有限元机构分析培训资料

1、有限元机构分析培训资料第一章 ANSYS主要功能与模块l ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境，更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。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。l 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

2、件之间的模型转换。 一、主要功能简介l1. 结构分析 l 1） 静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为。l 线性结构静力分析 l 非线性结构静力分析l 几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化 l 材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等 l 接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚体接触、热接触 l 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l 2）模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析 是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作 响应谱或 PSD). l 3）谐

3、响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应. l 4）瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为. l 5）谱分析 l 6）随机振动分析等 l 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.) l 8）专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析l2. 高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA） l 全自动接触分析，四十多种接触类型 l 任意拉格郎日欧拉（ALE）分析 l 多物质欧拉、单物质欧拉 l 适应网格、网格重划分、重启动 l 100多种非线

4、性材料模式 l 多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学 l 爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析 l 侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析 l 失效分析，裂纹扩展分析 l 刚体运动、刚体柔体运动分析 l 实时声场分析 l BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析 l 光顺质点流体动力（SPH）算法 l3. 热分析 l 稳态、瞬态温度场分析 l 热传导、热对流、热辐射分析 l 相变分析 l 材料性质、边界条件随温度变化 l4. 电磁分析 l 静磁场分析计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场l 交变磁场分析 计算由于交流电(AC)产生的磁场l 瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界引起的

5、磁场 l 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。 l 高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。 l5. 流体动力学分析l 定常/非定常分析 l 层流/湍流分析 l 自由对流/强迫对流/混合对流分析 l 可压缩流/不可压缩流分析 l 亚音速/跨音速/超音速流动分析 l 任意拉格郎日欧拉分析（ALE） l 多组份流动分析（多达6组份） l 牛顿流与非牛顿流体分析 l 内流和外流分析 l 共轭传热及热辐射边界 l 分布阻尼和风扇模型 l 移动壁面及自由界面分析 l6. 声学分析 l 定常分析 l 模态分析 l 动力响

6、应分析 l7. 压电分析 l 稳态、瞬态分析 l 模态分析 l 谐响应分析 l8. 多场耦合分析 l 热结构 l 磁热 l 磁结构 l 流体热 l 流体结构 l 热电 l 电磁热流体结构 l9. 优化设计及设计灵敏度分析 l 单一物理场优化 l 耦合场优化 l10.二次开发功能 l 参数设计语言 l 用户可编程特性 l 用户自定义界面语言 l 外部命令 l11. ANSYS土木工程专用包 l ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析

7、及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。二、主要模块简介l1. ANSYS/Mechanical：该模块提供了范围广泛的工程设计分析与优化功能，这些功能包括完整的结构、热、压电及声学分析。是一个功能强大的设计校验工具，可用来确定位移、应力、作用力、温度、压力分布以及其它重要的设计标准。l2. ANSYS/Structural：通过利用其先进的非线性功能，该模块可进行高目标的结构分析，具体包括：几何非线性、材料非线性、单元非线性及屈曲分析。该模块可以使用户精确模拟大型复杂结构的性能。l3. ANSYS/Linear plus：该模块是从ANSY

8、S/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。l4. ANSYS/Thermal：该模块同样是从ANSYS/Mechanical中派生出来的，是一个可单独运行的热分析程序，可用于稳态及瞬态热分析。l5. ANSYS/Flotran：该程序是个灵活的CFD软件，可求解各种流体流动问题，具体包括：层流、紊流、可压缩流及不可压缩流等。通过与ANSYS/Mechanical耦合，ANSYS/FLOTRAN是唯一一个具有设计优化能力的CFD软件，并且能提供复杂的多物理场功能。l6. ANSYS/Emag：该程序是一个

9、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。l7. 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。其后处理器能够使用户检查所有ANSYS分析的计算结果。l8. ANSYS/ED：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1000）。该软件可独立运行，是理想的培训教学软件。l9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可解决高度非线

10、性结构动力问题。该程序可模拟板料成形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运行，也可以单独运行。l10.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。l11.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）。该软件可独立运行，适用与高校进行教学或科研。l12.ANSYS/De

11、signSpace：该模块是ANSYS的低端产品，适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的CAD模型有：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）l13.ANSYS/Connection：ANSYS与CAD软件的

