有限元分析课件第二课

1、有限元分析有限元分析有限元法有限元法有限元法有限元法 有限元法的有限元法的基本思想基本思想：先化整为零、再积零为整，：先化整为零、再积零为整，也就是把一个也就是把一个连续体连续体人为地分割成有限个单元；即把一人为地分割成有限个单元；即把一个结构看成由若干通过个结构看成由若干通过节点节点相连的相连的单元单元组成的整体，先组成的整体，先进行单元分析，然后再把这些单元组合起来代表原来的进行单元分析，然后再把这些单元组合起来代表原来的结构进行整体分析。结构进行整体分析。 有限元法的实质：将有限元法的实质：将复杂复杂的连续体划分为有限多个的连续体划分为有限多个简单的单元体，化无限自由度问题为有限自由度问

2、题，简单的单元体，化无限自由度问题为有限自由度问题，将连续场函数的（偏）微分方程的求解问题转化成有限将连续场函数的（偏）微分方程的求解问题转化成有限个参数的代数方程组的求解问题。个参数的代数方程组的求解问题。1.1 有限元法的基本概念有限元法的基本概念Definition离散离散连续域连续域),(yxF),(iiyxF有限元法有限元法1.2 单元、节点单元、节点Definition连续域连续域单元单元:网格划分中每一个小的块体网格划分中每一个小的块体称为单元。单元有线、面或实体称为单元。单元有线、面或实体以及一维、二维或三维的单元等以及一维、二维或三维的单元等种类。种类。节点节点: 确定单元形

3、状，单元之间确定单元形状，单元之间相互联结的点称为节点。相互联结的点称为节点。 具有具有一定一定自由度自由度，并存在相互物理作，并存在相互物理作用。用。有限元法有限元法1.3 有限元分析有限元分析 有限元分析是利用有限元分析是利用有限元模型有限元模型对对真实物理系统真实物理系统进行进行模拟，通过简单而又相互作用的基本元素模拟，通过简单而又相互作用的基本元素单元单元，实现，实现用用有限数量有限数量的未知量去的未知量去逼近无限逼近无限未知量的真实系统。未知量的真实系统。 有限元法有限元法是把一个是把一个 近似地用有限个在节点近似地用有限个在节点处相联接的处相联接的 组成的组合体来代替，从而把连续体

4、组成的组合体来代替，从而把连续体的分析转化为单元分析加上对这些单元组合的分析问题的分析转化为单元分析加上对这些单元组合的分析问题连续体连续体单元单元Definition一、一、ANSYS用户界面用户界面上图为上图为ANSYS经典产品用户界面（经典产品用户界面（GUI）。）。【FileFile】文件管理菜单文件管理菜单功能：主文件的读写和模型数据库的相关操作。功能：主文件的读写和模型数据库的相关操作。应用菜单介绍应用菜单介绍Change Jobname 设置新的工程名设置新的工程名Change Title 定义主标题定义主标题Save as Jobname.db 保存工程保存工程Import E

5、xport与其他软件的接口与其他软件的接口【Select】选择菜单选择菜单功能：主要用于对图形实体进行选择操作。功能：主要用于对图形实体进行选择操作。Entities 制定图元制定图元Everthing 所有图元所有图元Everything Below 选择某种类型及选择某种类型及包含于该类型下的所有图元包含于该类型下的所有图元功能：主要用于列表显示数据库中的数据。功能：主要用于列表显示数据库中的数据。【List】列表菜单列表菜单【Plot】绘图菜单绘图菜单功能：主要用于绘制显示实体（点、线、面、功能：主要用于绘制显示实体（点、线、面、体和单元等）。体和单元等）。用于绘制结果图。可以绘制变形图

6、、用于绘制结果图。可以绘制变形图、等值线图、矢量图、轨线图、流线图、等值线图、矢量图、轨线图、流线图、三维动画等三维动画等【PlotCtrls】图形控制菜单图形控制菜单功能：主要用于控制图形显示的方式。包含了对视图、功能：主要用于控制图形显示的方式。包含了对视图、格式和其他图形显示特征得控制格式和其他图形显示特征得控制Pan Zoom RotateNumberingAnimateHard Copy功能：主要用于对工作平面和坐标系的设置。功能：主要用于对工作平面和坐标系的设置。【WorkPlane】工作平面菜单工作平面菜单【ParametersParameters】设置菜单设置菜单功能：主要用于

