ANSYS5.7入门教程01

《ANSYS5.7入门教程01》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS5.7入门教程01（373页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、ANSYS 5.7入门培训手册ANSYS 5.7入门 目录1.概述2.FEA 与 ANSYS3.ANSYS 基础4.应力分析5.初步决定6.热分析7.热-应力分析8.几何模型的输入9.实体模型10.网格划分ANSYS 5.7入门 目录11.选择逻辑12.APDL基础13.加载和求解14.后处理15.专题16.Mechanical Toolbar17.耦合和约束方程18.新的梁单元19.模态分析20.非线性分析初步入门第 1 章欢迎！欢迎参加ANSYS入门培训!这部分培训课程包含了如何利用ANSYS进行静力分析。这部分内容针对新用户和不常使用ANSYS 的用户，没有考虑 ANSYS实际应用.此外

2、，ANSYS还提供针对不同专题的高级培训。请查阅ANSYS主页: 的“Services”.入门培训目标教会学员下述基本能力:ANSYS功能，ANSYS基本术语和ANSYS图形用户界面 如何进行一个完整的ANSYS分析其中包含基本步骤 建立或输入一个实体模型并进行单元划分 加载,求解和观察结果 利用一些高级工具逻辑运算,APDL语言,批处理模式,滚动工具条等。入门培训材料 您手中的培训手册是这一幻灯片的原样拷贝本。练习题的一些描述和说明包含在练习附录中.可以从教师那里拷贝练习文件（如果需要）.有限元分析与ANSYS第 2 章有限元分析与ANSYS概述 在这一节，我们将在介绍有限单元分析同时给出A

3、NSYS功能的概述。标题:A.什么是有限元分析？B.关于ANSYSC.关于ANSYS公司有限元分析与ANSYS A.什么是有限元分析?有限元分析是一种模拟设计荷载条件，并且确定在荷载条件下的设计响应的方法。它是用被称之为“单元”的离散的块体来模拟设计。每一个单元都有确定的方程来描述在一定荷载下的响应。模型中所有单元响应的“和”给出了设计的总体响应。单元中未知量的个数是有限的，因此称为“有限单元”。Historical NoteThe finite element method of structural analysis was created by academic and industri

4、al researchers during the 1950s and 1960s.The underlying theory is over 100 years old,and was the basis for pen-and-paper calculations in the evaluation of suspension bridges and steam boilers.有限元分析与ANSYS.什么是有限元分析?这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似具有无限未知量的实际系统的响应。所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？实际系统实际系统有限元模型有限元模型 然而，对该问题还没

5、有一个容易的解决方案。这完全依赖于你所模拟的对象和模拟所采用的方式。但是，我们将尽力通过这次培训为你提供指南。有限元分析与ANSYS.什么是有限元分析?为什么需要有限元分析？减少模型试验的数量 计算机模拟容许对大量的假设情况进行快速有效的试验。模拟不适合在原型上试验的设计。例如：器官移植，比如人造膝盖。概要:节省费用 节省时间 缩短产品开发时间!创造出更可靠、高品质的设计有限元分析与ANSYS B.关于 ANSYS ANSYS是一个完整的FEA软件包，它适合世界范围各个工程领域的工程师们使用:结构分析 热分析 流体分析，包括CFD（计算流体动力学）电/静电场分析 电磁场分析 ANSYS在部分工

6、业领域中的应用如下：航空航天 汽车工业 生物医学 桥梁、建筑 电子产品 重型机械 微机电系统 运动器械有限元分析与ANSYS 关于ANSYS ANSYS/Multiphysics 是ANSYS产品的“旗舰”，它包括所有工程学科的所有性能 ANSYS/Multiphysics有三个主要的组成产品 ANSYS/Mechanical-ANSYS/机械-结构及热 ANSYS/Emag-ANSYS电磁学 ANSYS/FLOTRAN-ANSYS计算流体动力学 其它产品:ANSYS/LS-DYNA-高度非线性结构问题 DesignSpace CAD环境下，适合快速分析容易使用的设计和分析工具 ANSYS/P

7、roFEA Pro/ENGINEER的ANSYS 分析接口。有限元分析与ANSYS 关于ANSYS超弹密封超弹密封有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 结构分析 结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。静力分析静力分析用于静态荷载用于静态荷载.可以考虑结构的线性及非线可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、大性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等性、超弹及蠕变等.有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 结构分析 动力分析 包括质量和阻尼效应。模态分析，用于计算固有频率和振型。谐响应分析，用于确定结构对正弦变化的已知幅值和频率载荷的响应。

8、瞬态动力学分析，用于确定结构对随时间任意变化载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。其它结构功能 谱分析 随机振动 特征值屈曲 子区模型有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 结构分析 用ANSYS/LS-DYNA进行显示动力分析 模拟以惯性力为主的大变形分析。用于模拟冲击、碰撞、快速成形等。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 热分析 热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热量的获取和损失、热梯度、热通量。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。稳态分析 忽略时间效应 瞬态分析 确定以时间为函数的温度值等。可模拟相变（熔化及凝固）有限元分析与ANSYS-关

9、于ANSYS 电磁分析 电磁分析用于计算电磁装置中的磁场 静态磁场及低频电磁场分析 模拟由直流电源，低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场。例如：螺线管制动器、电动机、变压器 磁场分析中考虑的物理量是：磁通量密度、磁场密度、磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 电磁分析 高频电磁场分析 模拟电磁波的传播装置 例如：微波及RF无源组件、波导、同轴连接器。电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射波损耗、电介质及传导损耗同轴电缆中的电场同轴电缆中的电场(EFSUM)有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 电磁分析 静电学 计算由电压或电荷