12、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.第二章 ANSYS基本使用方法一、典型分析过程l1. 前处理创建有限元模型l 1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）l 2）创建或读入几何实体模型l 3）有限元网格划分l 4）施加约束条件、载荷条件l2. 施加载荷进行求解l 1）定义分析选项和求解控制l 2）定义载荷及载荷步选项l 2）求解 solvel3. 后处理l 1）查看分析结果l 2）检验结果A1XYZANSYS的分析

13、方法(续)1. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看结果查看结果2. 施加载荷求解施加载荷求解主菜单主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2. ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现.17ANSYS的分析方法(续)ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一种动宾结构，以动按照一种动宾结构，以动词开始（如词开始（如Create), 随后随后是一个名词是一个名词 (如如Circle).菜单的排列，按照由前到后菜单的排列，按照由前到后、由简单到复杂的顺序，与、由简单到复杂的顺序，与典型分析的顺序相同典型

14、分析的顺序相同. 18二、 ANSYS文件及工作文件名l一些特殊的文件 l数据库文件jobname.db二进制lLog 文件jobname.log文本l结果文件jobname.rxx二进制l图形文件jobname.grph 二进制l ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据:l输入数据 - 必须输入的信息 (模型尺寸、材料属性、载荷等).l结果数据 - ANSYS计算的数值 (位移、应力、应变、温度等).启动ANSYSObjective1-1. 启动启动ANSYS软件软件.注意注意: 以下过程默认为在以下过程默认

15、为在 Windows NT环境下环境下.要启动要启动ANSYS:Windows NT 屏幕屏幕: Start Programs ANSYS 5.5 1. 选择选择 Interactive.Procedure1. .2. .3. . 2022-3-2420启动ANSYS(续)3. 选择选择ANSYS的工作目录，的工作目录，ANSYS所有生成的所有生成的文件都将写在此目录下。缺省为上次运行定义文件都将写在此目录下。缺省为上次运行定义的目录。的目录。4. 如果配置了如果配置了3D显卡则选择显卡则选择3D. 5. 设定初始工作文件名，缺省为上次运行定义的设定初始工作文件名，缺省为上次运行定义的工作文件

16、名，第一次运行缺省为工作文件名，第一次运行缺省为 file.7. 选择选择 Run to 运行运行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要设置好. 如果在第如果在第1步中选择步中选择 Run Interactive Now，将读取，将读取上一次的设置，跳过此窗口，直接运行上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS,2. 选择选择ANSYS产品产品.6. 设定设定ANSYS工作空间及数据库大小工作空间及数据库大小 (参考参考ANSYS安装及配置手册安装及配置手册).2022-3-2421启动ANSYS(续)当显示

17、出这六个窗当显示出这六个窗口后，就可以使用口后，就可以使用ANSYS了了.2022-3-2422ANSYS窗口Objective1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能中六个窗口的总体功能输入输入显示提示信息，输入显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入命令，所有输入的命令将在此窗口显示的命令将在此窗口显示。主菜单主菜单包含包含ANSYS的主要功能的主要功能，分为前处理、求解、，分为前处理、求解、后处理等。后处理等。输出输出显示软件的文本输出。显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面需要查看时可提到前面。应用菜单应用菜单包含例如文件管理、选包含

18、例如文件管理、选择、显示控制、参数设择、显示控制、参数设置等功能置等功能.工具条工具条将常用的命令制成工具将常用的命令制成工具条，方便调用条，方便调用.图形图形显示由显示由ANSYS创建或传创建或传递到递到ANSYS的图形的图形.2022-3-2423三、前处理l实体建模 l参数化建模 l体素库及布尔运算 l拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等 l多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正 l自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分 l 复杂几何体Sweep映射网格生成 l 六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形 l边界层网格划分 l在几何模型或FE模型上加载：点载荷、分布载荷

19、、体载荷、函数载荷 l可扩展的标准梁截面形状库 l1. 实体模型及有限元模型l 现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模. 类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型边界上方便地施加载荷. 但是， 几何实体模型并不参与有限元分析. 所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解.l 由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分Meshing几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型ANSYS中的图元(即使想从即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用模型中传输实体模型，也应该知道如何使

20、用ANSYS建模工具修改传入的建模工具修改传入的模型模型.)下图示意四类图元下图示意四类图元.体体 (3D模型模型) 由面围成，代表三维实体由面围成，代表三维实体.面面 (表面表面) 由线围成由线围成. 代表实体表面、平面代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）形状或壳（可以是三维曲面）.线线 (可以是空间曲线可以是空间曲线) 以关键点为端点，以关键点为端点，代表物体的边代表物体的边.关键点关键点 (位于位于3D空间空间) 代表物体的角点代表物体的角点.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元四类实体模型图元, 以及它们之间的层次

