ANSYS講義資料85清楚明了

ANSYS教程第一章ANSYS主要功能與模塊ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊，具有強大的求解器和前、后處理功能，為我們解決復(fù)雜、龐大的工程項目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個優(yōu)良的工作環(huán)境，更使我們從繁瑣、單調(diào)的常規(guī)有限元編程中解脫出來。ANSYS本身不僅具有較為完善的分析功能，同時也為用戶自己進行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)境。ANSYS程序自身有著較為強大三維建模能力，僅靠ANSYS的GUI(圖形界面)就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；此外，ANSYS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，可以實現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換。一、主要功能簡介1.結(jié)構(gòu)分析

1）靜力分析-用于靜態(tài)載荷.可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為?！窬€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)力強化、旋轉(zhuǎn)軟化

?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?接觸非線性：面面/點面/點點接觸、柔體/柔體剛體接觸、熱接觸?單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼/彈簧元、預(yù)緊力單元等2）模態(tài)分析-計算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形.譜分析是模態(tài)分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變(也叫作響應(yīng)譜或PSD).

3）諧響應(yīng)分析-確定線性結(jié)構(gòu)對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng).

4）瞬態(tài)動力學分析-確定結(jié)構(gòu)對隨時間任意變化的載荷的響應(yīng).可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為.5）譜分析6）隨機振動分析等

7）特征屈曲分析-用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀.(結(jié)合瞬態(tài)動力學分析可以實現(xiàn)非線性屈曲分析.)

8）專項分析:斷裂分析,復(fù)合材料分析，疲勞分析2.高度非線性瞬態(tài)動力分析（ANSYS/LS-DYNA）●全自動接觸分析，四十多種接觸類型●任意拉格郎日－歐拉（ALE）分析●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●100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●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●失效分析，裂紋擴展分析●剛體運動、剛體－柔體運動分析●實時聲場分析●BEM邊界元方法，邊界元、有限元耦合分析●光順質(zhì)點流體動力（SPH）算法3.熱分析●穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場分析●熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射分析●相變分析●材料性質(zhì)、邊界條件隨溫度變化4.電磁分析●靜磁場分析－計算直流電（DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場●交變磁場分析－計算由于交流電(AC)產(chǎn)生的磁場●瞬態(tài)磁場分析－計算隨時間隨機變化的電流或外界引起的磁場●電場分析－用于計算電阻或電容系統(tǒng)的電場.典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等?！窀哳l電磁場分析－用于微波及RF無源組件，波導(dǎo)、雷達系統(tǒng)、同軸連接器等分析。5.流體動力學分析●定常/非定常分析●層流/湍流分析●自由對流/強迫對流/混合對流分析●可壓縮流/不可壓縮流分析●亞音速/跨音速/超音速流動分析●任意拉格郎日－歐拉分析（ALE）●多組份流動分析（多達6組份）●牛頓流與非牛頓流體分析●內(nèi)流和外流分析●共軛傳熱及熱輻射邊界●分布阻尼和風扇模型●移動壁面及自由界面分析6.聲學分析●定常分析●模態(tài)分析●動力響應(yīng)分析7.壓電分析●穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)分析●模態(tài)分析●諧響應(yīng)分析8.多場耦合分析●熱－結(jié)構(gòu)●磁－熱●磁－結(jié)構(gòu)●流體－熱●流體－結(jié)構(gòu)●熱－電●電－磁－熱－流體－結(jié)構(gòu)9.優(yōu)化設(shè)計及設(shè)計靈敏度分析●單一物理場優(yōu)化●耦合場優(yōu)化10.二次開發(fā)功能●參數(shù)設(shè)計語言●用戶可編程特性●用戶自定義界面語言●外部命令11.ANSYS土木工程專用包ANSYS的土木工程專用包ANSYS/CivilFEM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，從力學計算、組合分析及規(guī)范驗算與設(shè)計提出了全面的解決方案，為建筑及巖土工程師提供了功能強大且方便易用的分析手段。二、主要模塊簡介ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/Emag?ANSYS/Structural?ANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNA?ANSYS/Mechanical?ANSYS/LinearPlus?ANSYS/Thermal?1.ANSYS/Mechanical：該模塊塊提供了了范圍廣廣泛的工工程設(shè)計計分析與與優(yōu)化功功能，這這些功能能包括完完整的結(jié)結(jié)構(gòu)、熱熱、壓電電及聲學學分析。。是一個個功能強強大的設(shè)設(shè)計校驗驗工具，，可用來來確定位位移、應(yīng)應(yīng)力、作作用力、、溫度、、壓力分分布以及及其它重重要的設(shè)設(shè)計標準準。