第六章有限元软件介绍课件

第六章ANSYS程序应用ANSYSANSYS程序和计算例题第六章ANSYS程序应用ANSYS1算法与有限元软件

从二十世纪60年代中期以来，大量的理论研究不但拓展了有限元法的应用领域，还开发了许多通用或专用的有限元分析软件。理论研究的一个重要领域是计算方法的研究，主要有：大型线性方程组的解法，非线性问题的解法，动力问题计算方法。目前应用较多的通用有限元软件如下表所列：软件名称简介MSC/Nastran著名结构分析程序，最初由NASA研制MSC/Dytran动力学分析程序MSC/Marc非线性分析软件ANSYS通用结构分析软件ADINA非线性分析软件ABAQUS非线性分析软件另外还有许多针对某类问题的专用有限元软件，例如金属成形分析软件Deform、Autoform，焊接与热处理分析软件SysWeld等。算法与有限元软件从二十世纪60年代中期以来，大量的理2有限元应用实例有限元法已经成功地应用在以下一些领域：固体力学，包括强度、稳定性、震动和瞬态问题的分析；传热学；电磁场；流体力学。转向机构支架的强度分析（用MSC/Nastran完成）有限元应用实例有限元法已经成功地应用在以下一些领域：转向机构3有限元应用实例金属成形过程的分析（用Deform软件完成）分析金属成形过程中的各种缺陷。型材挤压成形的分析。型材在挤压成形的初期，容易产生形状扭曲。

螺旋齿轮成形过程的分析有限元应用实例金属成形过程的分析（用Deform软件完成）型4有限元应用实例T形锻件的成形分析有限元应用实例T形锻件的成形分析5有限元应用实例结构与焊缝布置焊接残余应力分析（用Sysweld完成）

焊接过程的温度分布与轴向残余应力有限元应用实例结构与焊缝布置焊接残余应力分析（用Syswe6有限元应用实例热处理过程的分析

BMW曲轴的感应淬火（InductionquenchingofcrankshaftsatBMW，用SysWeld软件完成）在曲轴表面获得压应力，可以提高曲轴的疲劳寿命。

曲轴的有限元模型有限元应用实例热处理过程的分析

曲轴的有限元模型7有限元应用实例有限元模型的局部有限元应用实例有限元模型的局部8有限元应用实例沿网格线52的残余应力分布，红线为预测的轴向应力与径向应力之差，黑点为实测值

有限元应用实例沿网格线52的残余应力分布，红线为预测的轴向应9有限元应用实例复杂形状工件的组织转变预测预测工件的组织分布和机械性能二分之一工件的有限元模型有限元应用实例复杂形状工件的组织转变预测二分之一工件的有限元10有限元应用实例淬火3.06min时的马氏体分布

淬火3.06min时的温度分布有限元应用实例淬火3.06min时的马氏体分布淬火3.11有限元分析的基本方法

1）建立实际工程问题的计算模型利用几何、载荷的对称性简化模型建立等效模型2）选择适当的分析工具

侧重考虑以下几个方面：物理场耦合问题大变形网格重划分3）前处理（Preprocessing）建立几何模型（GeometricModeling，自下而上，或基本单元组合）有限单元划分（Meshing）与网格控制有限元分析的基本方法1）建立实际工程问题的计算模型12有限元分析的基本方法

4）求解（Solution）给定约束（Constraint）和载荷（Load）求解方法选择计算参数设定5）后处理（Postprocessing）后处理的目的在于分析计算模型是否合理，提出结论。用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括位移、应力、应变、温度等；最大最小值分析；特殊部位分析。有限元分析的基本方法4）求解（Solution）13ANSYS简介

大型通用有限元分析软件ANSYS，自1971年推出至今，已经发展功能强大、前后处理和图形功能完备的有限元软件，并广泛地应用于工程领域。可以分析结构、动力学、传热、热力耦合、电磁耦合、流固耦合等领域的问题。ANSYS采用开放式结构：提供了与CAD软件的接口，用户编程接口UPFs，参数化设计语言APDL。ANSYS分为系统层，功能模块层两层结构。可以使用图形方式，也可以使用批处理方式。ANSYS简介大型通用有限元分析软件ANSYS，自14ANSYS简介