21、关系以及它们之间的层次关系.26ANSYS中图元(续)层次关系层次关系从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为：从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为： 关键点（关键点（Keypoints） 线（线（Lines） 面（面（Areas） 体（体（Volumes）提示提示: 如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!27l2.布尔操作选择图形类型选择图形类型. 将弹出将弹出 选取菜选取菜

22、单单 (见下页见下页) 提示选择图形进行提示选择图形进行布尔操作布尔操作.要使用布尔操作要使用布尔操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure1. .2. .3. . 选择一种布尔操作选择一种布尔操作 (例如：例如： Add)四、加载、求解Objective4-1.列表和分类载荷列表和分类载荷ANSYS中的载荷可分为中的载荷可分为: 自由度自由度DOF - 定义节点的自由度（定义节点的自由度（ DOF ） 值值 (结构分析结构分析_位移、热位移、热分析分析_ 温度、电磁分析温度、电磁分析_磁势等磁势等) 集中载荷集中载荷 - 点

23、载荷点载荷 (结构分析结构分析_力、热分析力、热分析_ 热导率、电磁分析热导率、电磁分析_ magnetic current segments) 面载荷面载荷 - 作用在表面的分布载荷作用在表面的分布载荷 (结构分析结构分析_压力、热分析压力、热分析_热对流热对流、电磁分析、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等等) 体积载荷体积载荷 - 作用在体积或场域内作用在体积或场域内 (热分析热分析_ 体积膨胀、内生成热、电体积膨胀、内生成热、电磁分析磁分析_ magnetic current density等等) 惯性载荷惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷结构质量或惯性引

24、起的载荷 (重力、角速度等重力、角速度等)29加载Objective4-2a.加载加载.可在实体模型或可在实体模型或 FEA 模型模型 (节点和单元节点和单元) 上加载上加载.在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在关键点加集中力在节点处约在节点处约束束FEA 模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力30加载 (续)+ 几何模型加载几何模型加载独立于有限元网格独立于有限元网格. 重新划分网格或局部网格修改不影重新划分网格或局部网格修改不影响载荷响载荷.+ 加载的操作加载的操作更加容易更加容易 ,尤其是在图形中

25、直接拾取时尤其是在图形中直接拾取时.直接在实体模型加载的优点直接在实体模型加载的优点:Guidelines31加载 (续)无论采取何种加载方式无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型求解前都将载荷转化到有限元模型.因此因此, 加载到实体的载荷将加载到实体的载荷将自动转化到自动转化到 其所属的节点或单元上。其所属的节点或单元上。实体模型实体模型加载到实加载到实体的载荷体的载荷自动转化自动转化到其所属到其所属的节点或的节点或单元上单元上FEA 模型模型沿线均布的压力沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界均布压力转化到以线为边界的各单元上的各单元上32加载 (续)输入一个输入

26、一个压力值即为压力值即为 均布载荷均布载荷, 两个数值两个数值 定义定义坡度压力坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面说明：压力数值为正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加载面力载荷加载面力载荷拾取拾取Line33加载 (续)VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点坡度压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度

27、的方向相反如果加载后坡度的方向相反, 将将两个压力数值颠倒即可。两个压力数值颠倒即可。加载面力载荷（续）加载面力载荷（续）34加载 (续)l轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。l3-D 轴对称结构可用一2-D 轴对称模型描述。加载轴对称载荷加载轴对称载荷10” 直径直径5” 半径半径轴对称模型轴对称模型3-D 结构结构对称轴对称轴加载 (续)加载加载 轴对称载荷轴对称载荷, 注意以下注意以下方面方面:载荷数值载荷数值 (包括输出的反力包括输出的反力) 基于基于360度转角的度转角的3-D结构。结构。在右图中，轴对称模型中的在右图中，轴对称模型中的载荷是载荷是3-D结构均布面力载结构均

28、布面力载荷的总量。荷的总量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.准则准则3-D 结构结构2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry36加载 (续)在关键点加载位移约束在关键点加载位移约束: 加载约束载荷加载约束载荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可使相同的载荷加可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上在位于两关键点连线的所有节点上拾取拾取keypoin

