ANSYS命令流使用手冊大全

1、目錄1ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 (11.1桿單元: LINK1、8、10、11、180 (11.2梁單元:BEAM3、4、23、24,44,54,188,189 (21.3管單元:PIPE16,17,18,20,59,60 (31.42D實體單元:PLANE2,25,42,82,83,145,146,182,183 41.53D實體元:SOLID45,46,64,65,72,73,92,95,147, 148,185,186,187,191 (51.6殼單元:SHELL28,41,43,51,61,63,91,93,99,143, 150,181,208,209 (51.7彈簧單元:C

2、OMBIN7,14,37,39,40 (61.8質(zhì)量單元:MASS21 (61.9接觸單元:CONTAC12,52,TARGE169,170,CONTA171, 172,173,174,175,178 (61.10矩陣單元:MATRIX27,50 (71.11表面效應元:SURF153,154 (71.12粘彈實體元:VISCO88,89,106,107,108, (81.13超彈實體元:HYPER56,58,74,84,86,158 (81.14耦合場單元:SOLID5,PLANE13,FLUID29,30,38, SOLID62,FLUID79,FLUID80,81,SOLID98,FLU

3、ID129,INFIN110, 111,FLUID116,130 (81.15界面單元:INTER192,193,194,195 (81.16顯式動力分析單元:LINK160,BEAM161,PLANE162, SHELL163,SOLID164,COMBI16 (81.17預緊、多點約束、網(wǎng)分單元 (8 2ANSYS 的基本使用 (102.1ANSYS環(huán)境簡介 (102.2有限元法的基本構(gòu)架 (122.3ANSYS架構(gòu)及命令 (132.4典型的分析過程 (162.5ANSYS 文件及工作文件名 (162.6圖形控制 (183第三章有限元模型的建立 (203.1建模方法 (203.2坐標系統(tǒng)及

4、工作平面 (21系”方向一致 (23 3.3節(jié)點定義 (283.4單元的定義 (303.5負載定義 (33 3.6求解 (403.7用POST1進行結(jié)果后處理 (404實體模型的建立 (454.1實體模型簡介 (454.2實體模型的建立方法 (454.3群組命令介紹 (464.4點定義 (47 4.5布爾操作 (84 5網(wǎng)格劃分 (1045.1區(qū)分實體模型和有限元模型 (1045.2網(wǎng)格化的步驟 (104 5.3網(wǎng)格劃分工具 (1226第六章實體模型的外力 (1296.1對節(jié)點施加自由度約束 (1296.2關鍵點自由度約束及相關命令 (1306.3對線施加自由度約束 (1316.4對面施加自由

5、度約束 (1326.5約束轉(zhuǎn)換命令 (1326.6施加集中荷載 (132 7輸出選項 (1417.1控制寫入數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件的結(jié)果數(shù)據(jù) (1417.2結(jié)果輸出控制 (1427.3圖形求解追蹤器 (1428分析類型與求解控制選項 (1429通用與時間歷程后處理技術(shù) (1439.1定義矢量和主軸的計算方法 (1439.2定義結(jié)果數(shù)據(jù)平均處理 (1439.3控制殼或?qū)託卧獢?shù)據(jù)的位置 (1449.4定義數(shù)據(jù)輸出格式 (1449.5每頁的標題輸出控制 (1449.6顯示結(jié)構(gòu)變形圖 (1459.7顯示節(jié)點結(jié)果 (145 9.8顯示單元結(jié)果 (1469.9以矢量方式顯示結(jié)果圖 (1469.10顯示裂縫或壓

6、碎圖 (1479.11列出節(jié)點結(jié)果 (1479.12列出單元結(jié)果 (1479.13生成單元表 (1479.14云圖顯示單元表結(jié)果 (1489.15列表顯示單元表結(jié)果 (1489.16單元表絕對值操作 (1489.17計算并輸出單元表數(shù)據(jù)之和 (1489.18映射結(jié)果到路徑上 (1499.19圖形顯示路徑項數(shù)據(jù) (1509.20沿路徑幾何形狀顯示路徑項數(shù)據(jù) (1509.21列表顯式路徑項數(shù)據(jù) (1509.22對路徑項數(shù)據(jù)運算 (15010文件管理 (151 1ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.1桿單元:LINK1、8、10、11、180 注:E-彈性(Elasticity,P-塑性(Plast

7、icity,C-蠕變(Creep,S-膨脹(Swelling, D-大變形或大撓度(Large deflection,F-大應變(Large strain或有限應變(Finite strain,B-單元生死(Birth and dead,G-應力剛化(Stress stiffness或幾何剛度(Geometric stiffening,A-自適應下降(Adaptive descent等。通常用LINK1和LINK8模擬桁架結(jié)構(gòu),如屋架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu),以及吊橋的吊桿、拱橋的系桿等構(gòu)件,必須注意線性靜力分析時,結(jié)構(gòu)不能是幾何可變的,否則造成位移超限的提示錯誤。LINK10可

