ANSYS常见问题及应用技巧

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1、ANSYS常见问题及应用技巧（一）（二）发表时间：2010-3-6 作者: 刘军涛 来源: e-works 关键字: ANSYS使用技巧问题解本篇开始讲述ANSYS在使用过程中常见的问题和在使用时一些常用的使用技巧，对与初学者来说，理解和弄清楚这些问题的根源和掌握这些使用技巧，能够更好的理解ANSYS这个软件本身。1.ANSYS中的等效应力是什么物理含义？ 1）ANSYS中等效应力最大应力s1有什么区别，平常讨论应力分布，应该用等效应力还是最大应力s1呢？ 2）计算等效应力时是否需要输入等效泊松比呢？ 3）在实际的应用中，例如在讨论平板上的圆孔应力集中的应力分布问题时，应该用等效应力来描述应力

2、集中的现象，还是采用主应力s1来反应集中的程度呢？还是采用一个单方向的sx来说明问题呢？答：1）这个等效应力应该就是弹塑性力学里的VonMises应力，他主要考察的是材料在各个方向上的应力差值，因为在实验室里获得材料强度都是单向载荷作用下的强度（当然现在也有三轴应力实验仪），所以有时候材料所受的单向载荷可能很大，但并没有造成破坏，这是就是看他的等效应力，具体计算公式是: 等效=sqrt0.5(1-2)2+(2-3)2+(3-1)22）等效应力是三项主应力的组合 如s，int即为max(si-sj),si,sj为三项主向应力。i，j=1，2，3 ij即tresca型 s,eqv为sqrt(0.5

3、*(si-sj)*2)，i，j=1，2，3 ij 即mises型3）个人认为应该采用等小应力来描述应力集中的现象，因为在实际中很难找到真正的单轴拉压的情况，一般结构的受力都没有这么简单，所以在分析的时候需要用等效应力来将各 主应力进行转化，因此应该用等效应力来描述应力集中的现象。4）等效泊松比就是泊松比，等效应力计算时不会用到泊松比，不过在计算mises等效应变时会用到。对于泊松比的取值原则应遵循以下两条： a:对于elastic & thermal strains 泊松比取为材料的泊松比； b:对于plastic creep hyperelastic strains 泊松比取为0.5。2AN

4、SYS后处理中负值的应力是压应力还是拉应力？答：在力学范畴内对描述应力的准则是拉为正，压为负。外载荷（压力/拉力），压为正，拉为负。3. 解决非线性分析不收敛的技巧 在进行非线性问题的分析时，影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多，在实际应用时，主要应注意几个以下方面： 1）模型主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构的几何可变性忽略小刚度构件的刚度贡献。 如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶

5、单元（BEAM-SHELL,SHELL-SOLID)。构件的连接形式（刚接或铰接）等也可能影响到结构的刚度。 2）线性算法（求解器选择）。ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法（除了子结构计算默认波前法外）。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病态时，迭代不易收敛。为此推荐以下算法选择准则： a:BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含3-D SOLID的结构，用稀疏

6、矩阵法； b:3-D SOLID的结构，用预共轭梯度法； c:当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法； d:当你不知道该用什么算法时，可用稀疏矩阵法。 3）非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿拉普森法和弧长法。牛顿拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。 为此，尽量不要从开始即激活弧长法，还是让程序自己激活为好（否则出现莫名其妙的问题）。子步（时间步）的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。 4）加快计

7、算速度 在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议： a：充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术，尽可能获得六面体网格，这一方面减小解题规模，另一方面提高计算精度。 b：在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如95号单元有20节点，可以退化为10节点四面体单元，而92号单元为10节点单元，在此情况下用92号单元将优于95号单元。 c：选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上（前提是您的计算机内存较大）。对于工程问题，可将ANSYS缺省的求解精度从默认设置1E-8改为1E-4或1

8、E-5即可。 5）荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点： a:设置足够大的荷载步（将MAXMIUM SUBSTEP=1000000），可以更容易收敛，避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn)； b:设置足够大的平衡迭代步数，默认为25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit)； c:将收敛准则调整，以位移控制时调整为0.05，以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。 d:对于线性单元和无中间节点的单元（SOLID65和SOLID45），关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTI

