ANSYS有限元分析基本流程

1、第一章 實體建模 第一節(jié)基本知識 建模在ANSYS系統(tǒng)中包括廣義與狹義兩層含義，廣義模型包括實體模型和在載荷與邊界條件下的有限元模型，狹義則僅僅指建立的實體模型與有限元模型。建模的最終目的是獲得正確的有限元網(wǎng)格模型，保證網(wǎng)格具有合理的單元形狀，單元大小密度分布合理，以便施加邊界條件和載荷，保證變形后仍具有合理的單元形狀，場量分布描述清晰等。 一、實體造型簡介 1建立實體模型的兩種途徑 利用ANSYS自帶的實體建模功能創(chuàng)建實體建模： 利用ANSYS與其他軟件接口導(dǎo)入其他二維或三維軟件所建立的實體模型。 2實體建模的三種方式 (1)自底向上的實體建模 由建立最低圖元對象的點(diǎn)到最高圖元對象的體，即先

2、定義實體各頂點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)，再通過關(guān)鍵點(diǎn)連成線，然后由線組合成面，最后由面組合成體。 (2)自頂向下的實體建模 直接建立最高圖元對象，其對應(yīng)的較低圖元面、線和關(guān)鍵點(diǎn)同時被創(chuàng)建。 (3)混合法自底向上和自頂向下的實體建模 可根據(jù)個人習(xí)慣采用混合法建模，但應(yīng)該考慮要獲得什么樣的有限元模型，即在網(wǎng)格劃分時采用自由網(wǎng)格劃分或映射網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格劃分時，實體模型的建立比較1e單，只要所有的面或體能接合成一體就可以：映射網(wǎng)格劃分時，平面結(jié)構(gòu)一定要四邊形或三邊形的面相接而成。 二、ANSYS的坐標(biāo)系 ANSYS為用戶提供了以下幾種坐標(biāo)系，每種都有其特定的用途。 全局坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系：用于定位幾何對象(如節(jié)點(diǎn)

3、、關(guān)鍵點(diǎn)等)的空間位置。 顯示坐標(biāo)系：定義了列出或顯示幾何對象的系統(tǒng)。 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系：定義每個節(jié)點(diǎn)的自由度方向和節(jié)點(diǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)的方向。 單元坐標(biāo)系：確定材料特性主軸和單元結(jié)果數(shù)據(jù)的方向。 1全局坐標(biāo)系 全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系是用來定位幾何體。在默認(rèn)狀態(tài)下，建模操作時使用的坐標(biāo)系是全局坐標(biāo)系即笛卡爾坐標(biāo)系?？傮w坐標(biāo)系是一個絕對的參考系。ANSYS提供了4種全局坐標(biāo)系：笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、Y-柱坐標(biāo)系。4種全局坐標(biāo)系有相同的原點(diǎn)，且遵循右手定則，它們的坐標(biāo)系識別號分別為：0是笛卡爾坐標(biāo)系(cartesian)，1是柱坐標(biāo)系(Cyliadrical)，2是球坐標(biāo)系(Spherical)，5

4、是Y-柱坐標(biāo)系(Y-aylindrical)，如圖2-1所示。 ANSYS引用坐標(biāo)系x軸、Y軸、z軸代表不同的意義，笛卡爾坐標(biāo)系的X軸、Y軸、Z軸分別代表其原始意義；柱坐標(biāo)系的x軸、Y軸、z軸分別代表徑向R、軸向O和軸向Z；球坐標(biāo)系的X軸、Y軸、z軸分別代表R、O、p。 注意：4種全局坐標(biāo)系有共同的原點(diǎn) 2局部坐標(biāo)系 局部坐標(biāo)系是用戶為了方便建模及分析的需要自定義的坐標(biāo)系，可以和全局坐標(biāo)系有不同的原點(diǎn)、角度、方向。 (1)建立局部坐標(biāo)系 1)通過當(dāng)前激活的工作平面的原點(diǎn)為中心來建立局部坐標(biāo)系 Command方式： CSWPLA，KCN，KCS，pARl，PAll2 aKCN：坐標(biāo)系編號。KCN

5、是大于10的任何一個編號。 bKCS：局部坐標(biāo)系的屬性。KCS=O時為笛卡爾式坐標(biāo)系；KCS=1時為柱坐標(biāo)系；KCS=2時為球坐標(biāo)系：KCS-3時為環(huán)坐標(biāo)系：KCS-4時為工作平面坐標(biāo)系：KCS=5時為柱坐標(biāo)系。 cPAR1：應(yīng)用于橢圓、球或螺旋坐標(biāo)系。當(dāng)KCS=1或2時，PAR1是橢圓長短半徑(YX)的比值，默認(rèn)為1(圓)：當(dāng)KCS=3時，PARI是環(huán)形的主半徑。 dPAR2：應(yīng)用于球坐標(biāo)系，當(dāng)KCS=2時，PAR2是橢球Z軸半徑與x軸半徑的比值，默認(rèn)為1(圓)。 GUI方式： WorRPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS&

