ANSYS基本分析过程指南.doc

ANSYS 基本分析过程指南 1 ANSYS 基本分析过程指南 目 录 第 1 章 开始使用 ANSYS1 1.1 完成典型的 ANSYS 分析1 1.2 建立模型1 第 2 章 加 载23 2.1 载荷概述23 2.2 什么是载荷23 2.3 载荷步、子步和平衡迭代24 2.4 跟踪中时间的作用25 2.5 阶跃载荷与坡道载荷26 2.6 如何加载27 2.7 如何指定载荷步选项68 2.8 创建多载荷步文件77 2.9 定义接头固定处预拉伸 78 ANSYS 基本分析过程指南 2 第 3 章 求解85 3.1 什么是求解84 3.2 选择求解器84 3.3 使用波前求解器85 3.4 使用稀疏阵直接解法求解器86 3.5 使用雅可比共轭梯度法求解器（JCG）86 3.6 使用不完全乔列斯基共轭梯度法求解器（ICCG）86 3.7 使用预条件共轭梯度法求解器（PCG）86 3.8 使用代数多栅求解器（AMG）87 3.9 使用分布式求解器(DDS)88 3.10 自动迭代（快速）求解器选项88 3.11 在某些类型结构分析使用特殊求解控制 89 3.12 使用 PGR 文件存储后处理数据 92 3.13 获得解答 96 3.14 求解多载荷步97 3.15 中断正在运行的作业100 3.16 重新启动一个分析100 3.17 实施部分求解步111 ANSYS 基本分析过程指南 3 3.18 估计运行时间和文件大小113 3.19 奇异解114 第 4 章 后处理概述116 4.1 什么是后处理116 4.2 结果文件117 4.3 后处理可用的数据类型117 第 5 章 通用后处理器(POST1)118 5.1 概述118 5.2 将数据结果读入数据库118 5.3 在 POST1 中观察结果127 5.4 在 POST1 中使用 PGR 文件 152 5.5 POST1 的其他后处理内容160 ANSYS 基本分析过程指南 4 第第 1 章章 开始使用开始使用 ANSYS 1.1 完成典型的完成典型的 ANSYS 分析分析 ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态 分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。在 ANSYS 分析指南手册中有 关于它开展不同工程应用领域分析的具体过程。本章下面几节中描述 了对绝大多数分析皆适用的一般步骤。 一个典型的 ANSYS 分析过程可分为三个步骤： 建立模型 加载并求解 查看分析结果 ANSYS 基本分析过程指南 5 1.2 建立模型建立模型 与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费 ANSYS 用户更 多时间。首先必须指定作业名和分析标题，然后使用 PREP7 前处理 器定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。 1.2.1 指定作指定作业业名和分析名和分析标题标题 该项工作不是强制要求的，但 ANSYS 推荐使用作业名和分析标 题。 1.2.1.1 定定义义作作业业名名 作业名是用来识别 ANSYS 作业。当为某项分析定义了作业名，作 业名就成为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。 （这些 文件的扩展名是文件类型的标识，如 .DB）通过为每一次分析给定作 业名，可确保文件不被覆盖。如果没有指定作业名，所有文件的文件 名均为 FILE 或 file（取决于所使用的操作系统）。可按下面方法改变 作业名。 进入 ANSYS 程序时通过入口选项修改作业名。可通过启动器或 ANSYS 执行命令。详见 ANSYS操作指南。 进入 ANSYS 程序后，可通过如下方法实现： 命令行方式：/FILENAME 菜单方式：Utility MenuFileChange Jobname ANSYS 基本分析过程指南 6 /FILENAME 命令仅在 Begin level（开始级)才有效，即使在入口 选项中给定了作业名， ANSYS 仍允许改变作业名。然而该作业名仅 适用于使用/FILNAME 后打开的文件。使用/FILNAME 命令前打开 的文件，如记录文件 Jobname.LOG、出错文件 Jobname.ERR 等仍然 是原来的作业名。 1.2.1.2 定定义义分析分析标题标题 /TITLE 命令 (Utility MenuFileChange Title)可用来定义分析 标题。ANSYS 系统将在所有的图形显示、所有的求解输出中包含该 标题。可使用/STITLE 命令加副标题，副标题将出现在输出结果里， 而在图形中不显示。 