有限元理论与技术分析实用教案

1、会计学1有限元理论与技术有限元理论与技术(jsh)分析分析第一页，共24页。第1页/共24页第二页，共24页。第2页/共24页第三页，共24页。第3页/共24页第四页，共24页。图 9-1 3种总体坐标系总体坐标系用于定位(dngwi)几何实体的位置，是一个绝对的参考系。ANSYS提供了三种总体坐标系：笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、球坐标系，三种坐标系都是右手系，它们有共同的原点全局原点。在默认情况下，ANSYS使用笛卡儿坐标系。第4页/共24页第五页，共24页。笛卡儿坐标系（笛卡儿坐标系（Cartesian CS）：为直角坐标）：为直角坐标(zh jio zu bio)系，坐标系号系，坐标系号0

2、，坐标，坐标(x,y,z)。圆柱坐标系（圆柱坐标系（Cylindrical CS）：坐标系号）：坐标系号1，坐标，坐标(r, ,z)。球坐标系球坐标系(Spherical CS): 坐标系号坐标系号2，坐标，坐标(r, , )。圆柱圆柱Y坐标系（坐标系（Cylindrical Y CS）：坐标系号）：坐标系号5，坐标，坐标(r, ,y)。这种坐标系与坐。这种坐标系与坐标系标系1类似。类似。可以使用可以使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令对各种全局坐命令对各种全局坐标系进行切换。标系进行切换。第5页/共24页第六页，共24页。用户可以根据需要，

3、建立自己的坐标系，称为局部坐标系。局部坐标系的坐标系号大于10，一旦某个局部坐标系被定义，它立即成为活跃坐标系。局部坐标系的种类有笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、球坐标系和环坐标系，前3种比较常用(chn yn)，环坐标系十分复杂，一般不用。定义局部坐标系的方法(fngf)有：在当前工作平面原点定义局部坐标系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt WP Origin。通过3个关键点定义局部坐标系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSB

4、y 3 Keypoints。通过3个节点定义局部坐标系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSBy 3 Nodes。通过在工作平面上拾取点定义局部坐标系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt Specified Loc。第6页/共24页第七页，共24页。尽管定义了多种坐标系，但任一时刻只能有一个是活跃的。把某一个 坐 标 系 激 活 为 活 跃 坐 标 系 ， 可 使 用 U t i l i t y MenuWorkPlaneCh

5、ange Active CS to命令。某一个坐标系成为活跃坐标系后，如果未做改变，则一直处于活跃状态。需要(xyo)注意的是，不论活跃坐标系的种类如何，ANSYS总是以x、y、z来标识3个坐标。第7页/共24页第八页，共24页。在默认情况 ，ANSYS对节点和关键点列表时，显示的总是直角坐标系下的坐标。如果要显示节点和关键点在其它坐标系下的坐标，需要(xyo)改变显示坐标系。改变显示坐标系使用命令Utility MenuWorkPlaneChange Display CS to。改变显示坐标系也会对实体显示产生影响，如果没有特殊需要(xyo)，在使用实体创建、绘图命令之前，应将显示坐标系改变

6、为全局直角坐标系。第8页/共24页第九页，共24页。节点坐标系用于定义每个节点的自由度和节点载荷的方向。以下输入数据是在节点坐标系下定义的：自由度约束、集中力、主自由度、从自由度、约束方程；在POST26后处理器中，以下输入数据是在节点坐标系下定义的：自由度解、节点力、支反力；在POST1后处理器中，所有数据都是在结果坐标系定义。旋转节点坐标系方向的方法有：将节点坐标系旋转到当前(dngqin)活跃坐标系的方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Active CS。按给定的旋转角度旋转节点坐标系，Main Menu

7、PreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Angles。直接设置节点坐标系的3个坐标轴方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Vectors。将节点坐标系旋转到面或线的法线方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Surf Norm。第9页/共24页第十页，共24页。单元坐标系用于定义各向异性材料的特性的方向、施加表面载荷的方向、单元结果的输出方向等。所有单元坐标系都是右手直角坐标系。

8、多数单元坐标系的默认方向按如下规则：1) 线单元的x方向是从该单元的节点I指向节点J。2) 壳单元的x方向是从节点I指向节点J；z轴垂直于壳表面，正向由I、J和K节点按右手定则确定，y轴垂直于x轴和z轴。3) 二维和三维实体单元的单元坐标系通常(tngchng)平行于全局直角坐标系。有些单元不符合这些规则，具体情况参见ANSYS帮助文档。在定义单元类型时，可以通过其选项选择采用的单元坐标系。大变形分析时，单元坐标系随着单元的刚性旋转而旋转。第10页/共24页第十一页，共24页。计算结果中的初始(ch sh)和节点解定义在节点坐标系上，导出或单元解定义在单元坐标系上。但是，不论计算结果定义在节点

9、坐标系上还是单元坐标系上，结果数据总是旋转到结果坐标系上显示，默认的结果坐标系为全局直角坐标系。可以使用Main MenuGeneral PostprocOptions for Outp命令将结果坐标系改变为其它坐标系。需要注意的是，有的单元结果数据总是在单元坐标系上定义并显示。大变形分析时，单元坐标系随着单元的刚性旋转而旋转。结果显示时，各应力、应变和其它导出的单元数据也将包含刚性旋转效果。第11页/共24页第十二页，共24页。工作(gngzu)平面是一个二维绘图平面，它主要用于创建实体时的定位和定向。在一个时刻只能有一个工作(gngzu)平面，工作(gngzu)平面的位置和方向可以改变。默

10、认的情况下，工作(gngzu)平面为全局直角坐标系的xy平面，工作(gngzu)平面的x轴、y轴和原点与全局直角坐标系的x轴、y轴和原点重合。与工作(gngzu)平面相对应，有一个工作(gngzu)平面坐标系，坐标系号为4。有关工作(gngzu)平面的操作如下：1) 显示工作(gngzu)平面，Utility MenuWorkPlaneDisplay Working Plane。2) 设置工作(gngzu)平面，包括工作(gngzu)平面的坐标系、捕捉、栅格等，Utility MenuWorkPlaneWP Settings。3) 偏移和旋转工作(gngzu)平面，Utility MenuWo

11、rkPlaneOffset WP by IncrementsUtility MenuWorkPlaneOffset WP toUtility MenuWorkPlaneAlign WP with。第12页/共24页第十三页，共24页。第13页/共24页第十四页，共24页。n创建单元类型创建单元类型 (Define the element types )n定义材料特性定义材料特性 (Define material properties)n创建矩形面创建矩形面 (Create the rectangular)n划分单元划分单元 (Generate area mesh)n旋转挤出体（旋转挤出体（Op

12、erate Extrude）n旋转工作平面旋转工作平面(pngmin) (Offset WP by Increment)n创建局部坐标系（创建局部坐标系（Create Local CS）n施加约束施加约束 (Applied displacement)n施加载荷施加载荷 (Applied force)n求解求解 (Obtain solution)n查看结果查看结果 (Review result plot path graph)第14页/共24页第十五页，共24页。第15页/共24页第十六页，共24页。第16页/共24页第十七页，共24页。第17页/共24页第十八页，共24页。第18页/共24页第十九页，共24页。第19页/共24页第二十页，共24页。/POST1PLDISP,1RSYS,11NSEL,S,LOC,Z,0.045NSEL,R,