9、ONS中）。 e:对于CONCRETE材料，可以关闭压碎功能，将CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1)。4. 非线性计算完的收敛图线，如何看他的收敛性呢，每条颜色的线代表什么意思呢？ 答：F:力； M：力矩； crit/L2: 按照两种收敛准则计算出来的误差量。 如果计算出来的误差量落在收敛准则之下，则表示该子步计算收敛。5如何读出ANSYS的刚度矩阵?答：整体刚度和质量矩阵的提取需要进行二次开发，由ansys形成的二进制文件.full提取整体刚度和质量矩阵。程序的具体实现方式可参照如下程

10、序代码： *单元刚度和质量矩阵的提取*/DEBUGfinish /clear PI=3.1415926 w1=3 w2=10 w3=6 w4=1.2 r=.8 t=0.08 /PREP7 !* ET,1,SHELL63 R,1,t ET,2,MASS21 R,2,500,500,500,2000,2000,2000, !* UIMP,1,EX, , ,2e11 UIMP,1,NUXY, , ,0.3, UIMP,1,DAMP, , ,0.2, UIMP,1,DENS, , ,7800, BLC4,0,0,w2,w1 ESIZE,1.5,0, AMESH,all NSEL,S,LOC,X,0.0

11、 D,all, , , , , ,ALL, , , , , allsel,all SFA,all,1,PRES,12 FINISH /OUTPUT,cp,out, ! 将输出信息送到cp.out文件 /debug,-1,1 ! 指定输出单元矩阵 /SOLU SOLVE finish /OUTPUT, TERM ! 将输出信息送到output windows中6TB命令怎么用？TB命令是用在非线性材料里吗？那么mp和TB有什么区别啊？什么情况下可以用TB命令？答：TB可用来定义材料的非线性，比如说 TB,BISO,1 TBDATA,235e6,0.02*235e6 说明：前面一句就是说材料为双线

12、性随动强化，后面的是弹性模量为235e6,按双线性其后来的切线模量为0.02*235e6。 命令MP只能定义时弹性，不能定义弹塑性，在定义材料数据时，MP 命令是必须用的，用来定义材料性能的线性部分；TB 命令则需要根据不同情况决定是否使用和如何使用。7. 在混凝土的计算中，如何选择裂缝模型？答：ansys中定义混凝土的裂缝为分布型的裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型。 8、如何将ANSYS计算结果输出到Tecplot？ 下面为六面体八节点单元输出到Tecplot的命令流，其他类型单元参照如下命令流修改相关设置即可。*输出结果命令流*/post1file,Jobname,

13、rst !指明从哪一个结果文件中读取数据 *get,NodeNum,NODE,0,COUNT !得到模型的所有节点数*get,nd,NODE,0,NUM,MIN !得到模型的最小节点编号*dim,nodes,array,NodeNum !定义一个存储节点的数组*dim,xyz,array,NodeNum,3 !定义一个存储节点坐标的数组*dim,NodeTemp,array,NodeNum !定义一个存储节点的数组set,4,1 !读入第四载荷步、第一个子步的结果*do,i,1,NodeNum,1 nodes(i)=nd !将节点编号存储在nodes数组中 xyz(i,1)=NX(nd) !在

14、xyz(i,1)中存储节点的X坐标 xyz(i,2)=NY(nd) !在xyz(i,1)中存储节点的Y坐标 xyz(i,3)=NZ(nd) !在xyz(i,1)中存储节点的Z坐标 *Get,NodeTemp(i),NODE,nodes(i),TEMP nd=NDNEXT(nd) !取得下一个节点编号 *enddo *get,ElementNum,ELEM,0,COUNT !得到模型的所有单元数*get,el,ELEM,0,NUM,MIN !得到模型的最小单元编号 *dim,elems,array,ElementNum !定义一个存储单元的数组 *dim,ndlst,array,ElementN