ANSYS图形方式启动界面如图。ANSYS图形界面由输出窗口和工具菜单窗口构成，工具菜单窗口由下拉菜单、工具条、主菜单区、视区和辅助工具框构成。ANSYS简介ANSYS图形方式启动界面如图。ANSYS图15ANSYSANSYS16状态栏mat=material材料type单元类型real实常数csys=coordinatesystem坐标系状态栏mat=material材料17控制模型视图角度按钮缩放控制按钮平移、旋转按钮和增量控制按钮图形显示控制按钮集控制模型视图角度按钮缩放控制按钮平移、旋转按钮和增量控制按钮18ANSYS工具栏SAVE_DB:保存当前数据库RESUME_DB:从保存的文件中恢复数据库QUIT:退出ANSYS软件POWRGRPH:切换图形显示模式ANSYS工具栏SAVE_DB:保存当前数据库19ANSYS有限元分析典型步骤ANSYS有限元分析典型步骤20步骤一、建立实体模型1.建立和修改工作文件名2.创建标题名3.定义单元类型4.定义材料属性步骤一、建立实体模型1.建立和修改工作文件名211.建立和修改工作文件名

ANSYS为存储在工作空间中的文件起的名字，例如。ANSYS通过后缀对不同类型的文件进行识别。如，是数据库文件，为错误与警告记录文件。命令：/filnamefnameGUI：UtilityMenu

File

ChangeJobname注：utilitymenu(实用菜单)1.建立和修改工作文件名

ANSYS为存储在工作空间中的文件222.创建标题名用简洁的英文语句提示用户。命令：/TITLETitle（不超过72个）GUI:UtilityMenu

File

ChangeTitle2.创建标题名用简洁的英文语句提示用户。233.定义单元类型命令：/PREP7[BEAM（杆单元-一维）PLANE（平面单元-二维）SOLID（体单元-三维）]GUI:UtilityMenu

Preprocessor(前处理器)命令：ETGUI：MainMenu

Preprocessor

ElementType

Add/Edit/Delete3.定义单元类型命令：/PREP7244.定义材料属性MURX相对磁导率DENS材料密度EX杨氏弹性模量KXX热导率PRXY泊松比命令：MP例：MP,EX,1,3.5E11编号为1的材料的杨氏模量3.5E11GUI：MainMenu

Preprocessor

Materialprops

MaterialModels4.定义材料属性MURX相对磁导率DEN25步骤二、建立有限元模型“FiniteElements”有限元（有限个单元）例：一栋房子由有限块砖砌成，每一块砖就相当于ANSYS中的单元。命令：meshGUI：MainMenu

Preprocessor

Meshing步骤二、建立有限元模型“FiniteElements”有限26步骤三、加载和求解1、定义分析类型和设置分析选项2、求解步骤三、加载和求解1、定义分析类型和设置分析选项271、定义分析类型和设置分析选项

命令：ANTYPEGUI:MainMenu

Solution

AnalysisType

NewAnalysisANSYS一共可以求解7种不同类型的分析，它们是：静态分析、瞬态分析、谐振态分析、模态分析、频谱分析、屈曲分析和子结构分析。选择合适的求解方法：GUI:MainMenu

Solution

AnalysisType

Sol’nControls1、定义分析类型和设置分析选项

命令：ANTYPE282、求解

命令:SOLVEGUI:MainMenu

Solution

Solve

CurrentLS2、求解

命令:SOLVE29步骤四、结果后处理通用后处理器POST1命令：/POST1GUI:MainMenu

GeneralPostproc时间历程后处理器POST26命令：/POST26GUI:MainMenu

TimeHistPostproc步骤四、结果后处理通用后处理器POST130ExampleOne问题描述：

悬臂梁杆一端固定，另一端为自由端。从零时刻起，给自由度施加随时间变化的应变，确定不同时刻的应力分布。模型描述：此端固定随时间变化的力ExampleOne问题描述：模型描述：此端固定随时间变31要求：该悬臂梁长5米，厚度为0.1米，弹性模量为3.08e6，泊松比为0.3。力的载荷历程：要求：力的载荷历程：32操作步骤：1、UtilityMenu