1.2.1.3 定定义单义单位位 ANSYS 软件没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用 任意一种单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的 单位（对所有输入数据单位必须一致）。 对尺寸按照微米规则的微电子力学系统（MEMS），参见 ANSYS 藕合场分析指南中的单位制的转换规则。 使用/UNITS 命令，可在 ANSYS 数据库中设置标记指定正在使 用的单位制，该命令不能将一个单位制的数据转换到另一单位制，它 仅仅为后续的分析作一个记录。 ANSYS 基本分析过程指南 7 1.2.2 定定义单义单元的元的类类型型 在 ANSYS 单元库中有超过 150 种的不同单元类型，每个单元类 型有一个特定的编号和一个标识单元类别的前缀，如 BEAM4, PLANE77, SOLID96 等，下面一些单元类型可用： BEAM CIRCUit COMBINation CONTACt FLUID HF (High Frequency) HYPERelastic INFINite INTERface LINK MASS MATRIX MESH PIPE PLANE PRETS (Pretension) SHELL SOLID SOURCe SURFace TARGEt TRANSducer USER VISCOelastic (or viscoplastic) 单元类型决定了单元的： 自由度数（又代表了分析领域结构、热、磁场、电场、四边形、 六面体等） 单元位于二维空间还是三维空间 如 BEAM4 有 6 个结构自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)， 是一个线性单元，可在 3D 空间建模。PLANE77 有一个温度自由 度（TEMP），是 8 节点的四边形单元，只能在 2D 空间建模。 必须在通用前处理器 PREP7 内定义单元类型，使用 ET 命令族 (ET, ETCHG 等)或基于 GUI 的等效命令来实现。详见 ANSYS Commands Reference （ANSYS 命令参考手册）。通过单元名并给定一 ANSYS 基本分析过程指南 8 个单元参考号定义单元。例如，下面的两个命令分别定义了两种单元 类型：BEAM4 和 SHELL63，并给它们分配了相应的参考号 1 和 2： ET,1,BEAM4 ET,2,SHELL63 与单元名对应的类型参考号表称为单元类型表。在定义实际单元 时，可通过 TYPE（Main MenuPreprocessor CreateElementsElem Attributes）命令指向恰当的类型参考号。 许多单元类型有称为 KEYOPTs 的另外选项，称之为 KEYOPT（1），KEYOPT（2）等。例如对于 BEAM4 的 KEYOPT(9)允许 选择在每个单元的中间位置处计算结果。对于 SHELL63 的 KEYOPT(3)允许抑制过度的位移变形。可通过 ET 命令、KEYOPT 命 令（Main MenuPreprocessorElement Type Add/Edit/Delete) 指 定 KEYOPTs。 1.2.3 定定义单义单元元实实常数常数 单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例 如 2D 梁单元 BEAM3 的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度 （HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和附加的 单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同 类型的不同单元可以有不同的实常数值。 可通过 R 族命令（R, RMODIF 等）或相应的等效菜单路径来指 定实常数，进一步信息见 ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参 ANSYS 基本分析过程指南 9 考手册）。对应于单元类型，每组实常数有一个参考号，与实常数组对 应的参考号表称为实常数表。在定义单元时可通过 REAL 命令(Main Menu PreprocessorCreateElementsElem Attributes)来指定它对 应的实常数号。 在定义实常数时，必须牢记以下规则： 当使用 R 族命令时，必须按照 ANSYS Elements Reference（ANSYS 单元参考手册）中表 4.n.1 所示的顺序为每个单 元类型输入实常数。 当用多种单元类型建模时，每种单元类型使用独自的实常数组（即 不同的实常数参考号）。如果多个单元类型参考相同的实常数号， ANSYS 会发出一个警告信息，然而每个单元类型可以参考多个 实常数组。 使用 RLIST 和 ELIST 命令可以校验输入的实常数。