ANSYS18.0有限元分析基础与实例教程

ANSYS18.0有限元分析基础与实例教程汇报人：AA2024-01-19有限元分析概述ANSYS18.0基本操作与界面介绍建模与网格划分技术材料属性定义与边界条件设置求解过程监控与结果后处理高级功能应用与拓展工程案例实战演练contents目录有限元分析概述01离散化等效节点力建立整体平衡方程求解未知节点位移和计算单元应力力学特性分析选择位移模式将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。假设代表单元位移分布规律的位移模式是近似的，并且这种近似程度应具有足够的精确性。利用弹性力学中的几何方程、物理方程和平衡方程来建立力和位移的方程式，导出单元刚度矩阵。将作用在单元边界上的表面力、体积力或集中力等效地转移到节点上。在建立整体平衡方程时引入了边界条件、连续条件和协调条件。解有限元方程得出节点位移，再根据节点位移计算应变和应力。有限元法基本原理

有限元分析软件简介通用有限元软件如ANSYS、ABAQUS、MSC等，适用于各种领域的问题求解。行业专用有限元软件如针对机械、土木、电磁等领域的专用软件，提供更加专业的求解器和前后处理工具。自定义有限元软件用户可以根据自身需求，在通用有限元软件的基础上进行二次开发，实现个性化功能。ANSYS18.0强化了多物理场耦合分析功能，可以实现结构、流体、电磁、热力学等多种物理场的耦合分析。多物理场耦合分析新版本提供了对高性能计算（HPC）的更好支持，包括并行计算、云计算和GPU加速等，提高了求解效率。高性能计算支持ANSYS18.0采用了先进的网格划分技术，支持自动生成高质量网格，同时提供了多种网格优化和修复工具。先进的网格技术新版本增强了后处理功能，包括结果可视化、动画演示、数据提取和处理等，方便用户对分析结果进行全面评估。强大的后处理功能ANSYS18.0新功能与特点ANSYS18.0基本操作与界面介绍0203启动ANSYS18.0安装完成后，在桌面或开始菜单找到ANSYS18.0快捷方式，双击启动程序。01安装前准备确保计算机满足ANSYS18.0的系统要求，获取安装程序并解压到指定目录。02安装过程运行安装程序，按照提示进行安装，选择安装类型、安装路径、许可协议等。安装与启动ANSYS18.显示当前打开的模型文件名和ANSYS18.0版本号。标题栏包含文件、编辑、视图、工具、窗口和帮助等菜单项，用于执行各种命令和操作。菜单栏提供常用命令的快捷按钮，方便用户快速执行相应操作。工具栏主界面功能区域划分模型树用于查看和编辑模型的各种属性，如材料属性、边界条件等。属性管理器图形窗口输出窗口01020403显示程序运行过程中的各种信息，如警告、错误、提示等。显示当前模型的层次结构，包括几何体、网格、材料等。显示模型的图形表示，可以进行缩放、旋转、平移等操作。主界面功能区域划分包括新建、打开、保存、另存为、导入、导出等文件操作命令。菜单栏及工具栏功能介绍文件菜单提供撤销、重做、剪切、复制、粘贴等编辑操作命令。编辑菜单用于控制图形窗口的显示方式，如缩放、旋转、平移、视图重置等。视图菜单提供一系列实用工具，如网格划分、材料库管理、后处理等。工具菜单用于管理打开的窗口和视图，如新建窗口、关闭窗口、排列窗口等。窗口菜单提供ANSYS18.0的帮助文档和在线资源链接。帮助菜单自定义界面用户可以根据自己的使用习惯和需求，自定义ANSYS18.0的界面布局和工具栏按钮。快捷键设置ANSYS18.0提供了一套默认的快捷键，用户也可以自定义快捷键以提高工作效率。在“工具”菜单中选择“自定义”命令，进入自定义界面进行相应设置。自定义界面及快捷键设置建模与网格划分技术03实体建模方法从点、线、面等几何元素开始，逐步构建复杂的实体模型。这种方法适用于简单模型或需要精细控制模型细节的情况。自顶向下建模从高级别的几何体（如长方体、圆柱体等）开始，通过布尔运算、倒角、抽壳等操作生成复杂的实体模型。这种方法适用于快速创建复杂模型的情况。参数化建模使用参数化命令或编程语言（如APDL）创建可参数化的实体模型。这种方法适用于需要批量生成相似模型或进行模型优化的情况。自底向上建模根据分析需求和模型特点选择合适的网格类型，如四面体网格、六面体网格、棱柱网格等。网格类型选择网格密度控制网格质量检查通过调整全局或局部网格大小来控制网格密度，以平衡计算精度和计算效率。使用网格质量检查工具来评估网格质量，如雅可比比率、扭曲度等，以确保网格质量满足分析要求。030201网格划分策略及技巧多域网格划分对于包含多个不同特征或区域的复杂模型，可以采用多域网格划分技术，分别对每个区域进行合适的网格划分，然后合并成一个整体模型。模型简化对于复杂模型，可以通过去除细节、合并面、简化几何形状等方式进行简化，以提高网格划分效率和计算速度。高级网格处理技术对于特别复杂的模型，可能需要使用更高级的网格处理技术，如自适应网格划分、网格重构等，以获得更好的计算精度和效率。