有限元分析——_課件

1、ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程基礎(chǔ)與應(yīng)用教程主講教師：方軍主講教師：方軍華東交通大學(xué)理工學(xué)院華東交通大學(xué)理工學(xué)院2009年年9月月第一章第一章 概述概述1.1 有限元數(shù)值模擬技術(shù)有限元數(shù)值模擬技術(shù) 在實(shí)際工程技術(shù)領(lǐng)域，存在許多力學(xué)問題和場問在實(shí)際工程技術(shù)領(lǐng)域，存在許多力學(xué)問題和場問題，例如固體力學(xué)中的應(yīng)力應(yīng)變場、傳熱學(xué)中的溫度題，例如固體力學(xué)中的應(yīng)力應(yīng)變場、傳熱學(xué)中的溫度場、電磁學(xué)中的電磁場、流體力學(xué)中的流場以及涉及場、電磁學(xué)中的電磁場、流體力學(xué)中的流場以及涉及多學(xué)科的耦合場等，這些問題的求解都可以看作是在多學(xué)科的耦合場等，這些問題的求解都可以看作是在一定的邊界條件和初始條件下求解其基本微分方程和一

2、定的邊界條件和初始條件下求解其基本微分方程和微分方程組的問題。但由于控制微分方程組的復(fù)雜性微分方程組的問題。但由于控制微分方程組的復(fù)雜性以及邊界條件和初始條件的難以確定性，一般不能得以及邊界條件和初始條件的難以確定性，一般不能得到系統(tǒng)的精確解，因此，引入各種數(shù)值計(jì)算方法獲得到系統(tǒng)的精確解，因此，引入各種數(shù)值計(jì)算方法獲得滿足工程需要的近似數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)。滿足工程需要的近似數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)。 有限差分法（簡單有限差分法（簡單) 有限元法有限元法 （范圍廣）（范圍廣）數(shù)值模擬方法數(shù)值模擬方法1.1.1 有限元法的基本思路有限元法的基本思路 是把連續(xù)的幾何結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并

3、在每是把連續(xù)的幾何結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而將連續(xù)體看作僅在一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時(shí)選定場函數(shù)節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時(shí)選定場函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一個(gè)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一個(gè)近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程組，從而將一個(gè)立用于求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程組，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由

4、度問題，求解得到節(jié)點(diǎn)值后就可以通過設(shè)定的插值由度問題，求解得到節(jié)點(diǎn)值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以致整個(gè)集合體上的場函數(shù)。函數(shù)確定單元上以致整個(gè)集合體上的場函數(shù)。1.1.2 有限元常用術(shù)語有限元常用術(shù)語1.單元，有限元模型中每一個(gè)小的塊體稱為一個(gè)單元。單元，有限元模型中每一個(gè)小的塊體稱為一個(gè)單元。一個(gè)有限元程序提供的單元種類越多，該程序功能就一個(gè)有限元程序提供的單元種類越多，該程序功能就越強(qiáng)大。越強(qiáng)大。ANSYS提供一百余種單元類型。提供一百余種單元類型。2.節(jié)點(diǎn)，用于確定單元形狀、表述單元特征及連接相節(jié)點(diǎn)，用于確定單元形狀、表述單元特征及連接相鄰單元的點(diǎn)。有限元模型中的最小構(gòu)成元素。

5、鄰單元的點(diǎn)。有限元模型中的最小構(gòu)成元素。3. 載荷，工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力或力矩，包載荷，工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力或力矩，包括集中力、力矩及分布力等。不同的學(xué)科中，載荷含括集中力、力矩及分布力等。不同的學(xué)科中，載荷含義有所差別。義有所差別。4.邊界條件，是指結(jié)構(gòu)在邊界上所受到的外加約束。邊界條件，是指結(jié)構(gòu)在邊界上所受到的外加約束。5.初始條件，是結(jié)構(gòu)響應(yīng)前所施加的初始速度、初始初始條件，是結(jié)構(gòu)響應(yīng)前所施加的初始速度、初始溫度及預(yù)應(yīng)力等。溫度及預(yù)應(yīng)力等。1.1.3 有限元分析基本步驟有限元分析基本步驟有限元分析的基本步驟如下：有限元分析的基本步驟如下：建立求解域并將其離散化有限單元，即

6、將連續(xù)問題分建立求解域并將其離散化有限單元，即將連續(xù)問題分解成節(jié)點(diǎn)和單元等個(gè)體問題；解成節(jié)點(diǎn)和單元等個(gè)體問題；假設(shè)代表單元物理行為的形函數(shù)，即假設(shè)代表單元解假設(shè)代表單元物理行為的形函數(shù)，即假設(shè)代表單元解的近似連續(xù)函數(shù)；的近似連續(xù)函數(shù)；建立單元方程；建立單元方程；構(gòu)造單元整體剛度矩陣；構(gòu)造單元整體剛度矩陣；施加邊界條件、初始條件和載荷；施加邊界條件、初始條件和載荷；求解線性或非線性的微分方程組，得到節(jié)點(diǎn)求解結(jié)果；求解線性或非線性的微分方程組，得到節(jié)點(diǎn)求解結(jié)果；如位移量、應(yīng)力應(yīng)變量、溫度量如位移量、應(yīng)力應(yīng)變量、溫度量得到其他重要信息得到其他重要信息1.2 ANSYS10.0簡介簡介1.2.1 AN

7、SYS 10.0發(fā)展過程發(fā)展過程 ANSYS公司成立于公司成立于1970年年,是美國匹茲堡大學(xué)是美國匹茲堡大學(xué)John Swanson 博士創(chuàng)建，是目前世界博士創(chuàng)建，是目前世界CAE行業(yè)最大公行業(yè)最大公司。司。1.2.2 ANSYS10.0 創(chuàng)新之處創(chuàng)新之處1.2.3 ANSYS 10.0 使用環(huán)境使用環(huán)境 ANSYS及及ANSYS/LS-DYNA程序可運(yùn)行與程序可運(yùn)行與PC機(jī)、機(jī)、NT工作站、工作站、UNIX工作站及巨型計(jì)算機(jī)等各類計(jì)算機(jī)工作站及巨型計(jì)算機(jī)等各類計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)文件在其所有的產(chǎn)品系列和工及操作系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)文件在其所有的產(chǎn)品系列和工作平臺(tái)上均兼容。并與多種作平臺(tái)上均

8、兼容。并與多種CAD軟件共享數(shù)據(jù)。軟件共享數(shù)據(jù)。1.2.4 ANSYS的三個(gè)基本功能模塊的三個(gè)基本功能模塊1、前處理模塊、前處理模塊（1）實(shí)體建模：自頂向下和自低向上兩種建模方法）實(shí)體建模：自頂向下和自低向上兩種建模方法（2）網(wǎng)格劃分：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適）網(wǎng)格劃分：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。應(yīng)劃分。2、求解模塊、求解模塊3、后處理模塊、后處理模塊POST1和和POST21.2.5 ANSYS 10.0程序功能程序功能 （下一章節(jié)敘述）（下一章節(jié)敘述）第二章第二章 ANSYS主要功能與模塊主要功能與模塊 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

