機械中有限元方法課件

機械中的有限元方法

機械中的有限元方法1目錄第一章有限元方法簡介第二章ANSYS簡介第三章ANSYS基本操作第四章ANSYS使用技巧第五章ANSYS結(jié)構(gòu)分析實例目錄第一章有限元方法簡介2第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，經(jīng)常會遇到兩類典型的問題。第一類問題，可以歸結(jié)為有限個已知單元體的組合。例如，材料力學(xué)中的連續(xù)梁、建筑結(jié)構(gòu)框架和桁架結(jié)構(gòu)。把這類問題稱為離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)：由有限個已經(jīng)完全確定的元件組成的系統(tǒng)，如電阻及電阻網(wǎng)絡(luò)，桿件及組成的桁架，水管及組成的水管網(wǎng)絡(luò)。第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題在工程技3第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題如上左圖所示平面桁架結(jié)構(gòu)，是由6個承受軸向力的“桿單元”組成。盡管離散系統(tǒng)是可解的，但是求解右圖這類復(fù)雜的離散系統(tǒng)，要依靠計算機技術(shù)。p2p第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題如上左圖4第二類問題，通?？梢越⑺鼈儜?yīng)遵循的基本方程，即微分方程和相應(yīng)的邊界條件。例如彈性力學(xué)問題，熱傳導(dǎo)問題，電磁場問題等。由于建立基本方程所研究的對象通常是無限小的單元，這類問題稱為連續(xù)系統(tǒng)，或場問題。連續(xù)系統(tǒng)：可以被無限分割，其中的問題只有利用無窮小的數(shù)學(xué)觀念才能定義，意味著由無限個單元組成。如一塊受力平板，一個活塞，一根軸等。1-1工程和科學(xué)中典型問題第二類問題，通?？梢越⑺鼈儜?yīng)遵循的基本方程，即微分方程和相5力學(xué)模型(平面應(yīng)力問題)有限元模型所研究問題的數(shù)學(xué)建模1-1工程和科學(xué)中典型問題力學(xué)模型有限元模型所研究問題的數(shù)學(xué)建模1-1工程和科學(xué)中典61-2有限元方法定義有限元方法（TheFiniteElementMethod,FEM）是計算機問世以后迅速發(fā)展起來的一種分析方法。眾所周知，每一種自然現(xiàn)象的背后都有相應(yīng)的物理規(guī)律，對物理規(guī)律的描述可以借助相關(guān)的定理或定律表現(xiàn)為各種形式的方程（代數(shù)、微分、或積分）。這些方程通常稱為控制方程（Governingequation）。針對實際的工程問題推導(dǎo)這些方程并不十分困難，然而，要獲得問題的解析的數(shù)學(xué)解卻很困難。人們多采用數(shù)值方法給出近似的滿足工程精度要求的解答。有限元方法就是一種應(yīng)用十分廣泛的數(shù)值分析方法。第一章有限元方法簡介1-2有限元方法定義有限元方法（TheFiniteE7數(shù)值計算方法分類

特點優(yōu)缺點有限差分法離散求解域；差分代替微分；解代數(shù)方程組要求規(guī)則邊界，幾何形狀復(fù)雜時精度低等效積分法（加權(quán)余量法或泛函變分法）整體場函數(shù)用近似函數(shù)代替；微分方程及定解條件的等效積分轉(zhuǎn)化為某個泛函的變分，------求極值問題適合簡單問題，復(fù)雜問題很難解決有限元法離散求解域；分片連續(xù)函數(shù)近似整體未知場函數(shù)；解線性方程組節(jié)點可任意配置，邊界適應(yīng)性好；適應(yīng)任意支撐條件和載荷；計算精度與網(wǎng)格疏密和單元形態(tài)有關(guān)，精度可控數(shù)值計算方法分類