7、分析过程中的参数设置。例如：功能：主要用于分析过程中的参数设置。例如：【Scalar Parameters】命令用于标题参数的设置。命令用于标题参数的设置。【Help】帮助菜单帮助菜单【MenuCtrls】菜单控制菜单控制功能：主要用于控制菜单显示和工具条按钮。功能：主要用于控制菜单显示和工具条按钮。例如：例如：【Color Selection】命令用于颜色设命令用于颜色设置；置；【Edit Toolbar】命令用于编辑工具栏命令用于编辑工具栏中按钮等。中按钮等。 功能：主要用于帮助信息的查找功能：主要用于帮助信息的查找学会用学会用ANSYS Tutorials输入窗口主要是用来输入命令行命令

8、的，输入相应的输入窗口主要是用来输入命令行命令的，输入相应的ANSYSANSYS内部命内部命令，还会提示相关的参数信息。令，还会提示相关的参数信息。单击输入窗口左边的单击输入窗口左边的 按钮，将弹出命令输入窗口按钮，将弹出命令输入窗口ANSYS Command Window，在其下侧的文本框中输入命令，回车后即可，在其下侧的文本框中输入命令，回车后即可执行，上侧的文本框用于显示命令记录。执行，上侧的文本框用于显示命令记录。输入窗口介绍输入窗口介绍主菜单（主菜单（ANSYS Main Menu）是使用）是使用GUI模式进行有限元分析的主要操作窗口，包模式进行有限元分析的主要操作窗口，包含了含了A

9、NSYS的主要功能：的主要功能：Preferences（优选器）（优选器）Preprocessor（预处理器）（预处理器）Solution（求解器）（求解器）General Postprocessor（通用后处理器）（通用后处理器）Time Postprocessor（时间历程后处理器）（时间历程后处理器）Topological Opt（拓扑优化）（拓扑优化）ROM Tool（减缩几分模型工具）（减缩几分模型工具）Design Opt（优化设计模块）（优化设计模块）Prob Design（概率设计）（概率设计）Radiation Opt（辐射选项）（辐射选项）Run-Time Stats 运行

10、时间估计器运行时间估计器Session Editor 记录编辑器记录编辑器Finish 结束结束主菜单介绍主菜单介绍主菜单交互操作主菜单交互操作2、视图变换对话框、视图变换对话框1）第）第1区：选择图形变换操作的对象窗口。区：选择图形变换操作的对象窗口。2）第）第2区：各向视图变换按钮。区：各向视图变换按钮。 Front：+Z向视图；向视图；Back：-Z向视图；向视图；Top：+Y向视图向视图；Bot：-Y向视图；向视图；Right：+X向视图；向视图；Left：-X向视图；向视图；ISO：等轴视图；：等轴视图；Obliq：斜视图；：斜视图；WP：工作平面视图。：工作平面视图。3）第）第3区

11、：鼠标框选图形缩放变换按钮。区：鼠标框选图形缩放变换按钮。 Zoom：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域的方法：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域的方法是首先拾取中心点，然后拾取矩形区域的任意一个边界上的点。是首先拾取中心点，然后拾取矩形区域的任意一个边界上的点。 Box Zoom：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域方：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域方法是首先拾取矩形区域的一个角点，然后再拾取矩形区域的对角法是首先拾取矩形区域的一个角点，然后再拾取矩形区域的对角点。点。 Win Zoom：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域方：显示拾取矩形窗口中的图形，拾取矩形区域方法是

12、首先拾取矩形区域的一个角点，然后再拾取矩形的任意一个法是首先拾取矩形区域的一个角点，然后再拾取矩形的任意一个边界上的点。边界上的点。二、二、ANSYS常用操作常用操作4）第）第4区：平移缩放视图。区：平移缩放视图。 方向箭头：图形平移变换。方向箭头：图形平移变换。 ：右移变换；：上移变换；下移变换；：右移变换；：上移变换；下移变换； ：左移变换：左移变换。 大小圆点：图形缩放变换。大小圆点：图形缩放变换。 ：放大按钮；：放大按钮；：缩小按钮。：缩小按钮。5）第）第5区：旋转变换。区：旋转变换。 单击一次旋转变换按钮旋转角度由第单击一次旋转变换按钮旋转角度由第6区的旋转角度值区的旋转角度值控制。