2.ANSYS/Structural：通過利利用其先先進的非非線性功功能，該該模塊可可進行高高目標的的結(jié)構(gòu)分分析，具具體包括括：幾何何非線性性、材料料非線性性、單元元非線性性及屈曲曲分析。。該模塊塊可以使使用戶精精確模擬擬大型復(fù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)的性能能。3.ANSYS/Linearplus：該模塊塊是從ANSYS/Structural派生出來來的，一一個線性性結(jié)構(gòu)分分析選項項，可用用于線性性的靜態(tài)態(tài)、動態(tài)態(tài)及屈曲曲分析，，非線性性分析僅僅包括間間隙元和和板/梁大變形形分析。。4.ANSYS/Thermal：該模塊塊同樣是是從ANSYS/Mechanical中派生出出來的，，是一個個可單獨獨運行的的熱分析析程序，，可用于于穩(wěn)態(tài)及及瞬態(tài)熱熱分析。。5.ANSYS/Flotran：該程序序是個靈靈活的CFD軟件，可可求解各各種流體體流動問問題，具具體包括括：層流流、紊流流、可壓壓縮流及及不可壓壓縮流等等。通過過與ANSYS/Mechanical耦合，ANSYS/FLOTRAN是唯一一一個具有有設(shè)計優(yōu)優(yōu)化能力力的CFD軟件，并并且能提提供復(fù)雜雜的多物物理場功功能。6.ANSYS/Emag：該程序序是一個個獨立的的電磁分分析軟件件包，可可模擬電電磁場、、靜電學學、電路路及電流流傳導(dǎo)分分析。當當該程序序與其它它ANSYS模塊聯(lián)合合使用時時，則具具有了多多物理場場分析功功能，能能夠研究究流場、、電磁場場及結(jié)構(gòu)構(gòu)力學間間的相互互影響。。7.ANSYS/Preppost：該模塊塊為用戶戶在前處處理階段段提供了了強大的的功能，，使用戶戶能夠便便捷地建建立有限限元模型型。其后后處理器器能夠使使用戶檢檢查所有有ANSYS分析的計計算結(jié)果果。8.ANSYS/ED：該模塊塊是一個個功能完完整的設(shè)設(shè)計模擬擬程序，，它擁有有ANSYS隱式產(chǎn)品品的全部部功能，，只是解解題規(guī)模模受到了了限制（（目前節(jié)節(jié)點數(shù)1000）。該軟軟件可獨獨立運行行，是理理想的培培訓(xùn)教學學軟件。。9.ANSYS/LS-DYNA：該程序序是一個個顯示求求解軟件件，可解解決高度度非線性性結(jié)構(gòu)動動力問題題。該程程序可模模擬板料料成形、、碰撞分分析、涉涉及大變變形的沖沖擊、非非線性材材料性能能以及多多物體接接觸分析析，它可可以加入入第一類類軟件包包中運行行，也可可以單獨獨運行。。10.ANSYS/LS-DYNAPrepPost：該程序序具有所所有的ANSYS/LS-DYNA的前后處處理功能能，具體體包括：：實體建建模、網(wǎng)網(wǎng)格剖分分、加載載、邊界界條件、、等值線線顯示、、計算結(jié)結(jié)果評價價以及動動畫，但但沒有求求解功能能。11.ANSYS/University：該模塊塊是一個個功能完完整的設(shè)設(shè)計模擬擬程序，，它擁有有ANSYS隱式產(chǎn)品品的全部部功能，，只是解解題規(guī)模模受到了了限制（（目前節(jié)節(jié)點數(shù)16000和32000兩種）。。該軟件件可獨立立運行，，適用與與高校進進行教學學或科研研。12.ANSYS/DesignSpace：該模塊塊是ANSYS的低端產(chǎn)產(chǎn)品，適適用與設(shè)設(shè)計工程程師在產(chǎn)產(chǎn)品概念念設(shè)計初初期對產(chǎn)產(chǎn)品進行行基本分分析，以以檢驗設(shè)設(shè)計的合合理性。。其分析析功能包包括：線線性靜力力分析、、模態(tài)分分析、基基本熱分分析、基基本熱力力耦合分分析、拓拓撲優(yōu)化化。其他他功能有有：CAD模型讀取取器、自自動生成成分析報報告、自自動生成成ANSYS數(shù)據(jù)庫文文件、自自動生成成ANSYS分析模板板。產(chǎn)品品詳細分分類：DesignSpaceforMDTDesignSpaceforSolidWorksStandaloneDesignSpace：（支持持的CAD模型有：：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）13.ANSYS/Connection：ANSYS與CAD軟件的接接口產(chǎn)品品?？梢砸詫AD模型數(shù)據(jù)據(jù)或國際際標準格格式CAD模型數(shù)據(jù)據(jù)直接讀讀入并進進行任意意ANSYS支持的分分析。目目前支持持的CAD軟件有：：Pro/E、UG、CADDS。支持的的國際標標準格式式有：IGES、SAT、Parasolid.第二章ANSYS基本使用用方法一、典型型分析過過程1.前處理——創(chuàng)建有限限元模型型1）單元屬屬性定義義（單元元類型、、實常數(shù)數(shù)、材料料屬性））2）創(chuàng)建或或讀入幾幾何實體體模型3）有限元元網(wǎng)格劃劃分4）施加約約束條件件、載荷荷條件2.施加載荷荷進行求求解1）定義分分析選項項和求解解控制2）定義載載荷及載載荷步選選項2）求解solve3.后處理1）查看分分析結(jié)果果2）檢驗結(jié)結(jié)果ANSYS的分析方方法(續(xù))1.建立有限限元模型型3.查看結(jié)果果2.施加載荷荷求解主菜單分析的三三個主要要步驟可可在主菜菜單中得得到明確確體現(xiàn).Objective2-2.ANSYS分析步驟驟在GUI中的體現(xiàn)現(xiàn).ANSYS的分析方方法(續(xù))ANSYSGUI中的功能能排列按按照一種種動賓結(jié)結(jié)構(gòu)，以以動詞開開始（如如Create),隨后是一一個名詞詞(如Circle).菜單的排排列，按按照由前前到后、、由簡單單到復(fù)雜雜的順序序，與典典型分析析的順序序相同.二、ANSYS文件及工工作文件件名一些特殊殊的文件件數(shù)據(jù)庫文文件jobname.db二進制Log文件jobname.log文本結(jié)果文件件jobname.rxx二進制圖形文件件jobname.grph二進制ANSYS的數(shù)據(jù)庫庫，是指指在前處處理、求求解及后后處理過過程中，，ANSYS保存在內(nèi)內(nèi)存中的的數(shù)據(jù)。。數(shù)據(jù)庫庫既存儲儲輸入的的數(shù)據(jù)，，也存儲儲結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù):輸入數(shù)據(jù)據(jù)-必須須輸入的的信息(模型尺寸寸、材料料屬性、、載荷等等).結(jié)果數(shù)據(jù)據(jù)-ANSYS計算的數(shù)數(shù)值(位移、應(yīng)應(yīng)力、應(yīng)應(yīng)變、溫溫度等).啟動ANSYSObjective1-1.啟動ANSYS軟件.注意:以下過程程默認為為在WindowsNT環(huán)境下.要啟動ANSYS:WindowsNT屏幕:Start>Programs>ANSYS5.5>1.選擇Interactive.Procedure1......2......3......