6、gt;At WP Origin 2)通過已定義的關(guān)鍵點(diǎn)來建立局部坐標(biāo)系 Command方式： CSKP,KCN，KCS，PORlG，PXAXS，PXYPL，PARl，pAR2 aKCN：坐標(biāo)系編號。KCN是大于10的任何一個編號。 bKCS：局部坐標(biāo)系的屬性。KCS=0時為笛卡爾式坐標(biāo)系；KCS=1時為柱坐標(biāo)系；KCS=2時為球坐標(biāo)系：KCS=3時為環(huán)坐標(biāo)系；KCS=4時為工作平面坐標(biāo)系；KCS=5時為柱坐標(biāo)系。 cPORlG：以該關(guān)鍵點(diǎn)為新建坐標(biāo)系原點(diǎn)，若該值為P，則可進(jìn)行GUI選取關(guān)鍵點(diǎn)操作。 dpXAXS，定義x軸的方向，原點(diǎn)指向該點(diǎn)方向為x軸正向， ePXYPL：定義Y軸的方向，若該點(diǎn)

7、在x軸的右側(cè)，則Y軸在x軸的右側(cè)，反之在左側(cè)。 第二章劃分網(wǎng)格 第一節(jié)基本知識 幾何實體模型并不參與有限元分析，所有施加在有限元邊界上的載荷或約束，必須最終傳遞到有限元模型上(節(jié)點(diǎn)和單元)進(jìn)行求解。因此，在完成實體建模之后，要進(jìn)行有限元分析，需對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分將實體模型轉(zhuǎn)化為能夠直接計算的網(wǎng)格，生成節(jié)點(diǎn)和單元。 一、有限元網(wǎng)格概述 1網(wǎng)格類型 總的來說，ANSYS的網(wǎng)格劃分有兩種： 自由網(wǎng)格劃分(Free meshing)和映射網(wǎng)格劃分(Mapped meshing)，如圖31所示。 自由網(wǎng)格劃分主要用于劃分邊界形狀不規(guī)則的區(qū)域，它所生成的網(wǎng)格相互之間是呈不規(guī)則排列的。對于復(fù)雜形狀的邊界常常

8、選擇自由網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格對于單元形狀沒有限制，也沒有特別的應(yīng)用模式。缺點(diǎn)是分析精度往往不夠高。 與自由網(wǎng)格劃分相比較，映射網(wǎng)格劃分對于單元形狀有限制，并要符合一定的網(wǎng)格模式。映射面網(wǎng)格只包含四邊形或三角形單元，映射體網(wǎng)格只包含六面體單元。映射網(wǎng)格的特點(diǎn)是具有規(guī)則的形狀，肆元明顯地成行排列。 一般來說映射網(wǎng)格往往比自由網(wǎng)格劃分得到的結(jié)果要更加精確，而且在求解時對CPL和內(nèi)存的需求也相對要低些。如果用戶希望用映射網(wǎng)格劃分模型，創(chuàng)建模型的幾何結(jié)構(gòu)必須由一系列規(guī)則的體或面組成，這樣才能應(yīng)用于映射網(wǎng)格劃分。因此，如果確定選擇映射網(wǎng)格，需要從建立幾何模型開始就對模型進(jìn)行比較詳盡的規(guī)劃，以使生成的模型滿足

9、生成映射網(wǎng)格的規(guī)則要求。ANSYS支持的單元形狀與網(wǎng)格類型見表3-1。 2劃分網(wǎng)格的過程 在ANSYS程序當(dāng)中，有限元的網(wǎng)格是由程序自己來完成的，用戶所要做的就是通過給出一些參數(shù)和命令來對程序?qū)嵭小昂暧^調(diào)控”。網(wǎng)格劃分過程的3個步驟如下： 定義單元屬性 定義單元屬性的操作主要包括定義單元類型、定義實常數(shù)和定義材料參數(shù)等。 定義網(wǎng)格劃分控制 ANSYS程序提供了大量的網(wǎng)格生成控制，用戶可以根據(jù)模型的形狀和單元特點(diǎn)選用。 生成網(wǎng)格 其中第步的設(shè)置有時是不需要的，因為默認(rèn)網(wǎng)格控制對許多模型都是適用的?？啥x單元屬性對于網(wǎng)格劃分來說是必不可少的，它不僅影響到網(wǎng)格劃分，而且對求解的精度也有很大影響。 二

