ANSYS有限元教程

1、ANSYS教程教程第一章第一章 ANSYS主要功能与模块主要功能与模块 ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，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。解脱出来。ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功

2、能，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。同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。 ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的的GUI(图形界面图形界面)就可建立各种复杂的几何模型；就可建立各种复杂的几何模型；此外，此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。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件之间的模因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。型转换。 一、主要功能简介一、主要功能简介1. 结构分析结构分析 1） 静力分析静

3、力分析 - 用于静态载荷用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及可以考虑结构的线性及非线性行为。非线性行为。 线性结构静力分析线性结构静力分析 非线性结构静力分析非线性结构静力分析 几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化转软化 材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等多线性弹性、蠕变、肿胀等 接触非线性：面面接触非线性：面面/点面点面/点点接触、柔体点点接触、柔体/柔体柔体刚体接触、热接触刚体接触、热接触 单元非线性：死单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非活单元、钢筋混凝土单元

4、、非线性阻尼线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等弹簧元、预紧力单元等 2）模态分析）模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形计算线性结构的自振频率及振形. 谱分谱分析析 是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变起的结构应力和应变 (也叫作也叫作 响应谱或响应谱或 PSD). 3）谐响应分析）谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应变化的载荷的响应. 4）瞬态动力学分析）瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的确定结构对随时间任意变化的载荷的响应载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结

5、构非线可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为性行为. 5）谱分析）谱分析 6）随机振动分析等）随机振动分析等 7）特征屈曲分析）特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析屈曲分析.) 8）专项分析）专项分析: 断裂分析断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析复合材料分析，疲劳分析2. 高度非线性瞬态动力分析（高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA） 全自动接触分析，四十多种接触类型全自动接触分析，四十多种接触类型 任意拉格郎日欧拉（任意拉格郎日欧拉（ALE）分

6、析）分析 多物质欧拉、单物质欧拉多物质欧拉、单物质欧拉 适应网格、网格重划分、重启动适应网格、网格重划分、重启动 100多种非线性材料模式多种非线性材料模式 多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学 爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析 侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析 失效分析，裂纹扩展分析失效分析，裂纹扩展分析 刚体运动、刚体柔体运动分析刚体运动、刚体柔体运动分析 实时声场分析实时声场分析 BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析边界元方法，边界元、有限元耦合分析

7、 光顺质点流体动力（光顺质点流体动力（SPH）算法）算法 3. 热分析热分析 稳态、瞬态温度场分析稳态、瞬态温度场分析 热传导、热对流、热辐射分析热传导、热对流、热辐射分析 相变分析相变分析 材料性质、边界条件随温度变化材料性质、边界条件随温度变化 4. 电磁分析电磁分析 静磁场分析计算直流电（静磁场分析计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场或永磁体产生的磁场 交变磁场分析交变磁场分析 计算由于交流电计算由于交流电(AC)产生的磁场产生的磁场 瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场引起的磁场 电场分析用于计算电阻或电容系统的电场电场分析用于

8、计算电阻或电容系统的电场. 典型的典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高频电磁场分析用于微波及高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。雷达系统、同轴连接器等分析。 5. 流体动力学分析流体动力学分析 定常定常/非定常分析非定常分析 层流层流/湍流分析湍流分析 自由对流自由对流/强迫对流强迫对流/混合对流分析混合对流分析 可压缩流可压缩流/不可压缩流分析不可压缩流分析 亚音速亚音速/跨音速跨音速/超音速流动分析超音速流动分析 任意拉格郎日欧拉分析（任意拉格郎日欧拉分析（ALE） 多组份流动

9、分析（多达多组份流动分析（多达6组份）组份） 牛顿流与非牛顿流体分析牛顿流与非牛顿流体分析 内流和外流分析内流和外流分析 共轭传热及热辐射边界共轭传热及热辐射边界 分布阻尼和风扇模型分布阻尼和风扇模型 移动壁面及自由界面分析移动壁面及自由界面分析 6. 声学分析声学分析 定常分析定常分析 模态分析模态分析 动力响应分析动力响应分析 7. 压电分析压电分析 稳态、瞬态分析稳态、瞬态分析 模态分析模态分析 谐响应分析谐响应分析 8. 多场耦合分析多场耦合分析 热结构热结构 磁热磁热 磁结构磁结构 流体热流体热 流体结构流体结构 热电热电 电磁热流体结构电磁热流体结构 9. 优化设计及设计灵敏度分析

