Analysis分析方法

1、制订分析方案分析的基本步骤00128912 Mar,20003-1在开始ANSYS分析以前，你必须做几个决策，如：选择何种分析类型、采用何种模型等本讲将和大家一起讨论在分析过程前需要做的决策，目的是给大家提供几点个在进入分析之前规划和建议。讨论的主题: A. 选择何种分析类型? B. 如何建模? C. 选择何种单元类型?00128912 Mar,20003-2ANSYS可以应用的分析类型可以是:结构（Structural）固体的运动，作用在固体上的压力或固体之间的接触等热（Thermal）施加于固体上热，高温或温度的变化等电磁场传输电流（AC/DC）、电磁波以及电压或电荷激励的(Electro

2、magnetic) 设备流场（Fluid） 气体/流体的流动或容器内气体/流体耦合场（Coupled-Field）以上几种物理场的偶合作用本次讨论以结构分析为例00128912 Mar,20003-3当你确定了是结构分析以后，接下来要考虑的问题是： 是静态还是动态分析? 线性或非线性分析?要回答这些问题，只要记住不能物体承受何种激励（载荷），它不外对应以下三种类型的力: 静态力(由于刚度) 惯性力 (由于质量) 阻尼力00128912 Mar,20003-4静态 vs. 动态分析静态分析假设刚度引起的力占主导地位动态分析是考虑三种类型的力的作用比如，考虑跳水板的分析 如果跳水运动员静态地站在上

3、面时，那用静态分析已足够了 但如果跳水运动员在上面跳动时，您就要做动态分析00128912 Mar,20003-5如果施加的载荷随时间变化很快，惯性力和阻尼力都是不可忽略的可以根据载荷和时间的依赖关系来确定选择静态还是动态分析 如果载荷在一个很长的时间内变化缓慢，甚至是常量，可以选择静态分析 否则，选择动态分析一般来说，外加激励的频率低于结构最低固有频率的1/3，可以把它作为静态问题来处理00128912 Mar,20003-6线性 vs. 非线性分析线性分析假设载荷引起的对结构刚度的变化是可以忽略，它的特征是: 小变形 应变与应力的变化在弹性极限内 无刚度突变，如两个物体发生接触或分离001

4、28912 Mar,20003-7es弹性模量(E)非线性分析主要用于那些由于载荷引起的结构刚度变化的情况，刚度变化的主要原因是: 应变超出弹性范围（朔性） 大变形，如垂钓用的钓鱼竿 两物体之间的接触00128912 Mar,20003-8es许多建模决策必须在建立分析模型前就应该决定: 模型中应该包含多少细节? 可否利用对称性? 模型中是否包含应力奇异性?00128912 Mar,20003-9关于细节某些小的细节对分析来讲是不重要的，就不应该包含在分析模型中，如果你的模型是用其它CAD软件建的模型，那么在传到ANSYS之前就把这些特征去掉然而，对有些结构，一些如倒角、圆孔之类的“小”细节，

5、它们可能就是发生最大应力的部位，这时就不能忽略。这取决于你的分析目的00128912 Mar,20003-10关于对称性许多结构可能存在某种对称性，允许你只用模型的某个部分或截面来描述整个模型的特性利用对称建模的优点是: 通常能很方便地建立整个模型 利用对称性可以把模型建的更精细，包含更多细节，因此可以获得比用整个模型得到的结果更好00128912 Mar,20003-11要利用对称性进行分析，必须使以下条件同时满足对称性: 几何 材料属性 载荷条件ANSYS可处理以下几种对称类型: 轴对称(Axisymmetry) 旋转对称(Rotational) 平面或反射(Planar or refle

6、ctive) 重复或平移对称(Repetitive or translational)00128912 Mar,20003-12轴对称轴对称是指关于某个中心轴的对称，如灯泡、直的圆管、锥体、圆盘以及圆屋顶等对称面可以是是任意位置的横截面，这样就可以用一个2-D的“切片”来描述整个 360圆周 一种简化模型规模的手段!载荷通常应该也是轴对称的，不过如果是一个线性分析，载荷不对称也没关系，可以把载荷分解成正谐分量，依次得到独立的解，然后进行叠加00128912 Mar,20003-13旋转对称旋转对称是重复的块体关于中心轴排列，如汽轮机转子这时只需要对其中的一个块体建模载荷也假定关于该轴对称001