9、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，具有強(qiáng)大它包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊，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研攻關(guān)提供了一個(gè)優(yōu)良的工程項(xiàng)目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個(gè)優(yōu)良的工作環(huán)境，更使我們從繁瑣、單調(diào)的常規(guī)有限元編程中工作環(huán)境，更使我們從繁瑣、單調(diào)的常規(guī)有限元編程中解脫出來。解脫出來。ANSYS本身不僅具有較為完善的分析功能，本身不僅具有較為完善的分析功能，同時(shí)也為用戶自己進(jìn)行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)境。同時(shí)也為用戶自己進(jìn)行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)

10、境。 ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力，僅靠程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力，僅靠ANSYS的的GUI(圖形界面圖形界面)就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；此外，此外，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。因而，利用這些功能，可以實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模因而，利用這些功能，可以實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換。型轉(zhuǎn)換。 一、主要功能簡介一、主要功能簡介1. 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 1） 靜力分析靜力分析 - 用于靜態(tài)載荷用于靜態(tài)載荷. 可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為。非線性行為。 線性結(jié)構(gòu)靜力分析線性結(jié)構(gòu)靜

11、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）模態(tài)分析）模態(tài)分析 - 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形計(jì)算線性結(jié)構(gòu)

12、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). 3）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)變化的載荷的響應(yīng). 4）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)間任意變化的確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng)載荷的響應(yīng). 可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為性行為. 5）譜分析）譜分析 6）隨機(jī)振動(dòng)分析等）隨機(jī)振動(dòng)分析等 7）特征屈曲分析）特征

13、屈曲分析 - 用于計(jì)算線性屈曲載荷并確定屈用于計(jì)算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀曲模態(tài)形狀. (結(jié)合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以實(shí)現(xiàn)非線性結(jié)合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以實(shí)現(xiàn)非線性屈曲分析屈曲分析.) 8）專項(xiàng)分析）專項(xiàng)分析: 斷裂分析斷裂分析, 復(fù)合材料分析，疲勞分析復(fù)合材料分析，疲勞分析2. 高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析（高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析（ANSYS/LS-DYNA） 全自動(dòng)接觸分析，四十多種接觸類型全自動(dòng)接觸分析，四十多種接觸類型 任意拉格郎日歐拉（任意拉格郎日歐拉（ALE）分析）分析 多物質(zhì)歐拉、單物質(zhì)歐拉多物質(zhì)歐拉、單物質(zhì)歐拉 適應(yīng)網(wǎng)格、網(wǎng)格重劃分、重啟動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)格、網(wǎng)格重劃分、重啟動(dòng) 100多種非線性材

14、料模式多種非線性材料模式 多物理場耦合分析：結(jié)構(gòu)、熱、流體、聲學(xué)多物理場耦合分析：結(jié)構(gòu)、熱、流體、聲學(xué) 爆炸模擬，起爆效果及應(yīng)力波的傳播分析爆炸模擬，起爆效果及應(yīng)力波的傳播分析 侵徹穿甲仿真，鳥撞及葉片包容性分析，跌落分析侵徹穿甲仿真，鳥撞及葉片包容性分析，跌落分析 失效分析，裂紋擴(kuò)展分析失效分析，裂紋擴(kuò)展分析 剛體運(yùn)動(dòng)、剛體柔體運(yùn)動(dòng)分析剛體運(yùn)動(dòng)、剛體柔體運(yùn)動(dòng)分析 實(shí)時(shí)聲場分析實(shí)時(shí)聲場分析 BEM邊界元方法，邊界元、有限元耦合分析邊界元方法，邊界元、有限元耦合分析 光順質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力（光順質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力（SPH）算法）算法 3. 熱分析熱分析 穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場分析穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場分析 熱傳導(dǎo)、熱對(duì)

15、流、熱輻射分析熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射分析 相變分析相變分析 材料性質(zhì)、邊界條件隨溫度變化材料性質(zhì)、邊界條件隨溫度變化 4. 電磁分析電磁分析 靜磁場分析計(jì)算直流電（靜磁場分析計(jì)算直流電（DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場或永磁體產(chǎn)生的磁場 交變磁場分析交變磁場分析 計(jì)算由于交流電計(jì)算由于交流電(AC)產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的磁場 瞬態(tài)磁場分析計(jì)算隨時(shí)間隨機(jī)變化的電流或外界瞬態(tài)磁場分析計(jì)算隨時(shí)間隨機(jī)變化的電流或外界引起的磁場引起的磁場 電場分析用于計(jì)算電阻或電容系統(tǒng)的電場電場分析用于計(jì)算電阻或電容系統(tǒng)的電場. 典型的典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。 高

16、頻電磁場分析用于微波及高頻電磁場分析用于微波及RF無源組件，波導(dǎo)、無源組件，波導(dǎo)、雷達(dá)系統(tǒng)、同軸連接器等分析。雷達(dá)系統(tǒng)、同軸連接器等分析。 5. 流體動(dòng)力學(xué)分析流體動(dòng)力學(xué)分析 定常定常/非定常分析非定常分析 層流層流/湍流分析湍流分析 自由對(duì)流自由對(duì)流/強(qiáng)迫對(duì)流強(qiáng)迫對(duì)流/混合對(duì)流分析混合對(duì)流分析 可壓縮流可壓縮流/不可壓縮流分析不可壓縮流分析 亞音速亞音速/跨音速跨音速/超音速流動(dòng)分析超音速流動(dòng)分析 任意拉格郎日歐拉分析（任意拉格郎日歐拉分析（ALE） 多組份流動(dòng)分析（多達(dá)多組份流動(dòng)分析（多達(dá)6組份）組份） 牛頓流與非牛頓流體分析牛頓流與非牛頓流體分析 內(nèi)流和外流分析內(nèi)流和外流分析 共軛傳熱及

17、熱輻射邊界共軛傳熱及熱輻射邊界 分布阻尼和風(fēng)扇模型分布阻尼和風(fēng)扇模型 移動(dòng)壁面及自由界面分析移動(dòng)壁面及自由界面分析 6. 聲學(xué)分析聲學(xué)分析 定常分析定常分析 模態(tài)分析模態(tài)分析 動(dòng)力響應(yīng)分析動(dòng)力響應(yīng)分析 7. 壓電分析壓電分析 穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)分析穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)分析 模態(tài)分析模態(tài)分析 諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)分析 8. 多場耦合分析多場耦合分析 熱結(jié)構(gòu)熱結(jié)構(gòu) 磁熱磁熱 磁結(jié)構(gòu)磁結(jié)構(gòu) 流體熱流體熱 流體結(jié)構(gòu)流體結(jié)構(gòu) 熱電熱電 電磁熱流體結(jié)構(gòu)電磁熱流體結(jié)構(gòu) 9. 優(yōu)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)靈敏度分析優(yōu)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)靈敏度分析 單一物理場優(yōu)化單一物理場優(yōu)化 耦合場優(yōu)化耦合場優(yōu)化 10.二次開發(fā)功能二次開發(fā)功能 參數(shù)設(shè)計(jì)語言參數(shù)設(shè)計(jì)語