10、优化设计及设计灵敏度分析 单一物理场优化单一物理场优化 耦合场优化耦合场优化 10.二次开发功能二次开发功能 参数设计语言参数设计语言 用户可编程特性用户可编程特性 用户自定义界面语言用户自定义界面语言 外部命令外部命令 11. ANSYS土木工程专用包土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、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、组合分形、稳定性

11、及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑析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。及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。二、主要模块简介二、主要模块简介1. ANSYS/Mechanical：该模块提供了范围广泛的工程设：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、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，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、压力分布以可用来确定位移、

12、应力、作用力、温度、压力分布以及其它重要的设计标准。及其它重要的设计标准。2. ANSYS/Structural：通过利用其先进的非线性功能，：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。可以使用户精确模拟大型复杂结构的性能。3. ANSYS/Linear plus：该模块是从：该模块是从ANSYS/Structural派派生出来的，一个线性结构分析选项，可用于线性的静生出来的，一个线性结构

13、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。梁大变形分析。4. ANSYS/Thermal：该模块同样是从：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。用于稳态及瞬态热分析。5. ANSYS/Flotran：该程序是个灵活的：该程序是个灵活的CFD软件，可求解软件，可求解各种流体流动问题，具体包括：层流、紊流、可压缩各种流体流动问题，具体包括：层流、紊流、可压缩流及不可压缩流等。通过与流及不可

14、压缩流等。通过与ANSYS/Mechanical耦合，耦合，ANSYS/FLOTRAN是唯一一个具有设计优化能力的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。软件，并且能提供复杂的多物理场功能。6. ANSYS/Emag：该程序是一个独立的电磁分析软件包，：该程序是一个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。当该程序与其它程序与其它ANSYS模块联合使用时，则具有了多物理模块联合使用时，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

15、。相互影响。7. ANSYS/Preppost：该模块为用户在前处理阶段提供了：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后处理器能够使用户检查所有ANSYS分析的计算结果。分析的计算结果。8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序，：该模块是一个功能完整的设计模拟程序，它拥有它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受隐式产品的全部功能，只是解题规模受到了限制（目前节点数到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行，）。该软件可独立运行，是理想的培训教学软件。是

16、理想的培训教学软件。9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可：该程序是一个显示求解软件，可解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成解决高度非线性结构动力问题。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。行，也可以单独运行。10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost：该程序具有所有的：该程序具有所有的ANSYS/LS-DYNA的前后处理功能，具体包括：实体的前后处理功能，具体包括：实体

17、建模、网格剖分、加载、边界条件、等值线显示、计建模、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。算结果评价以及动画，但没有求解功能。11.ANSYS/University：该模块是一个功能完整的设计模：该模块是一个功能完整的设计模拟程序，它拥有拟程序，它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解隐式产品的全部功能，只是解题规模受到了限制（目前节点数题规模受到了限制（目前节点数16000和和32000两种）。两种）。该软件可独立运行，适用与高校进行教学或科研。该软件可独立运行，适用与高校进行教学或科研。12.ANSYS/DesignSpace：该模块是：该模块是AN

18、SYS的低端产品，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：分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自模型读取器、自动生成分析报告、自动生成动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动数据库文件、自动生成生成ANSYS分析模板。产品详细分类：分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT Des

19、ignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的：（支持的CAD模型有：模型有：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）13.ANSYS/Connection：ANSYS与与CAD软件的接口产品。软件的接口产品。可以将可以将CAD模型数据或国际标准格式模型数据或国际标准格式CAD模型数据直模型数据直接读入并进行任意接读入并进行任意ANSYS支持的分析。目前支持的支持的分析。目前支持的CAD软件有：软件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的国际标准。支持的国际标准格式有：格式有：IGES、SAT、Parasolid.第二章第二章 AN

20、SYS基本使用方法基本使用方法一、典型分析过程一、典型分析过程1. 前处理前处理创建有限元模型创建有限元模型 1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性） 2）创建或读入几何实体模型）创建或读入几何实体模型 3）有限元网格划分）有限元网格划分 4）施加约束条件、载荷条件）施加约束条件、载荷条件2. 施加载荷进行求解施加载荷进行求解 1）定义分析选项和求解控制）定义分析选项和求解控制 2）定义载荷及载荷步选项）定义载荷及载荷步选项 2）求解）求解 solve3. 后处理后处理 1）查看分析结果）查看分析结果 2）检验结果）检验结果A1XYZANSYS的