8、模擬繩索、地基彈簧、支座等,如斜拉橋的斜拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、纜風索、彈性地基、橡膠支座等。LINK180除不具備雙線性特性(LINK10外,它均可應用于上述結(jié)構(gòu)中,并且其可應用的非線性性質(zhì)更加廣泛,增加了粘彈塑性材料。LINK1、LINK8和LINK180單元還可用于普通鋼筋和預應力鋼筋的模擬,其初應變可作為施加預應力的方式。 1.2梁單元:BEAM3、4、23、24,44,54,188,189梁單元分為多種單元,分別具有不同的特性,是一類軸向拉壓、 注:E-彈性(Elasticity,P-塑性(Plasticity,C-蠕變(Creep,S-膨脹(Swelling, D-大變形或大撓度(L

9、arge deflection,F-大應變(Large strain或有限應變(Finite strain,B-單元生死(Birth and dead,G-應力剛化(Stress stiffness或幾何剛度(Geometric stiffening,A-自適應下降(Adaptive descent等。單元使用另外應注意的問題:梁單元面積和長度不能為零,且2D梁元必須位于XY平面內(nèi);剪切變形的影響;自由度釋放;梁截面特性;BEAM23/24實常數(shù)的輸入比較復雜;荷載特性;應力計算。 1.3管單元:PIPE16,17,18,20,59,60管單元是一類軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的3D單元,單元的每個節(jié)

10、點均具有6個自由度,即三個平動自由度Ux、Uy、Uz和三個轉(zhuǎn)動自由度Rotx、Roty、Rotz,此類單元以3D梁元為基礎,包含了對稱性和標準管幾何尺寸的簡化特性。單元使用應注意的其他問題:管元長度、直徑及壁厚均不能為零;可計算薄壁管和厚壁管,但某些應力的計算是基于薄壁管理論的;管單元計入了剪切變形的影響,并可考慮應力增強系數(shù)和撓曲系數(shù)。 注:E-彈性(Elasticity,P-塑性(Plasticity,C-蠕變(Creep,S-膨脹(Swelling,D-大變形或大撓度(Large deflection,F-大應變(Large strain或有限應變(Finite strain,B-單元生

11、死(Birth and dead,G-應力剛化(Stress stiffness或幾何剛度(Geometric stiffening,A-自適應下降(Adaptive descent等。 1.42D實體單元:PLANE2,25,42,82,83,145,146,182,1832D實體單元是一類平面單元,可用于平面應力、平面應變和軸對稱問題的分析,此類單元均位于XY平面內(nèi),且軸對稱分析時Y軸為對 注:E-彈性(Elasticity,P-塑性(Plasticity,C-蠕變(Creep,S-膨脹(Swelling, D-大變形或大撓度(Large deflection,F-大應變(Large st

12、rain或有限應變(Finite strain,B-單元生死(Birth and dead,G-應力剛化(Stress stiffness或幾何剛度(Geometric stiffening,A-自適應下降(Adaptive descent等。單元使用應注意的其他問題:單元插值函數(shù)及說明;荷載特性;其它特點。 1.53D實體元:SOLID45,46,64,65,72,73,92,95,147,148, 185,186,187,1913D實體單元用于模擬三維實體結(jié)構(gòu),此類單元每個節(jié)點均具有三 注:E-彈性(Elasticity,P-塑性(Plasticity,C-蠕變(Creep,S-膨脹(Sw

13、elling, D-大變形或大撓度(Large deflection,F-大應變(Large strain或有限應變(Finite strain,B-單元生死(Birth and dead,G-應力剛化(Stress stiffness或幾何剛度(Geometric stiffening,A-自適應下降(Adaptive descent等。單元使用應注意的問題:關于SOLID72/73單元;(2SOLID185積分方式可選擇。1.6殼單元:SHELL28,41,43,51,61,63,91,93,99,143, 150,181,208,209殼單元可以模擬平板和曲殼一類結(jié)構(gòu)。殼元比梁元和實體元

14、要復雜的多,因此殼類單元中各種單元的選項很多。桿、梁單元板殼單元實體單元單元使用應注意的問題:通常不計剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu),而計入剪切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。1.7彈簧單元:COMBIN7,14,37,39,40彈簧單元是一類專門模擬“彈簧”行為的單元,不同于用結(jié)構(gòu)單元(如LINK等的模擬。1.8質(zhì)量單元:MASS21MASS21為具有6個自由度的點單元,即只有一個節(jié)點,節(jié)點自自由度可為Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz,通過不同設置可僅考慮2D 或3D內(nèi)的平動自由度及其組合,它每個坐標方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。該單元無面荷載和體荷載,支持彈性、大變形和生死單

15、元。1.9接觸單元:CONTAC12,52,TARGE169,170,CONTA171, 172,173,174,175,178ANSYS支持三種接觸方式,即點對點、點對面和面對面的接觸,接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面之上的一層單元。點點單元用于 模擬點對點的接觸行為,且預先知道接觸位置;點面單元用于模擬點對面的接觸行為,預先不要確定接觸位置,接觸面之間的網(wǎng)格不要求一致;面面單元用于模擬面對面的接觸行為,支持低階和高階單元,支持大變形行為等。1.10矩陣單元:MATRIX27,50MATRIX27為剛度、阻尼、質(zhì)量矩陣單元,可表示一種任意的單元。本單元具有兩個節(jié)點,此兩個節(jié)點可重合或不重合,

