Ansys学习教案

1、会计学1Ansys第一页，共85页。ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功能，同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。n ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型；此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。第1页/共85页第二页，共85页。触、柔体/柔体刚体接触、热接触n 单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等第2页/共85页第三页，共85页。确定结构对随时间任意变化的载荷的响应(xingyng). 可以考虑与静力分析相同

2、的结构非线性行为. n 5）谱分析n 6）随机振动分析等n 7）特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.) n 8）专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析第3页/共85页第四页，共85页。n式n多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学n爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析n侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析n失效分析，裂纹扩展分析n刚体运动、刚体柔体运动分析n实时声场分析n BEM边界元方法(fngf)，边界元、有限元耦合分析n光顺质点流体动力（SPH）算法第4页/共85页第五页，共85页。n交变磁场(cchng)

3、分析 计算由于交流电(AC)产生的磁场(cchng)n瞬态磁场(cchng)分析计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场(cchng) n电场分析用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。n高频电磁场(cchng)分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。第5页/共85页第六页，共85页。n多组份流动分析（多达6组份）n牛顿流与非牛顿流体分析n内流和外流分析n共轭传热及热辐射边界n分布(fnb)阻尼和风扇模型n移动壁面及自由界面分析第6页/共85页第七页，共85页。第7页/共85页第八页，共85页。第8页/共85页第九页，共85页。第

4、9页/共85页第十页，共85页。ANSYS/Structural派生出来的，一个线性结构分析选项，可用于线性的静态、动态及屈曲分析，非线性分析仅包括间隙元和板/梁大变形分析。第10页/共85页第十一页，共85页。件，并且能提供复杂的多物理场功能。n6. ANSYS/Emag：该程序是一个独立的电磁分析软件包，可模拟电磁场、静电学、电路及电流传导分析。当该程序与其它ANSYS模块联合使用时，则具有了多物理场分析功能，能够研究流场、电磁场及结构力学间的相互影响。n7. ANSYS/Preppost：该模块为用户在前处理阶段提供了强大的功能，使用户能够便捷地建立有限元模型(mxng)。其后处理器能够

5、使用户检查所有ANSYS分析的计算结果。第11页/共85页第十二页，共85页。多物体接触分析，它可以加入第一类软件(run jin)包中运行，也可以单独运行。n10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost：该程序具有所有的ANSYS/LS-DYNA的前后处理功能，具体包括：实体建模、网格剖分、加载、边界条件、等值线显示、计算结果评价以及动画，但没有求解功能。n11.ANSYS/University：该模块是一个功能完整的设计模拟程序，它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受到了限制（目前节点数16000和32000两种）。该软件(run jin)可独立运行，适用与高校进行教学或

6、科研。第12页/共85页第十三页，共85页。ANSYS细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的CAD模型有：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）n13.ANSYS/Connection：ANSYS与CAD软件的接口产品。可以将CAD模型数据或国际标准格式CAD模型数据直接读入并进行(jnxng)任意ANSYS支持的分析。目前支持的CAD软件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的国际标准格式有：IGES、SAT、Parasolid.第13页/共85页第十四页，共85页

7、。第14页/共85页第十五页，共85页。n3. 后处理n 1）查看分析结果n 2）检验结果A1XYZ第15页/共85页第十六页，共85页。1. 建立(jinl)有限元模型3. 查看(chkn)结果2. 施加(shji)载荷求解主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2.ANSYS分析步骤在GUI中的体现.第16页/共85页第十七页，共85页。ANSYS GUI中的功能排列按照一种动宾结构(jigu)，以动词开始（如Create), 随后是一个名词 (如Circle).菜单的排列，按照由前到后、由简单到复杂(fz)的顺序，与典型分析的顺序相同. 第17页/共85页

8、第十八页，共85页。据(shj)，也存储结果数据(shj):n输入数据(shj) - 必须输入的信息 (模型尺寸、材料属性、载荷等).n结果数据(shj) - ANSYS计算的数值 (位移、应力、应变、温度等).第18页/共85页第十九页，共85页。Objective1-1. 启动(qdng)ANSYS软件.注意: 以下(yxi)过程默认为在 Windows NT环境下.要启动ANSYS:Windows NT 屏幕: Start Programs ANSYS 5.5 1. 选择 Interactive.Procedure1. .2. .3. . 第19页/共85页第二十页，共85页。3.选择A

9、NSYS的工作(gngzu)目录，ANSYS所有生成的文件都将写在此目录下。缺省为上次运行定义的目录。4.如果配置了3D显卡则选择3D. 5. 设定初始工作(gngzu)文件名，缺省为上次运行定义的工作(gngzu)文件名，第一次运行缺省为 file.7. 选择 Run to 运行ANSYS.Note:还可以设定其他的交互选项，但通常以上几项通常要设置好.如果在第1步中选择 Run Interactive Now，将读取上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS,2.选择ANSYS产品.6. 设定ANSYS工作空间及数据库大小 (参考ANSYS安装及配置手册).第20页/共85页第二十一页，

