ansys仿真分析（课堂PPT）

1、1ANSYS交流交流挑战仿挑战仿真真2l在开始ANSYS分析之前，需要作一些决定，诸如分析类型及所要创建模型的类型。l模型建立之前的工作：l 1、确定分析类型l 2、分析模型的形状，尺寸，公况条件l 3、考虑模型的材料类型，计算内容l 4、估计应力、应变大致类型l 5、明确分析精度，单元类型ANSYS分析前的准备分析前的准备3分析类型分析类型l当您选择了结构分析，接下来的问题是：l静力还是动力分析？l线性还是非线性分析？ l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l静力（刚度）l惯性力（质量）l阻尼力4分析类型分析类型静力与动力分析的区别l静力分

2、析假定只有刚度力是重要的。l动力分析考虑所有三种类型的力。l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l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l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。l否则，选择动态分析l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。5分析类型分析类型线性与非线性分析的区别l线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型的特征是：l小变形l弹性范围内的应变和应力l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)6分析类型分析类型l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

3、显著变化的典型因素有：l应变超过弹性范围（塑性）l大变形，例如承载的鱼竿l两体之间的接触应变应力7模型精度的保证模型精度的保证l误差的来源：l 1、 模型误差l 2、 计算误差l 模型误差l 1、离散误差l 2、边界误差l 3、单元形状误差l计算误差l 1、舍入误差l 2、截断误差l 截断误差除与计算方式有关外，还与模型的大小有关8误差的解决误差的解决l提高单元的阶次l增加单元数量l划分规则的单元形状l建立与实际工况相符的边界条件l减小模型的大小 l注意：当单元数和节点数增高时计算的累计误差也会增加，所以并不是单元数多，单元阶次高就好。9结构处理方法结构处理方法l 1、降维处理：将实体单元转化

4、为二维平面单元或转化为杆或者梁单元l 2、细节简化：将 不必要的细节忽略（对整体分析影响不大或离关键部位较远）l 3、形式变换：将某些形状多样，难于进行网格划分的实体单元进行转换为容易操作的实体类型，如将加强筋转换为平面单元进行分析l 4、局部结构：将工程中的较大零件的某个集中受力的局部划分出来进行分析l 5、对称性的利用。10结构类型所对应的几何模型形式结构类型所对应的几何模型形式 11 对称性利用的注意事项对称性利用的注意事项 l 1、如果对称面上有作用的载荷，则对称分析时取载荷的1/2l 2、若对称面上存在板或者梁，则离散板和梁的单元所有结点均位于对称面上，这时板或梁单元的刚度应取整个单

5、元刚度的1/2，而不是取1/2的单元的全部强度l 3、用对称法分析时应当使对称面不在最大应力处 12材料类型材料类型l主要包括：l 1、各向同性材料（材料在任意一点沿任何方向的性能（力学、热学）均相同，包括所以金属材料）l 2、各向异性材料（包括木材，合成纤维复合材料）l 3、复合材料（两种或者两种以上的材料混合的到的新的材料，一般包括单层和多层）13模型的建立模型的建立l注意：不能使用镜面对称技术（ARSYSM，LSYMM）来映射圆、圆柱、圆锥或球面到对称平面的另一边，因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原型段 14单元单元l注意：1、实体单元不能施加棱边载荷l 2、轴对称单元不能施加面

6、载荷l 3、杆单元上不能施加结点力矩和扭矩l 4、梁单元建模时应当注意 截面方位 节点偏移 自由度的 释放l 5、板单元：不同厚度的板单元连接时注意网格的结点是否重合l定义单元属性l 在实体模型上直接指定属性将不考虑缺省属性l 模型中有多种单元类型， 实常数 和 材料 , 就必须确保给每一种单元指定了合适的属性l 划分网格前对每一个类型的实体分配正确的单元属性l 部分常用单元 部分单元简介15单元单元l1、不同单元相连接时应但注意单元之间的力和力矩的传递，有时自由度相同也不一定能够很好的传递，如包含三个平移自由度和拥有两个平移自由度一个绕Z轴的旋转自由度l2、带有中间节点的单元划分是应当注意使

7、中间节点对齐l3、相邻单元应当具有相同的单元边节点数l4、二次单元的积分点不比线形单元的积分点多，所以在非线性分析中优先选用二次单元l三维壳单元和三维实体单元之间的自由度并不完全相同，这是因为壳单元的 ROTZ自由度与平面旋转刚度有关，而此刚度是虚拟的刚度，所以壳单元ROTZ自由度不是真实的，（SHELL43HE 和SHELL63单元（两者的KEYOPT（3）=2，AllMan的旋转自由度被激活是是例外），因此三维梁单元和三维壳单元相连时引起对应的自由度不协调16单元属性单元属性l您可以激活属性编号校核单元属性 :lUtility Menu PlotCtrls Numbering17网格划分网