10、、定義單元屬性 在生成節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格之前，必須定義合適的單元屬性。 1定義單元類型 在有限元分析過程中，對于不同的問題，需要應(yīng)用不同特性的單元，單元選擇不當(dāng)，直接影響到計算能否進(jìn)行和結(jié)果的精度。ANSYS的單元庫中提供了200多種單元類型，每個單元都有唯一的編號，如LINK1、pLANE2、BEAM3和SOLID45等，幾乎能解決大部分常見問題。 下面用GUI的方式介紹定義單元類型的常用操作步驟。 選擇MainMenu>Preprocessor>Element Type>AddFxlitDelete命令，彈出如圖3-2所示的Element Type對話框(初次定義時，列表框中

11、顯示“NONE DEFINED”，表示沒有任何單元被定義)。 單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框，如圖3-3所示?？梢钥吹?，列表框中列出了單元庫中的所有單元類型。左側(cè)列表框中顯示的是單元的分類，右側(cè)列表框為單元的特性和編號，選擇單元時應(yīng)該先明確自己要定義的單元類型，如LINK、PLANE、BEAM和SOLID等，然后從右邊列表框中選擇合適的單元。 在左側(cè)列表框中選擇Solid，則右側(cè)列表框中將顯示所有的Solid單元，如Brick 8node45即為Solid45單元。選中此單元，并在Element type reference number文本框中輸入

12、參考號，默認(rèn)為“1”，單擊OK按鈕即可，如圖33所示。 此時，單擊Apply按鈕，可繼續(xù)添加別的單元類型，同時Element type reference number文本框中的數(shù)值將自動變?yōu)椤?”用戶可以模仿前面介紹的方法，定義一個BEAM3單元，單擊OK按鈕后，返回單元類型對話框，如圖3-4所示。第三章 邏輯選擇 第一節(jié)基本知識 若用戶只對模型的某一部分進(jìn)行操作處理，如加載、有選擇性地觀察結(jié)果等，則可利用選擇功能。選擇功能可以選擇節(jié)點(diǎn)、單元、關(guān)鍵點(diǎn)、線、面、體等子集，以便能夠在該部分實體上進(jìn)行操作。 所有的ANSYS數(shù)據(jù)都在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，利用選擇功能，用戶可以方便地只選擇數(shù)據(jù)的某部分進(jìn)行操作。

13、例如：顯示第一象限內(nèi)的點(diǎn)、刪除所有半徑在05與10之間的弧段、只觀察材料是鋼的單元的計算結(jié)果等。 利用選擇功能的典型例子包括施加載荷、列出子集結(jié)果、或者是繪制所選實體等。選擇功能的另一個有用特征是能夠選擇實體的子集并給這個子集命名。例如：可以選擇組成水泵葉片部分的所有單元，并把它命名為子集blade。像這樣命名的子集叫做元件，幾個元件組成一個部件。 進(jìn)入ANSYS選擇Select菜單，操作命令為GUI：Utility Menu>Select。 一、選擇實體 1實體類型 運(yùn)行選擇實體的操作命令GUI：Utility Menu>Select>Entities，彈出實體選擇對話框，

14、如圖4-1所示。實體類型包括Nodes、Elements、Volumes、Areas、Lines、Keypoints。 2選擇準(zhǔn)則 選擇準(zhǔn)則與實體類型有關(guān)，不同的實體類型對應(yīng)不同的選擇準(zhǔn)則。如選擇節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)則有：ByNumPick項，通過實體號或通過拾取操作進(jìn)行選擇。Attached to項，通過實體的隸屬關(guān)系進(jìn)行選擇。By Locafion項，根據(jù)X，Y，Z坐標(biāo)位置選擇。By Attributes項，根據(jù)材料號、實常數(shù)號等進(jìn)行選擇，不同的實體所用的屬性不相同。Exterior項，選擇模型外邊界的實體。By Results項，根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)選擇。3選擇方式選擇實體的方式有七種，如圖4-2所示。各項

15、的含義為：From Full項，從整個實體集中選擇一個子集，陰影部分表示活動子集。Reselect項，從選中的子集中再選擇一個子集，逐步縮小子集的選擇范圍。Also Select項，在當(dāng)前子集中添加另外一個不同的子集。Unselect項，從當(dāng)前子集中去掉一部分，與Reselect的選擇剛好相反。Select All項，恢復(fù)選擇整個全集。Select None項，選擇空集。Invert項，選擇當(dāng)前子集的補(bǔ)集。 二、CompAssembly功能 此項為構(gòu)件和部件的創(chuàng)建和選擇功能菜單。用戶可以將一些常用實體組合構(gòu)造成一個構(gòu)件Component，并給這個構(gòu)件賦予一個構(gòu)件名。也可以將多個構(gòu)件組合構(gòu)造成一

16、個部件集合Assembly，部件也有自己的名字。在選擇實體模型時，用戶可以隨時通過該項對應(yīng)的名稱來訪問構(gòu)成這些構(gòu)件和部件的實體。 操作命令有GUI：Utility Menu>Select>CompAssembly。 下面對CompAssembly子菜單中各功能選項進(jìn)行介紹。 1CreateComponent生成構(gòu)件 GUI：Utility Menu>Select>CompAssembly>Create Component。 在執(zhí)行上述操作之前，必須先選擇實體類型如節(jié)點(diǎn)、單元等。當(dāng)選擇組成元件的實體，執(zhí)行該命令后，會彈出Create Component的對話框，輸入