7、28912 Mar,20003-14平面或反射对称结构关于某个平面呈镜像对称，整个镜面即为对称面载荷可以是关于对称面对称或反对称00128912 Mar,20003-15本模型既是反射对称也是旋转对称重复对称或平移对称每个重复段沿直线排列，如一个长的管子上均匀排列着冷却片载荷也假定沿模型长度“重复”加载00128912 Mar,20003-16本模型既是重复对称也是反射对称载有些情况下，由于几个小的细节而破坏了整个结构的对称性，有时你可以忽略这些细节(即当作对称处理)以便利用较小的模型。不过，由次造成的精度上的损失很难估计，因此应小心使用。00128912 Mar,20003-17应力奇异性应

8、力奇异性是指有限元模型中应力值无限大的位置，如： 点载荷, 如集中力或集中力矩 一个孤立的约束点，此处的约束反力呈点载荷 一个很尖的凹角(倒角半径为零)当网格密度在应力奇异点加密时，应力值急剧加大并且永远不收敛00128912 Mar,20003-18Ps = P/A当 A 0, s 00128912 Mar,20003-19实际结构不存在应力奇异性，这是由于对实际模型简化后产生的那么如何来处理应力奇异性问题呢? 如果它们离我们关心的区域比较远，只需在显示结果时简单地把这个区域排除在外 如果它们离所关心的区域内，这时就必须采用正确的方法，如: 在尖角处加一个倒角(实际情况也如此)，并重新进行分

9、析 用与点力等效的分布压力替代 将点约束“扩大”倒一组节点约束这也是在开始分析前必须做的重要决定典型的问题是: 选择哪一类单元? 实体单元(Solid), 壳单元(shell), 梁单元(beam)等 单元的阶次. 线性还是二阶 网格密度. 这通常由分析的目的所决定00128912 Mar,20003-20单元类别单元类别ANSYS提供了各种单元类型以适应不同的分析类型提供了各种单元类型以适应不同的分析类型，常用的类型，常用的类型有有: 线单元线单元(Line elements) 壳单元壳单元(Shells) 二维实体单元二维实体单元(2-D solids) 三维实体单元三维实体单元(3-D

10、solids)线单元:梁(Beam)单元主要用于模拟螺栓、管状构件、 C-截面、角铁或其它只考虑膜应力和弯曲应力的细长构件管(Spar)单元用于模拟弹簧、螺栓、带预应力螺栓和桁架构件弹簧(Spring)单元用于模拟弹簧、螺栓和长而软的部件以及用等效刚度替代复杂部件00128912 Mar,20003-21壳单元: 用于模拟薄板或曲面 “薄”的定义取决于实际应用，但一般的原则是，壳体结构的主要尺寸至少是板厚的10倍00128912 Mar,20003-2200128912 Mar,20003-231. 创建有限元模型创建有限元模型 创建或读入几何模型创建或读入几何模型. 定义材料属性定义材料属性

11、. 划分单元划分单元 (节点及单元节点及单元).2. 施加载荷进行求解施加载荷进行求解 施加载荷及载荷选项施加载荷及载荷选项. 求解求解.3. 查看结果查看结果 查看分析结果查看分析结果. 检验结果检验结果. (分析是否正确分析是否正确)A1XYZ00128912 Mar,20003-241. 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.00128912 Mar,20003-25ANSYS 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

12、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分析的顺序相同. 00128912 Mar,20003-26依照如下循序渐进的求解指导，进行一个悬壁梁的静力分析依照如下循序渐进的求解指导，进行一个悬壁梁的静力分析. 注意在此分析中采用的注意在此分析中采用的ANSYS分析步骤，以及几次将内存中分析步骤，以及几次将内存中的数据存到文件中的操作的数据存到文件中的操作.Exercise00128912 Mar,20003-27使用使用ANSY