特點優(yōu)缺點有限差分法離散求解域；差分代替8有限元方法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法，離散化是有限元方法的基礎(chǔ)。然而，這種思想自古有之。齊諾（Zeno公元前5世紀(jì)前后古希臘埃利亞學(xué)派哲學(xué)家）曾說過：空間是有限的和無限可分的。故，事物要存在必有大小。亞里士多德(Aristotle古希臘大哲學(xué)家，科學(xué)家)也講過：連續(xù)體由可分的元素組成。古代人們在計算圓的周長或面積時就采用了離散化的逼近方法：即采用內(nèi)接多邊形和外切多邊形從兩個不同的方向近似描述圓的周長或面積，當(dāng)多邊形的邊數(shù)逐步增加時近似值將從這兩個方向逼近真解。1-3有限元法的形成與發(fā)展有限元方法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法，離散化是有限元方9編號軟件名稱開發(fā)單位編程語言(程序規(guī)模)1ANSYSSwansonAnalysisSystem(美國)FORTRAN77(150000行)2ADINAADINA工程公司(美國)FORTRAN(150000行)3MARCMARC公司(美國)FORTRAN4FOR66FOR77(100000行)4NASTRANNASA(美)主持，MSC公司(美)開發(fā)FORTRAN4Assembler(600000行)5ABAQUSHilbitt,Karlson,andSorensen公司(美)FORTRAN77(140000行)6FENRISNTH,SINTEF(挪威)FORTRAN77(160000行)7PAFECPAFEC公司(美)FORTRAN(400000行)8ASKA斯圖加特大學(xué)靜動力學(xué)研究所(西德)FORTRAN4(600000行)9EALEISE公司(美)ANSIFOR66Assembler(150000行)10SAMCEFL.T.A.S(比利時)FORTRAN4(300000行)11LARSTRAN80斯圖加特大學(xué)靜動力學(xué)研究所(西德)FORTRAN4FORTRAN77(200000行)12HAJIF系列航空部(中國)FORTRAN4(280000行)編號軟件名稱開發(fā)單位編程語言(程序規(guī)模)1ANSYSSwan10有限元(Finiteelementmethod)：假想把連續(xù)系統(tǒng)分割成數(shù)目有限的單元，單元之間只有在數(shù)目有限的指定點（稱為節(jié)點）處相互連接構(gòu)成一個單元集合體來代替原來的連續(xù)系統(tǒng)。1-4有限元法的基本思想1.有限元是什么有限元(Finiteelementmethod)：假想把11☆將連續(xù)體分割（離散）為有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的小單元的組合體（單元之間在節(jié)點處鉸接）。用該離散結(jié)構(gòu)（單元組合體）近似代替原來的連續(xù)體。2.有限元法物理上的理解☆如果合理地求出各小單元的力學(xué)特性，就可以求出單元組合體（離散結(jié)構(gòu)）的力學(xué)特性，從而在給定的載荷和約束條件下求出各節(jié)點的位移，求出各單元的應(yīng)力。☆由于單元可以有不同的大小，形狀和類型，因此可以求解復(fù)雜的工程和科學(xué)問題。☆將連續(xù)體分割（離散）為有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的12☆通過把求解區(qū)域剖分成數(shù)目有限的子區(qū)域（單元），設(shè)置節(jié)點上的待求函數(shù)值（位移法）為問題的基本未知量。在每個單元內(nèi)用插值的方法，根據(jù)待定節(jié)點位移假設(shè)出單元上簡單位移分布，從而把一個求解連續(xù)位移場的無限自由度問題轉(zhuǎn)變成求解離散節(jié)點上位移值的有限自由度問題。通過變分原理和定解條件（載荷、約束）求出這些未知節(jié)點位移，進(jìn)而近似地求出每個單元區(qū)域上的位移、應(yīng)力、應(yīng)變?！铒@然隨著單元數(shù)目的增加，也即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。3.有限元法數(shù)學(xué)上的理解☆通過把求解區(qū)域剖分成數(shù)目有限的子區(qū)域（單元），設(shè)置節(jié)點上的131）將結(jié)構(gòu)劃分成單元結(jié)合體——離散化2）建立單元上各種量之間的關(guān)系——單元特性分析3）將單元特性進(jìn)行集成，獲得結(jié)構(gòu)的整體特性和平衡方程——

