ANSYS有限元分析实用教程m04应力分析

1、应力分析应力分析第第 4 章章INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-2应力分析应力分析概述概述应力分析应力分析 是用来描述包括应力和应变在内的结果量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的通用术语语，也就是结构分析。，也就是结构分析。正如第二章描述的，正如第二章描述的， ANSYS 的应力分析包括如下几个类型的应力分析包括如下几个类型:静态分析静态分析瞬态动力分析瞬态动力分析模态分析模

2、态分析谱分析谱分析谐响应分析谐响应分析 显示动力学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,只要掌握了这个只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。分析步骤，很快就会作其他分析。INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-3应力分析应力分析.概述概述主要内容主要内容:A. 分析步骤分析步骤B. 几何建模几何建模C. 网格划分网格划分D. 施加载荷施加

3、载荷E. 求解求解F. 查看查看 结果结果G. 检查解的正确性检查解的正确性H. 例题例题INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-4应力分析应力分析A. 分析步骤分析步骤每个分析包含三个主要步骤每个分析包含三个主要步骤:前处理前处理 创建或输入几何模型创建或输入几何模型 对几何模型划分网格对几何模型划分网格求解求解 施加载荷施加载荷 求解求解后处理后处理 结果评价结果评价 检查结果的正确性检查结果的正

4、确性前处理求解后处理INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-5应力分析应力分析.应力分析步骤应力分析步骤注意！注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30,

5、 2001Inventory #0014414-6应力分析应力分析.应力分析步骤应力分析步骤前处理器前处理器 (在在ANSYS中称为中称为 PREP7) 提供了对程序的主要输入提供了对程序的主要输入前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理属性等的定义。也可以使用前处理器器PREP7 施加载荷。施加载荷。通常先定义分析对象的几何模型。通常先定义分析对象的几何模型。典型方法是用典型方法是用实体模型实体模型 模拟几何模型。模拟几何模型。 以以 CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。类型的数学

6、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。可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-7典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的 。体体 由面围成，用来描述实体物体。由面围成，用来描述实体物体。面面 由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。线线 由关键

7、点组成，用来描述物体的边。由关键点组成，用来描述物体的边。关键点关键点 是三维空间的位置，是三维空间的位置， 用来描述物体的顶点。用来描述物体的顶点。体面线和关键点应力分析应力分析 - 前处理前处理B. 几何模型几何模型INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-8应力分析应力分析 - 前处理前处理.几何模型几何模型在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实

8、体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。这个层次的顺序与模型怎样建立无关。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不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。的低层次实体。(稍后，将讨论哪些修改是许可的稍后，将讨论哪些修改是许可的)关键点关键点线线面面体体INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJan

9、uary 30, 2001Inventory #0014414-9应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型几何模型既可以在既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型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个 IGES 文件和缩放所需的几何模型文件和缩放所需的几何模型IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用来把实体几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何模型从一个软件包

10、传递到另一个软件包的规范 IGES 文件是文件是 ASCII码文件码文件, 很容易在两个计算机系统间传递。很容易在两个计算机系统间传递。 许多软件包许多软件包,包括包括 ANSYS在内在内, 允许读写允许读写 IGES文件文件INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-10应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型几何模型输入输入 IGES 文件到文件到ANSYS中中: Utility Menu File

11、 Import IGES. 在弹出的对话框中，选择在弹出的对话框中，选择 No defeaturing * (缺省值缺省值) ，按下按下 OK (默认其他选项默认其他选项)。 在第二个对话框中选择想要的文件并点击在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK. 或使用或使用 IGESIN 命令命令: /aux15 ioptn,iges,nodefeat igesin,filename,extension,directory finish* 关于关于 No Defeaturing 及及 Defeaturing 方法及其他选项将在后面论述方法及其他选项将在后面论述INTRODUCTION TO ANSY

12、S 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-11应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型几何模型输入完成后，输入完成后， ANSYS会自动绘出几何模型图会自动绘出几何模型图可以按需要修改几何模型可以按需要修改几何模型 ANSYS允许对输入的实体模型允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述进行多项操作，这在以后论述 现在，我们讨论如何在不同的现在，我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。单位设置下确定模型的比例。 (注注:缩放比例对

13、输入的缩放比例对输入的“Defeature” IGES无效无效.)INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-12应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型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，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。比例缩放就显得十分必要。在在 ANSYS中缩放模型中缩放模型:首先保存数据库首先保存数据库

14、- Toolbar SAVE_DB 或使用 SAVE 命令。命令。接着接着 Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上选在模型上选择相应的实体部分择相应的实体部分) 使用Pick All拾取整个体拾取整个体 然后键入想要的比例系数（对然后键入想要的比例系数（对 RX, RY, RZ 的比例系数），设置的比例系数），设置 IMOVE 为为 “Moved”，取代取代 “Copied”或使用或使用 VLSCALE 命令命令: vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Par

15、t 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-13应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型几何模型演示演示:输入输入 pipe.igs :选择选择“No Defeaturing” 方式方式其他全部缺省其他全部缺省确定模型显示方向确定模型显示方向保存保存 pipe.dbINTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001In