18、言 用戶可編程特性用戶可編程特性 用戶自定義界面語言用戶自定義界面語言 外部命令外部命令 11. ANSYS土木工程專用包土木工程專用包 ANSYS的土木工程專用包的土木工程專用包ANSYS/CivilFEM用來研究鋼結(jié)構(gòu)、鋼用來研究鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土及巖土結(jié)構(gòu)的特性，如房屋建筑、橋梁、大壩、硐室與筋混凝土及巖土結(jié)構(gòu)的特性，如房屋建筑、橋梁、大壩、硐室與隧道、地下建筑物等的受力、變形、穩(wěn)定性及地震響應(yīng)等情況，隧道、地下建筑物等的受力、變形、穩(wěn)定性及地震響應(yīng)等情況，從力學(xué)計(jì)算、組合分析及規(guī)范驗(yàn)算與設(shè)計(jì)提出了全面的解決方案，從力學(xué)計(jì)算、組合分析及規(guī)范驗(yàn)算與設(shè)計(jì)提出了全面的解決方案，為建筑及巖土工程

19、師提供了功能強(qiáng)大且方便易用的分析手段。為建筑及巖土工程師提供了功能強(qiáng)大且方便易用的分析手段。二、主要模塊簡介二、主要模塊簡介1. ANSYS/Mechanical：該模塊提供了范圍廣泛的工程設(shè)：該模塊提供了范圍廣泛的工程設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化功能，這些功能包括完整的結(jié)構(gòu)、熱、計(jì)分析與優(yōu)化功能，這些功能包括完整的結(jié)構(gòu)、熱、壓電及聲學(xué)分析。是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)校驗(yàn)工具，壓電及聲學(xué)分析。是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)校驗(yàn)工具，可用來確定位移、應(yīng)力、作用力、溫度、壓力分布以可用來確定位移、應(yīng)力、作用力、溫度、壓力分布以及其它重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。及其它重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2. ANSYS/Structural：通過利用其先進(jìn)的非

20、線性功能，：通過利用其先進(jìn)的非線性功能，該模塊可進(jìn)行高目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分析，具體包括：幾何非該模塊可進(jìn)行高目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分析，具體包括：幾何非線性、材料非線性、單元非線性及屈曲分析。該模塊線性、材料非線性、單元非線性及屈曲分析。該模塊可以使用戶精確模擬大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性能?？梢允褂脩艟_模擬大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性能。3. ANSYS/Linear plus：該模塊是從：該模塊是從ANSYS/Structural派派生出來的，一個(gè)線性結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng)，可用于線性的靜生出來的，一個(gè)線性結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng)，可用于線性的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及屈曲分析，非線性分析僅包括間隙元和板態(tài)、動(dòng)態(tài)及屈曲分析，非線性分析僅包括間隙元和板/梁大變形分析。

21、梁大變形分析。4. ANSYS/Thermal：該模塊同樣是從：該模塊同樣是從ANSYS/Mechanical中派生出來的，是一個(gè)可單獨(dú)運(yùn)行的熱分析程序，可中派生出來的，是一個(gè)可單獨(dú)運(yùn)行的熱分析程序，可用于穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)熱分析。用于穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)熱分析。5. ANSYS/Flotran：該程序是個(gè)靈活的：該程序是個(gè)靈活的CFD軟件，可求解軟件，可求解各種流體流動(dòng)問題，具體包括：層流、紊流、可壓縮各種流體流動(dòng)問題，具體包括：層流、紊流、可壓縮流及不可壓縮流等。通過與流及不可壓縮流等。通過與ANSYS/Mechanical耦合，耦合，ANSYS/FLOTRAN是唯一一個(gè)具有設(shè)計(jì)優(yōu)化能力的是唯一一個(gè)具有設(shè)計(jì)

22、優(yōu)化能力的CFD軟件，并且能提供復(fù)雜的多物理場功能。軟件，并且能提供復(fù)雜的多物理場功能。6. ANSYS/Emag：該程序是一個(gè)獨(dú)立的電磁分析軟件包，：該程序是一個(gè)獨(dú)立的電磁分析軟件包，可模擬電磁場、靜電學(xué)、電路及電流傳導(dǎo)分析。當(dāng)該可模擬電磁場、靜電學(xué)、電路及電流傳導(dǎo)分析。當(dāng)該程序與其它程序與其它ANSYS模塊聯(lián)合使用時(shí)，則具有了多物理模塊聯(lián)合使用時(shí)，則具有了多物理場分析功能，能夠研究流場、電磁場及結(jié)構(gòu)力學(xué)間的場分析功能，能夠研究流場、電磁場及結(jié)構(gòu)力學(xué)間的相互影響。相互影響。7. ANSYS/Preppost：該模塊為用戶在前處理階段提供了：該模塊為用戶在前處理階段提供了強(qiáng)大的功能，使用戶能夠

23、便捷地建立有限元模型。其強(qiáng)大的功能，使用戶能夠便捷地建立有限元模型。其后處理器能夠使用戶檢查所有后處理器能夠使用戶檢查所有ANSYS分析的計(jì)算結(jié)果。分析的計(jì)算結(jié)果。8. ANSYS/ED：該模塊是一個(gè)功能完整的設(shè)計(jì)模擬程序，：該模塊是一個(gè)功能完整的設(shè)計(jì)模擬程序，它擁有它擁有ANSYS隱式產(chǎn)品的全部功能，只是解題規(guī)模受隱式產(chǎn)品的全部功能，只是解題規(guī)模受到了限制（目前節(jié)點(diǎn)數(shù)到了限制（目前節(jié)點(diǎn)數(shù)1000）。該軟件可獨(dú)立運(yùn)行，）。該軟件可獨(dú)立運(yùn)行，是理想的培訓(xùn)教學(xué)軟件。是理想的培訓(xùn)教學(xué)軟件。9. ANSYS/LS-DYNA：該程序是一個(gè)顯示求解軟件，可：該程序是一個(gè)顯示求解軟件，可解決高度非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)