整體分析4）解代數(shù)方程組求節(jié)點位移——求解單元應(yīng)力應(yīng)變對于解決實際問題，第1）步之前需要建立合理的力學(xué)模型，第4）步之后需要對計算結(jié)果進(jìn)行分析評估。

總之，有限元法最根本的思想是用簡單的元件構(gòu)筑復(fù)雜的對象，或者把復(fù)雜的對象分解為細(xì)小簡單的元件——離散化或分片。4.有限元法求解的步驟（原理上求解）1）將結(jié)構(gòu)劃分成單元結(jié)合體——離散化對于解決實際問題145、有限元法的解題步驟(程序求解)創(chuàng)建有限元模型——前處理(Preprocessing）創(chuàng)建或讀入幾何模型定義材料屬性劃分單元(節(jié)點及單元)，結(jié)構(gòu)離散化施加載荷進(jìn)行求解——求解（Solving）施加載荷及載荷選項求解查看結(jié)果——后處理（Postprocessing）查看分析結(jié)果檢驗結(jié)果（分析是否正確）5、有限元法的解題步驟(程序求解)創(chuàng)建有限元模型——前處理(15第二章ANSYS簡介2-1ANSYS公司介紹ANSYS，Inc.(NASDAQ:ANSS)成立于1970年，致力于工程仿真軟件和技術(shù)的研發(fā)，在全球眾多行業(yè)中，被工程師和設(shè)計師廣泛采用。ANSYS公司總部位于美國賓夕法尼亞州的匹茲堡，全球擁有60多個代理。ANSYS全球有1700多名員工，在40多個國家銷售產(chǎn)品。ANSYS公司于2019年收購了在流體仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Fluent公司，于2019年收購了在電路和電磁仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Ansoft公司。ANSYS公司成為全球最大的仿真軟件公司。目前，ANSYS整個產(chǎn)品線包括結(jié)構(gòu)分析(ANSYSMechanical)系列，流體動力學(xué)(ANSYSCFD(FLUENT/CFX）)系列，電子設(shè)計（ANSYSANSOFT）系列以及ANSYSWorkbench和EKM等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、車輛、船舶、交通、通信、建筑、電子、醫(yī)療、國防、石油、化工等眾多行業(yè)。ANSYS，Inc.(NASDAQ:ANSS)成立于1970年，致力于工程仿真軟件和技術(shù)的研發(fā)，在全球眾多行業(yè)中，被工程師和設(shè)計師廣泛采用。ANSYS公司總部位于美國賓夕法尼亞州的匹茲堡，全球擁有60多個代理。ANSYS全球有1700多名員工，在40多個國家銷售產(chǎn)品。ANSYS公司于2019年收購了在流體仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Fluent公司，于2019年收購了在電路和電磁仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Ansoft公司。ANSYS公司成為全球最大的仿真軟件公司。目前，ANSYS整個產(chǎn)品線包括結(jié)構(gòu)分析(ANSYSMechanical)系列，流體動力學(xué)(ANSYSCFD(FLUENT/CFX）)系列，電子設(shè)計（ANSYSANSOFT）系列以及ANSYSWorkbench和EKM等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、車輛、船舶、交通、通信、建筑、電子、醫(yī)療、國防、石油、化工等眾多行業(yè)。第二章ANSYS簡介2-1ANSYS公司介紹16第二章ANSYS簡介2-2ANSYS軟件介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。

第二章ANSYS簡介2-2ANSYS軟件介紹ANSYS17第二章ANSYS簡介2-3ANSYS軟件組成三大模塊前處理模板分析計算模板后處理模板（彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等）