10、激发引起的电场。例如：高压装置，微机电系统（MEMS），传输线。典型的物理量是：电场强度和电容。电流传导 计算在一定电压下的导体的电流 电路耦合 电磁装置与电路的耦合有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 电磁分析 电磁分析类型:静态磁场分析用于计算由直流电(DC)或永磁体产生的磁场。交变磁场分析用于计算由交流电(AC)产生的磁场 瞬态磁场分析用于计算随时间变化的磁场。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 流体分析 计算流体动力学(CFD)用于确定流体中的流动状态和温度。ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。应用：航空航天，电子元件封装，汽车设计。典

11、型的物理量是：速度，压力，温度，对流换热系数。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 流体分析 声学分析 用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。例如：扬声器，汽车内部，声纳 典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。容器内流体分析 模拟容器内的非流动流体的影响，确定由于晃动引起的静水压力。例如：油罐，其它液体容器 热和质量的传输 在两点之间质量传输（如在一个管子中）产生的热量计算由一个一维单元完成双金属片受热变形双金属片受热变形有限元分析与ANSYS-关于ANSYS 耦合场分析 耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为两个物理场之间相互影响，所以单独求解一个物理场是不可能的。因此你需

12、要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。例如：热-应力分析 压电分析（电场和结构）声学分析（流体和结构）热-电分析 感应加热（磁场和热）静电-结构分析有限元分析与ANSYS C.关于ANSYS公司ANSYS公司.ANSYS产品家族的开发者 总部位于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡南部）有限元分析与ANSYS 关于ANSYS公司 ANSYS支持销售商(ASDs)ANSYS销售及支持网络 全世界超过75家办事处 地区级专家咨询及培训有限元分析与ANSYS 关于ANSYS公司ANSYS 支持管理(ASC)在您公司站点与ANSYS联系 ANSYS通信的焦点；软件更新、错误提示、时事通

13、讯和其它邮件形式。如果您需要更多有关ANSYS及其公司的信息，请查看： 在线文档资料 其它ANSYS培训手册ANSYS 入门第 3 章ANSYS 入门 在本章中,我们将讨论怎样进入和退出 ANSYS,怎样运用 GUI方式和在线帮助,如何用 ANSYS生成数据库和文件。主题:A.启动 ANSYSB.GUI方式C.显示图形拾取功能D.在线帮助E.数据库和文件F.退出 ANSYSG.练习ANSYS 入门A.启动 ANSYS 有两种方式启动 ANSYS:通过交互方式 通过命令交互方式 通过菜单上的相应按钮启动 ANSYS 在Unix 系统中,进入 xansys57&导出操作平台。导出操作平台。在Win

14、dows 系统中,按 Start Programs ANSYS 5.7。Unix 平台平台Windows平台平台ANSYS入门启动 ANSYS启动(contd)当ANSYS 以交互方式启动后，用户图形界面（GUI）将自动显示。交互方式与批处理模式的比较:交互方式允许您与ANSYS面对面的“交流”,检查您的每一步操作 批处理方式 以输入命令文件的方式工作，允许您在后台运行 ANSYS。如果不采用交互方式,输入文件的错误将导致批处理终止。例如求解，最好的操作方式是不需要用户干预的。在本学习过程中，我们将主要讲解交互式操作。ANSYS 入门启动 ANSYS启动(续)在弹出的 启动对话框中按Inter

15、active按钮:ANSYS产品 工作目录 所有文件将要存贮的目录。图形设置 如果您配置了 3-D显示卡请您选择 3-D。否则,在Unix系统上请您选择 X11,在Windows系统上请您选择win32.作业名 作业名,不超过 32 个字符,该作业名将作为所有生成文件的前缀。缺省为 file或为上一次定义的作业文件名。内存空间 缺省值将满足大多数情况ANSYS 入门启动 ANSYS启动(续)选择您喜欢的启动方式之后，请按键运行 ANSYS.命令方式 在当前系统下键入一个命令，ANSYS将被启动。例如:ansys57 ansys57-g ansys57-g-j plate ansys57-g-p

16、 ANE3FL-d 3d-j proj1-m 128ANSYS 入门启动 ANSYS命令行(续)典型的开始选项中，通常命令选择项有:-g(开始后将自动显示 GUI)-p产品代码-d图形设备-j 工作名称-m内存 工作目录是命令运行的目录。参考您的 ANSYS安装和配置手册获取命令行的详细信息。进入 ANSYS 后显示如下的 GUI窗口:输入输入显示提示信息，输显示提示信息，输入入ANSYS命令。能命令。能够方便的获取以前够方便的获取以前输入的所有命令。输入的所有命令。主菜单主菜单包含主要的包含主要的 ANSYS 功能，分为前处理、功能，分为前处理、求解、后处理等。求解、后处理等。输出输出显示软

17、件的文本输显示软件的文本输出，通常在其它窗出，通常在其它窗口后面，需要查看口后面，需要查看时可提到前面。时可提到前面。功能菜单功能菜单 包含例如文件管理、包含例如文件管理、选择、显示控制、参选择、显示控制、参数设置等功能。数设置等功能。工具条工具条将常用的命令制成工将常用的命令制成工具条，方便使用。具条，方便使用。图形图形显示由显示由 ANSYS 创创建或传入建或传入ANSYS的的图形。图形。ANSYS 入门B.图形用户界面主菜单 包括分析所需的主要功能。在进行下一个功能之前，重叠的独立窗口允许您完成所有必须的操作。约定:“”表示产生一个对话框表示产生一个对话框“+”表示图形拾取表示图形拾取“