16、每個節(jié)點有6個自由度,即Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz。該單元無面荷載和體荷載,但支持單元生死功能。其矩陣可為對稱或不對稱形式,通過Keyopt(3設置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。本單元可模擬任意類型的單元,如可模擬特殊彈簧和節(jié)點柔性連接等。MATRIX50為超單元,它是預先裝配好的可獨立使用的一組單元。該單元無節(jié)點和實常數(shù),其自由度數(shù)目由所包含的單元決定,其面荷載和體荷載可通過總的載荷向量和比例系數(shù)施加,該單元支持大變形功能。該單元不能包含基于拉格朗日乘子的單元(如MPC184等,不支持非線性(忽略所包含的單元非線性。超單元可包含其它超單元, 2D超單元只能用于二維分

17、析,而3D超單元則只能用于三維分析。1.11表面效應元:SURF153,154SURF153和SURF154分別為2D和3D結(jié)構(gòu)表面效應單元,可用于各種荷載(法向、切向、法向漸變、輸入矢量方向等及表面效應(基礎剛度、表面張力及附加質(zhì)量等情況,可覆蓋于任何二維(軸對稱諧結(jié)構(gòu)單元PLANE25/83除外和三維結(jié)構(gòu)實體單元表面。 1.12粘彈實體元:VISCO88,89,106,107,108,1.13超彈實體元:HYPER56,58,74,84,86,1581.14耦合場單元:SOLID5,PLANE13,FLUID29,30,38, SOLID62,FLUID79,FLUID80,81,SOLI

18、D98,FLUID129, INFIN110,111,FLUID116,1301.15界面單元:INTER192,193,194,1951.16顯式動力分析單元:LINK160,BEAM161,PLANE162, SHELL163,SOLID164,COMBI161.17預緊、多點約束、網(wǎng)分單元(1PRETS179為2D/3D預緊單元,用于定義網(wǎng)分后的二維或三維結(jié)構(gòu)預緊區(qū),可由任意結(jié)構(gòu)單元(桿、梁、管、殼、2D實體和3D實體建立。該單元具有3個節(jié)點,每個節(jié)點具有一個自由度Ux,該Ux為預緊方向的位移,ANSYS通過幾何條件將預緊力施加到指定的預緊荷載方向上,而不必考慮模型是如何定義的。該單元不

19、支持面荷載和體荷載,僅支持非線性特性;不能使用約束方程和自由度耦合,NROTAT 命令不能用于節(jié)點K,且K節(jié)點必須位于整體直角坐標系。 (2MPC184為多點約束單元,有剛性桿、剛性梁、滑移、球形、銷釘、萬向接頭的約束,適用于使用拉格朗日乘子的具有運動約束時情況,該單元可用于機構(gòu)運動學,如起重機、挖掘機、汽車、機床和機器人等。該單元有2個或3個節(jié)點,每個節(jié)點具有Ux、Uy(2D或Ux、Uy、Uz(3D 或Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz(3D自由度。無實常數(shù)和面荷載,支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動力矩,支持大變形和單元生死。MESH200是僅用來劃分網(wǎng)格的單元,對計算結(jié)果毫無影響。它是

20、為實現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設計的。該單元可用于劃分兩維或三維空間的線,三維空間中的三角形、四邊形、四面體或六面體單元組成的面或體,且均包括有或沒有中間節(jié)點的情況。MESH200單元可與任意其它單元一起使用,當不再需要它時,可以將其刪除或保留 2ANSYS的基本使用2.1ANSYS環(huán)境簡介ANSYS有兩種模式:一種是交互模式(Interactive Mode,另一個是非交互模式(Batch Mode。交互模式是初學者和大多數(shù)使用者所采用,包括建模、保存文件、打印圖形及結(jié)果分析等,一般無特別原因皆用交互模式。但若分析的問題要很長時間,如一、兩天等,可把分析問題的命令做成文件,利用它的非交互模式進行

21、分析。運行該程序一般采用Interactive 進入,這樣可以定義工作名稱,并且存放到指定的工作目錄中。若使用Run Interactive Now 進入還需使用命令定義工作文件名或使用默認的文件名,使用該方式進入一般是為恢復上一次中斷的分析。所以在開始分析一個問題時,建議使用Interactive 進入交互模式。進入系統(tǒng)后會有6個窗口,提供使用者與軟件之間的交流,憑借這6個窗口可以非常容易的輸入命令、檢查模型的的建立、觀察分析結(jié)果及圖形輸出與打印。整個窗口系統(tǒng)稱為GUI(Graphical User Interface.如圖2-1所示。各窗口的功能如下:應用命令菜單(Utility Menu

22、:包含各種應用命令,如文件控制(File、對象選擇(Select、資料列式(List、圖形顯示(plot、圖形控制(PlotCtrls、工作界面設定(WorkPlane、參數(shù)化設計(Parameers、宏命令(Macro、窗口控制(MenuCtrls及輔助說明(Help等。主菜單(Main Menu:包含分析過程的主要命令,如建立模塊、外力負載、邊界條件、分析類型的選擇、求解過程等。 工具欄(Toolbar:執(zhí)行命令的快捷方式,可依照各人愛好自行設定。輸入窗口(Input Window:該窗口是輸入命令的地方,同時可監(jiān)視命令的歷程。圖形窗口(Graphic Window:顯示使用者所建立的模塊