實體建模網(wǎng)格劃分工具結(jié)構(gòu)分析流體動力學(xué)分析電磁場分析壓電分析多物理場的耦合分析圖形顯示圖表顯示曲線顯示結(jié)構(gòu)分析流體動力學(xué)分析壓電分析第二章ANSYS簡介2-3ANSYS軟件組成三大模塊前18第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：6種1.結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：6種1.結(jié)構(gòu)靜力分析用來19第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。模態(tài)分析諧響應(yīng)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析譜分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)20第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模態(tài)分析第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模態(tài)分析21第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析諧波響應(yīng)分析第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析諧波響應(yīng)分析22第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析23第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析譜分析第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析譜分析24第二章ANSYS簡介3.結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。材料非線性幾何非線性狀態(tài)非線性（接觸）點點、點面、面面塑性大變形第二章ANSYS簡介3.結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)25第二章ANSYS簡介3.結(jié)構(gòu)非線性分析狀態(tài)非線性（接觸）第二章ANSYS簡介3.結(jié)構(gòu)非線性分析狀態(tài)非線性（接觸）26第二章ANSYS簡介4.結(jié)構(gòu)疲勞分析第二章ANSYS簡介4.結(jié)構(gòu)疲勞分析27第二章ANSYS簡介5.結(jié)構(gòu)斷裂分析第二章ANSYS簡介5.結(jié)構(gòu)斷裂分析28第二章ANSYS簡介6.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計第二章ANSYS簡介6.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計29第三章ANSYS基本操作一個典型的ANSYS分析過程包含3個主要步驟，每個主要步驟及其子步驟如下：建立有限元模型（1）建立或?qū)霂缀文Ｐ停?）定義材料屬性（3)劃分網(wǎng)格建立有限元模型2.施加載荷并求解(1)定義約束(2)施加載荷(3)設(shè)置分析選項并求解3.查看分析結(jié)果(1)查看分析結(jié)果(2)檢驗分析結(jié)果（驗證結(jié)果是否正確）第三章ANSYS基本操作一個典型的ANSYS分析過程包含330第四章ANSYS使用技巧學(xué)習(xí)ANSYS的過程實際上是一個不斷解決問題的過程。初學(xué)者必將會遇到許許多多的問題;對遇到的問題最好記下來，認(rèn)真思考、逐個解決來積累經(jīng)驗。只有這樣才會印象深刻，避免以后犯類似的錯誤，即使遇到也能很快解決.(多筆記)要多問，但切記不要不懂就問。在使用ANSYS處理具體的問題時，會遇到大量ERROR提示，但其中許多ERROR是經(jīng)過自己的思考能夠解決的簡單問題，只是由于缺乏經(jīng)驗才感覺很難。因此，首先一定要自己思考，實在解決不了的問題再問，在別人幫你解決間題的過程中，才會有恍然大悟的感覺。（勤思考）要有耐心，多思考對初學(xué)者而言，感覺學(xué)習(xí)APDL特別費時間，又做不出什么東西，沒有成就感，容易產(chǎn)生心理疲勞，缺乏耐心。“苦中作樂”應(yīng)是學(xué)ANSYS所必須保持的一種良好心態(tài)。（求耐心）第四章ANSYS使用技巧學(xué)習(xí)ANSYS的過程實31第五章ANSYS結(jié)構(gòu)分析實例第五章ANSYS結(jié)構(gòu)分析實例32機械中的有限元方法