17、創(chuàng)建的構(gòu)件名，單擊OK鍵結(jié)命令。 2Create Assembly生成部件 GUI：Utility Menu>Select>ComAssembly>Create Assembly。 選定要構(gòu)成部件的所有構(gòu)件，運(yùn)行上述菜單，彈出生成部件對話框，在此窗口輸入所要創(chuàng)建部件的名字，即可創(chuàng)建由這些構(gòu)件構(gòu)成的部件。 3Edit Assembly編輯部件 GUI：Utility Menu>Select>CompAssembly>Edit Assembly。 運(yùn)行上述菜單，彈出EditAssembly對話框可以對部件進(jìn)行編輯。選定要編輯的部件，可以對其中的構(gòu)件進(jìn)行刪除操作，

18、也可以向部件中添加構(gòu)件。 4SelectCompAssembly選擇構(gòu)件部件 GU：UtilityMenu>Select>CompAssembly>Select Comp/Assembly。 運(yùn)行上述菜單，彈出Select Component Assembly窗口，可以對先前定義的構(gòu)件或者部件進(jìn)行選取。 5ListCompAssembly列出構(gòu)件部件 GUI：Utility Menu>Select>CompAssembly>ListCompAssembly。第四章加載與求解 施加載荷是有限元分析中關(guān)鍵的一步，可以對網(wǎng)格劃分之后的有限元模型施加載荷，也可以直接

19、對實體模型施加載荷。當(dāng)對模型進(jìn)行了劃分網(wǎng)格和施加載荷之后，就可以選擇適當(dāng)?shù)那蠼馄鲗栴}進(jìn)行求解。 第一節(jié)基礎(chǔ)知識 一、載荷的分類 ANSYS中載荷(Loads)包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。在不同的學(xué)科中，載荷的定義如下。 結(jié)構(gòu)分析：位移、力、壓力、彎矩、溫度和重力。 熱分析：溫度、熱流率、對流、內(nèi)部熱生成、無限遠(yuǎn)面。 磁場分析：磁勢、磁流通、磁電流段、源電密度、無限遠(yuǎn)面。 電場分析；電勢(電壓)、電流、電荷、電荷密度、無限遠(yuǎn)面。 流場分析：速度、壓力。 在ANSYS中，載荷主要分為六大類：DOF約束(自由度約束)、力(集中載荷)、表面載荷、體載荷、慣性力及耦合場載荷，它們的含義為如下

20、。 DOF約束(DOF constraint)：用戶指定某個自由度為已知值。在結(jié)構(gòu)分析中約束是位移和對稱邊界條件：在熱力學(xué)分析中約束是溫度和熱流量等。 力(集中載荷)(Fome)：施加于模型節(jié)點(diǎn)的集中載荷。如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩，熱分析中的熱流率。 表面載荷(SurfaceLoad)：作用在某個表面上的分布載荷。如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱分析中的對流和熱流量。 體載荷(Body loads)：作用在體積或場域內(nèi)。如結(jié)構(gòu)分析中的溫度和重力，熱分析中的熱生成率。 慣性載荷(Inertia loads)：結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷。如重力加速度、角速度和角加速度，主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。 耦合場載荷(Cou

21、pled-field loads)：它是一種特殊的情況，從一種分析中得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷；如熱分析中得到的節(jié)點(diǎn)溫度可作為結(jié)構(gòu)分析中的體載荷施加到每一個節(jié)點(diǎn)。 二、載荷步、子步和平衡迭代 1載荷步 載荷步是指分步施加的載荷，在線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，可以使用不同的載荷步施加不同的載荷組合。如圖51所示，第一個載荷步用于線性載荷，第二個載荷步用于常數(shù)載荷部分，第二個載荷步用于卸載。 2子步 子步是指在一個特定的載荷步中每一次增加的步長，也稱為時間步，代表一段時間。對于不同的分析類型，子步的作用不同： 在非線性靜態(tài)分析或穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以便能獲得精確解。 在線性或非線性瞬態(tài)分

22、析或穩(wěn)態(tài)分析中，使用于步滿足瞬態(tài)時間積分法則(為獲得精確解，通常規(guī)定一個最小的時間步長)。 在諧波分析中，使用于步可獲得諧波頻率范圍內(nèi)多個頻率處的解。 3階躍載荷和坡度載荷 在一個載荷步中，有兩個或者兩個以上的載荷步子步時，就必須選擇所施加的載荷應(yīng)該為階躍載荷還是為坡度載荷。所謂階躍載荷，就是指在第一個子步全部施加上去了，載荷在以后的每個子步中保持不變。坡度載荷就是指在每一個載荷步子步，載荷值都是遞增的，直到最后一個載荷步子步，全部的載荷才施加上去。 4平衡迭代 平衡迭代是指在給定子步下為了收斂而計算的附加解。平衡迭代僅應(yīng)用于收斂起著很重要作用的非線性分析(靜態(tài)或瞬態(tài))中的迭代修正。 三、通用