18、”表示将产生下一个子表示将产生下一个子菜单菜单“”(空缺)表示运行一个ANSYS命令ANSYS入门.GUI方式ANSYS 入门.GUI方式应用菜单包含ANSYS运行过程中通常使用的功能，如:图形,在线帮助,选择,文件管理等.与主菜单的约定类似:-“”表示产生一个对话框表示产生一个对话框-“+”表示图形拾取表示图形拾取-“”表示将产生下一个子菜单表示将产生下一个子菜单-“”(空缺)表示进行一个操作ANSYS 入门.GUI方式输入窗口 允许您输入命令。(大多数 GUI功能都能通过输入命令来实现.如果您知道这些命令,可以通过输入窗口键入。)在拾取图形时您也可以通过键入命令的方式实现。命令格式命令格式

19、ANSYS 入门.GUI方式工具条 包含常用命令的缩写形式。可使用一些预先设置好的命令，也可以添加自己的命令，但需要熟悉 ANSYS 命令。构造自己的“按钮菜单”是很有用的！ANSYS 入门.GUI方式版面布置有三种预先定义的菜单布局。(Launcher Interactive GUI Configuration):输入窗口在左边(缺省)输入窗口在右边 输入窗口在下面 您也可以创建自己的布局并保存起来。Utility Menu MenuCtrls Save Menu Layout.Unix 系统采用位于$HOME，名，名为ANSYS57 的ASCII 码源文件存贮。Windows系统在系统注册

20、中保存菜单布局。输入输入输入ANSYS 入门GUI方式优选框 优选框(Main Menu Preferences)允许您过滤掉当前分析中不用的菜单选项。例如,如果您做一个热分析,您可以过滤掉其它选项,从GUI中可以知道缩减的菜单 项:只有热单元类型将在单元类型选择对话框中出现。只显示热荷载。等。ANSYS 入门.GUI方式其它 GUI注意事项 一些对话框中有 Apply和 OK两种按钮。Apply 完成对话框的设置,不退出对话框(不关闭)。OK完成对话框的设置,退出对话框。ANSYS菜单输出窗口是独立的.注意:在关闭输出窗口时将关闭ANSYS操作！不要局限于用GUI 方式，如果您熟悉命令，在输

21、入窗口键入命令会更方便！ANSYS 入门.GUI方式演示:启动 ANSYS 显示 GUI界面弹出在“激活的坐标系下建立关键点”对话框，演示 OK和 Apply的区别显示优选对话框显示输出窗口的内容ANSYS 入门C.图形拾取 在GUI方式中大量使用图形拾取。图形用于建模，加载，显示结果及输入、输出数据。拾取对建模，划分网格，加载等是很有用的 在应用菜单中可用 Plot 来显示图形及执行命令后的显示。/replotkplotlplotaplotvplotnploteplotgplotANSYS 入门图形拾取 PlotCtrls 菜单是用来控制图形显示的：绘图方位 缩放 颜色 符号 注释 动画 等

22、 改变观察方位、图形缩放是最常用的功能ANSYS 入门图形拾取 缺省的视图方位是主视图方向：是从+Z 轴观察模型。用动态模式（拖动模式）拖动模式是一种用 Control键和鼠标键调整观察方向的途径 Ctrl+L eft(鼠标左键)可以平移模型。Ctrl+Middle(鼠标中键）:缩放模型旋转模型(绕屏幕 Z轴方向)Ctrl+Right（鼠标右键）旋转模型:绕屏幕X轴方向绕屏幕Y轴方向P ZR CtrlANSYS 入门图形拾取 如果您不想按住 Control 键,可以用Pan-Zoom-Rotat 对话框中提供的热键。您同样可以用鼠标键来操作。在 3-D图形设置中,您同样可以自动控制光源。产生不

23、同角度的光照效果。ANSYS 入门图形收取 Pan-Zoom-Rotate对话框的其它功能:预先设置的观察方向 对模型选定的区域进行缩放 对模型进行增量式的平移拖动，缩放以及旋转(根据滚动条上设定的比例)分别绕屏幕的 X,Y,Z轴旋转。缩放模型至适合窗口大小 返回模型到默认的取向Front+Z view,from(0,0,1)Back-Z view(0,0,-1)Top+Y view(0,1,0)Bot-Y view(0,-1,0)Right+X view(1,0,0)Left-X view(-1,0,0)IsoIsometric(1,1,1)ObliqOblique(1,2,3)WPWork

24、ing plane viewZoomBy picking center of a squareBox ZoomBy picking two corners of a boxWin ZoomSame as Box Zoom,but box is proportional to window.Back Up“Unzoom”to previous zoom.ANSYS 入门图形拾取拾取 通过点击图形窗口允许您选择整体或局部模型。一典型的拾取操作可用鼠标或拾取菜单来完成。在菜单中它的标志是一个“+”号.例如,您可以在图形窗口中关键点的位置处拾取，然后按 OK键。ANSYS 入门图形拾取两种拾取方式:恢

25、复拾取 拾取已经存在的模型元素。允许您在输入窗口键人元素的号码 可以用 Pick All热键来拾取所有元素 位置拾取 查找一点的坐标如关键点或节点。允许您在输入窗口输入坐标。恢复拾取的例子恢复拾取的例子位置拾取的例子位置拾取的例子ANSYS 入门图形拾取鼠标键拾取功能的分配:左键 拾取(或取消)距离鼠标光点最近的图元或坐标。按住此键进行拖拉，可以预览被拾取（或取消）的图元或坐标。中键 相当于拾取图形菜单中的Apply。用中键可以节省时间。对于两键鼠标可以用Shift加鼠标右键代替。右键 在拾取和取消之间切换。拾取拾取应用应用拾取和取消的切换拾取和取消的切换取消拾取光标显示光标显示:ANSYS

