用。二、主要模塊構(gòu)架二、主要模塊構(gòu)架電磁電磁線性結(jié)構(gòu)分析線性結(jié)構(gòu)分析第二章第二章 ANSYS理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 有限元方法有限元方法幾何離散單元特征分析構(gòu)造位移函數(shù)構(gòu)造位移函數(shù)單元應(yīng)變能單元應(yīng)變能單元外力功（單元等效節(jié)點(diǎn)力）單元外力功（單元等效節(jié)點(diǎn)力）單元集成：系統(tǒng)

7、的總勢(shì)能變分處理：系統(tǒng)的平衡方程（組）應(yīng)用位移邊界條件求出節(jié)點(diǎn)位移由節(jié)點(diǎn)位移求出單元的應(yīng)變、應(yīng)力一、有限元求解過(guò)程一、有限元求解過(guò)程首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的平面問(wèn)題：pStep 1. 幾何離散幾何離散采用采用3節(jié)點(diǎn)三角形節(jié)點(diǎn)三角形單元單元662211vuvuvuq整體節(jié)點(diǎn)整體節(jié)點(diǎn)位移列陣位移列陣p體力：重力（密度）厚度：t0p p表面力單位體積力0gb112266xyxyxyPPPPPPP整體等效節(jié)整體等效節(jié)點(diǎn)力列陣點(diǎn)力列陣Step 2. 單元分析單元分析構(gòu)造單元位移構(gòu)造單元位移函數(shù)函數(shù)位移函數(shù)（模式）位移函數(shù)（模式）: :刻畫(huà)單元內(nèi)位移分布刻畫(huà)單元內(nèi)位移分布(x,y)狀態(tài)狀態(tài) 合理選擇一種函數(shù)來(lái)逼近

8、這種分布是有限元分析計(jì)算過(guò)程中關(guān)鍵性的合理選擇一種函數(shù)來(lái)逼近這種分布是有限元分析計(jì)算過(guò)程中關(guān)鍵性的一環(huán)。一環(huán)。 在實(shí)際應(yīng)用中普遍采用的是多項(xiàng)式函數(shù)，這是因?yàn)槎囗?xiàng)式函數(shù)的數(shù)學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中普遍采用的是多項(xiàng)式函數(shù)，這是因?yàn)槎囗?xiàng)式函數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算（微分和積分）比較方便，而且所有光滑函數(shù)的局部都可以用多項(xiàng)式來(lái)運(yùn)算（微分和積分）比較方便，而且所有光滑函數(shù)的局部都可以用多項(xiàng)式來(lái)逼近。逼近。 關(guān)于多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)和階次，要根據(jù)單元的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)和有關(guān)解的收關(guān)于多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)和階次，要根據(jù)單元的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)和有關(guān)解的收斂性要求來(lái)確定。對(duì)于平面問(wèn)題，位移函數(shù)如下：斂性要求來(lái)確定。對(duì)于平面問(wèn)題，位移函數(shù)如下：2212345

9、622123456uxyxyxyvxyxyxy 123123uxyvxy112131212232312333uxyuxyuxy構(gòu)造位移函數(shù)：對(duì)u利用節(jié)點(diǎn)條件： i j m11231212323123312aaaubbbuAcccu11231212323123312aaavbbbvAcccv同理可得：因此：1111222233331111222233331()()()21()()()2uab xc y uab xc y uab xc y uAvab xc y vab xc y vab xc y vA結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)位移由單元節(jié)點(diǎn)位移確定結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)位移由單元節(jié)點(diǎn)位移確定ijmmjij

10、mimjax yx ybyycxx)(21ycxbaANiiii111232123233000000uvNNNuuNNNvvuv ( , )( , )ex yx yuNqN單元形狀函數(shù)矩陣qe 單元節(jié)點(diǎn)位移矩陣 0( , )( , )0 ( , ) xyxyxu x yx yv x yyyx應(yīng)變矩陣123123 0 0 0 0( , ) 0 0 0 0 xNNNx yNNNyyx BNStep 2. 單元分析單元分析應(yīng)變應(yīng)變結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)由單元節(jié)點(diǎn)位移確定結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)由單元節(jié)點(diǎn)位移確定 ( , )( , )( , )eex yx yx y uNqBq1231231