23、選項 通用選項包括瞬態(tài)或者靜態(tài)分析當(dāng)中載荷步結(jié)束的時間、子步步數(shù)或者說時間步大小、階躍載荷、熱應(yīng)力當(dāng)中的參考溫度。選擇Main Menu>Solution>Load Step Opts命令展開載荷步選項菜單。選擇Main Menu>Solution>Load Step Opts>TimeFrequent>Time-Time Step命令，彈出如圖5-2所示的對話框。 注意：如果展開的載荷步選項菜單不完全，選擇Main Menu>Solution>Unabridgad Menu命令即可 TIME命令在與速率有關(guān)的問題當(dāng)中是指實際的時間，要求指定一個

24、時間值；在與速率無關(guān)的問題里面，時間是一個用作跟蹤載荷的參數(shù)。顯然，無論哪一種情況，都不能將時間設(shè)置為0。 DELTIM命令是給ANSYS程序分析指定時間步的大小，在通用選項的另外一個窗口Time and Substep Options當(dāng)中，ANSYS程序是要通過NSUBST命令來指定分析過程當(dāng)中的子步的大小。 KBC命令是指定載荷的施加是采用階躍式還是采用坡度式(線性方式)。第五章 后處理 第一節(jié)基本知識 對模型進(jìn)行有限元分析后，通常需要對求解結(jié)果進(jìn)行查看、分析和操作。檢查并分析求解的結(jié)果的相關(guān)操作稱為后處理。 用ANSY$軟件處理有限元問題時，建立有限元模型并求解后，并不能直觀地顯示求解結(jié)

25、果，必須用后處理器才能顯示和輸出結(jié)果。檢查分析結(jié)果可使用兩個后處理器：通用后處理器POSTl和時間歷程后處理器POST26。輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。 一、通用后處理器POST1 這個模塊用來查看整個模型或者部分選定模型在某一個時刻(或頻率)的結(jié)果。對前面的分析結(jié)果能以圖形、文本形式或者動畫顯示和輸出，如各種應(yīng)力場、應(yīng)變場等的等值線圖形顯示、變形形狀顯示以及檢查和解釋分析的結(jié)果列表。另外還提供了很多其他功能，如誤差估計、載荷工況組合、結(jié)果數(shù)據(jù)計算和路徑操作等。 進(jìn)入通用后處理器的路徑為GUI：Main Menu>General Postproc。 1將數(shù)據(jù)結(jié)果讀入數(shù)據(jù)庫 要想

26、查看數(shù)據(jù)，首先要把計算結(jié)果讀入到數(shù)據(jù)庫中。這樣，數(shù)據(jù)庫中首先要有模型數(shù)據(jù)(節(jié)點(diǎn)和單元等)。若數(shù)據(jù)庫中沒有數(shù)據(jù)，需要用戶單擊工具欄上的“KESUM DB”按鈕(或輸XRESUME命令，或GUI菜單路徑：Utility Menu>File>Resume Jobnamedb)讀取數(shù)據(jù)文件Jobname.db數(shù)據(jù)庫包含的模型數(shù)據(jù)應(yīng)與計算模型相同，否則可能會無法進(jìn)行后處理。 默認(rèn)情況下，ANSYS會在當(dāng)前工作目錄下尋找以當(dāng)前工作文件命名的結(jié)果文件，若從其他結(jié)果文件中讀入結(jié)果數(shù)據(jù)，可通過如下步驟選定結(jié)果文件。 運(yùn)行Main Menu>General Postproc>Data &a

27、mp; File Opts命令，彈出DataandFileOptions(數(shù)據(jù)和文件選項)對話框，如圖61所示。在此對話框中選擇后處理中將要顯示或列表的數(shù)據(jù)，如節(jié)點(diǎn)單元應(yīng)力、應(yīng)變。此外，還要選擇包含此結(jié)果的數(shù)據(jù)文件，對于結(jié)構(gòu)分析模型，選擇*rst文件，單擊OK按鈕則所選擇的文件讀入到數(shù)據(jù)庫。對話框中各參數(shù)的意義如下。 (1)Data to be read項，選擇要分析的結(jié)果。一般采用默認(rèn)值A(chǔ)ll items或Basic items。 (2)Results file to be read項，在文本框中輸入將要讀入的結(jié)果文件名，或單擊文本框右側(cè)的按鈕選擇將要讀入的結(jié)果文件。 一旦模型數(shù)據(jù)已經(jīng)存在于

