ansys仿真分析PPT学习课件

1、ANSYS交流挑战仿真,1,在开始ANSYS分析之前，需要作一些决定，诸如分析类型及所要创建模型的类型。 模型建立之前的工作： 1、确定分析类型 2、分析模型的形状，尺寸，公况条件 3、考虑模型的材料类型，计算内容 4、估计应力、应变大致类型 5、明确分析精度，单元类型,ANSYS分析前的准备,2,分析类型,当您选择了结构分析，接下来的问题是： 静力还是动力分析？ 线性还是非线性分析？ 要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的激励（载荷），因为下述三种类型的力决定了它的响应 静力（刚度） 惯性力（质量） 阻尼力,3,分析类型,静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑

2、所有三种类型的力。 如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常是重要的 因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静力还是动力分析 如果在相对较长的时间内载荷是一个常数，请选择静态分析。 否则，选择动态分析 总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率的1/3，则可以进行静力分析。,4,分析类型,线性与非线性分析的区别 线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型的特征是： 小变形 弹性范围内的应变和应力 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。,5,分析类型,如果加载引起结构刚度的显著变化，必须进行非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型因素有： 应变超过弹性范围（塑性） 大变形，例如承载的鱼

3、竿 两体之间的接触,6,模型精度的保证,误差的来源： 1、 模型误差 2、 计算误差 模型误差 1、离散误差 2、边界误差 3、单元形状误差 计算误差 1、舍入误差 2、截断误差 截断误差除与计算方式有关外，还与模型的大小有关,7,误差的解决,提高单元的阶次 增加单元数量 划分规则的单元形状 建立与实际工况相符的边界条件 减小模型的大小 注意：当单元数和节点数增高时计算的累计误差也会增加，所以并不是单元数多，单元阶次高就好。,8,结构处理方法,1、降维处理：将实体单元转化为二维平面单元或转化为杆或者梁单元 2、细节简化：将 不必要的细节忽略（对整体分析影响不大或离关键部位较远） 3、形式变换：

4、将某些形状多样，难于进行网格划分的实体单元进行转换为容易操作的实体类型，如将加强筋转换为平面单元进行分析 4、局部结构：将工程中的较大零件的某个集中受力的局部划分出来进行分析 5、对称性的利用。,9,结构类型所对应的几何模型形式,10,对称性利用的注意事项,1、如果对称面上有作用的载荷，则对称分析时取载荷的1/2 2、若对称面上存在板或者梁，则离散板和梁的单元所有结点均位于对称面上，这时板或梁单元的刚度应取整个单元刚度的1/2，而不是取1/2的单元的全部强度 3、用对称法分析时应当使对称面不在最大应力处,11,材料类型,主要包括： 1、各向同性材料（材料在任意一点沿任何方向的性能（力学、热学）

5、均相同，包括所以金属材料） 2、各向异性材料（包括木材，合成纤维复合材料） 3、复合材料（两种或者两种以上的材料混合的到的新的材料，一般包括单层和多层）,12,模型的建立,注意：不能使用镜面对称技术（ARSYSM，LSYMM）来映射圆、圆柱、圆锥或球面到对称平面的另一边，因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原型段,13,单元,注意：1、实体单元不能施加棱边载荷 2、轴对称单元不能施加面载荷 3、杆单元上不能施加结点力矩和扭矩 4、梁单元建模时应当注意 截面方位 节点偏移 自由度的 释放 5、板单元：不同厚度的板单元连接时注意网格的结点是否重合 定义单元属性 在实体模型上直接指定属性将不考虑

6、缺省属性 模型中有多种单元类型， 实常数 和 材料 , 就必须确保给每一种单元指定了合适的属性 划分网格前对每一个类型的实体分配正确的单元属性 部分常用单元 部分单元简介,14,单元,1、不同单元相连接时应但注意单元之间的力和力矩的传递，有时自由度相同也不一定能够很好的传递，如包含三个平移自由度和拥有两个平移自由度一个绕Z轴的旋转自由度 2、带有中间节点的单元划分是应当注意使中间节点对齐 3、相邻单元应当具有相同的单元边节点数 4、二次单元的积分点不比线形单元的积分点多，所以在非线性分析中优先选用二次单元 三维壳单元和三维实体单元之间的自由度并不完全相同，这是因为壳单元的ROTZ自由度与平面旋