啟動ANSYS(續(xù))3.選擇ANSYS的工作目目錄，ANSYS所有生成的的文件都將將寫在此目目錄下。缺缺省為上次次運行定義義的目錄。。4.如果配置了了3D顯卡則選擇擇3D.5.設(shè)定初始工工作文件名名，缺省為為上次運行行定義的工工作文件名名，第一次次運行缺省省為file.7.選擇Runto運行ANSYS.Note:還可以設(shè)定定其他的交交互選項，，但通常以以上幾項通通常要設(shè)置置好.如果在第1步中選擇擇RunInteractiveNow，將讀取上一一次的設(shè)置置，跳過此此窗口，直直接運行ANSYS,2.選擇ANSYS產(chǎn)品.6.設(shè)定ANSYS工作空間及及數(shù)據(jù)庫大大小(參考ANSYS安裝及配置置手冊).啟動ANSYS(續(xù))當顯示出這這六個窗口口后，就可可以使用ANSYS了.ANSYS窗口Objective1-2.ANSYSGUI中六個窗口口的總體功功能輸入顯示提示信信息，輸入入ANSYS命令，所有有輸入的命命令將在此此窗口顯示示。主菜單包含ANSYS的主要功能能，分為前前處理、求求解、后處處理等。輸出顯示軟件的的文本輸出出。通常在在其他窗口口后面，需需要查看時時可提到前前面。應(yīng)用菜單包含例如文文件管理、、選擇、顯顯示控制、、參數(shù)設(shè)置置等功能.工具條將常用的命命令制成工工具條，方方便調(diào)用.圖形顯示由ANSYS創(chuàng)建或傳遞遞到ANSYS的圖形.三、前處理理實體建模參數(shù)化建模模體素庫及布布爾運算拖拉、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、拷貝、、蒙皮、倒倒角等多種自動網(wǎng)網(wǎng)格劃分工工具，自動動進行單元元形態(tài)、求求解精度檢檢查及修正正自由/映射網(wǎng)格劃劃分、智能能網(wǎng)格劃分分、自適應(yīng)應(yīng)網(wǎng)格劃分分··復(fù)雜幾何體體Sweep映射網(wǎng)格生生成··六面體向四四面體自動動過渡網(wǎng)格格：金字塔塔形邊界層網(wǎng)格格劃分在幾何模型型或FE模型上加載載：點載荷荷、分布載載荷、體載載荷、函數(shù)數(shù)載荷可擴展的標標準梁截面面形狀庫1.實體模型及及有限元模模型現(xiàn)今幾乎所所有的有限限元分析模模型都用實實體模型建建模.類似于CAD，ANSYS以數(shù)學的方方式表達結(jié)結(jié)構(gòu)的幾何何形狀，用用于在里面面填充節(jié)點點和單元，，還可以在在幾何模型型邊界上方方便地施加加載荷.但是，幾何實體模模型并不參參與有限元元分析.所有施加在在幾何實體體邊界上的的載荷或約約束必須最最終傳遞到到有限元模模型上（節(jié)節(jié)點或單元元上）進行行求解.由幾何模型型創(chuàng)建有限限元模型的的過程叫作作網(wǎng)格劃分分Meshing幾何實體模模型有限元模型型ANSYS中的圖元(即使想從CAD模型中傳輸輸實體模型型，也應(yīng)該該知道如何何使用ANSYS建模工具修修改傳入的的模型.)下圖示意四四類圖元.體(3D模型)由面圍成，，代表三維維實體.面(表面)由線圍成.代表實體表表面、平面面形狀或殼殼（可以是是三維曲面面）.線(可以是空間間曲線)以關(guān)鍵點為為端點，代代表物體的的邊.關(guān)鍵點(位于3D空間)代表表物物體體的的角角點點.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四類實體模型型圖元,以及它們之間間的層次關(guān)系系.ANSYS中圖元(續(xù))層次關(guān)系從最低階到最最高階，模型型圖元的層次次關(guān)系為：關(guān)鍵點（Keypoints）線（Lines））面（Areas））體（Volumes）提示:如果低階的圖圖元連在高階階圖元上，則則低階圖元不不能刪除.KeypointsLinesAreasVolumesI’lljustchangethislineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!2.布爾操作選擇圖形類型型.將彈出選取菜單(見下頁)提示選擇圖形形進行布爾操操作.要使用布爾操操作:MainMenu:Preprocessor>-Modeling-Operate>Procedure1......2......3......