8、格划分l网格划分包含以下3个步骤 :l定义单元属性 (Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes )l指定网格的控制参数 (Main Menu: Preprocessor Meshing size control )l生成网格18网格划分原则网格划分原则l网格划分的一般原则：静力分析时，如果仅仅是计算变形，可以划分教少的网格，如果要计算应力或者应变，若要保持相对的精度，划分较多的网格；在分析固有属性时，如果仅仅计算少数低阶模态，可以选择较少的网格，如果需要计算高阶模态，应当选择较多的网格；在结构的响应分析时，如果仅仅是计算某些部位的位移响应，

9、则可以选择较少的网格，如果需要计算应力响应，则需要较多的网格19单元形状和网格划分单元形状和网格划分l.20定义属性定义属性l 在实体模型上直接指定属性将不考虑缺省属性. l 在实体模型上指定属性, 您可以避免在网格划分操作中重新设置属性. 由于 ANSYS 的网格划分算法在一次对所有实体进行网格划分时更为有效,因而这种方法更为优越.l 清除实体模型上的网格将不会删除指定的单元属性.21定义属性定义属性l只要您的模型中有多种单元类型(TYPEs), 实常数(REALs) 和 材料 (MATs), 就必须确保给每一种单元指定了合适的属性. 有以下3种途径:l在网格划分前为实体模型指定属性l在网格

10、划分前对MAT, TYPE,和REAL进行 “总体的” 设置l在网格划分后修改单元属性l如果没有为单元指定属性, ANSYS将MAT=1, TYPE=1, 和 REAL=1作为模型中所有单元的缺省设置. 注意, 采用当前激活的TYPE, REAL, 和 MAT 进行网格操作.22定义属性定义属性为实体模型指定属性1. 定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数.2. 然后使用 网格工具的“单元属性” 菜单条 (Preprocessor MeshTool):l选择实体类型后按 SET键.l拾取您想要指定属性的实体.l在后续的对话框设置适当的属性.或 选择需要的实体,使用 VATT, AATT, L

11、ATT, 或 KATT 命令.3. 当您为实体划分网格时, 它的属性将自动转换到单元上.23单元属性单元属性修改单元属性1. 定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数.2. 激活需要的TYPE, REAL, 和 MAT设置的组合:lPreprocessor MeshingMesh Attributes.l或使用 TYPE, REAL, 和 MAT 命令3. 仅修改使用上述设置属性的单元的属性:l使用 EMODIF,PICK 命令或选择 Preprocessor Modeling Move/Modify -Elements- Modify Attribl拾取需要的单元4. 在后续的对话框,将属性

12、设置为 “All to current.”24单元控制单元控制指定尺寸和形状控制l这是映射网格划分3个步骤中的第2步.l选择单元形状非常简单. 在 MeshTool中,对面的网格划分选择 Quad,对体的网格划分选择 Hex, 点击 Map.l其中通常采用的尺寸控制和级别如下:l线尺寸 LESIZE 级别较高.l若指定了总体单元尺寸, 它将用于 “未给定尺寸的” 线.l缺省的单元尺寸 DESIZE仅在未指定ESIZE时用于 “未给定尺寸的” 线上.l(智能网格划分 无效.)25网格控制网格控制总体单元尺寸l您可以为整个模型指定最大的单元边长 (或每条线的份数):lESIZE,SIZEl或 Pr

13、eprocessor MeshTool “Size Controls - Global” Setl或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Sizel可单独使用或与 智能网格划分联合使用.l单独使用ESIZE (智能网格划分关闭) 将采用相同的单元尺寸对体 (或面) 划分网格.l在 智能网格划分 打开时, ESIZE 充当 “向导,” 但为了适应线的曲率或几何近似指定的尺寸可能无效.26网格控制网格控制缺省尺寸l如果您不指定任何控制, ANSYS 将使用缺省尺寸, 它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数, 表面高宽比等. l用于映射网格划分,

14、但在智能网格划分关闭时, 自由网格划分也可使用.l您可以采用 DESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Other 调节缺省的尺寸规格.27网格控制网格控制l如图所示为采用不同的SmartSize尺寸级别进行四面体网格划分的例子.l高级的 SmartSize 控制, 如网格扩张和过渡系数在SMRT 命令 (或Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -SmartSize- Adv Opts.)中提供.l您可以使用MeshTool菜单条或采用smrt,off命令关闭智能网格划分.28智能网格划分智能网