11、23112233 0 0 01( , )0 0 0 2 bbbx ycccAcbcbcbBBBB312112233112233 0 0 00 0 0 bbbccccbcbcbBBB21 0( , ) 1 0( , )11-0 0 2xxyyxyxyEx yx yD平面應(yīng)力：Step 2. 單元分析單元分析應(yīng)力應(yīng)力( , )( , )( , )( , )eex yx yx yx yDDBqSq 123123( , ) x y SDBD BBBSSS2 2 (1)1-1- 22iiiiiiiibcEbcAcbSDB應(yīng)力矩陣結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)由單元節(jié)點(diǎn)位移確定結(jié)論：?jiǎn)卧獌?nèi)部每一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)由

12、單元節(jié)點(diǎn)位移確定單元應(yīng)變能：111222TTTeeeeSUdVdVtdxdy D D111 222TTTeeeeTeeTeeeeSSUtdxdytdxdyqB DBqqB DBqqK qStep 3. 確定單元節(jié)點(diǎn)位移確定單元節(jié)點(diǎn)位移單元?jiǎng)菽軉卧獎(jiǎng)菽?11213212223313233 eeeeeTTeeeSeeetdxdytAKKKKB DBB DBKKKKKK單元?jiǎng)偠染仃?11 22114 (1) 22rsrsrsrseTrsrsrsrsrsrsb bc cb cc bEtKtAAb cc bc cb bB DB( ,1,2,3)r s TTTTTTeeeeppeeeSSWdVdAdVdA

13、u bu pq N bq N pTTTTTTeeeeppeeeSSlWdVdAtdxdytdlqN bN pqN bN p TTTeepeeeeSlWtdxdytdlq PPN bN p單元等效節(jié)點(diǎn)力列陣單元外力功：?jiǎn)卧饬Γ篕qqTeeUU2141eeTeeUqKq21擴(kuò)充疊加12TTUW q Kqq P41eTeWWq PTeeeW q P擴(kuò)充疊加Step 3. 確定單元節(jié)點(diǎn)位移確定單元節(jié)點(diǎn)位移單元集成單元集成系統(tǒng)勢(shì)能關(guān)于單元?jiǎng)偠染仃嚨臄U(kuò)充疊加12310 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 01 0 0 020 0 eeemmmimjeTnneeeimiiijeejmjiUK

14、KKq KquuuuuKKKKKK1231 00 0 0 0 0 0nenjjuuuuumijmijeeTeeUqKq21單元編號(hào) mij關(guān)于單元等效節(jié)點(diǎn)載荷列陣的擴(kuò)充疊加TeeeW q P12310 0emeTenniejWPq PuuuuuPPmij單元編號(hào) mi Programs ANSYS 10.0 ANSYS Products Start Programs ANSYS 10.0 ANSYS Products LauncherLauncher二、二、 ANSYS啟動(dòng)啟動(dòng)File ManagementFile Management標(biāo)簽用于指定工標(biāo)簽用于指定工作目錄作目錄( (用戶文件用戶

15、文件存放的地方存放的地方) )和用和用戶選擇的作業(yè)名戶選擇的作業(yè)名. .Customization標(biāo)簽允許設(shè)置標(biāo)簽允許設(shè)置內(nèi)存選項(xiàng)內(nèi)存選項(xiàng).Preferences標(biāo)標(biāo)簽 用 于 設(shè) 置簽 用 于 設(shè) 置GUI 語(yǔ)言和指語(yǔ)言和指定圖形驅(qū)動(dòng)設(shè)定圖形驅(qū)動(dòng)設(shè)備備.也可以在啟動(dòng)也可以在啟動(dòng)時(shí)讀入配置文時(shí)讀入配置文件件start.ans.公用菜單公用菜單圖形區(qū)圖形區(qū)主菜單主菜單命令窗口命令窗口當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前狀態(tài)用戶提示信息用戶提示信息快捷命令圖標(biāo)快捷命令圖標(biāo)模型控制工具條模型控制工具條輸出窗口輸出窗口選擇對(duì)話框選擇對(duì)話框 ( M a i n M e n u Preferences)允許用戶允許用戶過(guò)濾菜單，