選擇一種布爾爾操作(例如：Add)四、加載、求解Objective4-1.列表和分類載載荷ANSYS中的載載荷可可分為為:自由度度DOF-定義節(jié)節(jié)點的的自由由度（（DOF）值值(結(jié)構(gòu)分分析_位移移、熱熱分析析_溫度、、電磁磁分析析_磁磁勢等等)集中載載荷-點載荷荷(結(jié)構(gòu)分分析_力、、熱分分析_熱導(dǎo)率率、電電磁分分析_magneticcurrentsegments)面載荷荷-作作用在在表面面的分分布載載荷(結(jié)構(gòu)分分析_壓力力、熱熱分析析_熱熱對流流、電電磁分分析_magneticMaxwellsurfaces等)體積載載荷-作用在在體積積或場場域內(nèi)內(nèi)(熱分析析_體積膨膨脹、、內(nèi)生生成熱熱、電電磁分分析_magneticcurrentdensity等)慣性載載荷-結(jié)結(jié)構(gòu)質(zhì)質(zhì)量或或慣性性引起起的載載荷(重重力、、角速速度等等)加載Objective4-2a.加載.可在實實體模模型或或FEA模型(節(jié)點和和單元元)上加載載.在關(guān)鍵鍵點處處約束束實體模模型沿線均均布的的壓力力在關(guān)鍵點加集中力在節(jié)點點處約約束FEA模型沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點點加集集中力力加載(續(xù))幾何模模型加加載獨立于于有限限元網(wǎng)網(wǎng)格.重新劃劃分網(wǎng)網(wǎng)格或或局部部網(wǎng)格格修改改不影影響載載荷.加載的的操作作更加容容易,尤其是是在圖圖形中中直接接拾取取時.直接在在實體體模型型加載載的優(yōu)優(yōu)點:Guidelines加載(續(xù)續(xù))無論采采取何何種加加載方方式,ANSYS求解前前都將將載荷荷轉(zhuǎn)化化到有有限元元模型型.因因此,加載到到實體體的載載荷將將自動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化到到其所屬屬的節(jié)節(jié)點或或單元元上。。實體模型加載到到實體體的載載荷自自動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化到到其所所屬的的節(jié)點點或單單元上上FEA模型沿線均均布的的壓力力均布壓壓力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化到到以線線為邊邊界的的各單單元上上加載(續(xù)續(xù))輸入一一個壓力值值即為為均布載載荷,兩個數(shù)數(shù)值定義坡度壓壓力說明：：壓力力數(shù)值值為正正表示示其方方向指指向表表面MainMenu:Solution>-Loads-Apply>Pressure>OnLines加載載面面力力載載荷荷拾取取Line加載載(續(xù)續(xù))VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500500L3500L31000500L31000500坡度度壓壓力力載載荷荷沿沿起起始始關(guān)關(guān)鍵鍵點點(I)線性變化化到第二二個關(guān)鍵鍵點(J)。如果加載載后坡度度的方向向相反,將兩個壓壓力數(shù)值值顛倒即即可。加載面力力載荷（（續(xù)）加載(續(xù))軸對稱載載荷可加加載到具具有對稱稱軸的3-D結(jié)構(gòu)上。。3-D軸對稱結(jié)結(jié)構(gòu)可用用一2-D軸對稱模模型描述述。加載軸對對稱載荷荷10”直徑5”半徑軸對稱模模型3-D結(jié)構(gòu)對稱軸加載(續(xù))加載軸對稱載載荷,注意以下下方面:載荷數(shù)值值(包括輸出出的反力力)基于360度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角的3-D結(jié)構(gòu)。在右圖中中，軸對對稱模型型中的載載荷是3-D結(jié)構(gòu)均布布面力載載荷的總總量。TotalForce=2pr=47,124lb.準則3-D結(jié)構(gòu)2-D有限元模型Axisofsymmetry加載(續(xù))在關(guān)鍵點加載載位移約束:加載約束載荷荷MainMenu:Solution>-Loads-Apply-Structural-Displacement>OnKeypoints+procedure1......2......3......

Expansionoption可使相同的載載荷加在位于于兩關(guān)鍵點連連線的所有節(jié)節(jié)點上拾取keypoints例要固定一邊，，只要拾取關(guān)關(guān)鍵點6、7,并設(shè)置allDOFs=0和KEXPND=yes.K6K7加載(續(xù))加載約束載荷荷（續(xù)）在線和面上加加載位移約束束:MainMenu:Solution>-Loads-Apply-Structural-Displacement>OnLines+OROnAreas+步驟1......2......3......