24、力問題。該程序可模擬板料成解決高度非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力問題。該程序可模擬板料成形、碰撞分析、涉及大變形的沖擊、非線性材料性能形、碰撞分析、涉及大變形的沖擊、非線性材料性能以及多物體接觸分析，它可以加入第一類軟件包中運(yùn)以及多物體接觸分析，它可以加入第一類軟件包中運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost：該程序具有所有的：該程序具有所有的ANSYS/LS-DYNA的前后處理功能，具體包括：實(shí)體的前后處理功能，具體包括：實(shí)體建模、網(wǎng)格剖分、加載、邊界條件、等值線顯示、計(jì)建模、網(wǎng)格剖分、加載、邊界條件、等值線顯示、計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)以及動(dòng)畫，但沒有求解功能。算結(jié)

25、果評(píng)價(jià)以及動(dòng)畫，但沒有求解功能。11.ANSYS/University：該模塊是一個(gè)功能完整的設(shè)計(jì)模：該模塊是一個(gè)功能完整的設(shè)計(jì)模擬程序，它擁有擬程序，它擁有ANSYS隱式產(chǎn)品的全部功能，只是解隱式產(chǎn)品的全部功能，只是解題規(guī)模受到了限制（目前節(jié)點(diǎn)數(shù)題規(guī)模受到了限制（目前節(jié)點(diǎn)數(shù)16000和和32000兩種）。兩種）。該軟件可獨(dú)立運(yùn)行，適用與高校進(jìn)行教學(xué)或科研。該軟件可獨(dú)立運(yùn)行，適用與高校進(jìn)行教學(xué)或科研。12.ANSYS/DesignSpace：該模塊是：該模塊是ANSYS的低端產(chǎn)品，的低端產(chǎn)品，適用與設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行基適用與設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行基本分析，以

26、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。其分析功能包括：線本分析，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。其分析功能包括：線性靜力分析、模態(tài)分析、基本熱分析、基本熱力耦合性靜力分析、模態(tài)分析、基本熱分析、基本熱力耦合分析、拓?fù)鋬?yōu)化。其他功能有：分析、拓?fù)鋬?yōu)化。其他功能有：CAD模型讀取器、自模型讀取器、自動(dòng)生成分析報(bào)告、自動(dòng)生成動(dòng)生成分析報(bào)告、自動(dòng)生成ANSYS數(shù)據(jù)庫文件、自動(dòng)數(shù)據(jù)庫文件、自動(dòng)生成生成ANSYS分析模板。產(chǎn)品詳細(xì)分類：分析模板。產(chǎn)品詳細(xì)分類： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的：（支持的CAD模型有：模型有

27、：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）13.ANSYS/Connection：ANSYS與與CAD軟件的接口產(chǎn)品。軟件的接口產(chǎn)品。可以將可以將CAD模型數(shù)據(jù)或國際標(biāo)準(zhǔn)格式模型數(shù)據(jù)或國際標(biāo)準(zhǔn)格式CAD模型數(shù)據(jù)直模型數(shù)據(jù)直接讀入并進(jìn)行任意接讀入并進(jìn)行任意ANSYS支持的分析。目前支持的支持的分析。目前支持的CAD軟件有：軟件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的國際標(biāo)準(zhǔn)。支持的國際標(biāo)準(zhǔn)格式有：格式有：IGES、SAT、Parasolid.第三章第三章 ANSYS基本使用方法基本使用方法一、典型分析過程一、典型分析過程1. 前處理前處理創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建有限元模型 1）單元屬性定義（單元

28、類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性）單元屬性定義（單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性） 2）創(chuàng)建或讀入幾何實(shí)體模型）創(chuàng)建或讀入幾何實(shí)體模型 3）有限元網(wǎng)格劃分）有限元網(wǎng)格劃分 4）施加約束條件、載荷條件）施加約束條件、載荷條件2. 施加載荷進(jìn)行求解施加載荷進(jìn)行求解 1）定義分析選項(xiàng)和求解控制）定義分析選項(xiàng)和求解控制 2）定義載荷及載荷步選項(xiàng)）定義載荷及載荷步選項(xiàng) 3）求解）求解 solve3. 后處理后處理 1）查看分析結(jié)果）查看分析結(jié)果 2）檢驗(yàn)結(jié)果）檢驗(yàn)結(jié)果A1XYZANSYS的分析方法的分析方法(續(xù)續(xù))1. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看結(jié)果查看結(jié)果2. 施加載荷求解施加載荷求解主菜單主菜單分析的三

29、個(gè)主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn)分析的三個(gè)主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn).Objective2-2.2-2.ANSYSANSYS分析步驟在分析步驟在GUIGUI中的體現(xiàn)中的體現(xiàn). .ANSYS的分析方法的分析方法(續(xù)續(xù))ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一種動(dòng)賓結(jié)構(gòu)，以動(dòng)按照一種動(dòng)賓結(jié)構(gòu)，以動(dòng)詞開始（如詞開始（如Create), 隨后隨后是一個(gè)名詞是一個(gè)名詞 (如如Circle).菜單的排列，按照由前到后菜單的排列，按照由前到后、由簡單到復(fù)雜的順序，與、由簡單到復(fù)雜的順序，與典型分析的順序相同典型分析的順序相同. 二、二、 ANSYS文件及工作文件名文件及工作文件名一些特殊的文

30、件一些特殊的文件 數(shù)據(jù)庫文件數(shù)據(jù)庫文件jobname.db二進(jìn)制二進(jìn)制Log 文件文件jobname.log文本文本結(jié)果文件結(jié)果文件jobname.rxx二進(jìn)制二進(jìn)制圖形文件圖形文件jobname.grph二進(jìn)制二進(jìn)制 ANSYS的數(shù)據(jù)庫，是指在前處理、求解及后處理過的數(shù)據(jù)庫，是指在前處理、求解及后處理過程中，程中，ANSYS保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫既存儲(chǔ)輸入保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫既存儲(chǔ)輸入的數(shù)據(jù)，也存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，也存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)據(jù):輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) - 必須輸入的信息必須輸入的信息 (模型尺寸、材料屬性、載荷模型尺寸、材料屬性、載荷等等).結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù) - ANSYS計(jì)算的數(shù)值計(jì)

31、算的數(shù)值 (位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等等).26三、三、ANSYS10.0的基本操作的基本操作3.1.ANSYS10.03.1.ANSYS10.0的啟動(dòng)與設(shè)置：的啟動(dòng)與設(shè)置： 啟 動(dòng) 路 徑 ：啟 動(dòng) 路 徑 ： 【 開 始開 始 】 【 程 序程 序 】 Ansys10.0ANSYS Product Launcher, ,出現(xiàn)如圖出現(xiàn)如圖3-13-1所示的所示的10.010.0：ANSYS Product Launcher 窗口窗口Objective圖圖3-1 10.03-1 10.0：ANSYS Product Launcher窗口窗口1.選擇選擇ANSYS產(chǎn)品產(chǎn)品 S