16、從而刪除當(dāng)過(guò)濾菜單，從而刪除當(dāng)前分析不需要的功能。前分析不需要的功能。例如，如果用戶要進(jìn)行一次熱分析例如，如果用戶要進(jìn)行一次熱分析 ，可以選擇過(guò)濾其它科目，可以選擇過(guò)濾其它科目，以便以便GUI GUI 方式下菜單項(xiàng)內(nèi)容精簡(jiǎn)：方式下菜單項(xiàng)內(nèi)容精簡(jiǎn)：在單元類型選擇對(duì)話框中只顯示熱單元類型。只顯示熱載荷，等等菜單過(guò)濾菜單過(guò)濾二、二、 ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)與文件數(shù)據(jù)庫(kù)與文件 jobname.log:日志文件日志文件 包括了運(yùn)行過(guò)程中的每一個(gè)命令。 如果用同樣的作業(yè)名在同一目錄中開(kāi)始另一輪操作, ANSYS 將增添原先的日志文件 (作一個(gè)時(shí)間標(biāo)記)。注意：注意：LogLog文件是文本文件，再現(xiàn)同樣的一個(gè)分析

17、過(guò)文件是文本文件，再現(xiàn)同樣的一個(gè)分析過(guò)程，可以通過(guò)編輯得到分析過(guò)程的命令流。例如通過(guò)程，可以通過(guò)編輯得到分析過(guò)程的命令流。例如通過(guò)改變一些命令的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單意義上的所謂參改變一些命令的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單意義上的所謂參數(shù)化分析和建模。數(shù)化分析和建模。ANSYSANSYS讀入命令流的菜單命令是：讀入命令流的菜單命令是：File/Read Input fromFile/Read Input from jobname.err: 錯(cuò)誤信息文件，是 ASCII碼文件。 包括了運(yùn)行過(guò)程中的所有錯(cuò)誤和警告。 ANSYS將添加已存在的錯(cuò)誤文件。jobname.db, .dbb: 數(shù)據(jù)庫(kù)文件,是二進(jìn)制文件。

18、 與所有支持平臺(tái)兼容。jobname.rst, .rth, : 結(jié)果文件，是二進(jìn)制文件。 與所有支持平臺(tái)兼容。 包括了ANSYS運(yùn)算過(guò)程中所有結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)不時(shí)地把數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存不時(shí)地把數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存(RAM)是一個(gè)很好是一個(gè)很好的習(xí)慣，這樣可以在計(jì)算機(jī)損壞或斷電的情況下重新的習(xí)慣，這樣可以在計(jì)算機(jī)損壞或斷電的情況下重新恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的有關(guān)信息恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的有關(guān)信息.SAVE 操作把數(shù)據(jù)庫(kù)從內(nèi)存拷貝到名為操作把數(shù)據(jù)庫(kù)從內(nèi)存拷貝到名為database file 的文的文件件(or db file for short). 最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)操作的點(diǎn)擊

19、Toolbar SAVE_DB 或使用: Utility Menu File Save as Jobname.db Utility Menu File Save as SAVE 命令數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)RESUME操作將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到內(nèi)存。操作將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到內(nèi)存。Toolbar RESUME_DB 或使用: Utility Menu File Resume Jobname.db Utility Menu File Resume from RESUME 命令缺省的保存和恢復(fù)的文件名為缺省的保存和恢復(fù)的文件名為jobname.db, 當(dāng)然你可以使當(dāng)然你可以使用用Save as 或

20、或 Resume from選擇不同的文件名。選擇不同的文件名。數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件存儲(chǔ)和恢復(fù)提示: 分析過(guò)程中定期保存數(shù)據(jù)庫(kù)。分析過(guò)程中定期保存數(shù)據(jù)庫(kù)。ANSYS不能自動(dòng)保存。不能自動(dòng)保存。 在嘗試一個(gè)不熟悉的操作時(shí)（如布爾操作或剖分網(wǎng)在嘗試一個(gè)不熟悉的操作時(shí)（如布爾操作或剖分網(wǎng)格）或一個(gè)操作將導(dǎo)致較大改變時(shí)（如刪除操作），格）或一個(gè)操作將導(dǎo)致較大改變時(shí)（如刪除操作），應(yīng)先保存數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)先保存數(shù)據(jù)庫(kù)。 如果不滿意這次的結(jié)果，可以用恢復(fù)重做。如果不滿意這次的結(jié)果，可以用恢復(fù)重做。 在求解之前應(yīng)該保存數(shù)據(jù)庫(kù)。在求解之前應(yīng)該保存數(shù)據(jù)庫(kù)。清除數(shù)據(jù)庫(kù)：清除數(shù)據(jù)庫(kù)：清除數(shù)據(jù)庫(kù)允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)清零，并清除數(shù)據(jù)庫(kù)允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)清零，并重新開(kāi)始。相當(dāng)于退出重新開(kāi)始。相當(dāng)于退出A