拾取lines拾取areas4-1.求解結(jié)果文件結(jié)果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫求解器結(jié)果輸入數(shù)據(jù)求解時模型是是否準備就緒緒?在求解初始化化前，應(yīng)進行行分析數(shù)據(jù)檢檢查，包括下下面內(nèi)容:統(tǒng)一的單位單元類型和選選項材料性質(zhì)參數(shù)數(shù)考慮慣性時應(yīng)應(yīng)輸入材料密密度熱應(yīng)力分析時時應(yīng)輸入材料料的熱膨脹系系數(shù)實常數(shù)(單元特性)單元實常數(shù)和和材料類型的的設(shè)置實體模型的質(zhì)質(zhì)量特性(Preprocessor>Operate>CalcGeomItems)模型中不應(yīng)存存在的縫隙殼單元的法向向節(jié)點坐標系集中、體積載載荷面力方向溫度場的分布布和范圍熱膨脹分析的的參考溫度(與ALPX材料特性協(xié)調(diào)調(diào)?)求解過程:1.求解前保存數(shù)數(shù)據(jù)庫2.將Output窗口提到最前前面觀看求解解信息3.MainMenu:Solution>-Solve-CurrentLS.進行求解Objective4-3.描述求解過程程進行求解(續(xù)續(xù))沒有獲得結(jié)果果的原因是什什么?往往是求解輸輸入的模型不不完整或存在在錯誤，典型型原因有:約束不夠!(通常出現(xiàn)的問問題)。當模型中有非非線性單元(如縫隙gaps、滑塊sliders、鉸hinges、索cables等），整體或或部分結(jié)構(gòu)出出現(xiàn)崩潰或“松脫”。材料性質(zhì)參參數(shù)有負值值,如密密度或瞬態(tài)態(tài)熱分析時時的比熱值值。未約束鉸接接結(jié)構(gòu)，如兩個水平平運動的梁梁單元在豎豎直方向沒沒有約束。。屈曲-當應(yīng)力剛化化效應(yīng)為負負（壓）時時，在載荷荷作用下整整個結(jié)構(gòu)剛剛度弱化。。如果剛度度減小到零零或更小時時，求解存存在奇異性性，因為整整個結(jié)構(gòu)已已發(fā)生屈曲曲。五、、后后處處理理計算算報報告告自自動動生生成成及及定定制制工工具具：：自自動動生生成成符符合合要要求求格格式式的的計計算算報報告告結(jié)果果顯顯示示菜菜單單：：圖圖形形顯顯示示、、抓抓圖圖、、結(jié)結(jié)果果列列表表圖形形：：云云圖圖、、等等值值線線、、矢矢量量顯顯示示、、粒粒子子流流跡跡顯顯示示、、切切片片、、透透明明及及半半透透明明顯顯示示、、紋紋理理各種種結(jié)結(jié)果果動動畫畫顯顯示示，，可可獨獨立立保保存存及及重重放放3D圖形形注注注注釋釋功功能能直接接生生成成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格格式式的的圖圖形形·計算算結(jié)結(jié)果果排排序序、、檢檢索索、、列列表表及及再再組組合合·鋼筋混凝凝土單元元可顯示示單元內(nèi)內(nèi)的鋼筋筋、開裂裂情況以以及壓碎碎部位梁、管、、板、復(fù)復(fù)合材料料單元及及結(jié)果按按實際形形狀顯示示，顯示示橫截面面結(jié)果；；顯示梁梁單元彎彎矩圖顯示優(yōu)化化靈敏度度及優(yōu)化化變量曲曲線提供對計計算結(jié)果果的加、、減、積積分、微微分等計計算顯示沿任任意路徑徑的結(jié)果果曲線，，并可進進行沿路路徑的數(shù)數(shù)學計算算ANSYS有兩個后后處理器器:通用后處處理器(即““POST1”時間歷程后處理器(即“POST26”)可觀看模型在不同時間的結(jié)果。但此后處理器只能用于處理瞬態(tài)和/或動力分析結(jié)果。Objective靜力分析析結(jié)果后后處理的的步驟主主要包括括:1.繪變形圖圖2.變形動畫畫3.支反力列列表4.應(yīng)力等值值線圖5.網(wǎng)格密度度檢查GuidelinesObjective介紹靜靜力分分析結(jié)結(jié)果后后處理理的五五個步步驟第三章章ANSYS補充說說明一、坐坐標系系1.工作平平面坐坐標系系wpcs：類似于于繪圖圖圖板板，缺缺省時時總與與總體體坐標標系重重合，，能以以網(wǎng)格格捕捉捉形式式顯示示，并并可相相對當當前激激活總總體坐坐標系系移動動或旋旋轉(zhuǎn)，，其編編號永永遠為為“4”2.總體坐坐標系系globalcs：包括三三種形形式總體直直角坐坐標系系（x,y,z)編號為為“0”總體柱柱坐標標系（（r,θθ,z)編號為為“1”總體球球坐標標系（（r,θθ,ββ)編號為為“2”3.局部坐標系系localcs：局部坐標系系是在任意意位置的用用戶定義坐坐標系，即即不一定與與總體坐標標系平行或或重合，可可以是任意意方向，編編號為大于于等于“11”FEM坐標系4.節(jié)點坐標系系nodecs：所有的力及及其他方向向的與節(jié)點點相關(guān)的載載荷都是在在節(jié)點坐標標系下進行行的，例如如力的方向向等只與節(jié)節(jié)點坐標系系相關(guān)節(jié)點坐標系系上可以輸輸入力和力力矩；位移移約束；耦耦合及約束束過程5.單元坐標標系elementcs：即材料坐坐標系，，例如彈彈性模量量在材料料為各向向異性時時每一方方向?qū)⒉徊煌舜藭r則根根據(jù)單元元坐標系系輸入不不同方向向的E6.