第一章ANSYS入门及应用绪论

ANSYS入门及应用2023/2/6ANSYS入门及应用结构分析方法汇总1力法2位移法3糖葫芦串方法4有限差分法5有限单元法6试验方法7混合法8边界单元法2023/2/6ANSYS入门及应用结构分析方法汇总糖葫芦串方法糖葫芦串方法是一种沿用较久应用比较广泛的简单方便的方法。糖葫芦串法就是将某个建筑结构物的所有竖向构件简化为一个一维的竖向悬臂梁，而将各层不同的标高处的所有水平向构件简化为集中质量分布于悬臂梁上，形如插在地上的糖葫芦串，然后应用位移法或力法建立地震与动力方程再进行求解，并进行地震随机反应分析与研究。糖葫芦串方法应用效果研究：这种方法确实是一种简单方便的研究方法，但是，无论哪一种建筑结构，一般都属于三维空间力系，简化为二维平面时就已丧失了空间力系的力学特性及变形特征，再简化为一维悬臂梁又丧失了平面力系的力学特性及变形特征，再由于力法或位移法的高阶线形代数方程组的简化，可想而知，这种糖葫芦方法是何等的粗糙，与建筑结构的真实变形状态和实际力学特性相差就更远了。2023/2/6ANSYS入门及应用结构分析方法汇总有限差分法有限差分法是对连续体作"数学"上近似的较为一般的数值方法，亦是长期沿用的复杂繁琐的又传统经典的一种方法，有限差分法之所以是数学上的近似，主要就是将所需求解的振动微分方程式根据微分原理以近似的有限差分式来代替，亦即将其变成一组有限个线形代数方程式，其未知数的个数等于要决定的方程式的数目，不同类型的问题可用不同形式的离散点来建立不同形式的格网进行求解，但其置换的法则有多种，可任意取其中的一种。有限差分法应用效果评论：对于某一个受力构件用有限差分法来近似研究或计算时，差分的误差值与所取得网格点的多少密切相关，格点愈少误差值愈大；格点愈密误差值愈小，可是构成这个方程组的线形代数方程式就愈多，相应的计算量就愈大；然而，对于一幢庞大的建筑物而言，有大量的梁、柱、墙和其他构件，需建立大量的方程组，而每组又包括极多的代数方程式，其工作量和计算量相当可观，这还只是结构的二维问题。对于三维问题不仅力学问题相当复杂，而且计算问题也相当困难，所以，有限差分法的近似性和粗糙性以及难易性更是可想而知了。