16、ventory #0014414-14应力分析应力分析- 前处理前处理.几何模型几何模型前处理前处理3 几何模型几何模型 网格划分网格划分求解求解 加载加载 求解求解后处理后处理 结果评价结果评价 检查结果正确性检查结果正确性INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-15应力分析应力分析- 前处理前处理C. 网格划分网格划分网格划分 是用节点和单元等是用节点和单元等“填充填充”实体模型，创建有限元模型的

17、实体模型，创建有限元模型的过程。过程。 请记住请记住, 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。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INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-16应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分网格划分的三个步骤网格划分的三个步骤: 定义单元属性定义单元属性 指

18、定网格控制指定网格控制 生成网格生成网格单元属性单元属性 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: 单元类型单元类型 实常数实常数 材料性质材料性质INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-17应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分单元类型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单元类型是一个重要的选项，该选项决定

19、如下的单元特性: 自由度自由度 (DOF)设置设置. 例如，一个热单元类型有一个自由度：例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而而一个结构单元类型可能有一个结构单元类型可能有6个自由度：个自由度： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. 单元形状单元形状 - 块块,四面体四面体, 四边形四边形,三角形等三角形等 维数维数 - 2-D (仅有仅有X-Y 平面平面), or 3-D. 假定的位移形函数假定的位移形函数 - 线性及二次线性及二次ANSYS有超过有超过150个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型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

20、如何定义单元类型。稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-18应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分定义单元类型定义单元类型: Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add 添加新单元类型添加新单元类型 选择想要的类型选择想要的类型(如如SOLID92) 并按并按 OK键键 Options 指定附加的单元

21、选指定附加的单元选项项 或使用或使用 ET 命令命令: et,1,solid92INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-19应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分注意注意: 设置想要分析学科的选项设置想要分析学科的选项 (Main Menu Preferences)，这样将只显示这样将只显示所选学科的单元类型所选学科的单元类型 。 应当在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为应当在前处理阶段

22、尽早地定义单元类型，因为GUI方式中菜单的过滤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。选项成灰色，或根本不出现。INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-20应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分实常数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。实常数

23、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。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。明壳的厚度，必须用实常数。 许多许多 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。定义。INT

24、RODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-21应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分定义实常数定义实常数: Preprocessor Real Constants Add 增加一种新的实常数设置。增加一种新的实常数设置。 如果定义了多个单元类型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首先选择要指定实常数的单元类型 接着输入实常数值接着输入实常数值. 或使用或使用 R 系列命令系列命

25、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。数。获取详细资料，请参考在线单元手册。INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-22应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分材料性质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每个分析都需要输入一些材料性质：结构单元所需

26、的杨氏模量 EX ，热单元所需的热传导率热单元所需的热传导率 KXX 等。等。.定义材料性质的两种方法定义材料性质的两种方法: 材料库材料库 单独定义单独定义INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-23应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分使用材料库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。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

27、了结构和热的典型材料性质（线性），但我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。们强烈建议你建立自己的材料库。从材料库选取材料从材料库选取材料:先定义库的路径先定义库的路径. Preprocessor Material Props Material Library Library Path 输入要读取的材料数据的位置输入要读取的材料数据的位置 例如：例如： /ansys57/matlib. 或使用或使用 /MPLIB 命令命令INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - P

28、art 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-24应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分接着从库中输入一种材料接着从库中输入一种材料 Preprocessor Material Library Import Library 选择单位制。这仅仅用来筛选后选择单位制。这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件，续对话框中所列的文件，ANSYS 本身没有单位制的概念，也不进本身没有单位制的概念，也不进行单位换算行单位换算 选择想要的材料文件选择想要的材料文件 如钢如钢 AISI C1020. 或使用或使用 MPREAD 命令中的

29、命令中的 LIB选项选项.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-25应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分单独指定材料性质单独指定材料性质这种方法通过这种方法通过 材料模型材料模型 GUI方式直接指定想要的材料性质，以取代选择材方式直接指定想要的材料性质，以取代选择材料名称。料名称。单独指定材料性质单独指定材料性质: Preprocessor Material Props Materi

30、al Models 双击合适的性质选项双击合适的性质选项来定义材料性质来定义材料性质INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-26应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分先定义好材料类型的结构树先定义好材料类型的结构树接着输入单个材料的性质值接着输入单个材料的性质值或使用或使用 MP 命令命令mp,ex,1,30e6mp,prxy,1,.3INTRODUCTION TO ANSYS 5.7

31、- Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-27应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分添加与温度相关的材料性质添加与温度相关的材料性质绘出性质绘出性质-温度曲线温度曲线INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-28应力分析应力分析 - 前处理前处理.网

32、格划分网格划分从一个材料表复制材料模型到另从一个材料表复制材料模型到另一个材料表一个材料表删除材料模型删除材料模型INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014414-29应力分析应力分析 - 前处理前处理.网格划分网格划分A 单位制注释单位制注释无需告诉无需告诉 ANSYS你所使用的单位制，只需确定要使用的单位制，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。在输入时保持数据单位一致。 例如例如,如果几何模型的尺寸是英寸，确保其他的输入数据如果几何模型的尺寸是英寸，确保其他的输入数据 材料性质材料性质, 实常数实常数, 载荷等载荷等 也以英寸为单位也以英寸为单位ANSYS 不进行单位换