10、共85页。当显示出这六个窗口后，就可以(ky)使用ANSYS了.第21页/共85页第二十二页，共85页。Objective1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体(zngt)功能输入(shr)显示提示信息，输入(shr)ANSYS命令，所有输入(shr)的命令将在此窗口显示。主菜单包含ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、后处理等。输出显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.工具条将常用的命令制成工具条，方便调用.图形显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.第22页/共85页第二十三页，共85页。第23

11、页/共85页第二十四页，共85页。(zu zhn)模型上（节点或单元上）进行求解.n由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分Meshing几何(j h)实体模型有限元模型(mxng)第24页/共85页第二十五页，共85页。(即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用ANSYS建模工具修改(xigi)传入的模型.)下图示意四类图元.体 (3D模型) 由面围成，代表三维实体.面 (表面) 由线围成. 代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面(qmin)）.线 (可以是空间曲线) 以关键点为端点，代表物体的边.关键点 (位于3D空间) 代表物体的角点.AreasVolumeKeypoi

12、ntsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元, 以及它们(t men)之间的层次关系.第25页/共85页第二十六页，共85页。层次(cngc)关系从最低阶到最高阶，模型图元的层次(cngc)关系为：关键点（Keypoints）线（Lines）面（Areas）体（Volumes）提示: 如果(rgu)低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!第26页/共85页第二十七页，共85页。选择图形类型. 将弹出 选取菜单

13、 (见下页) 提示选择图形进行(jnxng)布尔操作.要使用(shyng)布尔操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure1. .2. .3. . 选择一种布尔操作 (例如： Add)第27页/共85页第二十八页，共85页。Objective4-1.列表(li bio)和分类载荷ANSYS中的载荷可分为:自由度DOF - 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构分析_位移、热分析_ 温度、电磁分析_磁势等)集中载荷 - 点载荷 (结构分析_力、热分析_ 热导率、电磁分析_ magnetic current segments)面

14、载荷 - 作用在表面的分布(fnb)载荷 (结构分析_压力、热分析_热对流、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等)体积载荷 - 作用在体积或场域内 (热分析_ 体积膨胀、内生成热、电磁分析_ magnetic current density等)惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等)第28页/共85页第二十九页，共85页。Objective4-2a.加载.可在实体模型(mxng)或 FEA 模型(mxng) (节点和单元) 上加载.在关键点处约束(yush)实体模型沿线(ynxin)均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA 模型沿单元边界均布的压

15、力在节点加集中力第29页/共85页第三十页，共85页。+几何模型加载独立于有限元网格. 重新划分网格或局部网格修改不影响载荷.+加载的操作更加容易 ,尤其是在图形中直接(zhji)拾取时.直接(zhji)在实体模型加载的优点:Guidelines第30页/共85页第三十一页，共85页。无论采取何种加载方式(fngsh),ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型.因此, 加载到实体的载荷将自动转化到 其所属的节点或单元上。实体模型加载到实体的载荷自动转化(zhunhu)到其所属的节点或单元上FEA 模型沿线(ynxin)均布的压力 均布压力转化到以线为边界的各单元上第31页/共85页第三十二页，

16、共85页。输入一个压力值即为 均布载荷, 两个数值(shz) 定义坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向(zh xin)表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加载面力载荷(zi h)拾取Line第32页/共85页第三十三页，共85页。VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反, 将两个(lin )压力数值颠倒即可。加载面力载

17、荷(zi h)（续）第33页/共85页第三十四页，共85页。加载轴对称载荷(zi h)10” 直径(zhjng)5” 半径轴对称模型3-D 结构对称轴第34页/共85页第三十五页，共85页。加载 轴对称载荷, 注意(zh y)以下方面:载荷数值 (包括输出的反力) 基于360度转角的3-D结构。在右图中，轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。Total Force = 2pr = 47,124 lb.准则3-D 结构(jigu)2-D 有限元模型(mxng)Axis of symmetry第35页/共85页第三十六页，共85页。在关键点加载位移(wiy)约束: 加载约束(yush)

18、载荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可使相同的载荷(zi h)加在位于两关键点连线的所有节点上拾取keypoints例要固定一边，只要拾取关键点6、7,并设置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.K6K7第36页/共85页第三十七页，共85页。加载约束(yush)载荷（续）在线和面上加载位移(wiy)约束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Str