23、及查看結(jié)果分1析。1輸出窗口(Output Window:該窗口敘述了輸入命令執(zhí)行的結(jié)果。 - 2.2有限元法的基本構(gòu)架目前在工程領域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有:有限元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法,就其廣泛性而言,主要還是有限單元法。它的基本思想是將問題的求解域劃分為一系列的單元,單元之間僅靠節(jié)點相連。單元內(nèi)部的待求量可由單元節(jié)點量通過選定的函數(shù)關系插值得到。由于單元形狀簡單,易于平衡關系和能量關系建立節(jié)點量的方程式,然后將各單元方程集組成總體代數(shù)方程組,計入邊界條件后可對方程求解。有限元的基本構(gòu)成:節(jié)點(Node:就是考慮工程系統(tǒng)中的一個點的坐標位置,構(gòu)成有限元系統(tǒng)的基本對象。具有其物理

24、意義的自由度,該自由度為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力后,系統(tǒng)的反應。單元(Element:單元是節(jié)點與節(jié)點相連而成,單元的組合由各節(jié)點相互連接。不同特性的工程統(tǒng),可選用不同種類的單元,ANSYS 提供了一百多種單元,故使用是必須慎重選則單元型號。自由度(Degree Of Freedom:上面提到節(jié)點具有某種程度的自由度,以表示工程系統(tǒng)受到外力后的反應結(jié)果。要知道節(jié)點的自由度數(shù),請查看ANSYS自帶的幫助文檔(Help/Element Refrence,那里有每種單元類型的詳盡介紹。 2.3ANSYS架構(gòu)及命令ANSYS構(gòu)架分為兩層,一是起始層(Begin Level,二是處理層(Processor Le

25、vel。這兩個層的關系主要是使用命令輸入時,要通過起始層進入不同的處理器。處理器可視為解決問題步驟中的組合命令,它解決問題的基本流程敘述如下:1.前置處理(General Preprocessor, PREP71建立有限元模型所需輸入的資料,如節(jié)點、坐標資料、單元內(nèi)節(jié)點排列次序2材料屬性3單元切割的產(chǎn)生2.求解處理(Solution Processor, SOLU1負載條件2邊界條件及求解3.后置處理(General Postprocessor, POST1或Time Domain Postprocessor, POST26POST1用于靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、屈曲分析及模態(tài)分析,將解題部分所得的解答如

26、:變位、應力、反力等資料,通過圖形接口以各種不同表示方式把等位移圖、等應力圖等顯示出來。POST26僅用于動態(tài)結(jié)構(gòu)分析,用于與時間相關的時域處理?！纠?-1】考慮懸臂梁如圖2-2,求x=L變形量。已知條件:楊氏系數(shù)E=200E9;截面參數(shù):t=0.01m, w=0.03m, A=3E-4,I=2.5E-9;幾何參數(shù):L=4m, a=2m, b=2m;邊界外力F=2N,q=0.05N/m. 使用ANSYS 解決該問題的命令如下 : /FILNAM,EX2-1 ! 定義文件名/TITLE,CANTILEVER BEAM DEFLECTION !定義分析的標題 /UNITS,SI !定義單位制(注意

27、觀察輸出窗口的單位 /PREP7 !進入前置處理 ET,1,3 !定義單元類型為beam3 MP,EX,1,200E9 ! 定義楊氏模量R,1,3E-4,2.5E-9,0.01 !定義實常數(shù)(要嚴格根據(jù)該單元類型的說明文檔所給出的實常數(shù)格式N,1,0,0 !定義第1號節(jié)點X 坐標為0,Y 坐標為0 N,2,1,0 !定義第2號節(jié)點X 坐標為1,Y 坐標為0 N,3,2,0 !定義第3號節(jié)點X 坐標為2,Y 坐標為0 N,4,3,0 !定義第4號節(jié)點X 坐標為3,Y 坐標為0 N,5,4,0 !定義第5號節(jié)點X 坐標為4,Y 坐標為0E,1,2 !把1、2號節(jié)點相連構(gòu)成單元,系統(tǒng)將自定義為1號單

28、元 E,2,3 !把2、3號節(jié)點相連構(gòu)成單元,系統(tǒng)將自定義為2號單元 E,3,4 !把3、4號節(jié)點相連構(gòu)成單元,系統(tǒng)將自定義為3號單元 E,4,5 !把4、5號節(jié)點相連構(gòu)成單元,系統(tǒng)將自定義為4號單元 FINISH !退出該處理層 /SOLU!進入求解處理器 D,1,ALL,0 !對1節(jié)點施加約束使它X,Y向位移都為0F,3,FY,-2 !在3節(jié)點加集中外力向下2NSFBEAM,3,1,PRES,0.05 !在3 號單元的第1個面上施加壓力SFBEAM,4,1,PRES,0.05 !同上在4號單元的第1個面加壓力SOLVE !計算求解FINISH !完成該處理層/POST1 !進入后處理SET