機械中的有限元方法33目錄第一章有限元方法簡介第二章ANSYS簡介第三章ANSYS基本操作第四章ANSYS使用技巧第五章ANSYS結(jié)構(gòu)分析實例目錄第一章有限元方法簡介34第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，經(jīng)常會遇到兩類典型的問題。第一類問題，可以歸結(jié)為有限個已知單元體的組合。例如，材料力學(xué)中的連續(xù)梁、建筑結(jié)構(gòu)框架和桁架結(jié)構(gòu)。把這類問題稱為離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)：由有限個已經(jīng)完全確定的元件組成的系統(tǒng)，如電阻及電阻網(wǎng)絡(luò)，桿件及組成的桁架，水管及組成的水管網(wǎng)絡(luò)。第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題在工程技35第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題如上左圖所示平面桁架結(jié)構(gòu)，是由6個承受軸向力的“桿單元”組成。盡管離散系統(tǒng)是可解的，但是求解右圖這類復(fù)雜的離散系統(tǒng)，要依靠計算機技術(shù)。p2p第一章有限元方法簡介1-1工程和科學(xué)中典型問題如上左圖36第二類問題，通?？梢越⑺鼈儜?yīng)遵循的基本方程，即微分方程和相應(yīng)的邊界條件。例如彈性力學(xué)問題，熱傳導(dǎo)問題，電磁場問題等。由于建立基本方程所研究的對象通常是無限小的單元，這類問題稱為連續(xù)系統(tǒng)，或場問題。連續(xù)系統(tǒng)：可以被無限分割，其中的問題只有利用無窮小的數(shù)學(xué)觀念才能定義，意味著由無限個單元組成。如一塊受力平板，一個活塞，一根軸等。1-1工程和科學(xué)中典型問題第二類問題，通?？梢越⑺鼈儜?yīng)遵循的基本方程，即微分方程和相37力學(xué)模型(平面應(yīng)力問題)有限元模型所研究問題的數(shù)學(xué)建模1-1工程和科學(xué)中典型問題力學(xué)模型有限元模型所研究問題的數(shù)學(xué)建模1-1工程和科學(xué)中典381-2有限元方法定義有限元方法（TheFiniteElementMethod,FEM）是計算機問世以后迅速發(fā)展起來的一種分析方法。眾所周知，每一種自然現(xiàn)象的背后都有相應(yīng)的物理規(guī)律，對物理規(guī)律的描述可以借助相關(guān)的定理或定律表現(xiàn)為各種形式的方程（代數(shù)、微分、或積分）。這些方程通常稱為控制方程（Governingequation）。針對實際的工程問題推導(dǎo)這些方程并不十分困難，然而，要獲得問題的解析的數(shù)學(xué)解卻很困難。人們多采用數(shù)值方法給出近似的滿足工程精度要求的解答。有限元方法就是一種應(yīng)用十分廣泛的數(shù)值分析方法。第一章有限元方法簡介1-2有限元方法定義有限元方法（TheFiniteE39數(shù)值計算方法分類

特點優(yōu)缺點有限差分法離散求解域；差分代替微分；解代數(shù)方程組要求規(guī)則邊界，幾何形狀復(fù)雜時精度低等效積分法（加權(quán)余量法或泛函變分法）整體場函數(shù)用近似函數(shù)代替；微分方程及定解條件的等效積分轉(zhuǎn)化為某個泛函的變分，------求極值問題適合簡單問題，復(fù)雜問題很難解決有限元法離散求解域；分片連續(xù)函數(shù)近似整體未知場函數(shù)；解線性方程組節(jié)點可任意配置，邊界適應(yīng)性好；適應(yīng)任意支撐條件和載荷；計算精度與網(wǎng)格疏密和單元形態(tài)有關(guān)，精度可控數(shù)值計算方法分類