26、入门图形拾取热点的拾取位置:面和体 有一个热点在图形的中心附近。线 有三个热点 一个在中间另两个在两端。为什麽这个很重要:当您需要拾取图元时，您必须拾取热点。ANSYS入门图形拾取演示:用已经建立的关键点显示位置拾取。显示鼠标中键和右键的功能。建立一些线来演示恢复拾取演示用闭合的线来生成面通过只删除面来演示“Pick All”键入一些带和不带编号的 KPLOT,LPLOT等命令。如何使用平移、缩放、旋转。ANSYS 入门D.在线帮助 ANSYS 提供了基于HTML格式的帮助系统，作为现有帮助系统的补充。您可以获得如下的帮助:ANSYS命令 单元类型 分析过程 特别的 GUI 工具诸如 Pan-

27、Zoom-Rotate 您也可以进入:指南 验证手册 ANSYS 的网站ANSYS入门在线帮助 下列几种方式可以进入帮助系统:Launcher Help System Utility Menu Help Help Topics Any dialog box Help 在输入窗口键入 HELP,name。Name 是一个命令或一个单元的名称ANSYS 入门在线帮助 按 Help System 按钮弹出帮助浏览器：导航窗口包括目录,索引,搜索引擎和标签 一个文件窗口列出了帮助信息。ANSYS 入门在线帮助 用 Contents 键可以浏览感兴趣的内容。用 Index 键可以快速查找具体的命令,术语

28、,概念等。用 Search 键可以从帮助系统中查找指定的单词或短语。用 Favorites 键可以添加需要经常帮助的部分。ANSYS 入门在线帮助 ANSYS 也提供基于 HTML在线指导。这种指导包括了在ANSYS 中求解一系列问题的详细说明。如果想进入指导部分请单击 Utility Menu Help ANSYS Tutorials.ANSYS 入门在线帮助演示:启动帮助系统调出分析向导在输入窗口中键入“help,kplot”查找字符串“harmonic response”ANSYS 入门E.数据库和文件 ANSYS 数据库包括了建模，求解，后处理所产生的保存在内存中的数据。数据库存贮了您

29、输入的数据以及 ANSYS的结果数据:输入数据 您必须输入的信息,诸如模型尺寸,材料特性以及荷载情况。结果数据-ANSYS 的计算结果,诸如位移,应力,应变以及反力等。ANSYS 入门数据库和文件保存和恢复 既然数据库保存在计算机的内存中，您应经常存盘，以防在计算机死机或断电时能够保存您的信息。保存操作是将内存中的数据拷贝到称为数据库的文件中。(db 为缩写).最简单的保存方式是单击 Toolbar SAVE_DB 或使用:Utility Menu File Save as Jobname.db Utility Menu File Save as SAVE 命令 从 db文件中恢复数据库,用

30、RESUME操作。Toolbar RESUME_DB 或使用:Utility Menu File Resume Jobname.db Utility Menu File Resume from RESUME 命令 保存和恢复缺省文件，然后起名为 jobname.db,但您可以通过“Save as”选择一个不同的名字，然后用“Resume from”恢复。.ANSYS 入门数据库和文件ANSYS 入门数据库和文件 保存和恢复的注意事项:选择“Save as”或“Resume from”时并不改变当前的工作名。如果您缺省保存在此之前已存在一个重名的文件,ANSYS将首先将旧的文件拷贝到 jobna

31、me.dbb 作为一个备份。db 文件仅仅是文件被保存时在内存中的“快照”ANSYS 入门数据库和文件 保存和恢复技巧:当您做一个分析过程中定期的保存数据库。ANSYS不能自动保存。在尝试一个您不熟悉的操作时（如布尔操作或剖分网格）或一个操作将导致较大改变时（如删除操作），您应保存数据库。如果您不满意此次做出的结果，您可以用恢复来重做。在求解之前也应保存数据库。ANSYS 入门数据库和文件清除数据库 清除数据库的操作允许您对数据库清零并重新开始。它相当于退出并重新启动ANSYS。Utility Menu File Clear&Start New 或使用/CLEAR 命令。ANSYS 入门数据库

32、和文件文件 ANSYS 在一个分析中要读写几个文件。文件名的格式为jobname.ext.工作名 在启动 ANSYS之前选择一个不超过 32个的字符作为文件名。缺省为 file。在 ANSYS中，可使用/FILNAME 命令来修改文件名。(Utility Menu File Change Jobname).扩展名 鉴别文件的 内容,例如.db 是数据库文件。通常由 ANSYS 自己指定，但也可以通过(/ASSIGN)由您自己定义。ANSYS入门 数据库和文件 典型文件:jobname.log:日志文件是 ASCII码文件。包括了运行过程中的每一个命令。如果您用同样的工作名在同一目录中开始另一轮

33、操作,ANSYS 将会添加到日志文件中去(作一个时间标记)。jobname.err:出错文件是 ASCII码文件。包括了运行过程中的所有错误和警告。ANSYS将添加到已存在的错误文件。jobname.db,.dbb:数据库文件是二进制 文件。与所有的平台兼容。jobname.rst,.rth,.rmg,.rfl:结果文件是二进制文件。与所有平台兼容。包括了ANSYS运算过程中的所有计算数据。ANSYS入门数据库和文件文件管理技巧 在一个单独的工作目录中作一次分析。用不同的工作名来区分不同的分析。在任何ANSYS分析之后，您应保存以下的文件:日志文件(.log)数据库文件(.db)结果文件(.r