29、,1,1 !查看子步1,在有限元中復雜的載荷可以看做簡單的載荷相互疊加,在ANSYS中每施加一類載荷都可以進行一次求解,可以查看它對結(jié)構(gòu)的影響,稱為子步。PLDISP !顯示變形后的形狀FINISH !完成在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中,由Begin Level進入處理器,可通過斜杠加處理器的名稱,如/prep7、/solu、/post1。處理器間的轉(zhuǎn)換通過finish命令先回到Begin Level,然后進入想到達的處理器位置,如(圖2-3所示。 2.4典型的分析過程ANSYS分析過程包含三個主要的步驟:1創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建或讀入限元模型定義材料屬性劃分網(wǎng)格2施加載荷并求解施加載荷及設定約束條件求解3查看

30、結(jié)果查看分析結(jié)果檢查結(jié)果是否正確2.5ANSYS 文件及工作文件名 【例2-2】固定端桿件受到外力F1及F2的力,如圖2-4,求固定端的作用力。圖(a 為實際的工程系統(tǒng),圖(b 為轉(zhuǎn)化后的有限元模型系統(tǒng),其中包含4個節(jié)點、3 個單元。外力負載及約束條件為:第二點受外力負載F2第三點受外力負載F3第一點和第四點不產(chǎn)生任何變形(約束條件 下面給出解題的ANSYS 命令,請小心輸入,注意所產(chǎn)生的文件。 /FILNAM,EX2-2 ! 定義文件名/PREP7ET, 1, LINK1 ! 定義桿單元R, 1, 1 !定義實常數(shù)MP, EX, 1, 30E6N, 1N, 2, 0, 4N, 3, 0, 7

31、N, 4, 0,10E, 1, 2 $E, 2, 3 $E, 3, 4 !可以有”$”在一行輸入多個命令 D, 1, ALL, , ,4, 3 !在1、4節(jié)點施加約束 F, 2, FY, -500F, 3, FY, -1000SAVE !存數(shù)據(jù)文件FINISH/SOLUSOLVEFINISHEXIT2.6圖形控制圖形在校驗前處理的數(shù)據(jù)和后處理中檢查結(jié)果者是非常重要的。ANSYS的圖形常用功能如下:·在實體模型和有限元模型上邊界條件顯示·計算結(jié)果的彩色等值線顯示·可以對視圖進行放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等操作·用于實體顯示的橡皮筋技術(shù)·多窗口顯示&#

32、183;隱藏線、剖面及透視顯示·邊緣顯示·變形比率控制·三維內(nèi)直觀化顯示·動畫顯示·窗口背影的選擇以上功能利用GUI可方便實現(xiàn),如打開圖形控制窗口(Utility Menu>PlotCtrls>Pan>Pan,Zoom,Rotate可對圖形進行放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等操作。也可通過鍵盤各三鍵鼠標實現(xiàn)上操作,同時按下Ctrl鍵和鼠標左鍵并拖移可實現(xiàn)視圖的 平移;同時按下Ctrl鍵和鼠標中鍵并拖移可實現(xiàn)視圖的縮放各Z向旋轉(zhuǎn)(上下拖動實現(xiàn)縮放,左右實現(xiàn)旋轉(zhuǎn);同時按下Ctrl鍵和鼠標中鍵并拖移可實現(xiàn)視圖的X及Y向旋轉(zhuǎn)。 3第三章有限元

33、模型的建立3.1建模方法由節(jié)點和單元構(gòu)成的有限元模型與機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何外型基本是一致的。有限元模型的建立可分為直接法和間接法(也稱實體模型Solid Modeling,直接法為直接根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的幾何外型建立節(jié)點和單元,因此直接法只適應于簡單的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。反之,間接法適應于節(jié)點及單元數(shù)目較多的復雜幾何外型機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該方法通過點、線、面、體積,先建立有限元模型,再進行實體網(wǎng)格劃分,以完成有限元模型的建立。請看下面對一個平板建模的例子,把該板分為四個單元。若用直接建模法,如圖3-1,首先建立節(jié)點19(如N,1,0,0 ,定義單元類型后,連接相鄰節(jié)點生成四個單元(如E,1,2,5,4。如果用間

34、接法,如圖3-2,先建立一塊面積,再用二維空間四邊形單元將面積分為9個節(jié)點及4單元的有限元模型,即需在網(wǎng)格劃分時,設定網(wǎng)格尺寸或密度。注意用間接法,節(jié)點及單元的序號不容易控制,其節(jié)點等對象的序號的安排可能會與給定的圖例存在差異。本章主要討論直接法構(gòu)建有限元模型,下一章介紹間接法(實體模型有限元的建立。 3.2坐標系統(tǒng)及工作平面6類坐標系:總體坐標系、局部坐標系、節(jié)點坐標系、單元坐標系、顯示坐標系與結(jié)果坐標系。空間任何一點通?？捎每ㄊ阶鴺?Cartesian、圓柱坐標(Cylinder或球面坐標(Sphericity來表示該點的坐標位置,不管哪種坐標系都需要三個參數(shù)來來表示該點的正確位置。每一坐