21、分析方法的分析方法(续续)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.ANSYS的分析方法的分析方法(续续)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，

22、与典型分析的顺序相同典型分析的顺序相同. 二、二、 ANSYS文件及工作文件名文件及工作文件名一些特殊的文件一些特殊的文件 数据库文件数据库文件jobname.db二进制二进制Log 文件文件jobname.log文本文本结果文件结果文件jobname.rxx二进制二进制图形文件图形文件jobname.grph二进制二进制 ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据的数据，也存储结果数据:输入数据输入数据 - 必须输入的信息必须输入的信

23、息 (模型尺寸、材料属性、载荷模型尺寸、材料属性、载荷等等).结果数据结果数据 - ANSYS计算的数值计算的数值 (位移、应力、应变、温度位移、应力、应变、温度等等).启动启动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. . 启动启动ANSYS(续续)3. 选择选择ANSYS的工作目录，的工作目录，ANSYS

24、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，

25、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).启动启动ANSYS(续续)当显示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.ANSYS窗口窗口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

26、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.三、前处理三、前处理实体建模实体建模 参数化建模参数化建模 体素库及布尔运算体素库及布尔运算 拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等拖拉、旋转、拷

27、贝、蒙皮、倒角等 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 自由自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分 复杂几何体复杂几何体Sweep映射网格生成映射网格生成 六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形 边界层网格划分边界层网格划分 在几何模型或在几何模型或FE模型上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载模型上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷荷 可扩展的标准梁截面形状库可扩展的标准梁截面形状库 1. 实体模型及有限元模型实体模型及

28、有限元模型 现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模. 类似于类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，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方便地施加载荷. 但是，但是， 几何实体模型并不参与有限元分几何实体模型并不参与有限元分析析. 所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传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）进行求解递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解. 由几何模型创建有限元

29、模型的过程叫作网格划分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

30、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关系以及它们之间的层次关系.ANSYS中图元中图元(续续)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

31、低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!2.布尔操作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、四、加载、求解加载、求解Objective4-1.列表

32、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

33、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起的载荷 (重力、角速度等重力、角速度等)加载加载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

34、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加载加载 (续续)+ 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:Guidelines加载加载 (续续)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

35、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加载加载 (续续)输入一个输入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Line加载加载 (续续)VALI

36、= 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）加载加载 (续续)轴对称载荷可加载到具有对称轴的轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。结构上。3-D 轴对称结构可用一轴对称结构可用一2-D 轴对称模型描述。轴对称模型描述。加载轴对称载荷加载轴对称

37、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加载 (续续)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 symmetry加载加载 (续续)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

38、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keypoints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.K6K7加载加载 (续续)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: M

39、ain 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areas4-1.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否准备就绪求解时模型是否准备就绪?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

40、 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?)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

41、 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.进行求解进行求解Objective4-3.描述求解过程描述求解过程进行求解进行求解(续续) 没有获得结果的原因是什么没有获得结果的原因是什么? 往往是求解输入的模往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有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 gaps、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。

42、 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、后处理五、后处理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 结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表 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、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、纹理纹理 各种结果动画显示，可独立保存及重放各种结果

43、动画显示，可独立保存及重放 3D图形注注释功能图形注注释功能 直接生成直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形等格式的图形 计算结果排序、检索、列表及再组合计算结果排序、检索、列表及再组合 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 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、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；显示梁单元弯矩图梁单元弯矩图 显示优化灵敏度及优化变量曲线显示优化灵敏度及优化变量曲线 提供对计算结果的加、减、积分、

44、微分等计算提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算 显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算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一只能观看整个模型在某一时刻的结果时刻的结果 (如：结果的照相如：结果的照相 “snapshot”). 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。Objectiv

45、e静力分析结果后处理的步骤主要包括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第三章 ANSYS补充说明补充说明一、坐标系一、坐标系1. 工作平面坐标系工作平面坐标系wpcs：类似于绘图图板，缺省时总与类似于绘图图板，缺省时总与总体坐标系重合，能以网格捕捉形式显示，并可相对总体坐标系重合，能以网格捕捉形式显示，并可相对当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为“4”2. 总体坐