13、控制。 X-：绕：绕X轴逆时针旋转变换；轴逆时针旋转变换；X+：绕：绕X轴顺时针旋转变轴顺时针旋转变换；换；Y-：绕：绕Y轴逆时针旋转变换；轴逆时针旋转变换；Y+：绕：绕Y轴顺时针旋转变轴顺时针旋转变换；换；Z-：绕：绕Z轴逆时针旋转变换；轴逆时针旋转变换；Z+：绕：绕Z轴顺时针旋转变换轴顺时针旋转变换。6）第）第6区：第区：第5区单次旋转变换的角度。区单次旋转变换的角度。 默认旋转变换角度为默认旋转变换角度为30，可以用鼠标拖动滑条上的，可以用鼠标拖动滑条上的滑标改变旋转角度的大小，在滑条上方显式数值的大小。滑标改变旋转角度的大小，在滑条上方显式数值的大小。二、二、ANSYS常用操作常用操作

14、7）第）第7区：选择图形变换方式。区：选择图形变换方式。 Dynamic Mode不选中则进行按钮图形变换，此时不选中则进行按钮图形变换，此时按照按照16区的按钮进行图形变换。区的按钮进行图形变换。Dynamic Mode选中则可选中则可以用鼠标动态进行图形变换。以用鼠标动态进行图形变换。 按住鼠标左键拖动鼠标，图形平移变换；按住鼠标右按住鼠标左键拖动鼠标，图形平移变换；按住鼠标右键拖动鼠标，图形旋转变换；滚动滚轮进行缩放变换。键拖动鼠标，图形旋转变换；滚动滚轮进行缩放变换。8）第）第8区：对话框动作按钮。区：对话框动作按钮。 Fit：使整个模型完全自适应地充满整个图形窗口。：使整个模型完全自

15、适应地充满整个图形窗口。Preferences（优选器）（优选器）科学项选择科学项选择计算方法选择计算方法选择h-Method 方法：以加密网格划分的方法提高结果的方法：以加密网格划分的方法提高结果的计算精度。计算精度。 p-Method 方法：以增加单元内插值函数阶数的方方法：以增加单元内插值函数阶数的方法提高计算精度。法提高计算精度。 保存数据保存数据恢复数据恢复数据退出程序退出程序增强图形增强图形工具条介绍工具条介绍输出窗口输出窗口 对话框中的对话框中的: “OK” 与与“Apply”对话框中对话框中OK与与APPLY的区别的区别OK 执行操作，并退执行操作，并退出此对话框出此对话框.

16、Apply 执行操作，但执行操作，但并不退出此对话框，可并不退出此对话框，可以重复执行操作以重复执行操作. 退出 ANSYS要退出要退出ANSYS:1. 选择工具条中的选择工具条中的QUIT,或选择应用菜或选择应用菜单单 File Exit.2. 选择退出对话框中的选择退出对话框中的存盘选项存盘选项.3. 选择对话框中的选择对话框中的 OK.ANSYS文件文件文件类型与格式文件类型与格式ANSYS软件的单位软件的单位ANSYS软件在没有规定建模、加载及分析结果的物理软件在没有规定建模、加载及分析结果的物理单位，其单位采用自定义的一组统一的单位系统。例如单位，其单位采用自定义的一组统一的单位系统

17、。例如：Animate菜单 Mode shape：变形模态系列 Deformed shape：结构变形动画 Deformed result：结构变形等值线 Over time：随时间变化的变形等值线动画 Over result：某一子步范围结果的顺序等值线动画 Q-slice contours：变形等值线切片云图动画 Q-slice vectors：变形等值线切片云图动画 Isosurfaces：变形等势面云图动画 Partice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列提出问题一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张拉，形状如下图示。左边固定，右边受一荷载P20N/mm作用，求其变形情况。材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3 第一个有限元分析