19、uctural- Displacement On Lines + OR On Areas+步骤1. .2. .3. . 拾取(shq) lines 拾取areas第37页/共85页第三十八页，共85页。4-1.求解(qi ji)结果(ji gu)文件结果(ji gu)数据数据库求解器结果输入数据第38页/共85页第三十九页，共85页。在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容:统一的单位单元类型和选项材料性质参数考虑惯性时应输入材料密度热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数(chngsh) (单元特性)单元实常数(chngsh)和材料类型的设置实体模型的质量特性 (Preprocess

20、or Operate Calc Geom Items)模型中不应存在的缝隙壳单元的法向节点坐标系集中、体积载荷面力方向温度场的分布和范围热膨胀分析的参考温度 (与 ALPX 材料特性协调?)第39页/共85页第四十页，共85页。求解过程:1. 求解前保存数据库2. 将Output 窗口提到最前面观看(gunkn)求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.Objective4-3.描述(mio sh)求解过程第40页/共85页第四十一页，共85页。n未约束铰接结构，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。n屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在

21、载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。第41页/共85页第四十二页，共85页。第42页/共85页第四十三页，共85页。ANSYS 有两个后处理器:通用后处理器 (即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一时刻的结果 (如：结果的照相(zho xing) “snapshot”). 时间历程后处理器 (即 “POST26”) 可观看模型在不同时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。Objective第43页/共85页第四十四页，共85页。GuidelinesObjective介绍静力分析结果(ji gu)后处理的五个步

22、骤第44页/共85页第四十五页，共85页。“1”n总体球坐标系（r , , )编号为“2”n3. 局部坐标系 local cs：局部坐标系是在任意位置的用户定义坐标系，即不一定与总体坐标系平行或重合，可以是任意方向，编号为大于等于“11”第45页/共85页第四十六页，共85页。果坐标系即当前激活坐标系，同节点坐标系一样，二者可以是任何一种当前激活坐标系n第46页/共85页第四十七页，共85页。n应力奇异：指在有限元模型中那些应力值无限大的点处，如点载荷的集中力和力矩作用处；孤立的约束点；尖角处等。建模时最好避免之第47页/共85页第四十八页，共85页。nSmart size：智能(zh nn)

23、尺寸是根据几何模型的形状，确定网格密度，适于free划分，可通过滑杆确定网格密度第48页/共85页第四十九页，共85页。n分配单元属性千万不能分配错误n面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格n关心应力结果的区域须进行详细网格划分n仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些第49页/共85页第五十页，共85页。n位置在求解器/solu中的求解选项analysis options，包括求解精度公差更改第50页/共85页第五十一页，共85页。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(qngkung)下用92号单元将优于95号单元n选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PC

24、G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1E-8改为1E-4或1E-5即可第51页/共85页第五十二页，共85页。nQ-slice contours：变形等值线切片云图动画nQ-slice vectors：变形等值线切片云图动画nIsosurfaces：变形等势面云图动画nPartice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列第52页/共85页第五十三页，共85页。第53页/共85页第五十四页，共85页。n M为质量矩阵n C 为阻尼矩阵n K 为刚度矩阵n模态分析即f(t)=0的解n谐响应分析的f(t),u(t)都

25、为谐函数，如xsintn瞬态动力学的f(t)为时间历程(lchng)载荷第54页/共85页第五十五页，共85页。n非线性问题在完全瞬态动力学分析中允许使用(shyng)，在所有其他动力学分析类型中，非线性将被忽略，也就是说最初的非线性问题将一直保持不变第55页/共85页第五十六页，共85页。第56页/共85页第五十七页，共85页。即读入预应力矩阵n位置在求解器Analysis options对话框中prestress on 开关第57页/共85页第五十八页，共85页。n 2. 变等第58页/共85页第五十九页，共85页。n瞬态动力学必须指定初始条件，如初始位移，速度，加速度等n如有阻尼必须输入

26、阻尼n时间积分步长T 要足够小第59页/共85页第六十页，共85页。第60页/共85页第六十一页，共85页。n代替节点力载荷为等效压力载荷n“散布”位移约束至一个节点集第61页/共85页第六十二页，共85页。画nQ-slice contours：变形等值线切片云图动画nQ-slice vectors：变形等值线切片云图动画nIsosurfaces：变形等势面云图动画nPartice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列第62页/共85页第六十三页，共85页。第63页/共85页第六十四页，共85页。为率相关性nANSYS的非线性主要为塑性，即施加力后将产生永久变形nANSYS非线性包括材料非线性；接触非线性；几何非线性，将在后面叙述第64页/共85页第六十五页，共85页。图三图二图一屈服点比例极限第65页/共85页第六十六页，共85页。n2. 双线性各向同性强化 BISOn3. 多线性