File

Clear&StartNew注：清除当前数据库并开始新的分析2、UtilityMenu

File

ChangeJobname注：输入新的工作文件名为Cantilever，并选中Newloganderrorfiles复选框。

3、UtilityMenu

File

ChangeTitle注：输入Changingpressureononepointofapole操作步骤：334、MainMenu

Preprocessor

ElementType

Add/Edit/Delete注：选择单元类型Structural--Solid--Quad4node425、MainMenu

Preprocessor

Materialprops

MaterialModels注：在右侧材料库列表中依次双击Structural(机构）

Linear(线性）Elastic(弹性）Isotropic（各向同性）4、MainMenuPreprocessorEleme346、MainMenu

Preprocessor

Modeling

Create

AreasRectangleByDimensions注：输入悬臂梁的尺寸7、MainMenuPreprocessorMeshingMeshAttributesAllAreas注：为实体模型分配单元属性8、MainMenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsSmartSizeBasic注：设置智能网格划分水平，网格尺寸选为16、MainMenuPreprocessorModel359、MainMenuPreprocessorMeshingMeshAreaFree注：ANSYS便开始进行网格划分，划分后生成有限元模型10、MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis注：定义分析类型，选择Transient(瞬态）9、MainMenuPreprocessorMesh3611、MainMenu

Solution

DefineLoad（定义载荷）

Apply（加载）Structural（结构）Displacement（位移）OnLines（在线上）注：选择ALLDOF,在DisplacementValue一栏中输入012、MainMenu

Solution

DefineLoad（定义载荷）

Apply（加载）Structural（结构）Force/Moment（力/力矩）OnKeypoint（在关键点上）注：施加集中力载荷，拾取悬臂梁右上端的节点。在Directionofforce/mom一栏中选择FY，VALUE中输入-5e311、MainMenuSolutionDefineL3713、MainMenu

SolutionLoadStepOpts（载荷步设置）Time/Frequence（时间/频率）TimeandSubstps（时间-时间步b长）注1：先单击MainMenu

SolutionUnabridgedMenu（完整菜单），才能调出Time/Frequnc菜单项注2：在Timeatendofloadstep（载荷步终止时间）中输入5；在Steppedorrampedb.c（阶跃或斜坡）选择Ramped;在Maximumno.ofsubsteps(最大子步数)一栏中输入5。13、MainMenuSolutionLoadSte3814.MainMenu

SolutionLoadStepOpts（载荷步设置）WriteLSFile（写载荷步文件）注：创建第一个载荷步文件，在Loadstepfilenumbern中输入1。15.同理，第二次载荷步的创建，同12，13，14步。注：载荷施加方式应改为stepped（阶跃）16.同理，第三次载荷步的创建。注：载荷大小变为-5e4。14.MainMenuSolutionLoadSt3917.MainMenu

SolutionLoadStepOpts（载荷步设置）OutputCtrls（输出控制）SoluPrintout（求解应答）注：弹出SolutionPrintoutControl（求解打印对话框），在Itemforprintoutcontrol中选Allitems（输出所有计算结果）；在FREQ中选Everysubstep（每一个子步）第六章有限元软件介绍课件4018.读取载荷步文件，开始求解MainMenu

SolutionSolve（求解）FromLSFile（根据载荷步文件求解）注：LSMIN（起始载荷步）：1LSMAX（结束载荷步）：3LSINC（载荷步间隔）：118.读取载荷步文件，开始求解4119.求解结束后，进入后处理器，查看求解结果。MainMenu

GeneralPostproc（通用后处理器）ReadResult（读入结果文件）ByTime/Freq（根据时间/频率）注：TIME中输入5，则第5秒的求解结果读入结果后处理器中。19.求解结束后，进入后处理器，查看求解结果。4220.MainMenu

GeneralPostprocPlotResults（绘制结果）ContourPlot（绘制等值图）NodalSolu（节点解）注：选择NodalSolution（节点解）ElasticStrain（弹性应变）Y-Componentofelasticstrain（弹性应变Y分量）此求解值的大小为第5秒Y方向上的应变，应记住，以便和之后第15秒时刻的求解结果对比。20.MainMenuGeneralPostproc43问题描述：一无限长厚壁圆筒,如图1所示，内外壁分别承受压力p1=p2=100kg/cm2。受载前R1=10cm，R2=15cm，E=210Gpa，μ=0.3。取横截面八分之一进行计算，支撑条件及网格划分如下图2所示。求圆筒内外半径的变化