7、转刚度有关，而此刚度是虚拟的刚度，所以壳单元ROTZ自由度不是真实的，（SHELL43HE 和SHELL63单元（两者的KEYOPT（3）=2，AllMan的旋转自由度被激活是是例外），因此三维梁单元和三维壳单元相连时引起对应的自由度不协调,15,单元属性,您可以激活属性编号校核单元属性 : Utility Menu PlotCtrls Numbering,16,网格划分,网格划分包含以下3个步骤 : 定义单元属性 (Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes ) 指定网格的控制参数 (Main Menu: Preprocessor Mesh

8、ing size control ) 生成网格,17,网格划分原则,网格划分的一般原则：静力分析时，如果仅仅是计算变形，可以划分教少的网格，如果要计算应力或者应变，若要保持相对的精度，划分较多的网格；在分析固有属性时，如果仅仅计算少数低阶模态，可以选择较少的网格，如果需要计算高阶模态，应当选择较多的网格；在结构的响应分析时，如果仅仅是计算某些部位的位移响应，则可以选择较少的网格，如果需要计算应力响应，则需要较多的网格,18,单元形状和网格划分,.,19,定义属性,在实体模型上直接指定属性将不考虑缺省属性. 在实体模型上指定属性, 您可以避免在网格划分操作中重新设置属性. 由于 ANSYS 的网

9、格划分算法在一次对所有实体进行网格划分时更为有效,因而这种方法更为优越. 清除实体模型上的网格将不会删除指定的单元属性.,20,定义属性,只要您的模型中有多种单元类型(TYPEs), 实常数(REALs) 和 材料 (MATs), 就必须确保给每一种单元指定了合适的属性. 有以下3种途径: 在网格划分前为实体模型指定属性 在网格划分前对MAT, TYPE,和REAL进行 “总体的” 设置 在网格划分后修改单元属性 如果没有为单元指定属性, ANSYS将MAT=1, TYPE=1, 和 REAL=1作为模型中所有单元的缺省设置. 注意, 采用当前激活的TYPE, REAL, 和 MAT 进行网格

10、操作.,21,定义属性,为实体模型指定属性 1.定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数. 2.然后使用 网格工具的“单元属性” 菜单条 (Preprocessor MeshTool): 选择实体类型后按 SET键. 拾取您想要指定属性的实体. 在后续的对话框设置适当的属性. 或 选择需要的实体,使用 VATT, AATT, LATT, 或 KATT 命令. 3.当您为实体划分网格时, 它的属性将自动转换到单元上.,22,单元属性,修改单元属性 1.定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数. 2.激活需要的TYPE, REAL, 和 MAT设置的组合: Preprocessor Meshing

11、Mesh Attributes. 或使用 TYPE, REAL, 和 MAT 命令 3.仅修改使用上述设置属性的单元的属性: 使用 EMODIF,PICK 命令或选择 Preprocessor Modeling Move/Modify -Elements- Modify Attrib 拾取需要的单元 4.在后续的对话框,将属性设置为 “All to current.”,23,单元控制,指定尺寸和形状控制 这是映射网格划分3个步骤中的第2步. 选择单元形状非常简单. 在 MeshTool中,对面的网格划分选择 Quad,对体的网格划分选择 Hex, 点击 Map. 其中通常采用的尺寸控制和级别如

12、下: 线尺寸 LESIZE 级别较高. 若指定了总体单元尺寸, 它将用于 “未给定尺寸的” 线. 缺省的单元尺寸 DESIZE仅在未指定ESIZE时用于 “未给定尺寸的” 线上. (智能网格划分 无效.),24,网格控制,总体单元尺寸 您可以为整个模型指定最大的单元边长 (或每条线的份数): ESIZE,SIZE 或 Preprocessor MeshTool “Size Controls - Global” Set 或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Size 可单独使用或与 智能网格划分联合使用. 单独使用ESIZE (智能网格划分关

13、闭) 将采用相同的单元尺寸对体 (或面) 划分网格. 在 智能网格划分 打开时, ESIZE 充当 “向导,” 但为了适应线的曲率或几何近似指定的尺寸可能无效.,25,网格控制,缺省尺寸 如果您不指定任何控制, ANSYS 将使用缺省尺寸, 它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数, 表面高宽比等. 用于映射网格划分, 但在智能网格划分关闭时, 自由网格划分也可使用. 您可以采用 DESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Other 调节缺省的尺寸规格.,26,网格控制,如图所示为采用不同的SmartSize尺寸级别进行四面体网