15、um,8 !定义一个存储节点坐标的数组 *do,i,1,ElementNum,1 elems(i)=el !将单元编号存储在elems数组中 *do,j,1,8,1 ndlst(i,j)=NELEM(el,j) !将单元对应的节点编号存储在ndlst数组中 *enddo el=ELNEXT(el) !取得下一个单元编号*enddo *cfopen,mesh,dat !输出的文件名为：mesh.dat!写TecPlot文件的文件头*vwrite (TITLE=Ansys Temperature Analysis) !写变量名*vwrite(VARIABLES=X,Y,Z,Temp) !写节点数和

16、单元数*vwrite,NodeNum,ElementNum(ZONE n=f6.1, e=f6.1, f=fepoint, et=brick)!写节点的坐标和温度值*vwrite,xyz(1,1),xyz(1,2),xyz(1,3),NodeTemp(1)(4f12.6)!写一个空行*vwrite ( ) !写各单元对应的节点号*vwrite,ndlst(1,1),ndlst(1,2),ndlst(1,3),ndlst(1,4),ndlst(1,5),ndlst(1,6),ndlst(1,7),ndlst(1,8) (8f6.0)!关闭文件*CFCLOSEfinish *输出结果命令流* 9、

17、如何将数组中数据导入表中命令流并用曲线画出？ 问题描述：将路径数据导出为数组后，直接将parameter-array parameter-define/edit中的数组用plot-array parameter画出的是柱状图，如图1所示，但是现在想降柱状图转化为曲线图。 图1 柱状图 解决思路：1）将路径数据导出后，数组的弟四列是路径长度S，第五列是ux，我们想用S做横坐标，ux做纵坐标画出曲线。数组是ARUX02（21，30，1），如图2。定义一个表E_TABLE（21，1，1），将数组的弟四列路径长度符给表的弟0列，将数组弟五列ux符给表的第1列。 图2 E_TABLE表 2）导出表中的数

18、据，弹出窗口如图3所示。图3 导出数据对话框 3）执行绘制曲线命令。parameter-array parameter-define/edit中的PARX=E_TABLE(1,0,1),PARY=E_TABLE(1,0,1)， 结果如图4所示。 图4 结果曲线图10、 温度载荷问题问题描述：在桥梁施工过程中箱粱内和外部有一定的温差，底板内的温度为5，底板外侧的温度为0，其间是线性变化的，如何施加这个温度荷载？答：ANSYS的tunif命令是给所有节点指定一个均布温度，体荷载温度用“BF”、“BFE”、“BFK”。 定义一个一维表来处理也可以，温度可以施加到线、面、体、KP 点、节点、单元上。先

19、对已知温度的表面施加温度边界条件，做一次稳态热分析，就可以得到所有节点的温度了。11、 节点（线、面或模型其他对象类似）编号问题问题描述：怎样把指定位置的节点的节点号提取出来？用什么命令？例如想把坐标为（5，6，7）的节点的节点号提取出来,该如何实现？答：1）、先选择节点，再获得编号，比如取得坐标为（5，6，7）处的节点号码：nsel,s,loc,x,5nsel,r,loc,y,6nsel,r,loc,z,7*get,kcon,kp,num,min解释：kcon-该节点编号对应的变量名；kp-所要定义编号的组员属性为关键点；nm-操作对象属性为该组员的编号；min-与所操作对象编号离得最近的组

20、员编号。12、ANSYS的合并于粘结命令？问题描述：1）merge节点与glue-mesh的区别？做一模型，在建模时，两者生成面时共用同一线，计算时对此两面做不做glue是否有区别？如果是不glue的情况，如果是一实际相邻但并未联着的模型 ，是用不glue的模型还是用在那条线上再重合一条线以示未联？两者是否相同？2）模型边界glue与不glue的区别？答：1）Glue 相当于刚性连接，即连接面上有相同的单元和节点划分；当两个实体的接触部分所划分的单元和节点完全相同时，merge才能相当于刚性连接；如果两边的网格不完全一样，merge 只对部分节点起作用，不是完全的刚性连接，如果网格相差很大，m