15、格划分l使用智能网格划分:l导出MeshTool菜单条 (Preprocessor MeshTool), 打开智能网格划分, 设置需要的尺寸级别.l或使用 SMRT,level 命令命令l尺寸级别的范围从 1 (精细) 到10 (粗糙). 缺省级别为 6.l对所有体 (或所有面)一次划分网格, 将优越于一个一个地划分网格.l通过指定所有线上的份数决定单元的尺寸, 它可以考虑线的曲率, 孔洞的接近程度和其它特征, 以及单元阶次.l智能网格划分的缺省设置是关闭, 在自由网格划分时建议采用智能网格划分。 它对映射网格划分没有影响29网格划分网格划分线尺寸l控制线上单元尺寸:lPreprocessor

16、 MeshTool Size Controls: Lines Setl或 LESIZE 命令l或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Lines-不同的线可以有不同的 LESIZE.l指定尺寸可以是 “硬的” 或 “软的.”l“硬的” 尺寸即使在智能网格划分打开时也将被网格划分器采用. 在所有其它尺寸控制最优先.l“软的” 尺寸在智能网格划分打开时可能无效.l您也可以指定一个边长比例 最后一个分割与第一个分割的比率. 使网格偏向线的一端或中间. 对 “软的”选是对 “硬的”选否30自由网格自由网格+易于生成; 不须将复杂形状的体分解为规则形状的体.体单元仅包

17、含四面体、三角形网格, 致使单元数量较多.仅高阶 (10-节点) 四面体单元较满意, 因此DOF(自由度)数目可能很多. 31映射网格映射网格+通常包含较少的单元数量.+低阶单元也可能得到满意的结果,因此DOF(自由度)数目较少.面和体必须形状 “规则”, 划分的网格必须满足一定的准则.难于实现, 尤其是对形状复杂的体.32映射网格划分映射网格划分l在许多情况下, 模型的几何形状上有多于4条边的面,有多于6个面的体. 为了将它们转换成规则的形状, 您可能进行如下的一项或两项操作:l把面 (或体) 切割成小的, 简单的形状.l连接两条或多条线 (或面) 以减少总的边数.33连接操作连接操作l连接

18、 操作是生成一条新线 (为网格划分) , 它通过连接两条或多条线以减少构成面的线数.l使用 LCCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Lines, 然后拾取须连接的线.l对面进行连接, 使用 ACCAT 命令或Preprocessor -Meshing- Concatenate Areas连接这两条线使其成为一个由4条边构成的面34映射网格划分映射网格划分l使用连接时注意:l它仅仅是一个网格划分操作,因而应为网格划分前的最后一步, 在所有的实体建模之后. 这是因为，经连接操作得到的实体不能在后续的实体建模操作中使用.l若两条线或两个面 相切交汇可

19、考虑用加 (布尔) 运算35映射网格划分映射网格划分l若指定线的分割数, 注意:l对边的分割数必须匹配, 但您只须指定一边的分割数. 映射网格划分器 将把分割数自动传送到它的对边如果模型中有连接线, 只能在原始(输入)线上指定分割数,而不能在合成线上指定分割数.每条初始线上指定6份分割.此线上将自动使用12 份分割 (合成线的对边).其它两条线上会采用几 份分割 呢? (后面的演示将会回答这一问题.)36扫掠划分扫掠划分步骤l定义并激活一个 3-D 六面体 实体单元类型, 如结构单元 SOLID45 或 SOLID95.l进入 MeshTool 选择 Hex/Wedge 和 Sweep.l选择

20、如何识别 源面和目标面 :l“Auto Source/Target”选项 意味着 ANSYS 会根据体的拓扑结构自动选择它们.l“Pick Source/Target”选项意味着您要选择它们.l按 SWEEP 键,遵照拾取器后续的提示指令完成划分. (或使用 VSWEEP 命令.)37扫掠划分扫掠划分四面体网格划分选项l在不可采用扫掠划分的体中生成四面体网格是一个十分有用的扫掠选项.l为使用此选项:l确信单元类型 支持退化的金字塔和四面体形单元 ,如:l结构单元 SOLID95, 186, VISCO89l热单元 SOLID90l多物理场单元 SOLID62, 117, 122l选择 Prep