34、st,.rth,)荷载步文件,如有多步(.s01,.s02,.)物理文件(.ph1,.ph2,.)使用/FDELETE命令命令 或 Utility Menu File ANSYS File Options 来自动删除ANSYS分析不再需要的文件。ANSYS入门F.退出ANSYS 三种退出 ANSYS的途径:Toolbar QUIT Utility Menu File Exit 使用/EXIT 命令应力分析第 4 章应力分析概述应力分析 是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。正如第二章描述的，ANSYS 的应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析模态分析谱分析

35、谐响应分析 显示动力学 本章将以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。应力分析.概述 主要内容:A.分析步骤B.几何建模C.网格划分D.施加载荷E.求解F.查看 结果G.检查解的正确性H.例题应力分析A.分析步骤每个分析包含三个主要步骤:前处理 创建或输入几何模型 对几何模型划分网格 求解 施加载荷 求解 后处理 结果评价 检查结果的正确性前处理求解后处理应力分析.应力分析步骤 注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的应力分析.应力分析步骤 前处理器(在ANSYS中称为 PREP7)提供了对程序的主要输入 前处理的主要功能是生成有

36、限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。通常先定义分析对象的几何模型。典型方法是用实体模型 模拟几何模型。以 CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。体 由面围成，用来描述实体物体。面 由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。线 由关键点组成，用来描述物体的边。关键点 是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。体面线和关键点应力分析 -前处理B.几何模型应力分析 -前处理.几何模型 在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由

37、面生成。这个层次的顺序与模型怎样建立无关。关键点关键点线线面面体体我要改这我要改这条线条线线线 关键点关键点面面体体呀！呀！ANSYS 不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。(稍后，将讨论哪些修改是许可的)关键点关键点线线面面体体应力分析-前处理.几何模型 既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型 两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个 IGES 文件和缩放所需的几何模型 IGES(Initial Graphics Exchange Specification)是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范 IGES 文件是

38、ASCII码文件,很容易在两个计算机系统间传递。许多软件包,包括 ANSYS在内,允许读写 IGES文件应力分析-前处理.几何模型 输入 IGES 文件到ANSYS中:Utility Menu File Import IGES.在弹出的对话框中，选择 No defeaturing*(缺省值)，按下 OK(默认其他选项)。在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK.或使用 IGESIN 命令:/aux15 ioptn,iges,nodefeat igesin,filename,extension,directory finish*关于 No Defeaturing 及 Defeaturing 方法

39、及其他选项将在后面论述应力分析-前处理.几何模型 输入完成后，ANSYS会自动绘出几何模型图 可以按需要修改几何模型 ANSYS允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述 现在，我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。(注:缩放比例对输入的“Defeature”IGES无效.)应力分析-前处理.几何模型 当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。在 ANSYS中缩放模型:首先保存数据库-Toolbar SAVE_DB 或使用或使用 SAVE 命令。接着 Main Menu Preprocessor Operate Scale Volume

40、s (在模型上选择相应的实体部分)使用使用Pick All拾取整个体 然后键入想要的比例系数（对 RX,RY,RZ 的比例系数），设置 IMOVE 为“Moved”，取代“Copied”或使用 VLSCALE 命令:vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1应力分析-前处理.几何模型演示:输入 pipe.igs :选择“No Defeaturing”方式其他全部缺省确定模型显示方向保存 pipe.db应力分析-前处理.几何模型 前处理3几何模型 网格划分 求解 加载 求解 后处理 结果评价 检查结果正确性应力分析-前处理C.网格划分网格划分网格划分 是用节点和单元等“填充”实体模

41、型，创建有限元模型的过程。请记住,只有有限元求解需要节点和单元，实体模型不需要。实体模型不参与有限元求解。实体单元实体单元FEA 模型模型网格划分应力分析 -前处理.网格划分 网格划分的三个步骤:定义单元属性 指定网格控制 生成网格单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括:单元类型 实常数 材料性质应力分析 -前处理.网格划分单元类型 单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性:自由度(DOF)设置.例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而一个结构单元类型可能有6个自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ.单元形状-块,四面体,四边形,三角形等 维

42、数-2-D(仅有X-Y 平面),or 3-D.假定的位移形函数-线性及二次 ANSYS有超过150个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。应力分析 -前处理.网格划分 定义单元类型:Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add 添加新单元类型 选择想要的类型(如SOLID92)并按 OK键 Options 指定附加的单元选项 或使用 ET 命令:et,1,solid92应力分析 -前处理.网格划分 注意:设置想要分析学科的选项(Main Menu Preferences)，这样将只显示所选学科的单元类型。应当

43、在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为GUI方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置。例如，如果选择结构单元类型，则热载荷选项成灰色，或根本不出现。应力分析 -前处理.网格划分实常数 实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状。例如:梁单元是由连接两个节点的线来定义的，这只定义了梁的长度。要指明梁的横截面属性，如面积和惯性矩，就要用到实常数。壳单元是由四面体或四边形来定义的，这只定义了壳的表面积，要指明壳的厚度，必须用实常数。许多 3-D 实体单元不需要实常数，因为单元几何模型已经由节点完全定义。应力分析 -前处理.网格划分 定义实常数:Preprocessor Real Consta

