有限元10-Ansys系统应用

孟飙2009Ansys系统应用0内容提要Ansys程序简介Ansys程序实例1Ansys程序简介Ansys软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行，从PC机到工作站直至巨型计算机，Ansys文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。Ansys软件多物理场耦合的功能,允许在统一模型上进行各式各样的耦合计算,如：热—流体耦合,磁—电耦合,以及电—磁—流体—热耦合，确保了所有的Ansys用户的多领域多变工程问题的求解。Ansys基于Motif的菜单系统是用户能够通过对话框、下拉菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，为用户使用Ansys提供“导航”。我系的CAE中心已经引进并开始使用了Ansys5.5。2Ansys程序简介1Ansys软件作为一个大型通用的有限元程序,其功能以为全世界公认,Ansys软件特点如下:1）该程序最为显著特点是加入交互式操作方式,即能在分析前用交互式图形为验证模型的几何形状,材料及边界条件。分析之后又能立即用图形交互的检查分析结果。2）该程序提供一个循序渐进的能力表,包括高级结构非线性,电磁场,计算流体力学,设计优化一般接触面,自适应网格划分，大应变,有限转动动能和参数化建模.3）为用户使用本程序提供直观的途径界面,并配有完整的联机声明及帮助系统.供用户完成深入应用课题。4）软件的设计分析和优化功能也可很方便地应用到CAD系统生成的模型上。新增强的功能,使程序更灵活更好用,计算速度更快。3Ansys程序简介2Ansys软件提供了一个不断改进的功能清单，具体包括：1）结构高度非线性仿真2）热分析Ansys热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。包括热传导、热对流及热辐射三种传导方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。热分析用于计算一个系统或部件的温度分布，如热量获取或损失、热梯度、热流密度等。Ansys采用了牛顿-拉普森迭代求解，并为了增强问题的收敛性，提供了自适应下降、线性搜索、自动载荷步、二分法及弧长法等一系列命令。可以计算由大的位移、应变及有限转动引起的结构几何非线性问题、与时间有关的材料非线性问题以及接触引起的状态非线性问题。4Ansys程序简介3）电磁分析4）设计优化Ansys提供了两种优化方法，它们可以处理大多数的优化问题。零阶方法是一个很完美的处理方法，可以很有效的处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。优化中Ansys采用一系列的分析-评估-修正的循环过程，这个过程重复进行直到所有设计满足要求为止。Ansys可分析电磁场的多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力、运动效应、电路和能量损失等。可用于有效地分析下面所列的各类设备：电力发电机、变压器、螺线管传动器、电动机、磁成像系统、图象显示设备传感器、磁悬浮装置、波导、开关等。5Ansys程序简介5）计算流体动力学分析6）利用Ansys参数设计语言（APDL）的扩展宏命令功能APDL有参数、数组参数、表达式和函数、分支和循环、重复和缩写、宏以及用户程序等功能。Ansys程序中的FLOTRANCFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，可解决如下的问题：

作用于气动翼型上的升力和阻力；超音速喷管中的流场；弯管中流体的复杂的三维流动；计算发动机排气系统中气体压力及温度分布；研究管路系统中热的层化及分离；使用混合流研究来估计热冲击的可能性；用自然对流分析估计电子封装芯片的热性能；对含有多种流体的热交换器进行研究。6Ansys程序简介ANSYS程序例题例：

这是一个简单的单一载荷步的直角支架结构静力分析例题，上面左方的孔是被沿圆周完全固定的，一个成锥形的压力施加在下面右端孔的下半圆处大小为由50psi到150psi。已知：如图，支架两端都是直径为2cm的半圆，支架厚度th=0.5cm，小孔半径为1cm，支架拐角是半径为0.4cm的小圆弧，支架是由A36型的钢制成，杨氏模量E=3E7，泊松比为0.27。6cm4cm2cm2cm2×0.8cm0.4cm7Ansys程序简介近似和假设：因为支架在z方向的厚度远小于在x、y方向的尺寸（只有1/2inch厚），而且压力只作用在x-y平面上，所以我们可以有效的把它假设为平面应力来分析。我们近似地运用固体模型来产生一个二维模型，并利用自适应划分网格方法来确定节点和划分网格。下面是根据已知条件进行的完整的计算分析过程，也可以通过观看一步一步的详细计算分析过程，并可以亲自动手跟随我们完成对本题的分析。8Ansys程序简介具体步骤：1建立几何模型生成矩形改变绘图控制重绘矩形将工作面转化成极坐标形式来生成第一个圆端移动工作面来生成第二个圆端面域合并生成圆角线生成圆角面面域合并生成第一个小孔移动工作面来生成第二个小孔减出支架上的小孔保存数据在model.db.里9Ansys程序简介具体步骤：2定义材料属性