結(jié)果坐標標系：結(jié)結(jié)果的輸輸出形式式位移，，支反力力，力矩矩等都是是與結(jié)果果坐標系系相關(guān)的的，結(jié)果果坐標系系即當前前激活坐坐標系，，同節(jié)點點坐標系系一樣，，二者可可以是任任何一種種當前激激活坐標標系二、CAD模型建模模原則應(yīng)考慮多多少細節(jié)節(jié)：如倒倒角和孔孔處，對對分析無無用時可可忽略，，但對分分析目標標有用，，而且此此處將會會出現(xiàn)最最大應(yīng)力力則不能能忽略是否具有有對稱性性：包括括軸，旋旋轉(zhuǎn)，平平面或鏡鏡面，重重復(fù)或平平移對稱稱等。但但下列因因素必須須對稱-----幾何何形狀；；材料屬屬性；載載荷工況況。此此時可取取一部分分分析，，而后疊疊加即可可應(yīng)力奇異異：指在在有限元元模型中中那些應(yīng)應(yīng)力值無無限大的的點處，，如點載載荷的集集中力和和力矩作作用處；；孤立的的約束點點；尖角角處等。。建模模時最好好避免之之三、網(wǎng)格劃分分器自由式free：對復(fù)雜的拓撲撲結(jié)構(gòu)無限制制，形狀不不定映射式mapped：拓撲結(jié)構(gòu)有限限制，只適用用規(guī)則的體形形狀，如如四，六面體體等，可通過過globalset進行密度設(shè)置置掃略sweep：：適用于柱體形形狀，同mapped一樣可控制密密度Smartsize：：智能尺寸是根根據(jù)幾何模型型的形狀，確確定網(wǎng)格密度度，適于free劃分，可通過過滑桿確定網(wǎng)網(wǎng)格密度網(wǎng)格劃分原則則網(wǎng)格劃分的單單元形狀四方方和六方的沒沒有可比性Sweep掃略網(wǎng)格須上上下面即對應(yīng)應(yīng)面完全一致致能用mapped,sweep劃分網(wǎng)格最好好先用之，不不行再用自由由式free網(wǎng)格劃分最好好按線，面，，體的順序序分配單元屬性性千萬不能分分配錯誤面盡量用四邊邊形的網(wǎng)格，，體盡量用六六面體的網(wǎng)格格關(guān)心應(yīng)力結(jié)果果的區(qū)域須進進行詳細網(wǎng)格格劃分僅關(guān)心位移結(jié)結(jié)果的地方網(wǎng)網(wǎng)格可以粗糙糙些四、ANSYS求解器類型用于求解表征征結(jié)構(gòu)自由度度的線性方程程組直接消去求解解器波前求解器：：最穩(wěn)定，，速度慢，小小內(nèi)存時用sparse求解器：速度度快，非線性性最適合迭代求解器PCG：預(yù)條件共軛梯梯度求解器ICCG：不完全的喬里里斯基共軛梯梯度求解器JCG：雅可比共軛梯梯度求解器位置在求解器器/solu中的求解選項項analysisoptions，包括求解精度度公差更改五、如何加快快計算速度在大規(guī)模結(jié)構(gòu)構(gòu)計算中，計計算速度是一一個非常重要要的問題，下下面就如何提提高計算速度度作一些建議議：充分利用ANSYSMAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術(shù)，盡盡可能獲得六六面體網(wǎng)格，，這一方面減減小解題規(guī)模模，另一方面面提高計算精精度在生成四面體體網(wǎng)格時，用用四面體單元元而不要用退退化的四面體體單元。比如如95號單元元有20節(jié)點點，可以退化化為10節(jié)點點四面體單元元，而92號號單元為10節(jié)點單元，，在此情況下下用92號單單元將優(yōu)于95號單元選擇正確的求求解器。對大大規(guī)模問題，，建議采用PCG法。此法比波波前法計算速速度要快10倍以上（前前提是您的計計算機內(nèi)存較較大）。對于于工程問題，，可將ANSYS缺省的求解精精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可六、Animate菜單Modeshape：：變形模態(tài)系列列Deformedshape：結(jié)構(gòu)變形動畫畫Deformedresult：：結(jié)構(gòu)變形等值值線Overtime：隨時間變化的的變形等值線線動畫Overresult：：某一一子子步步范范圍圍結(jié)結(jié)果果的的順順序序等等值值線線動動畫畫Q-slicecontours：：變形形等等值值線線切切片片云云圖圖動動畫畫Q-slicevectors：：變形形等等值值線線切切片片云云圖圖動動畫畫Isosurfaces：變形形等等勢勢面面云云圖圖動動畫畫Particeflow：：粒子子流流動動或或帶帶電電粒粒子子運運動動的的動動畫畫系系列列第四四章章動動力力學學分分析析ANSYS動力力學學分分析析是是用用來來確確定定慣慣性性力力和和阻阻尼尼力力不不可可忽忽略略時時的的系系統(tǒng)統(tǒng)動動力力學學特特性性，，研研究究固固有有頻頻率率，，振振動動，，減減振振及及瞬瞬態(tài)態(tài)特特性性動力學學控制制方程程：[M]{U’’’}+[C]{U’}+[K]{U}={f(t)}其中UU’U’’’為節(jié)點點位移移，速速度，，加速速度[M]為質(zhì)量量矩陣陣[C]為阻尼尼矩陣陣[K]為剛度矩陣陣模態(tài)分析即即f(t)=0的解諧響應(yīng)分析析的f(t),u(t)都為諧函函數(shù)，如如xsinωt瞬態(tài)動力力學的f(t)為時間歷歷程載荷荷動力學建建模原則則必須定義義密度和和彈性模模量單位制要要嚴格統(tǒng)統(tǒng)一，如如使用英英制單位位，要定定義質(zhì)量量密度而而不是重重力密度度靜力學關(guān)關(guān)于形狀狀和網(wǎng)格格的東西西，動力力學一樣樣遵循關(guān)心應(yīng)力力結(jié)果的的區(qū)域須須進行詳詳細網(wǎng)格格劃分，，僅關(guān)心心位移結(jié)結(jié)果的區(qū)區(qū)域網(wǎng)格格可以粗粗糙些非線性問問題在完完全瞬態(tài)態(tài)動力學學分析中中允許使使用，在在所有其其他動力力學分析析類型中中，非線線性將被被忽略，，也就是是說最初初的非線線性問題題將一直直保持不不變瞬態(tài)動力力學時間間積分步步長ΔT設(shè)置原則則：ΔT即兩個時時間點間間的時間間增量，，它決決定求解解的精確確度，必必須采用用相應(yīng)的的值才能能得到分分析現(xiàn)象象。