2023/2/6ANSYS入门及应用结构分析方法汇总边界单元法边界单元法同有限元法一样也是将对连续体作"物理"上近似的计算方法。与有限元法不同的是有限元法是将整个连续体进行剖分，而边界元是将连续体的边界进行剖分，内部可以通过理论推导可以精确满足，是一种半解析半数值得近似方法。边界单元法应用效果评论：边界单元法和有限单元法一样是人为的将一个构件连续体的边界分割成有限多个边界元，只有将边界元分割的充分小而又相当多的时候，建立高阶线性方程组并进行求解与计算，才能较真实地近似体现这一构件的动力特性及变形特征。如果将单元分割的充分大而又相当的少，就会导致这近似性很差，使建筑结构实际动力特性与变形特性的计算结果失真。但是，由于采用了基本解，使连续体内部的位移和应力可以精确满足，这样就大大提高了解的精度。同时由于只对边界进行剖分，未知数的数目比有限元法少的多，计算量会大大减少。但是由于其基本解对于各个问题都不一样而且不易找出，所以其应用范围受到了很大的局限。加之它的系数矩阵是满秩矩阵，求解方程的时候累积误差较大，而且在求解系数矩阵的过程中，奇异积分经常出现导致方程组出现病态，所以目前应用较少。2023/2/6ANSYS入门及应用常见的结构分析通用有限元程序■ABAQUS它本身没有前后处理，国内其前后处理主要借助于Patran软件，这也是发展其用户致命的弱点，到90年代中后期，才开始其前后处理软件的开发，也就是现在的ABAQUS-CAE/Viewer,但是有某些原来的参数引入不进其CAE中，某些参数主要是涉及到岩土工程中的某些参数，ABAQUS5.8.14的命令行可以全部引入，但其CAE中不行，但对于机械行业、板筋成形方面一点没有问题。本身ABAQUS软件的开发一开始就是基于高度非线性问题，其理论性较强，专业性较强，要求用户背景知识的起点较高，加上“以前”又没有自己的前后处理功能，其微机版的问世也比其它软件晚，没有高校培养计划……因此，导致其用户较少。2023/2/6ANSYS入门及应用常见的结构分析通用有限元程序单从在结构方面的应用ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS的功能1).如果做接触问题，选择软件的顺序为Abaqus、Adina、Marc和Ansys，接触问题本身就是一个高度非线性问题，前三者本身就是基于高度非线性问题而开发的，从建立接触对(因为接触对中按材料硬度可分硬－硬、硬－软、软－软，如果相同硬度，那么那个接触体谁大、谁小，那个是凸面、那个是凹面等来确定谁是接触面、谁是目标面等考虑)的方便程度和收敛程度为以上顺序。2023/2/6ANSYS入门及应用常见的结构分析通用有限元程序2).如果对结构要做结构优化设计或拓扑优化设计，那么Ansys最强，Ansys软件中直接有优化设计模块，是单目标优化设计，设计变量有结构尺寸变量和状态变量(如某些地方的某种应力不能超过某一值，或某一变形不能超过多少)，优化结构变量写入APDL程序中，如果对APDL程序不是很熟悉，那么可以通过Ansys软件界面菜单完成建模和目标变量和设计变量设置，然后把所有操作过程写入*.log或*.lgw文件中，它们是文本文件，以APDL程序保存的，用记事本等调出此*.log文件进行整理，整理出循环迭代结构，另存文件名，在菜单中执行优化模块时，直接调此文件，一次性优化出结果。其它几个软件中没有结构优化设计模块，但也可以通过自己编写个小程序，用MARc、Adina和Abaqus对结构进行优化设计，但首先要熟悉如何取某节点或某单元的结果数据，使其在设计范围内寻求最优。2023/2/6ANSYS入门及应用常见的结构分析通用有限元程序3).如果从界面菜单上建模方面来讲，目前Adina、Abaqus与Ansys旗鼓相当，MARC最弱，甚至前两者超过ANSYS软件的建模，Adina-m和Abaqus/CAE的建模方式是基于现代CAD的建模方式(如类似Pro/E、UG、Solidwork等，其蒙皮技术、复杂曲面扫描技术远强于ANSYS)。4).如果从编程序建模，那么Ansys最强，因为它有自己的APDL程序语言，所有结构尺寸都可以参数化，这也是其率先开发结构优化设计和拓扑优化设计模块的基础。Marc也有一个python,但很不好用。Adina可以在Adina-in准备文本模型文件，但不能设置变量参数，可以通过文本编辑处理模型数据。Abaqus与Adina一样，可以编辑输入模型文件参数。2023/2/6ANSYS入门及应用常见的结构分析通用有限元程序5).如果从结构网格划分的方便程度来讲(这里不指自由网格划分)，设置网格线、面、体的分段数和质量较好的映射网格方面，这几个软件的排序是Abaqus、Ansys、Adina和Marc。6).从用于教学方面，只有Ansys(<2000节点)和Adina有教学版(900节点)。2023/2/6ANSYS入门及应用有限元分析(FEA)方法有限元分析(FEA)有限元分析是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。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。定义13有限元模型真实系统有限元模型

有限元模型

是真实系统理想化的数学抽象。定义14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

方向 自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ15节点和单元节点:

空间中的坐标位置，具有一定自由度和

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、面或实体以及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16节点和单元节点自由度是随连接该节点

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,UZ17ANSYS分析简介ANSYS软件主要包括三个模块：前处理模块（preprocessor）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块（solution）分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块（GeneralPostprocandTimeHistPostproc）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。2023/2/6ANSYS入门及应用ANSYS分析简介ANSYS有两种模式：交互模式（InteractiveMode）交互模式即用户图形界面（GUI）操作，这种模式比较适用初学者，操作过程就像使用office程序一样，简单明了，不需记忆太多的程序命令，针对一般的简单模型，采