32、imulation Environment：設(shè)定模擬環(huán)境，一般選：設(shè)定模擬環(huán)境，一般選擇擇ANSYSLicense:根據(jù)要分析問題的性質(zhì)，選擇合適產(chǎn)品，根據(jù)要分析問題的性質(zhì)，選擇合適產(chǎn)品，一般選擇一般選擇ANYSY Multiphysics/LS-DYNA2.選擇工作目錄，設(shè)置工作文件名選擇工作目錄，設(shè)置工作文件名Working Directory:輸入工作目錄輸入工作目錄Job Name：輸入工作文件名：輸入工作文件名3.設(shè)置設(shè)置ANSYS工作空間和數(shù)據(jù)庫的大小工作空間和數(shù)據(jù)庫的大小單擊單擊Customization/Preference，在，在Memory設(shè)置工設(shè)置工 作空間和數(shù)據(jù)庫大小。

33、作空間和數(shù)據(jù)庫大小。Graphics Device Name:設(shè)置圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)置圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng) ,ANSYS 提供提供win32、win32c、3D 4.運(yùn)行運(yùn)行ANSYS ,單擊單擊Run進(jìn)入進(jìn)入ANSYS 運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng) 3.2 ANSYS10.0用戶界面用戶界面應(yīng)用菜單應(yīng)用菜單主菜單主菜單命令輸入?yún)^(qū)命令輸入?yún)^(qū)ANSYS 工具欄工具欄圖形窗口圖形窗口快捷菜單快捷菜單命令注釋命令注釋狀態(tài)欄狀態(tài)欄3.3 ANSYS信息輸出窗口信息輸出窗口3.4 退出退出ANSYS10.0四、前處理四、前處理實(shí)體建模實(shí)體建模 和參數(shù)化建模和參數(shù)化建模 ；體素庫及布爾運(yùn)算體素庫及布爾運(yùn)算 ；拖拉、旋轉(zhuǎn)、拷貝、蒙

34、皮、倒角等拖拉、旋轉(zhuǎn)、拷貝、蒙皮、倒角等 ；多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具，自動(dòng)進(jìn)行單元形態(tài)、求解精多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具，自動(dòng)進(jìn)行單元形態(tài)、求解精度檢查及修正度檢查及修正 ；自由自由/映射網(wǎng)格劃分、智能網(wǎng)格劃分、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分映射網(wǎng)格劃分、智能網(wǎng)格劃分、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 復(fù)雜幾何體復(fù)雜幾何體Sweep映射網(wǎng)格生成映射網(wǎng)格生成 、六面體向四面體自、六面體向四面體自動(dòng)過渡網(wǎng)格動(dòng)過渡網(wǎng)格金字塔形金字塔形 、邊界層網(wǎng)格劃分、邊界層網(wǎng)格劃分 ；在幾何模型或在幾何模型或FE模型上加載：點(diǎn)載荷、分布載荷、體模型上加載：點(diǎn)載荷、分布載荷、體載荷、函數(shù)載荷載荷、函數(shù)載荷 ；可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)梁截面形狀庫可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)梁截面形狀庫

35、。1. 實(shí)體模型及有限元模型實(shí)體模型及有限元模型 現(xiàn)今幾乎所有的有限元分析模型都用實(shí)體模型建?，F(xiàn)今幾乎所有的有限元分析模型都用實(shí)體模型建模. 類似于類似于CAD，ANSYS以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，用于在里面填充節(jié)點(diǎn)和單元，還可以在幾何模型邊界上用于在里面填充節(jié)點(diǎn)和單元，還可以在幾何模型邊界上方便地施加載荷方便地施加載荷. 但是，但是， 幾何實(shí)體模型并不參與有限元分幾何實(shí)體模型并不參與有限元分析析. 所有施加在幾何實(shí)體邊界上的載荷或約束必須最終傳所有施加在幾何實(shí)體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)或單元上）進(jìn)行求解遞到有限元模型上（節(jié)點(diǎn)或單

36、元上）進(jìn)行求解. 由幾何模型創(chuàng)建有限元模型的過程叫作網(wǎng)格劃分由幾何模型創(chuàng)建有限元模型的過程叫作網(wǎng)格劃分Meshing幾何實(shí)體模型幾何實(shí)體模型有限元模型有限元模型ANSYS中的圖元中的圖元(即使想從即使想從CAD模型中傳輸實(shí)體模型，也應(yīng)該知道如何使用模型中傳輸實(shí)體模型，也應(yīng)該知道如何使用ANSYS建建模工具修改傳入的模型模工具修改傳入的模型.)下圖示意四類圖元下圖示意四類圖元.體體 (3D模型模型) 由面圍成，代表由面圍成，代表三維實(shí)體三維實(shí)體.面面 (表面表面) 由線圍成由線圍成. 代表實(shí)體代表實(shí)體表面、平面形狀或殼（可以是表面、平面形狀或殼（可以是三維曲面）三維曲面）.線線 (可以是空間曲線

37、可以是空間曲線) 以關(guān)鍵點(diǎn)以關(guān)鍵點(diǎn)為端點(diǎn)，代表物體的邊為端點(diǎn)，代表物體的邊.關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn) (位于位于3D空間空間) 代表物代表物體的角點(diǎn)體的角點(diǎn).AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective2.四類實(shí)體模型圖元四類實(shí)體模型圖元, 以及它們之間的層次關(guān)系以及它們之間的層次關(guān)系.ANSYS中圖元中圖元(續(xù)續(xù))層次關(guān)系層次關(guān)系從最低階到最高階，模型圖元的層次關(guān)系為：從最低階到最高階，模型圖元的層次關(guān)系為： 關(guān)鍵點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)（Keypoints） 線（線（Lines） 面（面（Areas） 體（體（Volumes）提示提示: 如果低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪

38、除如果低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!2.布爾操作布爾操作選擇圖形類型選擇圖形類型. 將彈出將彈出 選取菜選取菜單單 (見下頁見下頁) 提示選擇圖形進(jìn)行提示選擇圖形進(jìn)行布爾操作布爾操作.要使用布爾操作要使用布爾操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure1. .2. .3. . 選擇一種布爾操作選擇一種布爾操作 (例如例如： Add)五、加載、求解五、加載、

39、求解Objective5-1. 列表和分類載荷列表和分類載荷ANSYS中的載荷可分為中的載荷可分為: 自由度自由度DOF 定義節(jié)點(diǎn)的自由度（定義節(jié)點(diǎn)的自由度（ DOF ）值）值 （如結(jié)（如結(jié)構(gòu)分析構(gòu)分析位移、熱分析位移、熱分析溫度、電磁分析溫度、電磁分析磁勢等磁勢等) 集中載荷集中載荷點(diǎn)載荷點(diǎn)載荷 （如結(jié)構(gòu)分析（如結(jié)構(gòu)分析力、熱分析力、熱分析熱導(dǎo)熱導(dǎo)率、電磁分析率、電磁分析magnetic current segments） 面載荷面載荷 作用在表面的分布載荷作用在表面的分布載荷 （如結(jié)構(gòu)分析（如結(jié)構(gòu)分析壓壓力、熱分析力、熱分析熱對(duì)流、電磁分析熱對(duì)流、電磁分析magnetic Maxwell