特點優(yōu)缺點有限差分法離散求解域；差分代替40有限元方法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法，離散化是有限元方法的基礎(chǔ)。然而，這種思想自古有之。齊諾（Zeno公元前5世紀(jì)前后古希臘埃利亞學(xué)派哲學(xué)家）曾說過：空間是有限的和無限可分的。故，事物要存在必有大小。亞里士多德(Aristotle古希臘大哲學(xué)家，科學(xué)家)也講過：連續(xù)體由可分的元素組成。古代人們在計算圓的周長或面積時就采用了離散化的逼近方法：即采用內(nèi)接多邊形和外切多邊形從兩個不同的方向近似描述圓的周長或面積，當(dāng)多邊形的邊數(shù)逐步增加時近似值將從這兩個方向逼近真解。1-3有限元法的形成與發(fā)展有限元方法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法，離散化是有限元方41編號軟件名稱開發(fā)單位編程語言(程序規(guī)模)1ANSYSSwansonAnalysisSystem(美國)FORTRAN77(150000行)2ADINAADINA工程公司(美國)FORTRAN(150000行)3MARCMARC公司(美國)FORTRAN4FOR66FOR77(100000行)4NASTRANNASA(美)主持，MSC公司(美)開發(fā)FORTRAN4Assembler(600000行)5ABAQUSHilbitt,Karlson,andSorensen公司(美)FORTRAN77(140000行)6FENRISNTH,SINTEF(挪威)FORTRAN77(160000行)7PAFECPAFEC公司(美)FORTRAN(400000行)8ASKA斯圖加特大學(xué)靜動力學(xué)研究所(西德)FORTRAN4(600000行)9EALEISE公司(美)ANSIFOR66Assembler(150000行)10SAMCEFL.T.A.S(比利時)FORTRAN4(300000行)11LARSTRAN80斯圖加特大學(xué)靜動力學(xué)研究所(西德)FORTRAN4FORTRAN77(200000行)12HAJIF系列航空部(中國)FORTRAN4(280000行)編號軟件名稱開發(fā)單位編程語言(程序規(guī)模)1ANSYSSwan42有限元(Finiteelementmethod)：假想把連續(xù)系統(tǒng)分割成數(shù)目有限的單元，單元之間只有在數(shù)目有限的指定點（稱為節(jié)點）處相互連接構(gòu)成一個單元集合體來代替原來的連續(xù)系統(tǒng)。1-4有限元法的基本思想1.有限元是什么有限元(Finiteelementmethod)：假想把43☆將連續(xù)體分割（離散）為有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的小單元的組合體（單元之間在節(jié)點處鉸接）。用該離散結(jié)構(gòu)（單元組合體）近似代替原來的連續(xù)體。2.有限元法物理上的理解☆如果合理地求出各小單元的力學(xué)特性，就可以求出單元組合體（離散結(jié)構(gòu)）的力學(xué)特性，從而在給定的載荷和約束條件下求出各節(jié)點的位移，求出各單元的應(yīng)力。☆由于單元可以有不同的大小，形狀和類型，因此可以求解復(fù)雜的工程和科學(xué)問題。☆將連續(xù)體分割（離散）為有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的44☆通過把求解區(qū)域剖分成數(shù)目有限的子區(qū)域（單元），設(shè)置節(jié)點上的待求函數(shù)值（位移法）為問題的基本未知量。在每個單元內(nèi)用插值的方法，根據(jù)待定節(jié)點位移假設(shè)出單元上簡單位移分布，從而把一個求解連續(xù)位移場的無限自由度問題轉(zhuǎn)變成求解離散節(jié)點上位移值的有限自由度問題。通過變分原理和定解條件（載荷、約束）求出這些未知節(jié)點位移，進(jìn)而近似地求出每個單元區(qū)域上的位移、應(yīng)力、應(yīng)變?！铒@然隨著單元數(shù)目的增加，也即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。3.有限元法數(shù)學(xué)上的理解☆通過把求解區(qū)域剖分成數(shù)目有限的子區(qū)域（單元），設(shè)置節(jié)點上的451）將結(jié)構(gòu)劃分成單元結(jié)合體——離散化2）建立單元上各種量之間的關(guān)系——單元特性分析3）將單元特性進(jìn)行集成，獲得結(jié)構(gòu)的整體特性和平衡方程——

整體分析4）解代數(shù)方程組求節(jié)點位移——求解單元應(yīng)力應(yīng)變對于解決實際問題，第1）步之前需要建立合理的力學(xué)模型，第4）步之后需要對計算結(jié)果進(jìn)行分析評估。