35、標系統(tǒng)都有確定的代號,進入ANSYS的默認坐標系是卡式坐標系統(tǒng)。上述的三個坐標系統(tǒng)又稱為整體坐標系統(tǒng),在某些情況下可通過輔助節(jié)點來定義局部坐標系統(tǒng)。命令:CSYS,KCNMenu Paths:Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>(CSYS TypeMenu Paths:Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Working PlaneMenu Paths:Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Global Ori

36、gin其中KCN表示坐標系號碼,0-直角坐標系(缺省,1-柱坐標系, 2-球坐標系,4-以工作平面為坐標系,5-柱坐標系(以Y軸為轉(zhuǎn)軸,11-局部坐標系。由于工作平面可不斷移動和旋轉(zhuǎn),因此當采用CSYS,4時也相當于不斷定義了局部直角坐標,在很多情況下應用非常方便。 命令:LOCAL, KCN, KCS, XC, YC, ZC, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2Menu Paths: Unility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Creat Local CS>At Specified Loc其中:

37、KCN-局部坐標系編號,此編號必須大于10,如果與既有編號相同,則將重新定義KCS-坐標系類型,0或CART為直角坐標系,1或CYLIN為柱坐標系,2或SPHE為球坐標系,3或TORO為環(huán)坐標系。XC,YC,ZC-新坐標系原點在總體直角坐標系中的坐標。THXY,THYZ,THZX-新坐標系繞Z,X,Y軸的旋轉(zhuǎn)角度,其正方向為:XY,YZ,ZX。PAR1-適用于橢圓、類似球體或環(huán)形系統(tǒng),當KCS=1或2時,其值為橢圓Y軸半徑與X軸半徑之比,缺省為1即圓。當KCS=3時,其值為環(huán)面的主半徑。PAR2-僅適用于類似球體的系統(tǒng),當KCS=2時,其值為橢球體Z 軸半徑與X軸半徑之比,缺省為1命令:CS,

38、 KCN, KCS, NORIG, NXAX, NXYPL, PAR1, PAR2命令:CSWPLA, KCN, KCS, PAR1, PAR2 命令:CLOCAL, KCN, KCS, XL, YL, ZL, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2命令:CSDELE, KCN1, KCN2, KCINC其中:KCN1-為要刪除的局部坐標系的起始編號,如果KCN1=ALL,則其后參數(shù)將忽略。KCN2-為要刪除的局部坐標系的最終編號。KCINC-為編號的遞增數(shù)值,缺省為1。CSDELE,11,15,2-則刪除了11、13、15號局部坐標系。命令:CSLIST, KCN1, KC

39、N2, KCINC命令:NROTAT, NODE1, NODE2, NINC其中NODE1、NODE2、NINC -要旋轉(zhuǎn)節(jié)點的起始號、末編號(缺省為NODE1及遞增值(缺省值為1。如NODE1=ALL則其后參數(shù)將被忽略,NODE1也可為元件名。命令:NMODIF, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZXNODE-節(jié)點號、ALL或元件名稱。 X, Y, Z-該節(jié)點的新坐標值。其余參數(shù)意義同前。命令:N, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX命令:NANG, NODE, X1, X2, X3, Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3命令:N

40、LIST, NODE1, NODE2, NINC, Lcoord, SORT1, SORT2, SORT3Lcoord-坐標列表信息,缺省為全部信息,=COORD時僅列XYZ 坐標。SORT1-用于排序的第1項內(nèi)容,可以是NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THXZ。SORT2,SORT3-用于排序的第2項和第3項內(nèi)容,其內(nèi)容同SORT1。命令:ESYS,KCN其中KCN為坐標系編號,KCN=0(缺省表示使用單元定義時規(guī)定的坐標系方向。當KCN=N(N>10時使用編號為N的局部坐標系。命令:EMODIF, IEL, STLOC, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7

41、, I8IEL-單元編號,或ALL,或元件名。STLOC-將要修改的第一個節(jié)點序號或?qū)傩?屬性之一為ESYS, 則I1為局部坐標號。命令:DSYS,KCN其中KCN-坐標系號,可為0,1,2及局部坐標系號。缺省為總體直角坐標系。命令:RSYS,KCN其中KCN-坐標系號,可為0(缺省,1,2及局部坐標系號。當KCN=SOLU時,則與求解計算時采用的坐標系相同,實際上采用數(shù)據(jù)存儲時的坐標系。工作平面是一個參考平面,類似于繪圖板,可依用戶要示移動。欲顯示工作平面可用如下操作:GUI:Utility Menu>Work PlaneGUI:Utility Menu>work Plane&g

42、t;Display Working Plane欲設置平面輔助網(wǎng)格開關可用如下操作:GUI:Utility Menu>Work Plane>WP Settings3.2.4.1定義工作平面將既有坐標系的XY平面定義為工作平面命令:WPCSYS,WN,KCN其中KCN為既有坐標系號,可以是0,1,2,或局部坐標系號。缺省為激活的坐標系。 3.2.4.2通過3個坐標點定義工作平面命令:WPLANE,WN,XORIG,YORIG,ZORIG,XXAX,YXAX,ZXAX,XPLAN ,YPLAN,ZPLAN3.2.4.3通過3個節(jié)點定義工作平面命令:NWPLAN, WN, NORIG, N