28、數(shù)據(jù)庫中，執(zhí)行GUI：Main Menu>General Postproc>Read Results命令，可將結(jié)果文件讀入數(shù)據(jù)庫。 2圖像顯示結(jié)果數(shù)據(jù) POSTl具有強(qiáng)大的圖形顯示能力，所需結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫后，可以將讀取的結(jié)果數(shù)據(jù)通過不同的形式用圖形直觀地顯示出來。 (1)等值線顯示 等值線顯示表現(xiàn)了結(jié)果項(如應(yīng)力、變形等)在模型上的變化，它用不同的顏色表示結(jié)果的大小，具有相同數(shù)值的區(qū)域用相向的顏色表示。因此通過等值線顯示，可以非常直觀地得到模型某結(jié)果項的分布情況。 (2)變形后的形狀顯示 在結(jié)構(gòu)分析中可用它觀察在施加載荷后的結(jié)構(gòu)變形情況，顯示變形的方式有三種選項： Def Shap

29、e only項，僅顯示變形后的形狀。 Def+undeformed項，顯示變形前后的形狀。 Def+underedge項，顯示變形后的形狀及未變形的邊界。 (3)矢量顯示 矢量顯示可用箭頭顯示模型牛某個矢量大小和方向的變化。鮚構(gòu)分析中的位移、轉(zhuǎn)動、主應(yīng)力等都是矢量。 (4)路徑顯示 路徑圖是顯示某個變量(例如位移、應(yīng)力、溫度等)沿模型上指定路徑的變化圖。沿路徑還可以進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到一些非常有用的計算結(jié)果。但是僅能在包含實體單元(二維或三維)或板殼單元的模型中定義路徑，對僅包含一維單元的模型，路徑功能不可用。 以圖形方式觀察結(jié)果沿路徑的變化或者沿路徑進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算需要遵從以下步驟： 定義路徑

30、屬性。 定義路徑點(diǎn)。 沿路徑插值(映射)結(jié)果數(shù)據(jù)。 顯示結(jié)果。一旦把結(jié)果影射到路徑上，可用圖像顯示或列表顯示方式觀察結(jié)果沿定義的路徑變化情況，也可以執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。 要查看某項結(jié)果沿路徑的變化情況，首先要定義路徑(Path)。ANSYS提供了3種定義路徑的方法：通過節(jié)點(diǎn)定義路徑、在工作平面上定義路徑和通過路徑定義點(diǎn)來定義路徑。通過節(jié)點(diǎn)定義路徑的GUI操作步驟為：運(yùn)行Main Menu>General Postproc>Path Operations>Define Path>By Nodes命令，彈出節(jié)點(diǎn)選擇對話框，選擇足夠多的節(jié)點(diǎn)以定義路徑。 節(jié)點(diǎn)選擇完畢后單擊OK按鈕，

31、彈出如圖6-2所示的對話框。在Define Path Name文本框中輸入路徑名；在Number of datasets(數(shù)據(jù)項的個數(shù))文本框中輸入可以映射到所定義的路徑上的結(jié)果項數(shù)目的最大值，此項最小值4，默認(rèn)值為30；在Number of divisions(分割個第六章 桁架和梁的有限元分析 第一節(jié)基本知識 一、桁架和粱的有限元分析概要 1桁架桿系的有限元分析概要 桁架桿系系統(tǒng)的有限元分析問題是工程中暈常見的結(jié)構(gòu)形式之一，常用在建筑的屋頂、機(jī)械的機(jī)架及各類空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等多種場合。 桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，所有桿件僅承受軸向力，所有載荷集中作用于節(jié)點(diǎn)上。由于桁架結(jié)構(gòu)具有自然離散的特點(diǎn)，因此可以將

32、其每一根桿件視為一個單元，各桿件之間的交點(diǎn)視為一個節(jié)點(diǎn)。 2梁的有限元分析概要 梁的有限元分析問題也是是工程中最常見的結(jié)構(gòu)形式之一，常用在建筑、機(jī)械、汽車、工程機(jī)械、冶金等多種場合。 梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，梁的橫截面均一致，可承受軸向、切向、彎矩等載荷。根據(jù)梁的特點(diǎn)，等截面的梁在進(jìn)行有限元分析時，需要定義梁的截面形狀和尺寸，用創(chuàng)建的直線代替梁，在劃分網(wǎng)格結(jié)束后，可以顯示其實際形狀。 二、桁架和梁的常用單元 桁架和梁常用的單元類型和用途見表7-1。 通過對桁架和粱進(jìn)行有限元分析，可得到其在各個方向的位移、應(yīng)力并可得到應(yīng)力、位移動畫等結(jié)果。 第二節(jié)桁架的有限元分析實例案例1-2D桁架的有限元分析 問題