40、surfaces等）等） 體積載荷體積載荷 作用在體積或場域內(nèi)作用在體積或場域內(nèi) （如熱分析（如熱分析體積膨體積膨脹、內(nèi)生成熱、電磁分析脹、內(nèi)生成熱、電磁分析magnetic current density等等） 慣性載荷慣性載荷 結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷 (重力、角速重力、角速度度等等)加載加載Objective5-2.加載加載.可在實(shí)體模型或可在實(shí)體模型或 FEA 模型模型 (節(jié)點(diǎn)和單元節(jié)點(diǎn)和單元) 上加載上加載.在關(guān)鍵點(diǎn)處在關(guān)鍵點(diǎn)處約束約束實(shí)體模型實(shí)體模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)處約在節(jié)點(diǎn)處約束束FEA 模型模型沿單元邊界

41、均布的壓力沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)加集中力加載加載 (續(xù)續(xù))+ 幾何模型加載幾何模型加載獨(dú)立于有限元網(wǎng)格獨(dú)立于有限元網(wǎng)格. 重新劃分網(wǎng)格或重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷。局部網(wǎng)格修改不影響載荷。+ 加載的操作加載的操作更加容易更加容易 ,尤其是在圖形中直接拾取時(shí)尤其是在圖形中直接拾取時(shí)。直接在實(shí)體模型加載的優(yōu)點(diǎn)直接在實(shí)體模型加載的優(yōu)點(diǎn):Guidelines加載加載 (續(xù)續(xù))無論采取何種加載方式無論采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型到有限元模型.因此因此, 加載到實(shí)體的載荷將加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到自動(dòng)轉(zhuǎn)化到 其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元

42、上。其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。實(shí)體模型實(shí)體模型加載到實(shí)加載到實(shí)體的載荷體的載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)化自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬到其所屬的節(jié)點(diǎn)或的節(jié)點(diǎn)或單元上單元上FEA 模型模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力 均布?jí)毫D(zhuǎn)化到以線為邊界均布?jí)毫D(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上的各單元上加載加載 (續(xù)續(xù))輸入一個(gè)輸入一個(gè)壓力值即為壓力值即為 均布載荷均布載荷, 兩個(gè)數(shù)值兩個(gè)數(shù)值 定義定義坡度壓力坡度壓力說明：壓力數(shù)值為正表示其方向指向表面說明：壓力數(shù)值為正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加載面力載荷加載面力載荷拾取拾取Line加載加載 (續(xù)續(xù))V

43、ALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)坡度壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)(I) 線性變化到第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)線性變化到第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) (J)。 如果加載后坡度的方向相反如果加載后坡度的方向相反, 將將兩個(gè)壓力數(shù)值顛倒即可。兩個(gè)壓力數(shù)值顛倒即可。加載面力載荷（續(xù)）加載面力載荷（續(xù)）加載加載 (續(xù)續(xù))軸對(duì)稱載荷可加載到具有對(duì)稱軸的軸對(duì)稱載荷可加載到具有對(duì)稱軸的3-D 結(jié)構(gòu)上。結(jié)構(gòu)上。3-D 軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)可用一軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)可用一2-D 軸對(duì)稱模型描述。軸對(duì)稱模型描述。加載軸對(duì)稱載荷加

44、載軸對(duì)稱載荷10” 直徑直徑5” 半徑半徑軸對(duì)稱模型軸對(duì)稱模型3-D 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱軸對(duì)稱軸加載加載 (續(xù)續(xù))加載加載 軸對(duì)稱載荷軸對(duì)稱載荷, 注注意以下方面意以下方面: 載荷數(shù)值載荷數(shù)值 (包括輸出包括輸出的反力的反力) 基于基于360度度轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角的3-D結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 在右圖中，軸對(duì)稱模在右圖中，軸對(duì)稱模型中的載荷是型中的載荷是3-D結(jié)結(jié)構(gòu)均布面力載荷的總構(gòu)均布面力載荷的總量。量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.準(zhǔn)則準(zhǔn)則3-D 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry加載加載 (續(xù)續(xù))在關(guān)鍵點(diǎn)加載位移約束在關(guān)鍵點(diǎn)加載位移約束: 加載

45、約束載荷加載約束載荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可使相同的載荷加可使相同的載荷加在位于兩關(guān)鍵點(diǎn)連線的所有節(jié)點(diǎn)上在位于兩關(guān)鍵點(diǎn)連線的所有節(jié)點(diǎn)上拾取拾取keypoints例例要固定一邊要固定一邊，只要拾取，只要拾取關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)6、7,并設(shè)置并設(shè)置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7加載加載 (續(xù)續(xù))加載約束載荷（續(xù)）加載約束載荷（續(xù)）在線和面上加載位移約束在線和面上加載位

46、移約束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+步驟步驟1. .2. .3. . 拾取拾取 lines 拾取拾取areas求解求解結(jié)果文件結(jié)果文件結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫求解器求解器結(jié)果結(jié)果輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) 求解前數(shù)據(jù)檢查求解前數(shù)據(jù)檢查在求解初始化前，應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容在求解初始化前，應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容: 統(tǒng)一的單位統(tǒng)一的單位 單元類型和選項(xiàng)單元類型和選項(xiàng) 材料性質(zhì)參數(shù)材料性質(zhì)參數(shù)考慮慣性時(shí)應(yīng)輸入材料密度考慮慣性時(shí)應(yīng)輸入材料密度熱應(yīng)力分

47、析時(shí)應(yīng)輸入材料的熱膨脹系數(shù)熱應(yīng)力分析時(shí)應(yīng)輸入材料的熱膨脹系數(shù) 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù) (單元特性單元特性) 單元實(shí)常數(shù)和材料類型的設(shè)置單元實(shí)常數(shù)和材料類型的設(shè)置 實(shí)體模型的質(zhì)量特性實(shí)體模型的質(zhì)量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不應(yīng)存在的縫隙模型中不應(yīng)存在的縫隙 殼單元的法向殼單元的法向 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 集中、體積載荷集中、體積載荷 面力方向面力方向 溫度場的分布和范圍溫度場的分布和范圍 熱膨脹分析的參考溫度熱膨脹分析的參考溫度 (與與 ALPX 材料特性協(xié)調(diào)材料特性協(xié)調(diào)?)求解過程求解過程:1. 求解前保存數(shù)據(jù)庫求解前保存數(shù)據(jù)庫2. 將將O