46、标系总体坐标系 global cs：包括三种形式包括三种形式 总体直角坐标系（总体直角坐标系（x , y , z) 编号为编号为“0” 总体柱坐标系总体柱坐标系 （r , , z) 编号为编号为“1” 总体球坐标系总体球坐标系 （r , , )编号为编号为“2”3. 局部坐标系局部坐标系 local cs：局部坐标系是在任意位置的用户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，编号为大于等于以是任意方向，编号为大于等于“11”FEM坐标系坐标系4. 节点坐标系节点坐标系 node cs：所有的力及其他方向

47、的与节点相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等只与节点坐标系相关 节点坐标系上可以输入力和力矩；位移约束；耦合及节点坐标系上可以输入力和力矩；位移约束；耦合及约束过程约束过程5. 单元坐标系单元坐标系 element cs：即材料坐标系，例如弹性模量即材料坐标系，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元坐标系输入不同方向的 E 6. 结果坐标系：结果的输出形式位移，支反力，力矩等结果坐标系：结果的输出形

48、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激活坐标系 二、二、CAD模型建模原则模型建模原则应考虑多少细节：如倒角和孔处，对分析无用时可忽略，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能忽略是否具有对称性：包括轴，旋转，平面或镜面，重复或是否具有对称性：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平移

49、对称等。但下列因素必须对称-几何形状；材料几何形状；材料属性；载荷工况。属性；载荷工况。 此时可取一部分分析，而后叠加即此时可取一部分分析，而后叠加即可可应力奇异：指在有限元模型中那些应力值无限大的点处，应力奇异：指在有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；尖如点载荷的集中力和力矩作用处；孤立的约束点；尖角处等。角处等。 建模时最好避免之建模时最好避免之三、网格划分器三、网格划分器自由式自由式 free：对复杂的拓扑结构无限制，对复杂的拓扑结构无限制， 形状不定形状不定映射式映射式 mapped：拓扑结构有限制，只适用规则的体拓扑结构有限制，只适用规则的

50、体 形状，如四，六面体等，可通过形状，如四，六面体等，可通过global set 进行密度设进行密度设置置扫略扫略 sweep：适用于柱体形状，同适用于柱体形状，同mapped一样可控制密一样可控制密度度Smart size：智能尺寸是根据几何模型的形状，确定网格智能尺寸是根据几何模型的形状，确定网格密度，适于密度，适于free划分，可通过滑杆确定网格密度划分，可通过滑杆确定网格密度网格划分原则网格划分原则网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性Sweep扫略网格须上下面即对应面完全一致扫略网格须上下面即对应面完全一致能用能用mapped,sweep划分

51、网格最好先用之，不行再用自由划分网格最好先用之，不行再用自由式式free网格划分最好按线，面，网格划分最好按线，面， 体的顺序体的顺序分配单元属性千万不能分配错误分配单元属性千万不能分配错误面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格关心应力结果的区域须进行详细网格划分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地方网格可以粗糙些仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些四、四、ANSYS求解器类型求解器类型用于求解表征结构自由度的线性方程组用于求解表征结构自由度的线性方程组 直接消去求解器直接消去求解器波前求解器：波前求解器： 最稳定，速度慢，小内存时

52、用最稳定，速度慢，小内存时用sparse求解器：速度快，非线性最适合求解器：速度快，非线性最适合 迭代迭代求解器求解器PCG：预条件共轭梯度求解器预条件共轭梯度求解器ICCG：不完全的乔里斯基共轭梯度求解器不完全的乔里斯基共轭梯度求解器JCG：雅可比共轭梯度求解器雅可比共轭梯度求解器 位置在求解器位置在求解器/solu中的求解选项中的求解选项analysis options，包包括求解精度公差更改括求解精度公差更改五、如何加快计算速度五、如何加快计算速度在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的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：问题，下面就如

53、何提高计算速度作一些建议：充分利用充分利用ANSYS MAPANSYS MAP分网和分网和SWEEPSWEEP分网技术，尽可能分网技术，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高计算精度在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化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。比如的四面体单元。比如9595号单元有号单元有2020节点，可以退化为节点，可以退化为1010节点四面体单元，而节点四面体单元，而9292号单元为号单元为1010节点单元，在此情况节点单元，在此情况下用下用9292号单元将优于号单元将优于9