21、rocessor -Meshing- Mesh -Volume Sweep- Sweep Opts 并激活四面体网格划分. (或使用 EXTOPT,VSWE 命令.)38扫掠划分扫掠划分l优点:l易于生成带有块体单元(六面体)或块体单元和棱柱体单元组合的体网格.l对体进行四面体网格划分时,选项设置是 “不可扫掠的.” 自动生成过渡金字塔网格.l 对一个复杂形体进行 映射网格划分, 需要对它做多次切割,做一些连接面或连接线. 若采用 扫掠划分, 只需做几次切割操作, 而不需 连接操作!l 可以利用标准的网格控制来确定源面的网格. 一般不提倡使用智能网格划分,因为它是用于自由网格划分.l必要条件:

22、l体在扫掠方向的拓扑结构必须一致. 例如: 穿孔的块体 (即使孔洞是锥体).l源 面和目标 面 必须是 单个 面. 而不允许是连接面.39网格细化网格细化应力奇异l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：l点荷载，如集中力或力矩作用处l孤立的约束点导致支反力如同点荷载。l尖角（零倒角半径）处l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 40网格细化网格细化l真实结构不包含应力奇异。是对模型的简化假定虚构的l如何处理应力奇异?l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l如果位于感兴趣区域，需要如下纠正:l在

23、尖角处增加倒角重新进行分析l代替点力载荷为等效压力载荷l“散布” 位移约束至一个节点集41网格细化网格细化l限制条件：l 不能包含接触单元l 载荷加在节点上，则不能进行局部细化l 细化区内不能有梁单元l 细化区内有表面单元，不能进行局部细化l 模型中有方程或节点上有初始条件的不能 进行局部细化l 注意：l大应变分析的任何迭代中低劣的单元形状，也就是大的纵横比、过度的顶角以及具有负面积的已扭曲单元将是有害的。ANSYS程序对于求解中遇到的低劣单元形状不发出任何警告，必须进行人工检查。42网格修改网格修改l如果划分的网格不满意, 您总可以通过以下步骤重新划分网格:1. 清除网格.lclear 操作

24、网格划分的逆操作 : 它将 删除 节点和单元.l使用在 MeshTool中得 Clear 按钮, 或使用 VCLEAR, ACLEAR, 等.(若您在使用 MeshTool, 您可以跳过这一步,因为程序将在执行第3步时提示您是否清除网格)2. 指定新的或不同的网格控制.3. 再次划分网格.43过渡网格过渡网格l对体划分网格, 至今我们已见了两种选择:l自由网格划分, 生成一个 全四面体 网格. 这很容易实现但在某些情况下并不令人满意,.l映射网格划分, 生成一个 全六面体 网格. 这一方法令人满意但通常很难实现.lHex-to-tet meshing 提供了第三种选择,它 “集两家之长.” 将

25、四面体和六面体网格很好地结合起来 而不破坏网格的整体性.44过渡网格过渡网格l这一选择是在六面体单元和四面体单元间的过渡区生成金字塔形单元，要求：l必须有六面体网格 (至少在交界面上有四边形网格).l网格划分器首先生成四面体单元, 然后通过组合或重新组织过渡区的四面体单元形成金字塔形单元.l仅适用于既支持金字塔形又支持四面体形状的单元类型, 例如:l结构单元 SOLID95, 186, VISCO89l热单元 SOLID90l多物理场单元 SOLID62, 117, 122l即使在过渡区结果也会很好. 即使是l从线性六面体单元向二次四面体单元过渡 单元表面都是协调的.45退化网格转换退化网格转

26、换将退化的四面体单元转换成真实的10-节点四面体单元.l由转换网格生成器生成的四面体网格由 退化 单元组成 如从20-节点块体单元导出的10-节点四面体单元.l这些单元不如真实的10-节点四面体单元(如 SOLID92)有效, 它求解过程中使用较少的内存,写较小的文件.l为了将退化的四面体单元转换成真实的四面体单元,采用:lPreprocessor -Meshing- Modify Mesh Change Tets.l或使用 TCHG 命令.46边界条件的建立边界条件的建立l 位移约束：l 1、（尽管有些结构处于静力平衡状态仍然需要添加位移约束，如两边受力平衡的板）l 2、有些结构在实际中不能

27、发生位移运动，但在分析中必须添加位移约束（地面上的滑块）l 3、位移约束对应力和应变的影响非常大，所以添加时应当注意节点的选择）l 4、轴对称模型只需添加轴向位移约束，不需要添加径向的约束47约束不足的处理约束不足的处理l 建立位移约束时，当物体的自然边界约束不足时，应当添加一些约束，添加的原则是：约束建立后结构或者结构的重要部位的应力和变形不受影响或者影响甚微。补充约束的常用方法：l 1、利用对称性（当结构形状和边界条件对称时）l 2、将载荷转换为约束。l 3、人为的添加约束（1、在不重要及应力应变非常小的地方添加约束，一般应力应变要比分析的重要区小2-3个数量积）48映射对称的约束条件映射