48、utput 窗口提到最前面觀看求解信息窗口提到最前面觀看求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.進(jìn)行求解進(jìn)行求解Objective5-3.描述求解過程描述求解過程進(jìn)行求解進(jìn)行求解(續(xù)續(xù)) 沒有獲得結(jié)果的原因是什么沒有獲得結(jié)果的原因是什么? 往往是求解輸入的模往往是求解輸入的模型不完整或存在錯(cuò)誤，典型原因有型不完整或存在錯(cuò)誤，典型原因有: 約束不夠約束不夠 (通常出現(xiàn)的問題通常出現(xiàn)的問題)。 當(dāng)模型中有非線性單元當(dāng)模型中有非線性單元 (如縫隙如縫隙 gaps、滑塊滑塊sliders、鉸鉸hinges、索索cables等），整體或部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩等）

49、，整體或部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩潰或潰或“松脫松脫”。 材料性質(zhì)參數(shù)有負(fù)值材料性質(zhì)參數(shù)有負(fù)值, 如密度或瞬態(tài)熱分析時(shí)的比如密度或瞬態(tài)熱分析時(shí)的比熱值。熱值。 未約束鉸接結(jié)構(gòu)未約束鉸接結(jié)構(gòu)，如兩個(gè)水平運(yùn)動(dòng)的梁單元在豎直如兩個(gè)水平運(yùn)動(dòng)的梁單元在豎直方向沒有約束。方向沒有約束。 屈曲屈曲 - 當(dāng)應(yīng)力剛化效應(yīng)為負(fù)（壓）時(shí)，在載荷作用當(dāng)應(yīng)力剛化效應(yīng)為負(fù)（壓）時(shí)，在載荷作用下整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時(shí)，下整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時(shí)，求解存在奇異性，因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)已發(fā)生屈曲求解存在奇異性，因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)已發(fā)生屈曲。六、后處理六、后處理計(jì)算報(bào)告自動(dòng)生成及定制工具：自動(dòng)生成符合要求格式的計(jì)算報(bào)

50、計(jì)算報(bào)告自動(dòng)生成及定制工具：自動(dòng)生成符合要求格式的計(jì)算報(bào)告告 結(jié)果顯示菜單：圖形顯示、抓圖、結(jié)果列表結(jié)果顯示菜單：圖形顯示、抓圖、結(jié)果列表 圖形：云圖、等值線、矢量顯示、粒子流跡顯示、切片、透明及圖形：云圖、等值線、矢量顯示、粒子流跡顯示、切片、透明及半透明顯示、紋理半透明顯示、紋理 及各種結(jié)果動(dòng)畫顯示，可獨(dú)立保存及重放及各種結(jié)果動(dòng)畫顯示，可獨(dú)立保存及重放 3D圖形注注釋功能圖形注注釋功能 直接生成直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的圖形等格式的圖形 計(jì)算結(jié)果排序、檢索、列表及再組合計(jì)算結(jié)果排序、檢索、列表及再組合 鋼筋混凝土單元可顯示單元

51、內(nèi)的鋼筋、開裂情況以及壓碎部位鋼筋混凝土單元可顯示單元內(nèi)的鋼筋、開裂情況以及壓碎部位 ；梁、管、板、復(fù)合材料單元及結(jié)果按實(shí)際形狀顯示，顯示橫截面梁、管、板、復(fù)合材料單元及結(jié)果按實(shí)際形狀顯示，顯示橫截面結(jié)果；顯示梁單元彎矩圖結(jié)果；顯示梁單元彎矩圖 顯示優(yōu)化靈敏度及優(yōu)化變量曲線顯示優(yōu)化靈敏度及優(yōu)化變量曲線 提供對(duì)計(jì)算結(jié)果的加、減、積分、微分等計(jì)算提供對(duì)計(jì)算結(jié)果的加、減、積分、微分等計(jì)算 顯示沿任意路徑的結(jié)果曲線，并可進(jìn)行沿路徑的數(shù)學(xué)計(jì)算顯示沿任意路徑的結(jié)果曲線，并可進(jìn)行沿路徑的數(shù)學(xué)計(jì)算ANSYS 有兩個(gè)后處理器有兩個(gè)后處理器: 通用后處理器通用后處理器 (即即 “POST1”) 只能觀看整個(gè)模型在

52、某一只能觀看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果時(shí)刻的結(jié)果 (如：結(jié)果的照相如：結(jié)果的照相 “snapshot”). 時(shí)間歷程后處理器時(shí)間歷程后處理器 (即即 “POST26”) 可觀看模型在不同可觀看模型在不同時(shí)間的結(jié)果。時(shí)間的結(jié)果。 但此后處理器只能用于處理瞬態(tài)和但此后處理器只能用于處理瞬態(tài)和/或動(dòng)或動(dòng)力分析結(jié)果。力分析結(jié)果。Objective靜力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括靜力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括:1. 繪變形圖2. 變形動(dòng)畫3. 支反力列表4. 應(yīng)力等值線圖5. 網(wǎng)格密度檢查GuidelinesObjective靜力分析結(jié)果后處理的五個(gè)步驟靜力分析結(jié)果后處理的五個(gè)步驟第四章第四章 ANSY

53、S補(bǔ)充說明補(bǔ)充說明一、坐標(biāo)系一、坐標(biāo)系1. 工作平面坐標(biāo)系工作平面坐標(biāo)系wpcs：類似于繪圖圖板，缺省時(shí)總與類似于繪圖圖板，缺省時(shí)總與總體坐標(biāo)系重合，能以網(wǎng)格捕捉形式顯示，并可相對(duì)總體坐標(biāo)系重合，能以網(wǎng)格捕捉形式顯示，并可相對(duì)當(dāng)前激活總體坐標(biāo)系移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，其編號(hào)永遠(yuǎn)為當(dāng)前激活總體坐標(biāo)系移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，其編號(hào)永遠(yuǎn)為“4”2. 總體坐標(biāo)系總體坐標(biāo)系 global cs：包括三種形式包括三種形式 總體直角坐標(biāo)系（總體直角坐標(biāo)系（x , y , z) 編號(hào)為編號(hào)為“0” 總體柱坐標(biāo)系總體柱坐標(biāo)系 （r , , z) 編號(hào)為編號(hào)為“1” 總體球坐標(biāo)系總體球坐標(biāo)系 （r , , )編號(hào)為編號(hào)為“2”3. 局部

54、坐標(biāo)系局部坐標(biāo)系 local cs：局部坐標(biāo)系是在任意位置的用戶局部坐標(biāo)系是在任意位置的用戶定義坐標(biāo)系，即不一定與總體坐標(biāo)系平行或重合，可定義坐標(biāo)系，即不一定與總體坐標(biāo)系平行或重合，可以是任意方向，編號(hào)為大于等于以是任意方向，編號(hào)為大于等于“11”FEM坐標(biāo)系坐標(biāo)系4. 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 node cs：所有的力及其他方向的與節(jié)點(diǎn)相所有的力及其他方向的與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的載荷都是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行的，例如力的方向關(guān)的載荷都是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行的，例如力的方向等只與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系相關(guān)等只與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系相關(guān) 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系上可以輸入力和力矩；位移約束；耦合及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系上可以輸入力和力矩；位移約束；耦合及約束過程

