ANSYS10.0结构分析从入门到精通-绪论

ANSYS10.0结构分析从入门到精通主讲人:徐红玉2023/2/6ANSYS简介ANSYS公司

美国，成立于1970年总部位于

Canonsburg,PA-USA(匹兹堡南部)2023/2/6ANSYS支持销售商(ASDs)ANSYS销售、支持网络遍布世界共有75个办事处ANSYS地区级专家咨询及培训ANSYS主页：

ANSYS-CHINA(安世亚太):.cn2023/2/6ANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpaceANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/MultiphysicsANSYS/FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/MechanicalANSYS的产品家族2023/2/6ANSYS系列产品简介ANSYS是一个完整的协同仿真软件包，它适合世界范围各个工程领域的工程师们使用。构成协同仿真环境的CAE产品包括：结构分析体系电磁场分析体系流体分析体系行业化定制模块仿真模型建造系统设计人员快捷分析工具多目标快速优化工具客户化开发平台ANSYS在部分工业领域中的应用如下：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械2023/2/6结构分析体系MechanicalLS-DYNAFE-SAFEVirtualMotion2023/2/6Mechanical－－以强大的结构非线性著称的机械模块，结构及热分析模块

2023/2/6LS-DYNA：以强大的碰撞、冲击、爆炸、穿甲模拟能力著称的显式模块

2023/2/6FE-SAFE：高级疲劳分析专用软件，提供了丰富的材料疲劳特性数据库，强大载荷历史组合功能可处理任意复杂工况，细致的功能和多轴疲劳算法

2023/2/6VirtualMotion：机构动力学分析模拟模块2023/2/6电磁场分析体系EMAGFEKO2023/2/6EMAG

：FEM法高低频电磁分析模块

2023/2/6FEKO：MOM法高频电磁分析模块

同轴电缆中的电场(EFSUM)2023/2/6流体力学分析体系CFXCart3DBladeGenTurboGrid2023/2/6CFX：高级流体动力学分析专用软件

2023/2/6Cart3D：飞行器外流快速分析专用软件

2023/2/6BladeGen：交互式涡轮机械叶片专用设计工具TurboGrid：涡轮叶栅通道网格划分系统

2023/2/6行业化定制模块DesignSpace：快捷分析工具DesignXplorer：快捷优化工具Fatigue：快捷疲劳分析工具2023/2/6仿真模型建造系统WorkbenchEntironment：协同仿真DesignModeler：实体建模AIEntironment：CAE网格雕塑ICEMCFD：CFD网格雕塑2023/2/6设计人员快捷分析工具箱DesignXplorer：基于实验设计技术优化工具DesignXplorerVT：基于变分技术优化工具2023/2/6多目标快速优化工具CivilFEM:土木工程专用DYNAFORM：板成形仿真专用VPG：汽车虚拟试验场专用Sysnoise：声学分析专用DropTest：跌落仿真专用MEMSPro：MEMS设计、分析工具2023/2/6客户化开发平台ANSYSWorkbenchSDK2023/2/6有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。定义历史典故结构分析的有限元方法是由一批学术界和工业界的研究者在二十世纪五十年代到二十世纪六十年代创立的。有限元分析理论已有100多年的历史，是悬索桥和蒸汽锅炉进行手算评核的基础。ANSYS理论基础(有限元法)简介模拟设计载荷条件并确定设计对这些条件的响应设计利用离散的结构块称为单元来建模每一个单元都有精确的方程来描述它如何对一定载荷的响应模型中所有单元的响应之和给出设计的总响应单元具有有限数目的未知量,因此称为有限单元有限元分析(FEA)2023/2/6

几何体

载荷

物理系统结构热电磁物理系统举例2023/2/6有限元模型真实系统有限元模型有限元模型

有有限数目的未知量,是对真实物理系统响应的近似,是真实系统理想化的数学抽象。2023/2/6为何需要有限元?减少样机测试数量计算机模拟允许多个设计构想快速有效地进行测试模拟不适合于进行样机测试的设计例如:外科手术移植,如人造膝盖基本着眼点:节约成本节省时间…缩短产品推向市场的周期!创造更可靠,更高质量的设计2023/2/6自由度（DOFs）自由度(DOFs)

用于描述一个物理场的响应特性。结构DOFs结构 位移热

温度电 电位流体压力

磁 磁位学科领域 自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ2023/2/6节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度并存在相互物理作用。单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体或者二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。载荷载荷节点和单元2023/2/6节点和单元(续)

每个单元的特性是通过几个线性方程式来描述的。作为一个整体，有限个单元形成了整体结构的数学模型尽管梯子的有限元模型低于100个方程（即自由度），然而在今天一个小的ANSYS分析就可能有5000个未知量，矩阵可能有25，000，000个刚度系数。2023/2/6节点和单元(续)信息是通过单元之间的公共节点传递的。分离但节点重叠的单元A和B之间没有信息传递（需进行节点合并处理）具有公共节点的单元之间存在信息传递