33、人字形屋架的幾何尺寸如圖71所示。桿件截面尺寸為001m2，試進(jìn)行靜力分析，對人字形屋架進(jìn)行靜力分析，給出變形圖和各點(diǎn)的位移及軸向力、軸力圖。 條件 人字形屋架兩端固定，彈性模量為20x1011N/m2，泊松比為03。 解題過程 制定分析方案。材料為彈性材料，結(jié)構(gòu)靜力分析，屬21)桁架的靜力分析問題，選用Link1單元。建立坐標(biāo)系及各節(jié)點(diǎn)定義如圖7-1所示，邊界條件為1點(diǎn)和5點(diǎn)固定，6、7、8點(diǎn)各受1000N的力作用。 1ANSYS分析開始準(zhǔn)備工作 (1)清空數(shù)據(jù)庫并開始一個新的分析 選取Utility Menu>File>Clear&Start New，彈出Clears

34、database and Start New對話框，單擊OK按鈕，彈出Verify對話框，單擊OK按鈕完成清空數(shù)據(jù)庫。 (2)指定新的工作文件名 指定工作文件名。選取Utility Menu>File>Change Jobname，彈出Change Jobname對話框，在Enter New Jobname項輸入工作文件名，本例中輸入的工作文件名為“2D-spar”，單擊OK按鈕完成工作文件名的定義。 (3)指定新的標(biāo)題 指定分析標(biāo)題。選取Ufility Menu>File>Change Title，彈出ChangeTitle對話框，在Enter New Tifie項輸

35、入標(biāo)題名，本例中輸入“2D-spar problem'為標(biāo)題名，然后單擊OK按鈕完成分析標(biāo)題的定義。 (4)重新刷新圖形窗9 選取Utility Menu>Plot>Replot，定義的信息顯示在圖形窗口中。 (5)定義結(jié)構(gòu)分析 運(yùn)行主菜單Main Menu>Preferences，出現(xiàn)偏好設(shè)置對話框，賦值分析模塊為Structure結(jié)構(gòu)分析，單擊OK按鈕完成分析類型的定義。 2定義單元類型 運(yùn)行主菜單Main Menu>Preprocessor>Element Type>AddEditDelete命令，彈出Element Types對話框，單擊Ad

36、d按鈕新建單元類型，彈出Library of Element Types對話框，先選擇 第七章 平面和殼問屬的有限元分析 第節(jié)基本知，識 嚴(yán)格地說，任何彈性物體都是處在三維受力狀態(tài)，因而都是空間問題，但是在一定條件下，許多空間問題可以簡化為平面問題，從而使計算工作量大大減少。典型的平面問題有平面應(yīng)力問題和平面應(yīng)變問題。 板殼問題是工程實際中最常遇到的問題之一。 一、平面應(yīng)力問題 平面應(yīng)力問題是指受力體在z方向上尺寸很小(即呈平板狀)，外載荷都與x軸垂直，且沿z軸方向沒有變化，假設(shè)受力體在z方向上的尺寸為h，平分h的平面成為中間平面，簡稱中面，則在z=±h/2處的外表面上不受任何載荷，

37、如圖81所示。在建立模型時，以受力體的中面尺寸建立模型。 二、平面應(yīng)變問題 平面應(yīng)變問題是指受力體在z方向的尺寸很大，所受的載荷又平行于其橫截面(垂直于x軸)且不沿長度方向(z方向)變化，即物體的內(nèi)在因素和外來作用都不沿長度方向變化，如圖8-2所示。 對于有些問題，例如擋土墻和水壩的受力問題，雖然其結(jié)構(gòu)不是無限長，而且在靠近兩端之處的橫截面也往往是變化的，并不符合無限長柱形體的條件，但實踐證明，這些問題是很接近于平面應(yīng)變問題的，對于離開兩端較遠(yuǎn)之處，按平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析計算，得出的結(jié)果是可以滿足工程實際要求的。 表8-1是常用的平面應(yīng)力問題和平面應(yīng)變問題的單元類型和用途。 在利用ANSYS進(jìn)

38、行有限元分析時，將這些單元定義為新的單元后，如平面應(yīng)力問題，設(shè)置單元配置項KEYOPT(3)為Plane stree或Plane stress with thickness input(考慮板的厚度)；如為平面應(yīng)變問題，設(shè)置單元配置項KEYOPT(3)為Plane strain。 三、殼的問題 對于兩個曲面所限定的物體，如果曲面之間的距離比物體的其他尺寸小很多，就稱之為殼體。并且這兩個曲面稱為殼面。距兩殼面等距的點(diǎn)形成的曲面成為中間曲面，簡稱中面。對受力體進(jìn)行有限元分析時，以中面尺寸建立模型。表8-2是常用的殼單元類型和用途。 第二節(jié)平面問題有限元分析實例案例1角架的靜力分析 問題 如圖8-3