14、格划分的例子. 高级的 SmartSize 控制, 如网格扩张和过渡系数在SMRT 命令 (或Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -SmartSize- Adv Opts.)中提供. 您可以使用MeshTool菜单条或采用smrt,off命令关闭智能网格划分.,27,智能网格划分,使用智能网格划分: 导出MeshTool菜单条 (Preprocessor MeshTool), 打开智能网格划分, 设置需要的尺寸级别. 或使用 SMRT,level 命令 尺寸级别的范围从 1 (精细) 到10 (粗糙). 缺省级别为 6. 对所有体 (或所有面)一次划分网格,

15、将优越于一个一个地划分网格. 通过指定所有线上的份数决定单元的尺寸, 它可以考虑线的曲率, 孔洞的接近程度和其它特征, 以及单元阶次. 智能网格划分的缺省设置是关闭, 在自由网格划分时建议采用智能网格划分。 它对映射网格划分没有影响,28,网格划分,线尺寸 控制线上单元尺寸: Preprocessor MeshTool Size Controls: Lines Set 或 LESIZE 命令 或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Lines- 不同的线可以有不同的 LESIZE. 指定尺寸可以是 “硬的” 或 “软的.” “硬的” 尺寸即使在智能网格划分打

16、开时也将被网格划分器采用. 在所有其它尺寸控制最优先. “软的” 尺寸在智能网格划分打开时可能无效. 您也可以指定一个边长比例 最后一个分割与第一个分割的比率. 使网格偏向线的一端或中间.,对 “软的”选是 对 “硬的”选否,29,自由网格,易于生成; 不须将复杂形状的体分解为规则形状的体. 体单元仅包含四面体、三角形网格, 致使单元数量较多. 仅高阶 (10-节点) 四面体单元较满意, 因此DOF(自由度)数目可能很多.,30,映射网格,通常包含较少的单元数量. 低阶单元也可能得到满意的结果,因此DOF(自由度)数目较少. 面和体必须形状 “规则”, 划分的网格必须满足一定的准则. 难于实现

17、, 尤其是对形状复杂的体.,31,映射网格划分,在许多情况下, 模型的几何形状上有多于4条边的面,有多于6个面的体. 为了将它们转换成规则的形状, 您可能进行如下的一项或两项操作: 把面 (或体) 切割成小的, 简单的形状. 连接两条或多条线 (或面) 以减少总的边数.,32,连接操作,连接 操作是生成一条新线 (为网格划分) , 它通过连接两条或多条线以减少构成面的线数. 使用 LCCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Lines, 然后拾取须连接的线. 对面进行连接, 使用 ACCAT 命令或Preprocessor -Meshing- Co

18、ncatenate Areas,33,映射网格划分,使用连接时注意: 它仅仅是一个网格划分操作,因而应为网格划分前的最后一步, 在所有的实体建模之后. 这是因为，经连接操作得到的实体不能在后续的实体建模操作中使用. 若两条线或两个面 相切交汇可考虑用加 (布尔) 运算,34,映射网格划分,若指定线的分割数, 注意: 对边的分割数必须匹配, 但您只须指定一边的分割数. 映射网格划分器 将把分割数自动传送到它的对边 如果模型中有连接线, 只能在原始(输入)线上指定分割数,而不能在合成线上指定分割数.,每条初始线上指定6份分割. 此线上将自动使用12 份分割 (合成线的对边). 其它两条线上会采用几

19、 份分割 呢? (后面的演示将会回答这一问题.),35,扫掠划分,步骤 定义并激活一个 3-D 六面体 实体单元类型, 如结构单元 SOLID45 或 SOLID95. 进入 MeshTool 选择 Hex/Wedge 和 Sweep. 选择如何识别 源面和目标面 : “Auto Source/Target”选项 意味着 ANSYS 会根据体的拓扑结构自动选择它们. “Pick Source/Target”选项意味着您要选择它们. 按 SWEEP 键,遵照拾取器后续的提示指令完成划分. (或使用 VSWEEP 命令.),36,扫掠划分,四面体网格划分选项 在不可采用扫掠划分的体中生成四面体网格

20、是一个十分有用的扫掠选项. 为使用此选项: 确信单元类型 支持退化的金字塔和四面体形单元 ,如: 结构单元 SOLID95, 186, VISCO89 热单元 SOLID90 多物理场单元 SOLID62, 117, 122 选择 Preprocessor -Meshing- Mesh -Volume Sweep- Sweep Opts 并激活四面体网格划分. (或使用 EXTOPT,VSWE 命令.),37,扫掠划分,优点: 易于生成带有块体单元(六面体)或块体单元和棱柱体单元组合的体网格. 对体进行四面体网格划分时,选项设置是 “不可扫掠的.” 自动生成过渡金字塔网格. 对一个复杂形体进行