29、ts例例要固定一边，只要固定一边，只要拾取关键点要拾取关键点6、7,并设置并设置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K737加载 (续)加载约束载荷（续）加载约束载荷（续）在线和面上加载位移约束在线和面上加载位移约束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+步骤步骤1. .2. .3. . 拾取拾取 lines 拾取拾取areas384-1.求解求解结果文件结果文件结果数据结果数据数据库数据库求解器求解器结果结果输入数据输入数据求解时模型是

30、否准备就绪?在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容:统一的单位统一的单位单元类型和选项单元类型和选项材料性质参数材料性质参数 考虑惯性时应输入材料密度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热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数实常数 (单元特性单元特性)单元实常数和材料类型的设置单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性实体模型的质量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items)模型中不应存在的缝隙模型中不应存在的缝隙壳单元的法向壳单元的法向节点坐标系节点坐标系集中、体积载荷

31、集中、体积载荷面力方向面力方向温度场的分布和范围温度场的分布和范围热膨胀分析的参考温度热膨胀分析的参考温度 (与与 ALPX 材料特性协调材料特性协调?)40求解过程求解过程:1. 求解前保存数据库求解前保存数据库2. 将将Output 窗口提到最前面观看求解信息窗口提到最前面观看求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.进行求解Objective4-3.描述求解过程描述求解过程41进行求解(续)l 没有获得结果的原因是什么? 往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有: 约束不够! (通常出现的问题)。当模型中有非线性单元 (如缝隙 ga

32、ps、滑块sliders、铰hinges、索cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。材料性质参数有负值, 如密度或瞬态热分析时的比热值。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。屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在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。五、后处理l计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告 l结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表 l图形：云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、纹理 l各种结果动画显示，可独立保存及重放 l3D图形注注释功能 l直接生成

33、BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形 l 计算结果排序、检索、列表及再组合 l 钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位 l梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果；显示梁单元弯矩图 l显示优化灵敏度及优化变量曲线 l提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算 l显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算ANSYS 有两个后处理器有两个后处理器:通用后处理器通用后处理器 (即即 “POST1”) 只能观看整个模型在某只能观看整个模型在某一时刻的结果一时刻的结果 (如：结果的照相如：结果的照相 “snaps

34、hot”). 时间历程后处理器时间历程后处理器 (即即 “POST26”) 可观看模型在不同可观看模型在不同时间的结果。时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动或动力分析结果。力分析结果。Objective44l静力分析结果后处理的步骤主要包括:1. 绘变形图2. 变形动画3. 支反力列表4. 应力等值线图5. 网格密度检查GuidelinesObjective介绍静力分析结果后处理的五个步骤介绍静力分析结果后处理的五个步骤第三章 ANSYS补充说明l一、坐标系l1. 工作平面坐标系wpcs：类似于绘图图板，缺省时总与总体坐标系重合，能以网格捕捉形式显示

35、，并可相对当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为“4”l2. 总体坐标系 global cs：包括三种形式l 总体直角坐标系（x , y , z) 编号为“0”l 总体柱坐标系 （r , , z) 编号为“1”l 总体球坐标系 （r , , )编号为“2”l3. 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”FEM坐标系l4. 节点坐标系 node cs：所有的力及其他方向的与节点相关的载荷都是在节点坐标系下进行的，例如力的方向等只与节点坐标系相关l 节点坐标系上可以输入力和力矩；位移约束；耦合及

36、约束过程l5. 单元坐标系 element cs：即材料坐标系，例如弹性模量在材料为各向异性时每一方向将不同，此时则根据单元坐标系输入不同方向的 E l6. 结果坐标系：结果的输出形式位移，支反力，力矩等都是与结果坐标系相关的，结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l 二、CAD模型建模原则l应考虑多少细节：如倒角和孔处，对分析无用时可忽略，但对分析目标有用，而且此处将会出现最大应力则不能忽略l是否具有对称性：包括轴，旋转，平面或镜面，重复或平移对称等。但下列因素必须对称-几何形状；材料属性；载荷工况。 此时可取一部分分析，而后叠加即可l应力奇异：指在有

37、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。 建模时最好避免之三、网格划分器l自由式 free：对复杂的拓扑结构无限制， 形状不定l映射式 mapped：拓扑结构有限制，只适用规则的体 形状，如四，六面体等，可通过global set 进行密度设置l扫略 sweep：适用于柱体形状，同mapped一样可控制密度lSmart size：智能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网格划分原则l网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性lSweep扫略网格须上下面即对应面完全一致l能用mapped,sweep划分网格