...AB........AB...1node2nodes2023/2/6节点和单元(续)节点自由度是随

单元类型变化的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三维杆单元(铰接)UX,UY,UZ三维梁单元二维或轴对称实体单元UX,UY三维四边形壳单元UX,UY,UZ,三维实体热单元TEMPJPOMNKJIL三维实体结构单元ROTX,ROTY,ROTZROTX,ROTY,ROTZUX,UY,UZ,UX,UY,UZ2023/2/6单元形函数FEA仅仅求解节点处的DOF值。单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值计算单元内所有点处DOF值的方法。因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。2023/2/6真实的二次曲线.节点单元线性近似

(不理想结果).2单元形函数(续)节点单元DOF值二次分布..1节点单元线性近似(较理想的结果)真实的二次曲线.....3节点单元二次近似(接近于真实的二次近似拟合)

(最理想结果)..42023/2/6单元形函数(续)遵循:

DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的平均值与实际情况吻合得很好这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的（如，结构应力，热梯度）。如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs，就不能很好地得到导出数据，因为这些导出数据是通过单元形函数推导出来的。2023/2/6单元形函数(续)遵循原则:

当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并接受该种单元类型所假定的单元形函数。在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必须确保分析时有足够数量的单元和节点来精确描述所要求解的问题。2023/2/6ANSYS分析的基本过程ANSYS分析过程包含3个主要步骤:

前处理加载并求解后处理2023/2/6前处理创建实体模型及有限元模型创建ANSYS模型的4种途径：(1)在ANSYS环境中创建实体模型并划分有限元网格；(2)在其它软件(如CAD、UG、Solidwork)创建实体模型，然后读入ANSYS环境中，经过修改后划分有限元网格；(3)在ANSYS环境中直接创建节点和单元；(4)在其它软件中创建有限元模型，然后将节点和单元数据读入ANSYS.2023/2/6加载并求解加载类型(1)自由度(DOF):位移、温度、磁势；(2)面载荷(线载荷)：压力、热对流、麦克斯韦尔表面；(3)体积荷载：体积膨胀和内生成热、磁流密度；(4)惯性载荷：重力、加速度。2023/2/6加载并求解求解前的检查(1)单元类型和选项、材料性质参数、实常数以及统一的单位制；(2)单元实常数和材料类型设置、实体模型的质量特性；(3)确保模型中没有不应存在的缝隙；(4)壳单元法线、节点坐标系；(5)集中荷载和体积荷载、面荷载的方向；(6)温度场的分布和范围、热膨胀分析的参考温度。2023/2/6后处理通用后处理器(POST1):用于观看整个模型在某一时刻的结果；(2)时间历程后处理器(POST26):用于观看模型在不同时间段或子步上的结果，常用于处理瞬态分析和动力学分析的结果。2023/2/6ANSYS10.0－ED的安装ANSYS10.0教学版包含有ANSYS结构、热、计算流体动力学、电磁、高速高度非线性(ANSYS/LS-DYNA)模块。求解规模及建模规模限制：Max.NodeNo.:

1,000

Max.h-ElementNo.:

500

Max.CFDElementNo.:

2,000

Max.LFEmagElementNo.:

1,000

MaxHFEmagElementNo.:

5,000

Max.p-ElementNo.:

100Max.Keypoint

No.:

100Max.LineNo.:

100Max.AreaNo.:

50Max.VolumeNo.:

102023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6直接进入用户界面产品选择界面协同仿真环境ANSYS10.0－ED的启动2023/2/62023/2/62023/2/6选择ANSYS的工作目录，ANSYS所有生成的文件都将写在此目录下.缺省为上次运行定义的目录。选择ANSYS产品选择模拟环境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file2023/2/6设定ANSYS工作空间及数据库大小选择ANSYS语言如果配置了3D显卡则选择3D选择Run，运行ANSYS2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6ANSYS10.0的安装与启动1.将ansys10.0安装文件中MAGNiTUDE

文件夹(包括其所有的文件复制)copy到桌面上；按安装文件中

Autorun界面上最下面的一个按钮；或安装文件中的WinHostId

可执行文件。弹出如下图界面。安装步骤2023/2/62.用记事本打开桌面上“MAGNiTUDE”文件夹下的ansys(.dat)对于第一行“SERVERhost0000000000001055”，用前面界面上的hostname的值代替上述“host”，用flexid的值代替“000000000000”保存。

比如某人hostname为“iwantppmm”flexid为“888888888888”

则他的第一行改为：

SERVERiwantppmm8888888888881055

另：系统默认装在c盘，安装后占的空间大概为1.4G.如果不把ANSYS装在C盘上，还要将第二行中那个路径前面的盘符改掉,建议按默认的路径安装。2023/2/63.运行keygen.bat，确保桌面上出现license.dat。

4.安装ansys和flexlm,在安装flexlm时，需Browsertothelicense.dat,将license的

路径指向你的license.dat的位置，

完成!!!!!