總之，有限元法最根本的思想是用簡單的元件構(gòu)筑復(fù)雜的對象，或者把復(fù)雜的對象分解為細(xì)小簡單的元件——離散化或分片。4.有限元法求解的步驟（原理上求解）1）將結(jié)構(gòu)劃分成單元結(jié)合體——離散化對于解決實際問題465、有限元法的解題步驟(程序求解)創(chuàng)建有限元模型——前處理(Preprocessing）創(chuàng)建或讀入幾何模型定義材料屬性劃分單元(節(jié)點及單元)，結(jié)構(gòu)離散化施加載荷進(jìn)行求解——求解（Solving）施加載荷及載荷選項求解查看結(jié)果——后處理（Postprocessing）查看分析結(jié)果檢驗結(jié)果（分析是否正確）5、有限元法的解題步驟(程序求解)創(chuàng)建有限元模型——前處理(47第二章ANSYS簡介2-1ANSYS公司介紹ANSYS，Inc.(NASDAQ:ANSS)成立于1970年，致力于工程仿真軟件和技術(shù)的研發(fā)，在全球眾多行業(yè)中，被工程師和設(shè)計師廣泛采用。ANSYS公司總部位于美國賓夕法尼亞州的匹茲堡，全球擁有60多個代理。ANSYS全球有1700多名員工，在40多個國家銷售產(chǎn)品。ANSYS公司于2019年收購了在流體仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Fluent公司，于2019年收購了在電路和電磁仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Ansoft公司。ANSYS公司成為全球最大的仿真軟件公司。目前，ANSYS整個產(chǎn)品線包括結(jié)構(gòu)分析(ANSYSMechanical)系列，流體動力學(xué)(ANSYSCFD(FLUENT/CFX）)系列，電子設(shè)計（ANSYSANSOFT）系列以及ANSYSWorkbench和EKM等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、車輛、船舶、交通、通信、建筑、電子、醫(yī)療、國防、石油、化工等眾多行業(yè)。ANSYS，Inc.(NASDAQ:ANSS)成立于1970年，致力于工程仿真軟件和技術(shù)的研發(fā)，在全球眾多行業(yè)中，被工程師和設(shè)計師廣泛采用。ANSYS公司總部位于美國賓夕法尼亞州的匹茲堡，全球擁有60多個代理。ANSYS全球有1700多名員工，在40多個國家銷售產(chǎn)品。ANSYS公司于2019年收購了在流體仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Fluent公司，于2019年收購了在電路和電磁仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國Ansoft公司。ANSYS公司成為全球最大的仿真軟件公司。目前，ANSYS整個產(chǎn)品線包括結(jié)構(gòu)分析(ANSYSMechanical)系列，流體動力學(xué)(ANSYSCFD(FLUENT/CFX）)系列，電子設(shè)計（ANSYSANSOFT）系列以及ANSYSWorkbench和EKM等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、車輛、船舶、交通、通信、建筑、電子、醫(yī)療、國防、石油、化工等眾多行業(yè)。第二章ANSYS簡介2-1ANSYS公司介紹48第二章ANSYS簡介2-2ANSYS軟件介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。

第二章ANSYS簡介2-2ANSYS軟件介紹ANSYS49第二章ANSYS簡介2-3ANSYS軟件組成三大模塊前處理模板分析計算模板后處理模板（彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等）

實體建模網(wǎng)格劃分工具結(jié)構(gòu)分析流體動力學(xué)分析電磁場分析壓電分析多物理場的耦合分析圖形顯示圖表顯示曲線顯示結(jié)構(gòu)分析流體動力學(xué)分析壓電分析第二章ANSYS簡介2-3ANSYS軟件組成三大模塊前50第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：6種1.結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：6種1.結(jié)構(gòu)靜力分析用來51第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。模態(tài)分析諧響應(yīng)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析譜分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析第二章ANSYS簡介結(jié)構(gòu)分析：2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)52第二章ANSYS簡介2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模態(tài)