39、所示，角架材質(zhì)為鋼，其厚度為05 m，左端孔直徑1m，并且固定，右下方有一孔直徑1m，角架圓弧部分為半徑1 m的半四)并且承受均變壓力100Pa1000Pa100h，其他尺寸如圖所示，試對該角架進(jìn)行靜力分析。 條件 彈性模量為30x107Nm2，泊松比為03。 解題過程 以角架左端孔圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系如第八章 軸對稱問題的有限元分析 第一節(jié)基本知識 本節(jié)的有限元對象為軸對稱問題，目的是學(xué)習(xí)將3D問題轉(zhuǎn)化為213問題分析的軸對稱方法，涉及如何選取軸對稱單元、建模規(guī)律、載荷的施加方法和后處理技術(shù)。 一、軸對稱問題的定義 軸對稱問題是指受力體的幾何形狀、約束狀態(tài)，以及其他外在因素都對稱于

40、某一根軸(過該軸的任一平面都是對稱面)。軸對稱受力體的所有應(yīng)力、應(yīng)變和位移均對稱于這根軸。 二、用ANSYS解決2D軸對稱問題的規(guī)定 用ANSYS解決2D軸對稱問題時，軸對稱模型必須在總體坐標(biāo)系XOY平面的第一象限中創(chuàng)建，并且Y軸為軸旋轉(zhuǎn)的對稱軸。 求解時，施加自由約束、壓力載荷、溫度載荷和Y方向的加速度可以像其他非軸對稱模型一樣進(jìn)行施加，但集中載荷有特殊的含義，它表示的是力或力矩在360度范圍內(nèi)的合力，即輸入的是整個圓周上的總的載荷大小。同理，在求解完畢后進(jìn)行后處理時，軸對稱模型輸出的反作用力結(jié)果也是整個圓周上的合力輸出，即力和力矩按總載荷大小輸出。 在ANSYS中，x方向是徑向，Z方向是環(huán)

41、向，受力體承載后的環(huán)向位移為零，環(huán)向應(yīng)力和應(yīng)變不為零。 常用的2D軸對稱單元類型和用途見表91。 在利用ANSYS進(jìn)行有限元分析時，將這些單元定義為新的單元后，設(shè)置單元配置項KEYOPT(3)為Axisymmetric(Shell51和Shell61單元本身就是軸對稱單元，不用設(shè)置該項)，單元將被指定按軸對稱模型進(jìn)行計算。 后處理時，可觀察徑向和環(huán)向應(yīng)力，它對應(yīng)的是SX與SZ應(yīng)力分量，并且在直角坐標(biāo)系下觀察即可。 可以通過軸對稱擴(kuò)展設(shè)置將截面結(jié)果擴(kuò)展成任意扇型區(qū)域大小的模型，以便更加真實地觀察總體模型的各項結(jié)果。 第二節(jié)2D軸對稱問題有限元分析實例 案例1圓柱筒的靜力分析 問題 如圖91所示，

42、圓柱筒材質(zhì)為A3鋼，受1000Nm的壓力作用，其厚度為01 m，直徑12m，高度為16m，并且圓柱筒殼的下部軸線方向固定，其他方向自由，試計算其變形、徑向應(yīng)力和軸向應(yīng)力。 條件 彈性模量為20x1011Nm2，泊松比為03。 解題過程 以圓柱筒底部中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系如圖91所示，標(biāo)出主要點(diǎn)(1點(diǎn)和2點(diǎn))的坐標(biāo)，為實體造型做好準(zhǔn)備。 制定分析方案。分析類型為線彈性材料，結(jié)構(gòu)靜力分析，軸對稱問題，由于受力題為圓柱殼，選用Shell51單元，筒的厚度為01m為單元的實常數(shù)；邊界條件為圓柱筒下部施加軸線方向固定支撐，2點(diǎn)的受力為1000*12等于37699N。 1ANSYS分析開始準(zhǔn)備工作

43、 (1)清空數(shù)據(jù)庫并開始一個新的分析 選取Utility Menu>File>Clear&Start New，彈出Clear database and Star New對話框，單擊OK按鈕，彈出Veilfy對話框，單擊OK按鈕完成清空數(shù)據(jù)庫。 (2)指定新的工作文件名 指定工作文件名。選取Utility Menu>File>Change Jobname，彈出Change Jobname對話框，在Enter New Jobname項輸入工作文件名，本例中輸入的工作文件名為“yuanzhutong"，單擊OK按鈕完成工作文件名的定義。 (3)指定新的標(biāo)題 指定分析標(biāo)題。選取Utility Menu>File>Change Title，彈出Ch皿gc第九章 3D實體的有限元分析 第一節(jié)基本知識 一、3D實體建模方法 在實際問題中，任何一個物體嚴(yán)格地說都是空間物體，它承受的載荷一般都是空間的，任何簡化都會帶來誤差，因此，在分析問題時應(yīng)盡量對受力體建立三維模型，然后進(jìn)行分析。三維實體的建模方法主要有兩種