43、XAX, NPLAN3.2.4.4通過3個關鍵點定義工作平面命令:KWPLAN, WN, KORIG, KXAX, KPLAN3.2.4.5通過垂直于線上的某個位置定義工作平面命令:LWPLAN, WN, NL1, RATIO3.2.4.6查看工作平面的當前狀態(tài)命令:WPSTYL,STAT3.2.4.7恢復到ANSYS默認狀態(tài)命令:WPSTYL,DEFA3.2.4.8移動工作平面1將工作平面沿其自身坐標軸移動命令:WPOFFS, XOFF, YOFF, ZOFF其中XOFF, YOFF, ZOFF為工作平面坐標系內(nèi)沿其X軸、Y軸和Z軸的偏移增量。2將工作平面移動到一組關鍵點的中間位置命令:KW

44、PAVE, P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9其中P1P9為計算平均值的關鍵點號,至少定義一個關鍵點3將工作平面移動到一組節(jié)點的中間位置 命令:NWPAVE, N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9其使用方法同上,但N1N9為節(jié)點號。4將工作平面移動到一組指定坐標的中間位置命令:WPAVE, X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2, X3, Y3, Z35工作平面的旋轉(zhuǎn)命令:WPROTA, THXY, THYZ, THZX其中THXY, THYZ, THZX為繞工作平面坐標系Z軸、X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角度6工作平面的顯示樣式工作

45、平面的顯示和樣式主要用于GUI方式,以方便拾取操作,對于命令流方式意義不大。WPSTYL,SNAP,GRSPAC,GRMIN,GRMAX,WPTOL,WPCTYP,GRTYPE, WPVIS, SNAPANG命令:/UNITS,LABEL表示分析時所用的單位,LABEL表示系統(tǒng)單位,如下所示:LABEL=SI (公制,公尺、公斤、秒LABEL=CSG (公制,公分、公克、秒LABEL=BFT (英制,長度=ftLABEL=BIN (英制,長度=in 3.3節(jié)點定義有限元模型的建立是將機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為多節(jié)點和單元相連接,所以節(jié)點即為機械結(jié)構(gòu)中一個點的坐標,指定一個號碼和坐標位置。在ANSYS中所建

46、立的對象(坐標系、節(jié)點、點、線、面、體積等都有編號。命令:N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX若在圓柱坐標系統(tǒng)下x,y,z對應r,z,在球面系統(tǒng)下對應r,Ø。NODE:欲建立節(jié)點的號碼X,Y,Z:節(jié)點在目前坐標系統(tǒng)下的坐標位置Menu Paths:Main Menu>Preprocessor>Create>Node>In Active CSMenu Paths Main Menu>Preprocessor>Create>Node>On Working Plane命令:NDELE,NODE1,NODE2,NINC刪除在序

47、號在NODE1號NODE2間隔為NINC的所有節(jié)點,但若節(jié)點已連成單元,要刪除節(jié)點必先刪除單元。例如:NDELE,1,100,1 !刪除從1到100的所有點NDELE,1,100,99 !刪除1和100兩個點Menu Paths:Main Menu>Preprocessor>Delete>Nodes命令:NPLOT,KNUM該命令是將現(xiàn)有卡式坐標系統(tǒng)下節(jié)點顯示在圖形窗口中,以供使用者參考及查看模塊的建立。建構(gòu)模塊的顯示為軟件的重要功能之一, 以檢查建立的對象是否正確。有限元型的建立程中,經(jīng)常會檢查各個對象的正確性及相關位置,包含對象視角、對象號碼等,所以圖形顯示為有限元模型建

48、立過程中不可缺少的步驟。KNUM=0不顯示號碼,為1顯示同時顯示節(jié)點號Menu Paths:Utility Menu>plot>nodesNLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3該命令將現(xiàn)有卡式坐標系統(tǒng)下節(jié)點的資料列示于窗口中(會打開一個新的窗口,使用者可檢查建立的坐標點是否正確,并可將資料保存為一個文件。如欲在其它坐標系統(tǒng)下顯示節(jié)點資料,可以先行改變顯示系統(tǒng),例如圓柱坐標系統(tǒng),執(zhí)行命令DSYS,1。Menu Paths:Utility Menu>List>NodesFILL,NODE1,NODE2,NFILL,NS

49、TRT,NINC,ITIME,INC,SPACE節(jié)點的填充命令是自動將兩節(jié)點在現(xiàn)有的坐標系統(tǒng)下填充許多點,兩節(jié)點間填充的節(jié)點個數(shù)及分布狀態(tài)視其參數(shù)而定,系統(tǒng)的設定為均分填滿。NODE1,NODE2為欲填充點的起始節(jié)點號碼及終結(jié)節(jié)點號碼,例如兩節(jié)點號碼為1(NODE1和5(NODE2,則平均填充三個節(jié)點(2,3,4介于節(jié)點1和5之間。Menu Paths:Main Menu>Preprocessor>Create>Node>Fill between NdsNGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE節(jié)點復制命令是將一組節(jié)點在