通常常在每個個循環(huán)子子步中，，ΔT至少有20個時時刻點應(yīng)應(yīng)是足夠夠的即即ΔT=1/20(f)f是所關(guān)心心的最高高響應(yīng)頻頻率，而而施加階階梯載荷荷時，為為緊緊跟跟隨載荷荷的階躍躍變化，，ΔT也許要小小到和1/180f相近接觸分析析中ΔT=1/30(fc)fc為接觸頻率fc=1/2π(k/m)1/2m為有效質(zhì)量k為間隙剛度各分析類型的的簡要敘述模態(tài)分析：分析有/無阻阻尼系統(tǒng)或液液固耦合自由由振動，哪個個方向的剛度度最小，就最最先出現(xiàn)模態(tài)態(tài)有預(yù)應(yīng)力時，，做靜力分析析和模態(tài)分析析必須打開預(yù)預(yù)應(yīng)力開關(guān)，，即讀入預(yù)應(yīng)應(yīng)力矩陣位置在求解器器Analysisoptions對話框中prestresson開關(guān)諧響應(yīng)分析定義：在一個個或多個同頻頻率的正弦（（簡諧）載荷荷作用下，確確定系統(tǒng)動力力響應(yīng)特性的的技術(shù)輸入特性：1.已知大小小和頻率的諧諧波載荷（力力，壓強，強迫位移等））2.同一頻頻率的多種載載荷，具有相相同或不相相同的相位輸出特性：1.每一個個自由度上的的諧位移通常常和施加的載荷不同相2.其他多多種導(dǎo)出量如如應(yīng)力和應(yīng)變變等諧波載荷描述述公式Fsin(ωωt+φ)其中載荷值大大小代表振幅幅F；相角φ是指二個或二二個以上諧波波載荷間的相相位差，即力力為幅值+相相位輸入，但但ANSYS始終顯示為實實部+虛部瞬態(tài)動力學分分析：把靜力學改為為瞬態(tài)動力學學并采用多載載荷步求解即即為瞬態(tài)動力力學分析。其其關(guān)鍵細節(jié)為為：瞬態(tài)動力學必必須指定初始始條件，如初初始位移，速速度，加速度度等如有阻尼必須須輸入阻尼時間積分步長長ΔT要足夠小區(qū)分分析類型型原則如果在相對較較長時間內(nèi)載載荷是一個常常數(shù)，則選擇擇靜力分析，，否則為動態(tài)態(tài)分析如果激勵頻率率小于結(jié)構(gòu)最最低階固有頻頻率的1/3，則可以進進行靜力分析析線性分析是假假設(shè)忽略載荷荷對結(jié)構(gòu)剛度度變化的影響響。典型特征征是小變形，，彈性范圍內(nèi)內(nèi)的應(yīng)變和應(yīng)應(yīng)力，無諸如如兩物體接觸觸或分離時的的剛度突變等等，即應(yīng)力及及應(yīng)變?yōu)榫€性性變化如加載引起結(jié)結(jié)構(gòu)剛度的顯顯著變化必須須進行非線性性分析，典型型因素有應(yīng)變變超過彈性范范圍（塑性））；大變形；；兩體間接觸觸等解決應(yīng)力奇異異方法：在應(yīng)力奇異點點處網(wǎng)格越細細化，應(yīng)力值值也隨之增加加而不收斂，，如應(yīng)力奇異異發(fā)生在對結(jié)結(jié)果感興趣區(qū)區(qū)域較近處，，可用如下方方法解決在尖尖角角處處增增加加倒倒角角重重分分析析代替替節(jié)節(jié)點點力力載載荷荷為為等等效效壓壓力力載載荷荷“散散布布””位位移移約約束束至至一一個個節(jié)節(jié)點點集集Animate菜單單Modeshape：：變形形模模態(tài)態(tài)系系列列Deformedshape：：結(jié)構(gòu)構(gòu)變變形形動動畫畫Deformedresult：：結(jié)構(gòu)構(gòu)變變形形等等值值線線Overtime：：隨時時間間變變化化的的變變形形等等值值線線動動畫畫Overresult：：某一一子子步步范范圍圍結(jié)結(jié)果果的的順順序序等等值值線線動動畫畫Q-slicecontours：變形等值值線切片片云圖動動畫Q-slicevectors：：變形等值值線切片片云圖動動畫Isosurfaces：變形等勢勢面云圖圖動畫Particeflow：粒子流動動或帶電電粒子運運動的動動畫系列列第五章非非線線性分析析非線性的的一些定定義非線性具具有bauschinger效應(yīng)，即即拉伸屈屈服后，，再拉伸伸應(yīng)力反反而減小小應(yīng)力偏量量：一般般應(yīng)力可可分解為為靜水壓壓應(yīng)力和和應(yīng)力偏偏量率相關(guān)性性：非線線性塑性性應(yīng)變大大小可能能是加載載荷快慢慢的函數(shù)數(shù)，如果果應(yīng)變不不須考慮慮時間，，則稱為為率相關(guān)關(guān)性ANSYS的非線性性主要為為塑性，，即施加加力后將將產(chǎn)生永永久變形形ANSYS非線性包包括材料料非線性性；接觸觸非線性性；幾何何非線性性，將在在后面敘敘述非線性應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變曲線如如圖一，，ANSYS中其屈服服點和極極限點將將歸結(jié)為為一點。。理想塑塑性曲線線如圖二二；應(yīng)變變強化曲曲線如圖圖三。當當非線性性材料施施加后，，可用命命令prep7>materialprops>Datatables>Graph觀看曲曲線形形式非線性性塑性性強化化準則則：總總體方方向為為各向向同性性強化化及隨隨動強強化（（即軸軸線漂漂移））ANSYS塑性強強化選選項：：1.