RKEY=1（如 下所示）时，RLIST 列出所有实常数组的实常数值，ELIST,1 命 令产生一个简单易读的列表，包括每个单元、实常数号和它们的 值。 Command(s): ELIST GUI: Utility MenuListElementsAttributes + RealConst Utility MenuListElementsAttributes Only Utility MenuListElementsNodes + Attributes ANSYS 基本分析过程指南 10 Utility MenuListElementsNodes + Attributes + RealConst Command(s): RLIST GUI: Utility MenuListPropertiesAll Real Constants Utility MenuListPropertiesSpecified Real Const 对于一维和面单元需要几何数据（截面积、厚度、直径等），这些数 据都被作为常数。可以通过下列命令查看输入值。 Command(s): /ESHAPE and EPLOT GUI: Utility MenuPlotCtrlsStyleSize and Shape Utility MenuPlotElements ANSYS 采用实体单元显示单元，对于 Link 和壳单元使用矩形截 面显示。管单元使用圆形截面显示。截面特性取决于实常数值。 1.2.3.1 创创建横截面建横截面 如果使用 BEAM188 或 BEAM189 创建模型，可以在建模时使用 截面命令（SECTYPE, SECDATA 等（Main MenuPreprocessorSections -Beam-Common Sects）来定义或 使用横截面。关于如果使用 Beam Tool 创建截面请参阅 ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide 中的梁分析和横截面 （ANSYS 高级分析技术指南）。 ANSYS 基本分析过程指南 11 1.2.4 定定义义材料特性材料特性 绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可 以是线性（见线性材料特性）或非线性（见非线性材料特性）。 与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。 与材料特性组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能 有多个材料特性组（对应的模型中有多种材料）。ANSYS 通过独特的 参考号来识别每个材料特性组。 当定义单元时，可以通过 MAT 命令来指定合适的材料参考号。 1.2.4.1 线线性材料特性性材料特性 线性材料特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异性的， 用下列方式定义常数材料特性（各向同性或正交异性） Command(s): MP GUI: Main MenuPreprocessorMaterial Props Material Models （详见 GUI 中的材料模型界面） 同样要指定恰当的材料特性标号，如 EX, EY, EZ 表示弹性模量， KXX, KYY, KZZ 表示热传导性等。对各向同性材料，只要定义 X 方 向的特性，其它方向的特性缺省值与 X 方向同，如： MP,EX,1,2E11 ! 材料参考号 1 的弹性模量为 2E11 MP,DENS,1,7800 ! 材料参考号 1 的密度为 7800 ANSYS 基本分析过程指南 12 MP,KXX,1,43 ! 材料参考号 1 的热传导系数为 43 除了 Y 方向和 Z 方向特性的缺省值（缺省值取 X 方向的特性）， 可采用其它的材料特性缺省值来减少输入量。如泊松比（NUXY）缺省 值取 0.3，剪切模量（GXY）的缺省值取 EX/2(1+NUXY)，发散率缺省 值取 1.0。详见 ANSYS 单元参考手册。 同样可通过 GUI 从材料库中选择常数，各向同性，线性材料特性。 对 10 种材料的四种单位制有弹性模量、密度、热膨胀系数、泊松比、 热传导系数及特定的热供选择。 注意： 材料库中的特性值是为了方便而提供的，这些数值是材料的典型 值，供用户进行基本分析及一般应用场合，用户必须自己对输入数据 负责。 要定义温度相关的材料特性，可使用 MP 命令并结合 MPTEMP 或 MPTGEN，同样可使用 MPTEMP 和 MPDATA 命令。MP 命令 允许定义以多项式的形式定义温度函数的材料特性，多项式可以是线 性、二次的、立方形式的或四次的。 特性 = C0 + C1T + C2T2 + C3T3 + C4T4 Cn 为系数、T 为温度。可通过 MP 命令的变元 C0、C1、C2、C3、C4 输入系数，如果仅指定 C0，则材料特征为常量。 