50、現(xiàn)有坐標系統(tǒng)下復制到其它位置。ITIME: 復制的次數(shù),包含自己本身。 INC: 每次復制節(jié)點時節(jié)點號碼的增加量。NODE1,NODE2,NINC: 選取要復制的節(jié)點,即要對哪些節(jié)點進行復制。DX,DY,DZ: 每次復制時在現(xiàn)有坐標系統(tǒng)下,幾何位置的改變量。MenuPaths:Main Menu>Preprocessor>(-Modeling-Copy>(-Nodes-Copy3.4單元的定義當節(jié)點建立完成后,必須使用適當單元,將機械結(jié)構(gòu)按照節(jié)點連接成單元,并完成其有限元模型。單元選擇正確與否,將決定其最后的分析結(jié)果。ANSYS提供了120多種不同性質(zhì)與類別的單元,每一個單元

51、都有其固定的編號,例如LINK1是第1號單元、SOLID45是第45號單元。每個單元前的名稱可判斷該單元適用范圍及其形狀,基本上單元類別可分為1-D線元、2-D平面單元及3-D立體單元。1-D線單元由兩點連接而成,2-D單元由三點連成三角形或四點連成四邊形,3-D單元可由八點連接成六面體、四點連接成角錐體或六點連接成三角柱體。每個單元的用法在ANSYS的幫助文檔中都有詳細的說明,可用HELP命令查看。建立單元前必須先行定義使用者欲選擇的單元型號、單元材料特性、單元幾何特性等,為了程序的協(xié)調(diào)性一般在/PREP7后,就定義單元型號及相關資料,只要在建立單元前說明使用哪種單元即可。ET,ITYPE,

52、Ename,KOPT1,KOPT2,KOPT3,KOPT4,KOPT5,KOPT6,I NOPR單元類型(Element Type為機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的含的單元類型種類,例如桌子可由桌面平面單元和桌腳梁單元構(gòu)成,故有兩個單元類型。ET命令是由ANSYS單元庫中選擇某個單元并定義該結(jié)構(gòu)分析所使用 的單元類型號碼。ITYPE:單元類型的號碼Ename:ANSYS單元庫的名稱,即使用者所選擇的單元。KOPT1KOPT6:單元特性編碼。Menu Paths:Main Menu>Preprocessor Element Type>Add/Edit/DeleteMP,Lab,MAT,C0,C1,C2

53、,C3,C4定義材料的屬性(Material Property,材料屬性為固定值時,其值為C0,當隨溫度變化時,由后四個參數(shù)控制。MAT:對應ET所定義的號碼(ITYPE,表示該組屬性屬于ITYPE。Lab:材料屬性類別,任何單元具備何種屬性在單元屬性表中均有說明。例如楊氏系數(shù)(Lab=EX,EY,EZ,密度(Lab=DENS,泊松比(Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX,剪切模數(shù)(Lab=GXY,GYZ,GXZ,熱膨脹系數(shù)(Lab=ALPX,ALPY,ALPZ等。Menu paths:Main Menu>Preprocessor>Matial Props>Isotropi

54、cR,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6定義”實常數(shù)”,即某一單元的補充幾何特征,如梁單元的面積,殼單元的厚度。所帶的的參數(shù)必須與單元表的順序一致。Menu paths:Main Menu>Preprocessor>Real ConstantsE,I,J,K,L,M,N,O,P定義單元的連接方式,單元表已對該單元連接順序作出了說明, 通常2-D平面單元節(jié)點順序采用順時針逆時針均可以,但結(jié)構(gòu)中的所有單元并不一定全采用順時針或逆時針順序。3-D八點六面體單元,節(jié)點順序采用相對應的順時針或逆時針皆可。當單元建立后,該單元的屬性便由前面所定義的ET,MP,R來決定,所以單元定義前

55、一定要定義ET,MP,R。IP為定義單元節(jié)點的順序號碼。EGEN,IIME,NINC,IEL1,IEL2,IEINC,MINC,IINC,RINC,CINC單元復制命令是將一組單元在現(xiàn)有坐標下復制到其他位置,但條件是必須先建立節(jié)點,節(jié)點之間的號碼要有所關聯(lián)。ITIME:復制次數(shù),包括自己本身。NINC: 每次復制單元時,相對應節(jié)點號碼的增加量。IEL1,IEL2,IEINC: 遠取復制的單元,即哪些單元要復制。EPLOT單元顯示,該命令是將現(xiàn)有單元在卡式坐標系統(tǒng)下顯示在圖形窗口中,以供使用者參考及查看模塊。Menu paths:Utility Menu>plot>ElementsMenu paths:Utility Menu>PlotCtrls>NumberingELIST單元列示命令是將現(xiàn)有的單元資料,以卡式坐標系統(tǒng)列于窗口中,使用者可檢查其所建單元屬性是否正確。Menu paths:Utility Menu>List>Element>(Attributes TypeTYPE, ITYPE 聲明使用哪一組定義了的單元類型,與ET命令相對應。Menu paths:Mai