44、nts Add 增加一种新的实常数设置。如果定义了多个单元类型,首先选择要指定实常数的单元类型 接着输入实常数值.或使用 R 系列命令 不同的单元类型需要不同的实常数，有些单元类型不需要任何实常数。获取详细资料，请参考在线单元手册。应力分析 -前处理.网格划分材料性质 每个分析都需要输入一些材料性质：结构单元所需的杨氏模量 EX，热单元所需的热传导率 KXX 等。.定义材料性质的两种方法:材料库 单独定义应力分析 -前处理.网格划分使用材料库 这种方法能够对给定的材料选择预先已定义的材料性质。ANSYS 为一些常用材料提供了结构和热的典型材料性质（线性），但我们强烈建议你建立自己的材料库。从材

45、料库选取材料:先定义库的路径.Preprocessor Material Props Material Library Library Path 输入要读取的材料数据的位置 例如：/ansys57/matlib.或使用/MPLIB 命令应力分析 -前处理.网格划分 接着从库中输入一种材料 Preprocessor Material Library Import Library 选择单位制。这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件，ANSYS 本身没有单位制的概念，也不进行单位换算 选择想要的材料文件 如钢 AISI C1020.或使用 MPREAD 命令中的 LIB选项.应力分析 -前处理.网格划

46、分单独指定材料性质 这种方法通过 材料模型 GUI方式直接指定想要的材料性质，以取代选择材料名称。单独指定材料性质:Preprocessor Material Props Material Models 双击合适的性质选项来定义材料性质应力分析 -前处理.网格划分 先定义好材料类型的结构树 接着输入单个材料的性质值 或使用 MP 命令 mp,ex,1,30e6 mp,prxy,1,.3应力分析 -前处理.网格划分 添加与温度相关的材料性质 绘出性质-温度曲线应力分析 -前处理.网格划分 从一个材料表复制材料模型到另一个材料表 删除材料模型应力分析 -前处理.网格划分A 单位制注释 无需告诉 A

47、NSYS你所使用的单位制，只需确定要使用的单位制，在输入时保持数据单位一致。例如,如果几何模型的尺寸是英寸，确保其他的输入数据 材料性质,实常数,载荷等 也以英寸为单位 ANSYS 不进行单位换算!它只是简单的接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性。命令/UNITS 允许你指定单位制,但它只是一个纪录设计，从而使 使用你模型的用户知道你所用的单位。应力分析 -前处理.网格划分指定网格控制 是网格划分的第二步。ANSYS 中有许多可用的网格控制。现在，我们介绍一个指定网格密度的简单方法，智能网格划分。智能网格划分是一种运算法则，它按照线的长度，曲率和对孔的近似确定模型中线的分割单元数。你只需要指

48、定从1（最细网格）到10（最粗网格）的“尺寸水平”，其他的由ANSYS处理。应力分析 -前处理.网格划分 MeshTool是最好的定义网格划分控制的方式:Preprocessor MeshTool.激活SmartSizing 尺寸级别缺省为6生成网格 是网格划分的最后一步 首先存储数据库 然后按MeshTool中的Mesh按钮 这将打开一个拾取器.点击拾取器的Pick All按钮指示所有的实体应力分析练习准备工作第 5 章准备工作概述 在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定，诸如分析类型及所要创建模型的类型。在这一章，我们将讨论这一过程的决策。目的是在您彻底进入分析之前给您一个理想的总体规

49、划。标题如下：A.哪一种分析类型？B.模拟什么？C.采用哪一种单元类型？准备工作A.哪种分析类型？分析类型通常遵循以下原则：结构分析 实体的运动、压力、接触热分析 热、高温及温度变化。电磁场分析 装置承受电流（交流或直流）、电磁波、电压或电荷激励 流体分析：气体或液体的运动，或包容的气体/流体耦合场：上述分析的任意组合 在这里，我们将集中讨论结构分析。准备工作A.哪种分析类型？当您选择了结构分析，接下来的问题是：静力还是动力分析？线性还是非线性分析？要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的激励（载荷），因为下述三种类型的力决定了它的响应 静力（刚度）惯性力（质量）阻尼力准备工作A.哪种分析类型

50、？静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。动力分析考虑所有三种类型的力。例如：考虑跳水板的分析 如果潜水者静止地站在跳水板上，做一个静力分析已经足够了。但是如果潜水者在跳水板上下跳动，必须进行动力分析准备工作A.哪种分析类型？如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常是重要的 因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静力还是动力分析 如果在相对较长的时间内载荷是一个常数，请选择静态分析。否则，选择动态分析 总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率的1/3，则可以进行静力分析。准备工作A.哪种分析类型？线性与非线性分析的区别 线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型的特

51、征是：小变形 弹性范围内的应变和应力 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。应变应力弹性模量(EX)准备工作A.哪种分析类型？如果加载引起结构刚度的显著变化，必须进行非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型因素有：应变超过弹性范围（塑性）大变形，例如承载的鱼竿 两体之间的接触应变应力准备工作B.模拟什么?在建立一个分析模型之前，必须进行许多建模的决策：应该考虑多少细节？是否应用对称性？模型中是否有应力奇异点？准备工作.模拟什么?细节 在分析模型中不应该包括对分析无足轻重的细节。从CAD系统读取模型到ANSYS之前，可以抑制这些细节。但是，对一些结构的“细节”可能很重要，如倒角或孔洞处，将会出现最

52、大应力。是否保留这些细节取决于你的分析目标。准备工作.模拟什么?对称性 许多结构在形状上是对称的，这就允许只取其中有代表性的部分或截面去建立模型。应用对称模型的主要优点是：通常更易于建立模型 允许你创建一个更好更细的模型，以便获得比全模型可能更好的结果准备工作.模拟什么?要利用对称性，下列因素必须对称：几何形状 材料属性 荷载工况 几种不同类型的对称：轴对称 旋转对称 平面或镜面对称 重复或平移对称准备工作.模拟什么?轴对称 沿一中心轴存在对称性，这类结构有：电灯泡，直管，圆锥体，圆盘和圆屋顶。对称面就是旋转形成结构的横截面，它可以在任何位置。因此你可以用一个二维“薄片”（旋转360）代表一个