如果指定 C0 和 C1，则材料特征随温度线性变化；等等。当按上述方 法定义温度相关的特性时，程序用点间线性插值方法（即：分段线性表 达式）计算离散温度点的多项式值，而在端点外则使用等值外插值方 ANSYS 基本分析过程指南 13 法。在 MP 命令之前，必须使用 MPTEMP 或 MPTGEN 命令为二次 或更高次特性定义合适的温度步长。 第二种定义温度相关的材料特性的方法是：运用 MPTEMP 和 MPDATA 命令组合。MPTEMP (或 MPTGEN)命令定义一系列温度。 通过 MPDATA 命令定义相应的材料特性值。例如；下列命令定义材 料号 4 与温度有关的焓： MPTEMP,1,1600,1800,2000,2325,2326,2335 ! 6个温度数据点(temps 1- 6) MPTEMP,7,2345,2355,2365,2374,2375,3000 ! 6个以上的温度数据点 (temps 7-12) MPDATA,ENTH,4,1,53.81,61.23,68.83,81.51,81.55,82.31 ! 对应的 焓值MPDATA,ENTH,4,7,84.48,89.53,99.05,112.12,113.00,137.40 ! 如果特性数据点的数量与温度数据点数不相等，ANSYS 程序仅 使用定义特性函数表的具有两类数据点的位置。要为下一个材料特性 定义一组不同的温度，首先须通过执行 MPTEMP 命令（不带任何变 元）删除当前的温度表，然后定义新的温度（使用 MPTEMP 或 MPTGEN 命令）。 ANSYS 基本分析过程指南 14 MPPLOT 命令(Main MenuPreprocessorMaterial PropsGraph) 显示特性与温度的关系图。图 1-1 表示上例所定义的热函与温度关系 曲线。MMPLIST 命令(Main MenuPreprocessorMaterial PropsList)列出材料的特性值。 图 1-1 MPPLOT 命令显示实例 下面是关于温度相关材料特性的一些注意事项： 要修改已存在曲线的特性数据点，只需发出带有相应位置号的 MPDATA 命令，重新定义所需的数据点。例如，要将上面热焓 与温度关系曲线中位置为 6 的 ENTH 值从 82.31 改为 83.09，使 用的命令为: MPDATA,ENTH,4,6,83.09 要修改已存在曲线的温度数据点，需要两个命令：带有相应位 置号的 MPTEMP 命令，指定新温度值；而 MPDRES 命令 (Main MenuPreprocessor Material PropsModify Temps)则 将新的温度表与材料特性相关联。如，要将上面热函与温度关 ANSYS 基本分析过程指南 15 系曲线中位置为 7 的温度从 2345 改为 2340，使用的命令为: MPTEMP,7,2340 ! 修改位置7，其他位置不变 MPDRES,ENTH,4 ! 使材料4的ENTH与新的温度值相关 联 使用 MPDRES 命令的原因是：无论何时定义一个温度相关的特性， 温度与特性数据对就被立即存入数据库中。修改温度数据点仅仅影响 随后定义的材料特性，而不影响已存储的特性。MPDRES 命令强制对 已存储的特性进行修改。MPDRES 命令的另外两个用途是可以修改 已存储特性并将它存储在一个新标识或新材料的参考号下。 MPTRES 命令(Main MenuPreprocessorMaterial PropsRestore Temps)允许用先前已定义在数据库中的材料特性替 换当前的温度表。然后能使用先前的温度数据点定义其他特性。 对于与时间相关的热膨胀系数（ALPX，ALPY，ALPZ），如果定义 它们的基准温度（定义温度）与参考温度（热应变为 0 的温度，是通过 MP,REFT 或 TREF 命令定义的）不同，那么，使用 MPAMOD 命令 该数据转换为参考温度。对与该命令等价的 GUI 路径，参见 ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）。 ANSYS 程序在求解中形成单元矩阵时，考虑温度相关的材料特 性。程序首先计算每个单元中心（或每个温度单元的集中点）的温度， 通过特性-温度表进行线性插值确定相应的材料特性值。有关 ANSYS ANSYS 基本分析过程指南 16 如何对温度相关材料进行估指，见“线性材料特性”小节。 可以将线性材料特性（不论是温度相关的特性还是常数）存储到一 文件或从文本文件调用它们。 （关于材料库文件的讨论，参见“使用材 料库文件”小节），也可用 CDWRITE,MAT 将线性或非线性材料特性 写入文件。 注意： 如果在任何 ANSYS 衍生产品(ANSYS/Emag, ANSYS/Thermal, 等.)中使用 CDWRITE 命令时，必须编辑 CDWRITE 命令创建的 Jobname.CDB 文件，去掉衍生产品中不支持的命令。