21、 映射网格划分, 需要对它做多次切割,做一些连接面或连接线. 若采用 扫掠划分, 只需做几次切割操作, 而不需 连接操作! 可以利用标准的网格控制来确定源面的网格. 一般不提倡使用智能网格划分,因为它是用于自由网格划分. 必要条件: 体在扫掠方向的拓扑结构必须一致. 例如: 穿孔的块体 (即使孔洞是锥体). 源 面和目标 面 必须是 单个 面. 而不允许是连接面.,38,网格细化,应力奇异 应力奇异是指在有限元模型中那些应力值无限大的点处。例如： 点荷载，如集中力或力矩作用处 孤立的约束点导致支反力如同点荷载。 尖角（零倒角半径）处 在应力奇异点处网格越细化，应力值也随之增加且不收敛,39,网

22、格细化,真实结构不包含应力奇异。是对模型的简化假定虚构的 如何处理应力奇异? 如果离感兴趣区域较远，可以在查看结果时通过不激活受影响的区域忽略它的影响 如果位于感兴趣区域，需要如下纠正: 在尖角处增加倒角重新进行分析 代替点力载荷为等效压力载荷 “散布” 位移约束至一个节点集,40,网格细化,限制条件： 不能包含接触单元 载荷加在节点上，则不能进行局部细化 细化区内不能有梁单元 细化区内有表面单元，不能进行局部细化 模型中有方程或节点上有初始条件的不能 进行局部细化 注意： 大应变分析的任何迭代中低劣的单元形状，也就是大的纵横比、过度的顶角以及具有负面积的已扭曲单元将是有害的。ANSYS程序对

23、于求解中遇到的低劣单元形状不发出任何警告，必须进行人工检查。,41,网格修改,如果划分的网格不满意, 您总可以通过以下步骤重新划分网格: 1.清除网格. clear 操作网格划分的逆操作 : 它将 删除 节点和单元. 使用在 MeshTool中得 Clear 按钮, 或使用 VCLEAR, ACLEAR, 等. (若您在使用 MeshTool, 您可以跳过这一步,因为程序将在执行第3步时提示您是否清除网格) 2.指定新的或不同的网格控制. 3.再次划分网格.,42,过渡网格,对体划分网格, 至今我们已见了两种选择: 自由网格划分, 生成一个 全四面体 网格. 这很容易实现但在某些情况下并不令人

24、满意,. 映射网格划分, 生成一个 全六面体 网格. 这一方法令人满意但通常很难实现. Hex-to-tet meshing 提供了第三种选择,它 “集两家之长.” 将四面体和六面体网格很好地结合起来 而不破坏网格的整体性.,43,过渡网格,这一选择是在六面体单元和四面体单元间的过渡区生成金字塔形单元，要求： 必须有六面体网格 (至少在交界面上有四边形网格). 网格划分器首先生成四面体单元, 然后通过组合或重新组织过渡区的四面体单元形成金字塔形单元. 仅适用于既支持金字塔形又支持四面体形状的单元类型, 例如: 结构单元 SOLID95, 186, VISCO89 热单元 SOLID90 多物理

25、场单元 SOLID62, 117, 122 即使在过渡区结果也会很好. 即使是 从线性六面体单元向二次四面体单元过渡 单元表面都是协调的.,44,退化网格转换,将退化的四面体单元转换成真实的10-节点四面体单元. 由转换网格生成器生成的四面体网格由 退化 单元组成 如从20-节点块体单元导出的10-节点四面体单元. 这些单元不如真实的10-节点四面体单元(如 SOLID92)有效, 它求解过程中使用较少的内存,写较小的文件. 为了将退化的四面体单元转换成真实的四面体单元,采用: Preprocessor -Meshing- Modify Mesh Change Tets. 或使用 TCHG 命

26、令.,45,边界条件的建立,位移约束： 1、（尽管有些结构处于静力平衡状态仍然需要添加位移约束，如两边受力平衡的板） 2、有些结构在实际中不能发生位移运动，但在分析中必须添加位移约束（地面上的滑块） 3、位移约束对应力和应变的影响非常大，所以添加时应当注意节点的选择） 4、轴对称模型只需添加轴向位移约束，不需要添加径向的约束,46,约束不足的处理,建立位移约束时，当物体的自然边界约束不足时，应当添加一些约束，添加的原则是：约束建立后结构或者结构的重要部位的应力和变形不受影响或者影响甚微。补充约束的常用方法： 1、利用对称性（当结构形状和边界条件对称时） 2、将载荷转换为约束。 3、人为的添加约