53、真实的模型形状。在多数情况下载荷被假定为轴对称。然而，如果荷载不存在轴对称性，并且是线性分析，可以将荷载分解为简谐分量进行独立求解，然后进行叠加。准备工作.模拟什么?旋转对称 结构由绕轴分布的几个重复部分组成，诸如涡轮转子。只须对结构的一个部分建立模型。载荷也被假定为沿轴是对称的。该模型表明反射及旋转对称准备工作.模拟什么?平面或反射对称 结构的一半与另一半成镜面映射关系，镜面称为对称平面 加载可以是关于对称面对称或反对称该模型同时表明重复及反射对称准备工作.模拟什么?重复或平移对称 重复部分沿一直线排列，带有均匀分布冷却节的长管等结构 载荷也被假定为沿模型长度方向“重复“。准备工作.模拟什么

54、?在某些情况下，仅仅是那些较次要的结构细节破坏了结构对称性。有时这些细节可以忽略（或认为它们是对称的），进而利用对称性的优点建立更小的分析模型。这样，计算结果的精度损失可能是难于估计的。准备工作.模拟什么?应力奇异 应力奇异是指在有限元模型中那些应力值无限大的点处。例如：点荷载，如集中力或力矩作用处 孤立的约束点导致支反力如同点荷载。尖角（零倒角半径）处 在应力奇异点处网格越细化，应力值也随之增加且不收敛Ps=P/AAs A 0,s 准备工作.模拟什么?真实结构不包含应力奇异。是对模型的简化假定虚构的 如何处理应力奇异?如果离感兴趣区域较远，可以在查看结果时通过不激活受影响的区域忽略它的影响

55、如果位于感兴趣区域，需要如下纠正:在尖角处增加倒角重新进行分析 代替点力载荷为等效压力载荷“散布”位移约束至一个节点集准备工作 C.何种单元类型?在开始分析之前，确定单元类型通常是很重要的。典型问题有：哪种单元类型？实体单元、壳单元、梁单元等。单元阶次。线性或二次单元。网格密度。通常由分析目标决定。准备工作.何种单元类型?单元类别 ANSYS提供许多不同类型的单元。经常采用的单元有：线单元 壳单元 二维实体单元 三维实体单元准备工作.何种单元类型?线单元:梁单元是用于螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件（只需膜应力和弯应力的情况）等模型。杆单元是用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和薄膜桁架

56、等模型。弹簧单元是用于弹簧螺杆、或细长构件，或通过刚度等效替代复杂结构等模型。准备工作.何种单元类型?壳单元:壳单元用于薄板或曲面模型 壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的十倍 二维2-D 实体单元:二维实体单元是用于模拟实体的截面 必须在整体笛卡尔X-Y平面内建立模型 所有的荷载均作用在X-Y平面内，并且其响应（位移）也在X-Y平面内 单元特性如下：平面应力 平面应变 轴对称 轴对称简谐准备工作.何种单元类型?Y X Z 准备工作.何种单元类型?平面应力假定沿Z方向的应力等于零 当Z方向上的几何尺寸远远小于X和Y方向上的尺寸才有效。沿Z方向的应变不为零 沿Z方向允许选择厚

57、度。平面应力分析是用来分析诸如承受面内荷载的平板，承受压力或离心载荷的薄盘等结构。Y X Z 准备工作.何种单元类型?平面应变 假设沿Z方向的应变等于零。当Z方向上的几何尺寸远远大于X和Y方向上的尺寸才有效。沿Z方向的应力不为零。平面应变分析适用于分析等截面细长结构诸如结构梁Y X Z 准备工作.何种单元类型?轴对称假定三维实体模型及其载荷是由二维横截面绕Y轴旋转360 形成的。对称轴必须和整体Y轴重合 不允许有负的X坐标 Y方向是轴向，X方向是径向，Z方向是周向。周向位移是零，周向应力和应变十分明显。轴对称分析用于压力容器、直管道、杆等结构。准备工作.何种单元类型?谐单元是一种特殊情形的轴对

58、称因为荷载不是轴对称的。将轴对称结构承受的非对称载荷分解成傅立叶级数，傅立叶级数的每一部分独立进行求解，然后再合并到一起。这种简化处理本身不具有任何近似！谐单元分析用于非对称的荷载结构如承受扭矩的杆件。准备工作.何种单元类型?三维实体单元:用于那些由于几何、材料、荷载或分析要求考虑细节等原因造成无法采用更简单单元进行建模的结构。也是用于从三维CAD系统转化过来的几何模型，把它转化成为二维或壳体需要花费大量的时间和精力。准备工作.何种单元类型?单元阶次 单元阶次是指单元形函数的多项式阶次 什么是形函数？它是一个给出单元内结果形态的数学函数。因为FEA的解答只是求解节点自由度值。所以我们要通过形函

59、数用节点自由度的值来描述单元内任意点的值。形函数总是根据给定的单元特性来设定。每一个单元形函数反映单元真实特性的程度直接影响求解精度。这一点在下一幻灯片中详细说明自由度值的二次分布真实的二次曲线线性近似(差结果)准备工作.何种单元类型?二次近似(最好的结果)多个单元的线性近似(好结果)准备工作.何种单元类型?当您选择了单元类型，您就选择并接受了相应单元类型的单元形函数。所以在您选择单元类型之前应查看单元形函数信息。例如，线性单元只有端节点，而二次单元还存在中节点。准备工作.何种单元类型?线单元 线性单元内的位移按线性变化，因此（大多数时）单个单元上的应力是不变的。线性单元对单元扭曲变形很敏感。