54、595号单元号单元选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCGPCG法。法。此法比波前法计算速度要快此法比波前法计算速度要快1010倍以上（前提是您的计算倍以上（前提是您的计算机内存较大）。对于工程问题，可将机内存较大）。对于工程问题，可将ANSYSANSYS缺省的求解精缺省的求解精度从度从1 1E-8E-8改为改为1 1E-4E-4或或1 1E-5E-5即可即可六、六、Animate菜单菜单 Mode shape：变形模态系列：变形模态系列Deformed shape：结构变形动画：结构变形动画Deformed result：结构变形等值线：结构变形

55、等值线Over time：随时间变化的变形等值线动画：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：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：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：变形等值线切片云图动画Isosurfaces：变形等势面云图动画：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：粒子流动或带电粒子运动的动画系列第四章第四章 动力学分析动力学分析ANSYS动力学分析是用来确定惯性力和阻尼力不可忽略动力学分析是用来确定惯性力和阻尼

56、力不可忽略时的系统动力学特性，研究固有频率，振动，减振及时的系统动力学特性，研究固有频率，振动，减振及瞬态特性瞬态特性动力学控制方程：动力学控制方程： MU+CU+KU=f(t) 其中其中 U U U 为节点位移，速度，加速度为节点位移，速度，加速度 M为质量矩阵为质量矩阵 C 为阻尼矩阵为阻尼矩阵 K 为刚度矩阵为刚度矩阵模态分析即模态分析即f(t)=0的解的解谐响应分析的谐响应分析的f(t),u(t)都为谐函数，如都为谐函数，如xsint瞬态动力学的瞬态动力学的f(t)为时间历程载荷为时间历程载荷动力学建模原则动力学建模原则必须定义密度和弹性模量必须定义密度和弹性模量单位制要严格统一，如使

57、用英制单位，要定义质量密度单位制要严格统一，如使用英制单位，要定义质量密度而不是重力密度而不是重力密度静力学关于形状和网格的东西，动力学一样遵循静力学关于形状和网格的东西，动力学一样遵循关心应力结果的区域须进行详细网格划分，仅关心位移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结果的区域网格可以粗糙些非线性问题在完全瞬态动力学分析中允许使用，在所有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最初的非线性问题将一直保持不变瞬态动力学时间积分步长

58、瞬态动力学时间积分步长T设置原则：设置原则： T 即两个时间点间的时间增量即两个时间点间的时间增量 ，它决定求解的精确，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，个循环子步中， T 至少有至少有20个时刻点应是足够的个时刻点应是足够的 即即 T=1/20(f) f是所关心的最高响应频率，而施加阶梯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，载荷时，为紧紧跟随载荷的阶跃变化， T也许要小到也许要小到和和1/180f相近相近接触分析中接触分析中T =1/30(fc) fc为接触频率为接触频率 f

59、c=1/2(k/m)1/2 m 为有效质量为有效质量 k 为间隙刚度为间隙刚度 各分析类型的简要叙述各分析类型的简要叙述模态分析：模态分析：分析有分析有/无阻尼系统或液固耦合自由振动，哪无阻尼系统或液固耦合自由振动，哪个方向的刚度最小，就最先出现模态个方向的刚度最小，就最先出现模态有预应力时，做静力分析和模态分析必须打开预应力开有预应力时，做静力分析和模态分析必须打开预应力开关，即读入预应力矩阵关，即读入预应力矩阵 位置在求解器位置在求解器Analysis options对话框中对话框中prestress on 开开关关谐响应分析谐响应分析定义：在一个或多个同频率的正弦（简谐）载荷作用下，定义

60、：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确定系统动力响应特性的技术输入特性：输入特性：1.已知大小和频率的谐波载荷（力，压强，已知大小和频率的谐波载荷（力，压强， 强迫位移等）强迫位移等） 2. 同一频率的多种载荷，具有相同或不相同一频率的多种载荷，具有相同或不相 相同的相位相同的相位输出特性：输出特性：1. 每一个自由度上的谐位移通常和施加的每一个自由度上的谐位移通常和施加的 载荷不同相载荷不同相 2. 其他多种导出量如应力和应变等其他多种导出量如应力和应变等谐波载荷描述公式谐波载荷描述公式 Fsin(t+) 其中载荷值大小代表振其中载荷值大小代表振幅幅 F；