13、S分析一个工字悬壁梁，如图所示分析一个工字悬壁梁，如图所示.PPoint ALH求解在力求解在力P作用下点作用下点A处的变形，已处的变形，已知条件如下：知条件如下：P = 4000 lbL = 72 inI = 833 in4E = 29 E6 psi横截面积横截面积 (A) = 28.2 in2H = 12.71 in在练习之后，数值解将与用弹性梁理在练习之后，数值解将与用弹性梁理论计算的解析解进行对比论计算的解析解进行对比.1.启动 ANSYS.以交互模式进入ANSYS，工作文件名为beam.2.创建基本模型a.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Crea

14、te Keypoints In Active CS.00128912 Mar,20003-28使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置将在单元的实常数中设置.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁b.输入关键点编号 1.c.输入x,y,z坐标 0,0,0.d.选择 Apply.e.输入关键点编号 2.f.输入x,y,z坐标72,0,0 .g.选择 OK.h.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Lines Straight Line00128912 Mar,20003

15、-29练习练习 - 悬壁梁悬壁梁i. 选取两个关键点.j. 在拾取菜单中选择OK.3.存储ANSYS数据库.Toolbar: SAVE_DB00128912 Mar,20003-30注意弹出的拾取菜单，以及输入窗口中的操作提示注意弹出的拾取菜单，以及输入窗口中的操作提示.ANSYS数据库是当用户在建模求解时数据库是当用户在建模求解时ANSYS保存在内保存在内存中的数据。存中的数据。由于在由于在ANSYS初始对话框中定义的工作初始对话框中定义的工作文件名为文件名为beam，因此存储的数据库的到名为因此存储的数据库的到名为beam.db的文件中。经常存储数据库文件名是必要的。这样在进的文件中。经常

16、存储数据库文件名是必要的。这样在进行了误操作后，可以恢复上次存储的数据库文件行了误操作后，可以恢复上次存储的数据库文件. 存储存储及恢复操作，可以点取工具条，也可以选择菜单：及恢复操作，可以点取工具条，也可以选择菜单：Utility Menu：File.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁4.设定分析模块.a.Main Menu: Preferencesb.选择 Structural.c. 选择 OK.00128912 Mar,20003-31使用使用“Preferences” 对话框选择分析模块，以便于对对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤。如果不进行选择，所有的分析模块的菜菜单进行过滤。如果不进

17、行选择，所有的分析模块的菜单都将显示出来。例如这里选择了结构模块，那么所有单都将显示出来。例如这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明了了.创建好几何模型以后，就要准备单元类型、实常数、材创建好几何模型以后，就要准备单元类型、实常数、材料属性，然后划分网格料属性，然后划分网格.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁5.设定单元类型相应选项.a.Main Menu: Preprocessor Element Type Add/Edit/Deleteb.选择 Add . . .c.左边单元库列表中选择 Beam.d.在右边单元

18、列表中选择 2D elastic (BEAM3).00128912 Mar,20003-32对于任何分析，您必须单元类型库中选择一个或几个适对于任何分析，您必须单元类型库中选择一个或几个适合您的分析的单元类型合您的分析的单元类型. 单元类型决定了辅加的自由度单元类型决定了辅加的自由度（位移、转角、温度等）。许多单元还要设置一些单元（位移、转角、温度等）。许多单元还要设置一些单元的选项，诸如单元特性和假设，单元结果的打印输出选的选项，诸如单元特性和假设，单元结果的打印输出选项等。对于本问题，只须选择项等。对于本问题，只须选择 BEAM3 并默认单元选项并默认单元选项即可即可.练习练习 - 悬壁梁

19、悬壁梁e.选择 OK 接受单元类型并关闭对话框.f.选择 Close 关闭单元类型对话框.6.定义实常数.a.Main Menu: Preprocessor Real Constantsb.选择 Add . . .00128912 Mar,20003-33有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。 典型的典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。某些单实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。某些单元类型所需要的实常数，以实常数组的形式输入元类型所需要的实

20、常数，以实常数组的形式输入. 练习练习 - 悬壁梁悬壁梁c.选择 OK 定义BEAM3的实常数.d.选择 Help 得到有关单元 BEAM3的帮助.e.查阅单元描述.f.File Exit 退出帮助系统.g.在AREA框中输入 28.2 （横截面积）.h.在IZZ框中输入 833 （惯性矩）.i.在HEIGHT框中输入 12.71 （梁的高度）.00128912 Mar,20003-34练习练习 - 悬壁梁悬壁梁j.选择 OK 定义实常数并关闭对话框.k.选择 Close 关闭实常数对话框.00128912 Mar,20003-35练习练习 - 悬壁梁悬壁梁7.定义材料属性.a.Preproc