60、如果你只想得到名义应力结果，这是可以采用的。应该在应力梯度较大的地方划分大量的单元二次单元 二次单元内的位移是二次变化的，因此单个单元上的应力状态是线性变化的。二次单元在描述曲线边界或曲面时，要比线性单元更精确。而对单元扭曲变形不敏感。如果您想得到高精度的应力，请采用二次单元。通常情况，它与线性单元相比，采用的单元个数和自由度个数较少，而得到的结果精度较高。准备工作.何种单元类型?注意:对于壳模型，线性单元与二次单元的区别不如实体模型那么明显。所以线性壳体单元经常被优先采用。除了线性单元和二次单元以外，可以采用第三种单元，即P-单元。P-单元内的位移是从二阶到八阶变化的，而且具有求解收敛自动控

61、制功能。准备工作.何种单元类型?网格密度 有限元分析的基本原则是：单元的数目（单元密度）越多，所得解答越逼近真实解答。然而，随着单元数目增加的同时，求解时间和所需计算机资源也急剧增加。The objectives of the analysis usually decide which way the slider bar below should be moved.有限元分析的目标决定了下面的滑杆应该如何移动准备工作.何种单元类型?如果你想得到高精度的应力，你应考虑：在结构上有精度要求的位置不能忽略几何细节，此时应细分网格 应先论证应力集中 模型中的任何简化都有可能导致明显的误差。如果你考虑

62、变形或名义应力：采用相对粗糙的模型就足够了。可以忽略微小的几何细节。准备工作.何种单元类型?如果对模态振型感兴趣（模态分析）通常可以忽略小细节 采用相对较粗的网格就可以捕捉到简单的模态振型 采用均衡适度的细网格可以得到复模态 热分析：小的细节通常可以忽略，但由于许多热分析伴随着应力分析，而应力分析通常需要考虑模型的细节。网格密度通常是由预期的热梯度决定。热梯度大的地方，网格划分应细一些，而热梯度较小的地方，采用粗网格划分就足够了。热 分 析第 6 章热分析 本章简述了进行稳态热分析的过程.有两方面的目的:重申第4章所介绍的典型分析步骤.介绍热荷载与边界条件.包括的主题:A.概述B.过程C.专题

63、讨论热分析A.概述 热分析用于确定结构中温度分布、温度梯度、热流以及其它类似的量.热分析可能是稳态的或瞬态的.稳态 是指荷载条件已被“设置”成稳定状态，几乎不随时间变化.如:铁获得了预先设置的温度.瞬态*指条件随时间变化而变化.如:铸造中金属从熔融状态变为固态的冷却过程.*Not covered in this course热分析.概述 热荷载条件可能是:温度模型区温度已知.对流表面的热传递给周围的流体通过对流。输入对流换热系数h和环境流体的 平均温度Tb 热通量*单位面积上的热流率已知的面.热流率*热流率已知的点.热生成率*体的生热率已知的区域.热辐射*通过辐射产生热传递的面.输入辐射系数,

64、Stefan-Boltzmann 常数,“空间节点”的温度作为可选项输入.绝热面“完全绝热”面，该面上不发生热传递.*Not covered in this course热分析B.分析过程 稳态热分析过程和静力分析类似:分析过程 几何尺寸（模型）划分网格 求解 荷载条件 求解 后处理 查看结果 检查结果是否正确 通过(Main Menu Preferences)把图形用户界面的优先级设置成热分析.热分析 -过程前处理几何尺寸（模型）既可用ANSYS建立模型，也可用其它方法建好模型后导入.模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显示.热分析 -过程.前处理划分网格 首先定义单元属性:单元类型

65、,实常数,材料属性.单元类型 下表给出了常用的热单元类型.每个结点只有一个自由度:温度2-D Solid3-D Solid3-D ShellLine ElementsLinearPLANE55 SOLID70 SHELL57 LINK31,32,33,34QuadraticPLANE77 PLANE35 SOLID90 SOLID87 常用的热单元类型热分析 -过程.前处理材料属性 必须输入导热系数,KXX.如果施加了内部热生成率，则需指定比热(C).ANSYS提供的材料库(/ansys57/matlib)包括几种常用材料的结构属性 和热属性,但是建议用户创建、使用自己的材料库.把优先设置为“

66、热分析”，使材料模型图形用户界面只显示材料的热属性.实常数 主要应用于壳单元和线单元.热分析 -过程.前处理 划分网格.存储数据文件.使用 MeshTool 划分网格.使用缺省的智能网格划分级别6可以生成很好的初始网格.至此完成前处理，下面开始求解.热分析 -过程求解荷载指定的温度 热分析的自由度约束 Solution -Loads-Apply Temperature 或 D 命令系列(DA,DL,D)热流 这些是面荷载 Solution -Loads-Apply Convection 或 SF命令系列(SFA,SFL,SF,SFE)热分析 -过程.求解绝热面“完全绝热”面，该面上不发生热传递.这是缺省条件,如,没有指定边界条件的任何一个面都被自动作为绝热面处理.其它可能的热荷载:热通量 (BTU/(hr-in2)热流 (BTU/hr)热生成率 (BTU/(hr-in3)热辐射 (BTU/hr)热分析 -过程.求解求解 首先存储数据库文件.然后输入 SOLVE 命令或点击菜单 Solution -Solve-Current LS.结果被写入结果文件,jobname.rth,该结果文件同