38、最好先用之，不行再用自由式freel网格划分最好按线，面， 体的顺序l分配单元属性千万不能分配错误l面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格l关心应力结果的区域须进行详细网格划分l仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些四、ANSYS求解器类型l用于求解表征结构自由度的线性方程组l 直接消去求解器l波前求解器： 最稳定，速度慢，小内存时用lsparse求解器：速度快，非线性最适合l 迭代求解器lPCG：预条件共轭梯度求解器lICCG：不完全的乔里斯基共轭梯度求解器lJCG：雅可比共轭梯度求解器l 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五、如何加快计

39、算速度l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：l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l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l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1E-8改为1E-4或1E-5即可六、Anima

40、te菜单 lMode shape：变形模态系列lDeformed shape：结构变形动画lDeformed result：结构变形等值线lOver time：随时间变化的变形等值线动画lOver result：某一子步范围结果的顺序等值线动画lQ-slice contours：变形等值线切片云图动画lQ-slice vectors：变形等值线切片云图动画lIsosurfaces：变形等势面云图动画lPartice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列第四章 动力学分析lANSYS动力学分析是用来确定惯性力和阻尼力不可忽略时的系统动力学特性，研究固有频率，振动，减振及瞬态特性l动力学控制

41、方程：l MU+CU+KU=f(t) 其中l U U U 为节点位移，速度，加速度l M为质量矩阵l C 为阻尼矩阵l K 为刚度矩阵l模态分析即f(t)=0的解l谐响应分析的f(t),u(t)都为谐函数，如xsintl瞬态动力学的f(t)为时间历程载荷动力学建模原则l必须定义密度和弹性模量l单位制要严格统一，如使用英制单位，要定义质量密度而不是重力密度l静力学关于形状和网格的东西，动力学一样遵循l关心应力结果的区域须进行详细网格划分，仅关心位移结果的区域网格可以粗糙些l非线性问题在完全瞬态动力学分析中允许使用，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

42、l瞬态动力学时间积分步长T设置原则：l T 即两个时间点间的时间增量 ，它决定求解的精确度，必须采用相应的值才能得到分析现象。通常在每个循环子步中， T 至少有20个时刻点应是足够的 即 T=1/20(f) f是所关心的最高响应频率，而施加阶梯载荷时，为紧紧跟随载荷的阶跃变化， T也许要小到和1/180f相近l接触分析中T =1/30(fc) fc为接触频率l fc=1/2(k/m)1/2 l l m 为有效质量l k 为间隙刚度 各分析类型的简要叙述l模态分析：分析有/无阻尼系统或液固耦合自由振动，哪个方向的刚度最小，就最先出现模态l有预应力时，做静力分析和模态分析必须打开预应力开关，即读入

43、预应力矩阵l 位置在求解器Analysis options对话框中prestress on 开关l谐响应分析l定义：在一个或多个同频率的正弦（简谐）载荷作用下，确定系统动力响应特性的技术l输入特性：1.已知大小和频率的谐波载荷（力，压强， l 强迫位移等）l 2. 同一频率的多种载荷，具有相同或不相l 相同的相位l输出特性：1. 每一个自由度上的谐位移通常和施加的 l 载荷不同相 l 2. 其他多种导出量如应力和应变等l谐波载荷描述公式 Fsin(t+) 其中载荷值大小代表振幅 F；相角是指二个或二个以上谐波载荷间的相位差，即力为幅值+相位输入，但ANSYS始终显示为实部+虚部l瞬态动力学分析

44、：把静力学改为瞬态动力学并采用多载荷步求解即为瞬态动力学分析。其关键细节为：l瞬态动力学必须指定初始条件，如初始位移，速度，加速度等l如有阻尼必须输入阻尼l时间积分步长T 要足够小区分分析类型原则l如果在相对较长时间内载荷是一个常数，则选择静力分析，否则为动态分析l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l线性分析是假设忽略载荷对结构刚度变化的影响。典型特征是小变形，弹性范围内的应变和应力，无诸如两物体接触或分离时的刚度突变等，即应力及应变为线性变化l如加载引起结构刚度的显著变化必须进行非线性分析，典型因素有应变超过弹性范围（塑性）；大变形；两体间接触等l解决应力奇异方法