定义材料属性

3进行网格划分菜单优化

定义单元类型和选项

定义实常数

平面网格划分

保存数据在mesh.db里

4施加载荷

施加固定铰支

施加压力载荷

10Ansys程序简介具体步骤：5计算求解6计算结果后处理计算解题

利用常用后处理器来查看结果

绘制变形图

绘制vonMises等效应力图列出结果数据

退出ANSYS程序

11Ansys程序实例1.生成矩形1）执行：MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Rectangle

ByDimensions3）按Apply生成第一个矩形-»52342）输入X1=0（注意：按Tab键来选择填充栏目），X2=6，Y1=-1，Y2=1

-»4）输入X1=4,X2=6,Y1=-1,Y2=-3

-»5）按OK生成第二个矩形，并关闭对话框

-»12Ansys程序实例2.改变绘图控制重绘矩形1）执行：UtilityMenu:

PlotCtrls

Numbering3）按OK来改变控制参数，关闭对话框，用replot重绘-»

2）打开面域颜色区分功能-»234）按Toolbar中SAVE_DB保存输入数据13Ansys程序实例3.将工作面转化成极坐标形式来生成第一个圆端1）UtilityMenu:

PlotCtrls

Pan,Zoom,Rotate3）关闭对话框-»

2）点击小圆点一次来放大-»

2367894）UtilityMenu:

WorkPlaneDisplayWorkingPlane(toggleon)5）UtilityMenu:

WorkPlane

WPSettings6）点击Polar

-»7）点击GridandTriad

-»8）输入.1作为跳格尺寸-»9）点OK来使设置生效并关闭对话框-»14Ansys程序实例3.将工作面转化成极坐标形式来生成第一个圆端10）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle12）移动鼠标来控制半径为1，按鼠标左键来生成圆11）选取中心点在WPX=0,WPY=0（如图）11121313）按OK关闭对话框-»14）存盘Toolbar:

SAVE_DB15Ansys程序实例4.

移动工作面来生成第二个圆端1）Menu:

WorkPlane

OffsetWPto

Keypoints

3）拾取矩形右下角点2）拾取矩形左下角点23674）按OK关闭拾取采单5）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle6）拾取中心点（X=0，Y=0）7）移动鼠标使半径为1按左键生成圆8）按OK关闭拾取采单9）存盘Toolbar:

SAVE_DB16Ansys程序实例5.

面域合并1）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Add

Areas

2）选取所有的面域相加

-»

23）按OK关闭拾取采单4）存盘Toolbar:

SAVE_DB17Ansys程序实例6.

生成圆角线1）UtilityMenu:

PlotCtrls

Numbering2）打开直线颜色区分功能-»

233）按Ok来保存修改并关闭对话框，自动重绘

-»4）用UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleoff)

来关闭坐标显示18Ansys程序实例6.

生成圆角线5）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Lines-LineFillet

6）拾取直线17和86L17L8897）按OK结束拾取8）输入.4作为半径大小-»9）按OK生成一端圆弧关闭对话框-»10）重绘曲线UtilityMenu:PlotLines19Ansys程序实例7.

生成圆角面1）利用UtilityMenu:

PlotCtrls

Pan,Zoom,Rotate

来调整图象大小、位置和角度2）点一下Zoom钮

-»

233）移动鼠标到圆弧处，点左，把鼠标移走，再点一下20Ansys程序实例7.

生成圆角面4）MainMenu:

Preprocessor

Create

-Areas-Arbitrary

ByLines

5）选中直线4，5和1785L1L4L56）按OK生成面域关闭拾取对话框7）点击Fit按钮

-»10）存盘Toolbar:

SAVE_DB8）关闭thePan,Zoom,Rotate

图象调节对话框

-»9）重绘面域

UtilityMenu:

Plot

Areas21Ansys程序实例8.

面域合并1）Mainmenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Add

Areas2）选取全部面域相加-»

23）存盘Toolbar:

SAVE_DB22Ansys程序实例9.