55、約束過程5. 單元坐標(biāo)系單元坐標(biāo)系 element cs：即材料坐標(biāo)系，例如彈性模量即材料坐標(biāo)系，例如彈性模量在材料為各向異性時(shí)每一方向?qū)⒉煌藭r(shí)則根據(jù)單在材料為各向異性時(shí)每一方向?qū)⒉煌?，此時(shí)則根據(jù)單元坐標(biāo)系輸入不同方向的元坐標(biāo)系輸入不同方向的 E 6. 結(jié)果坐標(biāo)系：結(jié)果的輸出形式位移，支反力，力矩等結(jié)果坐標(biāo)系：結(jié)果的輸出形式位移，支反力，力矩等都是與結(jié)果坐標(biāo)系相關(guān)的，結(jié)果坐標(biāo)系即當(dāng)前激活坐都是與結(jié)果坐標(biāo)系相關(guān)的，結(jié)果坐標(biāo)系即當(dāng)前激活坐標(biāo)系，同節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系一樣，二者可以是任何一種當(dāng)前標(biāo)系，同節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系一樣，二者可以是任何一種當(dāng)前激活坐標(biāo)系激活坐標(biāo)系 二、二、CAD模型建模原則模型建模原則應(yīng)考慮

56、多少細(xì)節(jié)：如倒角和孔處，對(duì)分析無用時(shí)可忽應(yīng)考慮多少細(xì)節(jié)：如倒角和孔處，對(duì)分析無用時(shí)可忽略，但對(duì)分析目標(biāo)有用，而且此處將會(huì)出現(xiàn)最大應(yīng)力略，但對(duì)分析目標(biāo)有用，而且此處將會(huì)出現(xiàn)最大應(yīng)力則不能忽略則不能忽略是否具有對(duì)稱性：包括軸，旋轉(zhuǎn)，平面或鏡面，重復(fù)是否具有對(duì)稱性：包括軸，旋轉(zhuǎn)，平面或鏡面，重復(fù)或平移對(duì)稱等。但下列因素必須對(duì)稱或平移對(duì)稱等。但下列因素必須對(duì)稱-幾何形狀；材幾何形狀；材料屬性；載荷工況。料屬性；載荷工況。 此時(shí)可取一部分分析，而后疊加此時(shí)可取一部分分析，而后疊加即可即可應(yīng)力奇異：指在有限元模型中那些應(yīng)力值無限大的點(diǎn)應(yīng)力奇異：指在有限元模型中那些應(yīng)力值無限大的點(diǎn)處，如點(diǎn)載荷的集中力和力矩

57、作用處；孤立的約束點(diǎn)；處，如點(diǎn)載荷的集中力和力矩作用處；孤立的約束點(diǎn)；尖角處等。尖角處等。 建模時(shí)最好避免之建模時(shí)最好避免之三、網(wǎng)格劃分器三、網(wǎng)格劃分器自由式自由式 free：對(duì)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無限制，對(duì)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無限制， 形狀不定。形狀不定。映射式映射式 mapped：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有限制，只適用規(guī)則的體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有限制，只適用規(guī)則的體 形狀，如四，六面體等，可通過形狀，如四，六面體等，可通過global set 進(jìn)行密度設(shè)進(jìn)行密度設(shè)置。置。掃略掃略 sweep：適用于柱體形狀，同適用于柱體形狀，同mapped一樣可控制一樣可控制密度。密度。Smart size：智能尺寸是根據(jù)幾何模型的形狀，確定

58、網(wǎng)智能尺寸是根據(jù)幾何模型的形狀，確定網(wǎng)格密度，適于格密度，適于free劃分，可通過滑桿確定網(wǎng)格密度。劃分，可通過滑桿確定網(wǎng)格密度。網(wǎng)格劃分原則網(wǎng)格劃分原則網(wǎng)格劃分的單元形狀四方和六方的沒有可比性。網(wǎng)格劃分的單元形狀四方和六方的沒有可比性。Sweep掃略網(wǎng)格須上下面即對(duì)應(yīng)面完全一致。掃略網(wǎng)格須上下面即對(duì)應(yīng)面完全一致。能用能用mapped,sweep劃分網(wǎng)格最好先用之，不行再用自劃分網(wǎng)格最好先用之，不行再用自由式由式free。網(wǎng)格劃分最好按線，面，網(wǎng)格劃分最好按線，面， 體的順序。體的順序。分配單元屬性千萬不能分配錯(cuò)誤。分配單元屬性千萬不能分配錯(cuò)誤。面盡量用四邊形的網(wǎng)格，體盡量用六面體的網(wǎng)格。面盡

59、量用四邊形的網(wǎng)格，體盡量用六面體的網(wǎng)格。關(guān)心應(yīng)力結(jié)果的區(qū)域須進(jìn)行詳細(xì)網(wǎng)格劃分。關(guān)心應(yīng)力結(jié)果的區(qū)域須進(jìn)行詳細(xì)網(wǎng)格劃分。僅關(guān)心位移結(jié)果的地方網(wǎng)格可以粗糙些。僅關(guān)心位移結(jié)果的地方網(wǎng)格可以粗糙些。四、四、ANSYS求解器類型求解器類型用于求解表征結(jié)構(gòu)自由度的線性方程組用于求解表征結(jié)構(gòu)自由度的線性方程組直接消去求解器直接消去求解器l波前求解器：波前求解器： 最穩(wěn)定，速度慢，小內(nèi)存時(shí)用最穩(wěn)定，速度慢，小內(nèi)存時(shí)用lsparse求解器：速度快，非線性最適合求解器：速度快，非線性最適合迭代迭代求解器求解器lPCG：預(yù)條件共軛梯度求解器預(yù)條件共軛梯度求解器lICCG：不完全的喬里斯基共軛梯度求解器不完全的喬里斯基

60、共軛梯度求解器lJCG：雅可比共軛梯度求解器雅可比共軛梯度求解器 注：位置在求解器注：位置在求解器/solu中的求解選項(xiàng)中的求解選項(xiàng)analysis options，包括求解精度公差更改包括求解精度公差更改五、如何加快計(jì)算速度五、如何加快計(jì)算速度在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算速度是一個(gè)非常重要的在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算速度是一個(gè)非常重要的問題，下面就如何提高計(jì)算速度作一些建議：問題，下面就如何提高計(jì)算速度作一些建議：充分利用充分利用ANSYS MAPANSYS MAP分網(wǎng)和分網(wǎng)和SWEEPSWEEP分網(wǎng)技術(shù)，盡可能分網(wǎng)技術(shù)，盡可能獲得六面體網(wǎng)格，這一方面減小解題規(guī)模，另一方面提獲得六面體網(wǎng)格，這一方