21、erge 后的误差也会很大。不能 glue也不适合 merge 的地方，可以考虑使用节点耦合。 2）如果两者生成面时共用同一线”，用不用GLUE，模型都是共KEYPOINT的。 如果“做一实际相邻但并未联着的模型”，不仅要重新生成一条线， 还要修改一个面，使之由这条新生成的线构成。如果“相邻，而且相连”，用MERGE更合适。 实际相邻、但并未连着的模型可以这样做： 单独做两个面，分别检查构成两个面的线、KEYPOINT， PLOT KEYPOINT，如果相同位置有两个点，相同位置的线也为两条，则对两个面划分网格后，单元、节点是互不相连的。如果想让模型相连，MERGE KEYPOINT或MERG

22、E NODE 或AGLUE都可以。13、如何在结果后处理中，画等应力线？答：求解完毕后，可以参照以下的步骤进行等应力线的绘制与显示：1） plotcrtls device options vector mode wireframe: on，在每条等应力线边上产生好多字母，可以在第2步修改 ；2）plotcrtls style contours contour labeling Key vector mode countour labels: on every Nth els 填入一个数字看效果，直到觉得在每条等应力线边上的字母数差不多为止；3） plotcrtls style contours

23、 uniform contours: NCONT Number of contours 填入等应力线的数量； 4 ）plotcrtls style colors banded contours colors: band color选择选定等应力线的颜色，选定等应力线由下面的N1,N2,INC决定； 5 ）plotcrtls windows contours windows options 里面的选项都很有用，自己可以一个个试试看看效果；6 ） file report generator 可以作出白底黑字的图片，如果决得图片合适得话可以用plotcrts capture image把图片抓下来；

24、7）去掉背景颜色：Utility MenuPlotCtrlsStyleBackgroundDisplay Picture Background (单击，去除其前的号，背景变为黑色) ；8）显示网格时，去除网格颜色，只显示线条：Utility ；MenuPlotCtrlsStyleColorsPicked Entity Clors ，单击OK。再重新显示Utility MenuPlotReplot即为线条； 9）硬拷贝为.bmp文件，以便插入到word文档中：Utility MenuPlotCtrlsHard CopyTo files, 给出文件名。所存文件即在进入Ansys时设的工作目录下。在

25、Ansys图形输出窗口中，显示各种有用图形，需要储存并输出时，均可以该方式存为.bmp文件，以备用。 14、怎样划分不平行于全球坐标系xy的面？问题描述：怎样划分不平行于全球坐标系xy的面？我直接amesh，结果提示不与全球xy面平行，不能划分，该如何解决？答：施加对称对称边界条件，可以直接在 area 上施加，不必使用面单元过渡的。意思是对称边界条件可以直接施加在面上，而不必施加在单元上，但是该面还是需要划分网格的，否则它不会参与计算的。15、在ANSYS中用表面效应单元加任意方向的荷载答：参照以下命令段来进行任意方向载荷的施加。通过以上命令流得到的荷载图如图1所示。示例命令流*finish

26、/PREP7 et,1,45 !定义实体单元solid45et,2,154 !定义三维表面效应单元KEYOPT,2,2,0 !指定表面效应单元的K2=0，所加荷载与单元坐标系方向相同KEYOPT,2,4,1 !指定表面效应单元的K4=0，去掉边中点，成为四结点表面单元block,-5,5,-5,5,0,5 !建实体模型mp,dens,1,2000mp,ex,1,10e9mp,prxy,1,0.2asel,s,loc,z,5.0,5.0 !选中实体上表面AATT,1,2,0, !指定实体上表面用154号单元MSHAPE,0,2DMSHKEY,1esize,5amesh,all !对上表面划分网格

27、allsel,allVATT,1,1，0 !指定实体用45号单元MSHAPE,0,3DMSHKEY,1vmesh,all/PSYMB,ESYS,1 !显示单元坐标系esel,s,type,2 !选中实体上表面的表面效应单元以方便加荷载sfe,all,1,pres,50 !在面内加Z向荷载，大小为50，荷载方向可通过值的正负控制sfe,all,2,pres,100 !在面内加X向荷载，大小为100sfe,all,3,pres,150 !在面内加Y向荷载，大小为150/psf,pres,2,0,1 !以箭头方式显示所加荷载!如果已经知道荷载在整体坐标系内的方向失量为(0,1,1)，可以用如语句加该方向的荷载sfe,all,5,pres,100,0,1,1 !荷载值100后的三个数为方向失量allsel,alleplot* 图1 模型示意图