21、essor Material Props -Constant- Isotropicb.选择 OK to 定义材料 1.c.在EX框中输入29e6（弹性模量）.d.选择OK 定义材料属性并关闭对话框.00128912 Mar,20003-36材料属性材料属性 是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等量、密度等. 虽然材料属性并不与单元类型联系在一起虽然材料属性并不与单元类型联系在一起，但由于计算单元矩阵时需要材料属性，但由于计算单元矩阵时需要材料属性，ANSYS为了为了用户使用方便，还是对每种单元类型列出了相应的材料用户使用方便，还是对每种单元类型列

22、出了相应的材料类型。类型。 根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线性的性的. 与单元类型及实常数类似，一个分析中可以定多与单元类型及实常数类似，一个分析中可以定多种材料种材料. 每种材料设定一个材料编号每种材料设定一个材料编号. 对于本问题，只对于本问题，只须定义一种材料，这种材料只须定义一个材料属性须定义一种材料，这种材料只须定义一个材料属性杨杨氏模量氏模量 29E6 psi.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁8.保存ANSYS数据库文件 beamgeom.db.a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名 beamgeom.db.

23、c.选择 OK 保存文件并退出对话框.00128912 Mar,20003-37在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件。一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，库文件。一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，因为此时需要恢复数据库文件。因为此时需要恢复数据库文件。练习练习 - 悬壁梁悬壁梁9.对几何模型划分网格.a.Main Menu: Preprocessor MeshToolb.选择 Mesh.c.拾取 line.d.在拾取对话框中选择 OK.e.(可选) 在MeshTool对话框中选择 Close.00128912 Mar,20

24、003-38练习练习 - 悬壁梁悬壁梁10.保存ANSYS数据库到文件 beammesh.db.a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名： beammesh.db.c.选择 OK 保存文件并退出对话框.00128912 Mar,20003-39这次用表示已经划分网格后的文件名存储数据库这次用表示已经划分网格后的文件名存储数据库.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁11.施加载荷及约束.a.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Nodesb.拾取最左边的节点.c.在拾取菜单中选择 OK.d

25、. 选择All DOF.e. 选择 OK. （如果不输入任何值，位移约束默认为0）00128912 Mar,20003-40练习练习 - 悬壁梁悬壁梁(续续)您现在要施加载荷及约束，默认为一个新的、静力的分您现在要施加载荷及约束，默认为一个新的、静力的分析，因此您不必设定分析类型及分析选项析，因此您不必设定分析类型及分析选项.f.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Force/Moment On Nodesg.拾取最右边的节点.h.在选取对话框中选择OK.i.选择 FY.j.在 VALUE框中输入 -4000.k.选择 OK. 0012

26、8912 Mar,20003-41练习练习 - 悬壁梁悬壁梁12.保存数据库文件到 beamload.db.a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名 beamload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.00128912 Mar,20003-42建议您再以建议您再以beamload.db文件名保存数据库。文件名保存数据库。练习练习 - 悬壁梁悬壁梁13.进行求解.a.Main Menu: Solution -Solve- Current LSb.查看状态窗口中的信息, 然后选择 File Closec.选择 OK开始计算.d.当出现 “Solution is

27、done!” 提示后，选择OK关闭此窗口.00128912 Mar,20003-43您将对一端固支，另一端施加向下力的悬壁梁问题进行您将对一端固支，另一端施加向下力的悬壁梁问题进行求解。由于这个问题规模很小，使用任何求解器都能很求解。由于这个问题规模很小，使用任何求解器都能很快得到结果，这里使用默认的波前求解器进行求解快得到结果，这里使用默认的波前求解器进行求解.练习练习 - 悬壁梁悬壁梁14.进入通用后处理读取分析结果.a.Main Menu: General Postproc -Read Results- First Set00128912 Mar,20003-44后处理用于通过图形或列表方式显示分析结果。通用后后处理用于通过图形或