生成第一个小孔1）用UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleon)打开坐标显示2）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle3）选取中心点（X=0，Y=0）4）移动鼠标使半径为.4，点左边生成小圆5）按OK关闭拾取对话框23Ansys程序实例10.

移动工作面来生成第二个小孔1）用UtilityMenu:

WorkPlane

OffsetWPto

GlobalOrigin

由极坐标转换成标准坐标2）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle3）选取中心点（X=0，Y=0）4）生成半径为.4的小圆5）UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleoff)

关闭坐标显示6）重绘线Plot

Lines24Ansys程序实例11.

减出支架上的小孔1）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Subtract

Areas

布尔操作面域相减2）选取支架作为被减面域2443）点拾取采单中Apply钮4）拾取两个小孔作为减去面域5）按OK来减孔并关闭对话框6）存盘Toolbar:

SAVE_DB25Ansys程序实例12.

保存数据在model.db里这时我们要把数据保存到文件里，为了表示还没有划分网格，我们叫它model.db。1）UtilityMenu:

File

SaveAs

232）输入model.db

作为数据文件名-»3）按OK保存数据并关闭对话框-»26Ansys程序实例13.

定义材料属性这里我们根据已知输入材料属性：E和泊松比。1）利用MainMenu:

Preprocessor

MaterialProps

-MaterialModels-Structural/Linear/Blastic/Isotropic

2）当我们定义一种材料之后按OK

-»3）输入30e6为E

-»4）输入.27在PRXY栏中-»5）按OK使修改生效并关闭对话框

-»3427Ansys程序实例14.

菜单优化1）MainMenu:

Preferences

232）点击structural选项-»3）按OK使修改生效并关闭对话框-»28Ansys程序实例15.

定义单元类型和选项1）MainMenu:

Preprocessor

ElementType

Add/Edit/Delete

23332）添加一种单元类型-»3）选择8-nodedquad(PLANE82)

单元按OK-»29Ansys程序实例15.

定义单元类型和选项4564）在PLANE82单元的Options选项中定义参数

-»5）选择薄板平面应力作为单元特征，按OK-»6）关闭单元对话框

-»30Ansys程序实例16.

定义实常数24561）MainMenu:

Preprocessor

RealConstants2）添加一类实常数-»3）选PLANE82按OK4）在厚度项上填入.5

-»5）按OK使修改生效并关闭对话框-»6）关闭实常数对话框

-»7）详细数据填写要请参照帮助31Ansys程序实例17.

平面网格划分122341）MainMenu:

Preprocessor

Meshing-MeshTool开网格划分对话框2）设置网格尺寸键入0.5按OK-»3）选择Area网格选项-»4）点Mesh按钮

-»5）选取整个进行网格划分6）关闭网格划分对话框-»32Ansys程序实例18.保存数据在mesh.db里2这时我们要把数据保存到文件里，为了表示已经划分网格，我们叫它mesh.db。1）UtilityMenu:

File

SaveAs2）输入mesh.db

作为数据文件名-»3）按OK保存数据并关闭对话框-»33Ansys程序实例19.施加固定铰支24561）MainMenu:

Solution

-DefineLoads-Apply

-Structural-Displacement

OnLines2）选取4条左边孔上的弧线(L分别是线10,9,11,12)3）按OK4）点AllDOF选项

-»5）输入0作为完全固定铰支-»6）按OK施加固定铰支-»7）重绘线UtilityMenu:

Plot

Lines8）存盘Toolbar:

SAVE_DB34Ansys程序实例20.施加压力载荷234561）MainMenu:

Solution-DefineLoads-Apply

Pressure

OnLines2）选取线63）按Apply

-»4）value中输入50-»5）optionalvalue中输入500-»6）按Apply

-»7）选线78）按Apply

-»9）Value中输入500

-»10）Optionalvalue中输入50-»11）按OK

-»12）存盘Toolbar:

SAVE_DB35Ansys程序实例20.施加压力载荷79101136Ansys程序实例21.计算解题2451）MainMenu:

Solution

-Solve-CurrentLS2）查看状态窗，选择3）FileClose

来关闭状态窗-»4）按OK开始计算求解-»5）计算结束，关闭数据窗-»37Ansys程序实例22.利用常用后处理器来查看结果

23.绘制变形图

231）MainMenu:

General

Postproc

-ReadResults-FirstSet

1）MainMenu:

GeneralPostproc

PlotResults

DeformedShape2）选择Def+undeformed项

-»3