必须在读 Jobname.CDB 前完成此工作。 1.2.4.2 非非线线性材料特性性材料特性 非线性材料特性通常是表格数据，如塑性数据（不同硬化法则的应 力-应变曲线）、磁场数据（B-H 曲线）、蠕变数据、膨胀数据、超弹性材 料数据等。定义非线性材料特性的第一步就是使用 TB 命令（见 GUI 的材料模型界面）激活数据表。例如：TB，BH，2 命令激活材料参考号 2 的 B-H 表。 要输入表格数据，使用 TBPT 命令。例如，下列命令是定义一个 B-H 曲线。 TBPT,DEFI,150,.21 TBPT,DEFI,300,.55 ANSYS 基本分析过程指南 17 TBPT,DEFI,460,.80 TBPT,DEFI,640,.95 TBPT,DEFI,720,1.0 TBPT,DEFI,890,1.1 TBPT,DEFI,1020,1.15 TBPT,DEFI,1280,1.25 TBPT,DEFI,1900,1.4 通过 TBPLOT 或 TBLIST 命令显示或列表以验证输入的数据。 样例显示了一个用 TBPLOT 命令定义的上述 B-H 曲线： TBPLOT 命令实例 图 1-2 TBPLOT 命令的显示实例 1.2.4.3 各向异性各向异性弹弹性材料特性性材料特性 有些单元类型允许采用各向异性弹性材料特性，这些特性通常是 以矩阵形式输入。 （这些特性不同于各向异性塑性，在各个不同方向它 ANSYS 基本分析过程指南 18 们需要不同的应力-应变曲线），允许采用各向异性弹性材料的单元类 型有：SOLID64（3-D 各向异性实体单元）、PLANE13（2-D 耦合场实体） 、SOLID5 和 SOLID98（3-D 耦合场实体）。 定义各向异性弹性材料特性的过程类似于定义非线性材料特性。 首先使用 TB 命令 (带变元 Lab=ANEL)激活一个数据表，然后使用 TBDATA 命令定义弹性系数矩阵。一定要通过 TBLIST 命令验证输 入数据。更多的信息参见 ANSYS Elements Reference（ANSYS 单元参 考手册）的 Data Tables - Implicit Analysis 节和相应的单元描述。 1.2.4.4 材料模型界面材料模型界面 ANSYS 包含直观的分级树结构界面来定义材料模型，逻辑上自 顶向下材料类型分类指导用户为分析定义恰当的材料模型，用户可在 除了需要使用 FLDATA 命令族的 CFD 分析外的所有其它分析中使 用该材料模型界面。 1.2.4.4.1 进进入界面入界面 可从 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 接 近材料模型， 定义材料模型行为的对话框出现，该对话框通常显示 结构树的顶端，如 Material Model Interface Initial Screen 所示。 材料模型界面初始屏幕材料模型界面初始屏幕 ANSYS 基本分析过程指南 19 1.2.4.4.2 选择选择材料行材料行为为 右边的可用材料模型窗口显示了材料类型列表 (例如, Structural, Thermal, Electromagnetics). 注意：注意： 如果选择 ANSYS/LS-DYNA 单元类型， 只有一种类型， LS-DYNA 出现。 如果某一类前出现文件夹图标，则在该类下有子类，当双击该类 时，子类相继出现，下面是 Material Model Interface Tree Structure 所 示的分类。 材料模型界面材料模型界面树结树结构构 ANSYS 基本分析过程指南 20 例如，在 Structural 下有类型 Linear、Nonlinear 和 others， 材料 模型进一步分类到最终可看到垂直的材料特性组列表或该类下的材 料模型 （如，在 Mises Plasticity 下有： Bilinear、 Multilinear、Nonlinear）。一旦决定使用哪一种材料模型，那就双击该 项。这时就出现一个对话框提示用户针对某个特定的材料模型或特性 组需要的输入数据，数据输入对话框的详细内容在下面的 输入材料数据中介绍。 1.2.4.4.3 输输入材料数据入材料数据 数据输入对话框是一个表格，用户可以更改的行和列数取决于所 选择的特定材料特性或模型，典型的数据输入框如 数据输入对话框 所示。 数据数据输输入入对话对话框框 ANSYS 基本分析过程指南 21 在材料输入对话框内有两个交互输入区：数据输入表，及出现在 底部的一系列动作按钮。按所定义的材料项不同，表中的标签也随之 改变，原先出现的行和列数也会变化。材料项同样规定了用户可以增 加或删除的行和列数。在大多数情况下，列代表温度，行表示数据值 （例如，密度作为线性各向同性的特性，或对某一特定的非线性模型 作为常数） 温度相关的数据温度相关的数据 最初，数据表为温度相关数据而设置，所以温度区段变灰，这时， 如果决定输入各种温度对应的数据， 可很快为代表每一温度的数据 加上文本区段的列。