雙雙線線性隨隨動強強化BKIN雙條線線表示示應(yīng)力力—應(yīng)應(yīng)變曲曲線，，輸入材材料時時須輸輸入彈彈性模模量E和屈服服應(yīng)力力σ2.雙雙線線性各各向同同性強強化BISO3.多線性隨動動強化MKIN4.多線性隨動動強化KINH如右圖3和和4項適于于多線段應(yīng)應(yīng)力---應(yīng)變分析，應(yīng)用用于金屬的的小應(yīng)變分分析5.多線線性各向同同性強化MISO6.非線性隨動動強化CHAB7.非線性各向向同性強化化NLIS8.各向異性ANISO9.Drucker---pragerDP：DP材料適于顆顆粒狀材料料其屈服面面為圓錐形形，須輸入入粘性值C；內(nèi)部摩擦角角φ和膨脹角φr10.ANAND模型ANAND：用于金屬在在熱加工狀狀態(tài)的大應(yīng)應(yīng)變響應(yīng)。。注意此時時材料溫度度假設(shè)為高高于熔點的的一半以上上為為材材料料非非線線性性塑塑性性一一些些選選項項，，材材料料非非線線性性可可以以認認為為是是加加載載的的時時間間量量（（蠕蠕變變等等））；；環(huán)環(huán)境境狀狀況況（（如如溫溫度度））；；加加載載歷歷史史等等因因素素影影響響到到材材料料的的應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)應(yīng)變變性性質(zhì)質(zhì)變變化化蠕變：：在常常載荷荷作用用下，，不可可恢復(fù)復(fù)的應(yīng)應(yīng)變隨隨時間間變化化持續(xù)續(xù)增加加，結(jié)結(jié)構(gòu)將將會持持續(xù)變變形應(yīng)力松松弛：：如果果結(jié)構(gòu)構(gòu)承受受常位位移，，應(yīng)力力將會會隨時時間而而減小小應(yīng)力剛剛化：：面內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力對面面外剛剛度的的影響響，二二者間間的耦耦合即即稱應(yīng)應(yīng)力剛剛化非線性性單元元options綜合選選項不協(xié)調(diào)調(diào)模式式（特特殊形形函數(shù)數(shù)）：：solid45的缺省省選項項，適適用于于彎曲曲變形形選擇縮縮減積積分（（B—Bar）：：接近不不可壓壓縮材材料，，為體體積變變形統(tǒng)一縮縮減積積分（（URI）：：接近不不可壓壓縮材材料，，適用用于彎彎曲變變形混合U---R形式：：不可可壓縮縮或接接近不不可壓壓縮材材料推薦使使用的的單元元對率無無關(guān)的的塑性性推薦薦用：忽略彎彎曲的的體積積變形形用plane182;solid185;但需選選B---Bar選項對于小小應(yīng)變變分析析用不不協(xié)調(diào)調(diào)模式式plane42;solid45對于大大應(yīng)變變分析析用plane182和solid185;solid95的URI選項,以上上更適適用于于大模模型,也可可用visco106;visco107;visco108單元對梁單單元推推薦用用beam188;beam189對殼單單元推推薦用用shell181非線性性求解解選項項使用求求解控控制,不帶帶自適適應(yīng)下下降的的全為為Newton——raphson選項，，推薦薦用。。位置置在求求解器器analysisoptions對話框框里，，多數(shù)數(shù)用缺缺省項項—自自動選選擇塑性要要求時時間的的載荷荷增量量ΔT必須足足夠小小如果應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變是是非線線性變變化的的，ΔT如果大大，則則結(jié)果果就可可能不不收斂斂如果要要應(yīng)力力應(yīng)變變曲線線平滑滑，須須打開開預(yù)測測器，，減少少迭代代數(shù)網(wǎng)格劃劃分注注意事事項縮減積積分單單元需需要更更細的的網(wǎng)格格。因因塑性性計算算發(fā)生生在單單元的的積分分點處處，因因此，，積分分點處處網(wǎng)格格密度度非常常重要要，否否則不不能捕捕捉到到進入入塑性性的范范圍對彎曲曲分析析在厚厚度上上要有有足夠夠的單單元，，可從從粗---細逐逐漸過過渡幾何非非線性性用于分分析大大位移移，大大應(yīng)變變，大大轉(zhuǎn)角角狀態(tài)態(tài)。其特性性為：大位移移指如如果一一個單單元變變化，，其單單元矩矩陣也也變化化，而而且單單元面面的應(yīng)應(yīng)力將將影響響剛度度。大應(yīng)變變指應(yīng)應(yīng)變不不在小小，而而是有有限或或無限限大的的。以上這些些ANSYS將根據(jù)模模型自動動判別幾何非線線性求解解選項求解前須須將solu>Analysisoptions對話框中中第一項項大變形形Largedeformeffects設(shè)為on，以激活支支持大應(yīng)應(yīng)變打開大變變形時，，須包含含應(yīng)力剛剛化項，，即stressstiffnessorprestress設(shè)為““stressstiffon””非線性分分析必須須打開自自動時間間步長，，并給出出最大最最小范圍圍，以保保證收斂斂（AUTOTS））線性搜索索選項（（LNSRCH））對收斂振振蕩問題題有幫助助。位置置在solu>nonlinear>linesearch一般缺省省為progchosen非線性載載荷方向向在變形中中多數(shù)情情況下將將保持一一致的方方向大轉(zhuǎn)角時時力將隨隨單元改改變方向向加速度與與集中力力保持初初始方