复杂模型处理实例材料属性定义与边界条件设置04ANSYS提供了丰富的材料库，用户可以直接从材料库中选择相应的材料，例如钢、混凝土等。材料库选择用户可以根据需要自定义材料的物理属性，如弹性模量、泊松比、密度等。自定义材料属性对于具有非线性特性的材料，如塑性材料，用户可以通过定义应力-应变曲线来描述材料的非线性行为。材料非线性特性定义材料属性定义方法根据实际问题选择合适的约束类型，如固定约束、滑动约束等。约束类型正确设置约束的位置，以确保模型在受力分析时能够正确反映实际情况。约束位置对于复杂的模型，可以采用多步骤约束的方法，逐步施加约束条件，以便更好地模拟实际情况。多步骤约束边界条件设置技巧桥梁结构材料选择根据桥梁的实际结构和设计要求，选择合适的材料类型，如钢筋混凝土、钢构桥等。材料属性定义针对所选材料类型，定义相应的物理属性，如弹性模量、泊松比、密度等。边界条件设置根据桥梁的实际受力情况，设置合适的约束条件，如桥墩底部的固定约束、桥面与桥墩之间的连接约束等。同时，还需要考虑桥梁所承受的荷载，如车辆荷载、风荷载等，并将其作为边界条件施加到模型中。实例：桥梁结构材料属性与边界条件设置求解过程监控与结果后处理05残差监控通过监控每一步迭代的残差变化，可以判断求解过程是否收敛。当残差逐渐减小并趋于稳定时，通常认为求解过程已经收敛。能量监控在求解过程中，可以监控系统的总能量或特定部分的能量变化。如果能量变化趋于稳定或符合预期，则表明求解过程正常进行。位移/应力监控针对特定节点或单元，可以监控其位移或应力的变化情况。这些量的变化可以提供关于求解过程是否稳定的线索。求解过程监控方法结果可视化利用ANSYS的后处理工具，可以将求解结果以图形形式展示出来，如等值线图、矢量图、动画等，便于直观理解分析结果。数据对比与验证将求解结果与理论值、实验数据或其他仿真结果进行对比，以验证分析的正确性和可靠性。数据提取从求解结果中提取关键数据，如节点位移、单元应力等，以便进行后续分析和可视化。结果后处理技巧桥梁模型建立首先建立桥梁的三维模型，包括桥墩、桥面、支座等部分，并定义材料属性和边界条件。受力分析对桥梁模型进行受力分析，考虑静载、动载、温度荷载等多种因素，得到桥梁的位移、应力等结果。结果展示利用ANSYS的后处理工具，将桥梁的位移、应力等结果以等值线图、矢量图等形式展示出来，便于直观理解桥梁的受力状态。同时，可以将结果与桥梁设计规范进行对比，以评估桥梁的安全性和稳定性。实例：桥梁结构受力分析结果展示高级功能应用与拓展06APDL语言概述介绍APDL语言的基本语法、数据类型、控制结构等基础知识。参数化建模方法讲解如何使用APDL语言进行参数化建模，包括几何建模、网格划分等。批处理与自动化分析介绍如何使用APDL语言进行批处理分析和自动化分析，提高分析效率。参数化设计语言APDL编程基础ANSYS优化设计流程介绍ANSYS优化设计的基本流程，包括建立优化模型、选择优化算法、设置优化参数等。优化设计实例分析通过具体案例，演示如何在ANSYS中进行优化设计，包括结构优化、形状优化等。优化设计基本概念讲解优化设计的基本概念、原理和方法，包括目标函数、约束条件、优化算法等。优化设计技术介绍多物理场耦合分析概述介绍多物理场耦合分析的基本概念、原理和方法，包括热-结构耦合、流-固耦合等。ANSYS多物理场耦合分析流程讲解ANSYS多物理场耦合分析的基本流程，包括建立多物理场模型、设置边界条件、求解和后处理等。多物理场耦合分析实例通过具体案例，演示如何在ANSYS中进行多物理场耦合分析，包括热-结构耦合分析、流-固耦合分析等。010203多物理场耦合分析实例工程案例实战演练07案例一：建筑结构抗震性能评估建模与网格划分利用ANSYS18.0建立建筑结构的三维模型，采用合适的网格划分技术，确保计算精度和效率。材料属性定义输入建筑结构的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等，为后续的抗震性能分析提供基础数据。边界条件与荷载施加根据建筑结构的特点，设置合理的边界条件，如固定支撑、弹性支撑等，并施加地震荷载，模拟地震作用下的结构响应。求解与后处理利用ANSYS18.0的求解器进行计算，得到建筑结构的位移、应力、应变等结果，并通过后处理功能，对结果进行可视化分析和评估。建立汽车模型利用ANSYS18.0建立汽车的三维模型，包括车身、车架、发动机等主要部件。设置碰撞场景根据实际需求，设置不同的碰撞场景，如正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞等，并定义碰撞过程中的速度、角度等参数。求解与评估利用ANSYS18.0的求解器进行计算，得到汽车碰撞过程中的变形、应力、加速度等结果，并通过评估指标，如碰撞星级、乘员伤害指数等，对汽车的碰撞安全性进行评估。定义材料属性输入汽车各部件的材料属性，如金属、塑料、橡胶等，以便进行后续的碰撞仿真分析。案例二：汽车碰撞安全性仿真分析建立电子设备模型利用ANSYS18.0建立电子设备的三维模型，包括电路板、散热器、风扇等主要