27、束（1、在不重要及应力应变非常小的地方添加约束，一般应力应变要比分析的重要区小2-3个数量积）,47,映射对称的约束条件,反射对称对称面位移约束 1、垂直于对称面的位移分量为零 2、方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零 逆反射对称面位移约束 1、平行于对称面上的移动位移分量为零 2、垂直于对称面上的转动位移分量为零 圆周对称： 子结构的边界划分必须具有相同的结点数，且具有严格的对应相同 ,多个子结构体之间边界的节点可以通过耦合进行约束,48,绝对位移约束,1、刚性约束：节点位移分量为零的约束为绝对位移约束，用于模拟结构之间的刚性接触包括：固定约束，铰接约束，销约束，滑动约束，滚动约束 2、弹

28、性约束：在结构和外界的接触边界上由于弹性而发生弹性形变的模拟，应用弹性约束解决，弹性约束用弹性单元实现，主要应用组合结构分析的方法解决工程问题 3、强迫约束：规定节点位移分量的植为一个已知值的约束为强迫约束，强迫约束相当于在节点上施加外力，所以强迫约束将会产生应力和应变，主要应用是过盈配合及螺纹连接,49,相关约束,1、多点等式约束：多个节点的位移分量满足一定的等式关系，且等式一般为线形等式（可以用于梁的连接） 2、耦合约束：耦合约束是指将节点与一个已知节点的位移在某个方向上保持一致，耦合约束的应用：连接重合节点；模拟滑动边界连接；施加圆周对称边界条件,50,加载求解,以特性而言，负载可分为六

29、大类：DOF约束、力（集中载荷）、表面载荷、体积载荷、惯性力及耦合场载荷。 DOF constraint (DOF约束)将给定某一自由度用一已知值。例如，结构分析中约束被指定为位移和对称边界条件；在热力学分析中指定为温度和热通量平行的边界条件。 Force(力)为施加于模型节点的集中荷。如在模型中被指定的力和力矩。 Surface load(表面载荷)为施加于某个面的分布载荷。例如在结构分析中为压力。 Body load(体积载荷)为体积的或场载荷。在结构分析中为温度和fluences。 Interia loads(惯性载荷)由物体惯性引起的载荷，如重力和加速度，角速度和角中速度。 Coupl

30、ed-field loads(耦合场载荷)为以上载荷的一种特殊情况，从一种分析得到的结果用作为另一种分析的载荷。,51,加载求解,在梁上施加载荷MainMenuSolutionDefineLoads Apply StructuralPressureOn Beams,输入 I 节点的应力大小,输入 J 节点的应力大小,输入应力点距离 I 节点的比率（01）,输入应力点如里J 节点的比率（01）,52,加载求解,施加绝对和强制约束Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacement On Node,施加的约束的自由度形式和方向,指定约束自

31、由度的值，当为零时是绝对位移约束，当不为零时为强制位移约束,53,加载求解,施加对称约束Main MenuSolutionDefine Loads Apply StructuralDisplacementSymmetry B.C. 当选择在节点时会出现对话框,指定对称的方向,选择坐标系,54,加载求解,施加相对约束：多点等式约束Main MenuPreprocessorCoupling / CeqnConstraint Eqn,约束等式,等式编号,等式约束值,节点号,约束方向,约束值前的常数,55,加载求解,施加相对约束：耦合约束Main MenuPreprocessorCoupling /

32、CeqnCouple DOFs 可以完成不同节点的连接，梁的连接，模拟滑块滑动等,设定约束号,约束方向,56,加载求解,对于线形静力分析，一般使用的方法： Main Menu: Solution Solve Current LS OK (关闭 solve Current Load Step 窗口） 对于非线性静力分析应当定义分析类型Main Menu: Solution Analysis Type Solution control出现进行求解选项的设置,定义分析类型,指定输出内容,指定显示内容,定义步数及子步数,57,加载求解,Solution Controls中的Solution opintion对话框,设置求解方程,指定从新开始点,58,加载求解,Solution Controls中的Solution Nonlinear Tab,指定最大的重复运算子步数,设定返回,指定收敛值,非线形选项几应用,59,加载求解,Solution Controls中的Solution Advance NL Tab,指定收敛计算失败会出现什么,激活和停止扩展项来控制计算的收敛,指定具体的