注意：

在安装完ansys时，它默认继续安装flexlm，

随后的第一个对话框是license模式之类的对话框，默认是否，为了能够使用下面的

说明，一定要选是。简单的记为只要出现对话框（两个）就选是。

2023/2/65.设置环境变量

右击我的电脑---属性——高级——环境变量----系统变量（注：不是用户变量）—

—新建变量名：ANSYSLMD_LICENSE_FILE

变量值：1055@name(注：name是你的计算机名称)

6.Copy生成的license.dat文件到：

c:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\下7.从开始>程序>ANSYSFLEXlLicenseManager运行FLEXlmLMTOOLSUtility，进行如下设置：

（见页下图示）2023/2/62023/2/6(1)从configservices中将三个文件的地址从目录中寻找出来:

C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\Lmgrd.exe

C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\license.dat将这个目录直接拷贝到第三个栏里C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\intel（注：这个常常只指明路径就行，不用找）然后点击saveservice；2023/2/62023/2/6(2)从start/stop/reread运行stopserver然后再startserver.2023/2/69.从开始>程序>ANSYS10>ANSYS启动软件一切OK！恭喜您安装成功！！！！2023/2/62023/2/6ANSYS10.0界面介绍输出窗口显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。2023/2/6应用命令菜单（UtilityMenu）：包含各种应用命令，如文件控制（File）、对象选择（Select）、资料列式（List）、图形显示（Pplot）、图形控制（PlotCtrls）、工作界面设定（WorkPlane）、参数化设计（Parameers）、宏命令（Macro）、窗口控制（MenuCtrls）及辅助说明（Help）等。在分析过程的任意时刻都可以执行这些命令；状态栏ANSYS主菜单ANSYS工具栏标准工具栏ANSYS实用菜单ANSYS命令输入窗口ANSYS图标按钮图形窗口2023/2/6ANSYS主菜单：主菜单中包括ANSYS主要的功能，例如预处理，求解和后处理等，如图所示。主菜单按树形结构分类组织，级联菜单可以展开、折叠。GeneralPostproc(通用后处理):对应ANSYS命令：/POST1，进入通用后处理器。可以以不同形式(比喻云图、数据表)查看整个模型或选定的部分模型，在某一时间（或频率）上针对特定载荷组合时的结果数据。Preference(过滤参数设置)：可以设置图形界面的过滤类型使之符合某一种选定的分析类型，这些类型有Structural(结构分析)、Thermal(热分析)、ANSYSFluid(流体分析)等。如选取Structural，则ANSYS的主菜单只出现适合结构分析的单元类型和菜单选项等。Preprocessor(预处理)：对应ANSYS命令：/PREP7，进入预处理器。建立模型、网格划分以及施加载荷均在预处理中完成。Solution(求解)：对应ANSYS命令：/SOLU。在求解器菜单中可以设定求解类型(Analysistype)选项、载荷(Loads)、载荷步(loadstep)以及具体执行求解命令。2023/2/6ANSYS输出文件

ANSYS广泛采用文件来存储和恢复数据，这些文件被命名为filename.ext，这里的文件名为默认的作业名，ext表示文件的内容。默认的作业名是在进入ANSYS软件时设定的，也可以在进入ANSYS后指定（在命令输入窗口中输入/FILENAME命令或实用菜单中选择File|ChangeJobname命令）ANSYSLog文件ANSYS数据库ANSYS输出文件类型2023/2/6ANSYS数据库ANSYS运行时在内存中维护着一个数据库，这个数据库包括模型数据、有限元网格数据、载荷数据、结果数据等所有的ANSYS支持的对象的数据信息。在任意的处理器中，ANSYS使用和维护着同样一个数据库，用户所作的一切工作，其结果都会被存入数据库中。因为这个数据库包括了所有的输入数据，因此有必要经常保存以备出错时恢复。由于保存与恢复数据时，作业名并不改变，建议如下操作：（1）针对每一个问题设置不同的作业名和工作文件夹；（2）分析求解过程中，每隔一段时间存储一次数据库文件（3）存储数据库文件时从实用菜单中选择File|Saveas，换个文件名保存，选择File|Resumefrom命令可从当前备份的某个数据库文件恢复。清除内存中ANSYS正在使用的数据库，从而得到一个空白数据库选择File|Clear&StartNew命令。2023/2/6ANSYSLog文件

ANSYSLog文件是在ANSYS运行过程中自动生成的Jobname.log，它记录了从ANSYS运行以来所执行的一切命令，包括GUI界面操作和输入窗口直接输入的合法命令。

用途：Log文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，可以通过编辑得到分析过程的命令流。例如通过改变一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化分析和建模。

ANSYS读入命令流的菜单命令是：File|Read