28、对称的约束条件 l反射对称对称面位移约束l 1、垂直于对称面的位移分量为零l 2、方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零 l逆反射对称面位移约束l 1、平行于对称面上的移动位移分量为零l 2、垂直于对称面上的转动位移分量为零 l圆周对称： 子结构的边界划分必须具有相同的结点数，且具有严格的对应相同 ,多个子结构体之间边界的节点可以通过耦合进行约束49绝对位移约束绝对位移约束l 1、刚性约束：节点位移分量为零的约束为绝对位移约束，用于模拟结构之间的刚性接触包括：固定约束，铰接约束，销约束，滑动约束，滚动约束l 2、弹性约束：在结构和外界的接触边界上由于弹性而发生弹性形变的模拟，应用弹性约束解决，

29、弹性约束用弹性单元实现，主要应用组合结构分析的方法解决工程问题l 3、强迫约束：规定节点位移分量的植为一个已知值的约束为强迫约束，强迫约束相当于在节点上施加外力，所以强迫约束将会产生应力和应变，主要应用是过盈配合及螺纹连接50相关约束相关约束l 1、多点等式约束：多个节点的位移分量满足一定的等式关系，且等式一般为线形等式（可以用于梁的连接） l2、耦合约束：耦合约束是指将节点与一个已知节点的位移在某个方向上保持一致，耦合约束的应用：连接重合节点；模拟滑动边界连接；施加圆周对称边界条件51加载求解加载求解l以特性而言，负载可分为六大类：DOF约束、力（集中载荷）、表面载荷、体积载荷、惯性力及耦合

30、场载荷。lDOF constraint (DOF约束)将给定某一自由度用一已知值。例如，结构分析中约束被指定为位移和对称边界条件；在热力学分析中指定为温度和热通量平行的边界条件。lForce(力)为施加于模型节点的集中荷。如在模型中被指定的力和力矩。lSurface load(表面载荷)为施加于某个面的分布载荷。例如在结构分析中为压力。lBody load(体积载荷)为体积的或场载荷。在结构分析中为温度和fluences。lInteria loads(惯性载荷)由物体惯性引起的载荷，如重力和加速度，角速度和角中速度。lCoupled-field loads(耦合场载荷)为以上载荷的一种特殊情况

31、，从一种分析得到的结果用作为另一种分析的载荷。52加载求解加载求解l在梁上施加载荷MainMenuSolutionDefineLoads Apply StructuralPressureOn Beams 输入 I 节点的应力大小输入 J 节点的应力大小输入应力点距离 I 节点的比率（01）输入应力点如里J 节点的比率（01）53加载求解加载求解l施加绝对和强制约束Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacement On Node施加的约束的自由度形式和方向指定约束自由度的值，当为零时是绝对位移约束，当不为零时为强制位移约束54加载求

32、解加载求解 l施加对称约束Main MenuSolutionDefine Loads Apply StructuralDisplacementSymmetry B.C. 当选择在节点时会出现对话框 指定对称的方向选择坐标系55加载求解加载求解l施加相对约束：多点等式约束Main MenuPreprocessorCoupling / CeqnConstraint Eqn 约束等式等式编号等式约束值节点号约束方向约束值前的常数56加载求解加载求解l施加相对约束：耦合约束Main MenuPreprocessorCoupling / CeqnCouple DOFs l可以完成不同节点的连接，梁的连接

33、，模拟滑块滑动等设定约束号约束方向57加载求解加载求解l对于线形静力分析，一般使用的方法： Main Menu: Solution Solve Current LS OK (关闭 solve Current Load Step 窗口）l对于非线性静力分析应当定义分析类型Main Menu: Solution Analysis Type Solution control出现进行求解选项的设置定义分析类型指定输出内容指定显示内容定义步数及子步数58加载求解加载求解lSolution Controls中的Solution opintion对话框设置求解方程指定从新开始点59加载求解加载求解lSolution Controls中的Solution Nonlinear Tab 指定最大的重复运算子步数设定返回指定收敛值非线形选项几应用60加载求解加载求解lSolution Controls中的Solution Advance NL Tab指定收敛计算失败会出现什么激活和停止扩展项来控制计算的收敛指定具体的计算失败限制6