45、：在应力奇异点处网格越细化，应力值也随之增加而不收敛，如应力奇异发生在对结果感兴趣区域较近处，可用如下方法解决l在尖角处增加倒角重分析l代替节点力载荷为等效压力载荷l“散布”位移约束至一个节点集Animate菜单 lMode shape：变形模态系列lDeformed shape：结构变形动画lDeformed result：结构变形等值线lOver time：随时间变化的变形等值线动画lOver result：某一子步范围结果的顺序等值线动画lQ-slice contours：变形等值线切片云图动画lQ-slice vectors：变形等值线切片云图动画lIsosurfaces：变形等势面云

46、图动画lPartice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列第五章 非线性分析非线性的一些定义l非线性具有bauschinger效应，即拉伸屈服后，再拉伸应力反而减小l应力偏量：一般应力可分解为静水压应力和应力偏量l率相关性：非线性塑性应变大小可能是加载荷快慢的函数，如果应变不须考虑时间，则称为率相关性lANSYS的非线性主要为塑性，即施加力后将产生永久变形lANSYS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l非线性应力应变曲线如图一，ANSYS中其屈服点和极限点将归结为一点。理想塑性曲线如图二；应变强化曲线如图三。当非线性材料施加后，可用命令 prep7materia

47、l propsData tablesGraph观看曲线形式图三图二图一屈服点比例极限l非线性塑性强化准则：总体方向为各向同性强化及随动强化（即轴线漂移）lANSYS塑性强化选项：l1. 双线性随动强化 BKINl 双条线表示应力应变曲线，l 输入材料时须输入弹性模量El 和屈服应力l2. 双线性各向同性强化 BISOl3. 多线性随动强化 MKINl4. 多线性随动强化 KINHl如右图3和4项适于多线段应力-应变l分析，应用于金属的小应变分析l5. 多线性各向同性强化 MISOl6. 非线性随动强化 CHABl7. 非线性各向同性强化 NLISl8. 各向异性 ANISOl9. Drucke

48、r-prager DP：DP材料适于颗粒状材料其屈服面为圆锥形，须输入粘性值C；内部摩擦角和膨胀角rl10. ANAND 模型 ANAND：用于金属在热加工状态的大应变响应。注意此时材料温度假设为高于熔点的一半l以上为材料非线性塑性一些选项，材料非线性可以认为是加载的时间量（蠕变等）；环境状况（如温度）；加载历史等因素影响到材料的应力应变性质变化l蠕变：在常载荷作用下，不可恢复的应变随时间变化持续增加，结构将会持续变形l应力松弛：如果结构承受常位移，应力将会随时间而减小l应力刚化：面内应力对面外刚度的影响，二者间的耦合即称应力刚化 非线性单元options综合选项l不协调模式（特殊形函数）：s

49、olid45的缺省选项，适用于弯曲变形l选择缩减积分（BBar）：接近不可压缩材料，为体积变形l统一缩减积分（URI）：接近不可压缩材料，适用于弯曲变形l混合U-R形式：不可压缩或接近不可压缩材料推荐使用的单元l 对率无关的塑性推荐用：l忽略弯曲的体积变形用plane182; solid185; 但需选B-Bar选项l对于小应变分析用不协调模式plane42; solid45l对于大应变分析用plane182和solid185;solid95的URI选项,以上更适用于大模型,也可用visco106 ; visco107 ; l visco108单元l对梁单元推荐用beam188;beam189

50、l对壳单元推荐用shell181l 非线性求解选项l使用求解控制,不带自适应下降的全为Newtonraphson选项，推荐用。位置在求解器analysis options对话框里，多数用缺省项自动选择l塑性要求时间的载荷增量T 必须足够小l如果应力应变是非线性变化的， T 如果大，则结果就可能不收敛l如果要应力应变曲线平滑，须打开预测器，减少迭代数网格划分注意事项l缩减积分单元需要更细的网格。因塑性计算发生在单元的积分点处，因此，积分点处网格密度非常重要，否则不能捕捉到进入塑性的范围l对弯曲分析在厚度上要有足够的单元，可从粗-细逐渐过渡几何非线性l用于分析大位移，大应变，大转角状态。l 其特性为：l大位移指如果一个单元变化，其单元矩阵也变化，而且单元面的应力将影响刚度。l大应变指应变不在小，而是有限或无限大的。l以上这些ANSYS将根据模型自动判别l几何非线性求解选项l求解前须将soluAnalysis options对话框中第一项大变形Large deform effects 设为on，以激活支持大应变l打开大变形时，须包含应力刚化项，即s