任何时候都可以增加或删除温度相关的数据。如 果数据是温度相关的，不需要预先定义。 添加和添加和删删除列除列 ANSYS 基本分析过程指南 22 要增加一列，将文本状态下的光标定位于现有的列中的任一区段， 然后单击增加温度按钮，在现有的列的右边就出现新的一列，现有的 和新增的列中的温度区段变成激活状态，如数据输入对话框新增的 列所示。 数据数据输输入入对话对话框框新增的列新增的列 用户在行中输入两个温度以及相对应的数据值，可根据需要按照 同样的程序添加更多的温度列 。在要插入新列的左边一列的某一区 段，单击文本状态下的光标，然后单击添加温度按钮就可以在现有列 之间插入新的列。当列数超过对话框的宽度时，在数据表的底部会出 现一滚动条。 要删除某一温度列，将光标定位于所要删除的列的任一区段中， 单击删除温度按钮。 添加和添加和删删除行除行 ANSYS 基本分析过程指南 23 对某一特定的温度，用户可能需要添加另一常数行或其它数据， 可按与上面介绍的添加和删除列类似的方法添加行。要添加一行，将 文本光标放在现有行的任一区段，单击添加行（或添加点） 按钮， 在 现有行的下方就出现一新行，如数据输入对话框-添加的行所示。 数据数据输输入入对话对话框框-添加的行添加的行 按照同样的程序，可根据需要添加更多的行，将光标定位于上一 行的任一区段，单击添加行（或添加点）按钮，可在现有的两行之间插 入新的行。当行数超过对话框的高度时，表格中就会出现一垂直滚动 条。 将文本光标定位于某一行的任一区段，单击删除行（或删除点）按 钮，可删除该行。 在文本段在文本段输输入入/编辑编辑数据数据 ANSYS 基本分析过程指南 24 当数据对话框开始出现时，选择某一文本段（以黑色高对比显示）， 这就意味着该段准备接受用户输入的数据。 可使用箭头键移动选择 状态到其它文本段，同样，按下 Tab 键，允许用户移动选择状态到当 前选择的文本段的右边的文本段。 当开始在某一文本段内输入文本 时，加亮区被用户输入的字符所取代。可使用左右箭头键将文本光标 定位于想要取代或删除的任一段。 要编辑数据，必须首先选择文本去段，这可通过单击该段或使用 箭头键移动选择状态到特定的段。 要拷贝/粘帖数据，选择要拷贝数据的文本，用 Ctrl-c 拷贝数据到 剪帖板，选择空白的目标文本段，使用 Ctrl-v 将数据粘贴到该。要选 择多个相邻的文本段，拖动鼠标从要选择的第一段到最后一段，或单 击第一段，按下 Shift 键不放，然后再单击最后一段。要选择不相邻的 多个段，按下 Ctrl 键不放，然后再选择要选取的段。 动作按钮 添加温度: 添加一列新的数据段到当前文本光标所在区段的右 边列。如果不出现按钮，材料项与温度无关。 删除温度: 删除一列新的数据段到当前文本光标所在区段的右 边列。如果不出现按钮，材料项与温度无关。 添加行 (或添加点):在文本光标当前所在行的下方添加一新的 数据段，如果不出现按钮，对添加的更多数据没有提供材料项。 ANSYS 基本分析过程指南 25 删除行 或删除点): 在文本光标当前所在行的下方删除一新的 数据段，如果不出现按钮， 材料项要求所有的数据输入段必须 输入数据。 图形: 在 ANSYS 图形窗口下显示当前数据的图形。如果需要， 在单击 OK 键前可以改变表中的数据，再单击 Graph 按钮。 OK: 提交输入的所有数据到 ANSYS 的数据库，并删除该对话 框 1。材料模型号# 出现在材料模型定义树结构窗口，对第一种 模型 # = 1 ，或为用户在定义材料号对话框中指定的某一编号。 Cancel: 取消所有输入的数据，删除对话框 1 Help: 显示该帮助文件 1单击 OK 或 Cancel 删除输入数据对话框，按下 Enter 键将不删除 对话框。 如果按钮出现，但是变灰的，那么该功能是为特定的材料模型而定义 的，而用户还没有输入足够的数据使该功能被激活。 某些材料输入对话框可能包含其它按钮或交互输入元件，这些是为完 整定义某一材料模型而设置的。如想要这些交互输入元件的帮助文件， 见 ANSYS 操作指南中的 对话框及其元件 结结构分析注意事构分析注意事项项 执行结构分析时，几种非弹性材料模型（双击下列树结构列表显 示：Structural, Nonlinear, Inelastic）要用户输入数值代替弹性材料特性 ANSYS 基本分析过程指南 26 (弹性模量和或泊松比) ，除了针对特定模型的非弹性常数外 (例如, 对双线性各向同性硬化模型是屈服应力和切线模量)， 这些情况下， 在输入非弹性常数前，必须输入弹性材料特性。如果试图首先输入非 弹性材料常数，就出现一个注释告知你必须首先输入弹性材料特性。 单击注释的 OK 键后，出现数据输入对话框，提醒用户输入弹性材料 特性并单击 OK，然后又出现另一数据输入对话框告知用户为选择的 特定材料模型输入非弹性常数。 1.2.4.4.4 记录记录/编辑编辑材料数据材料数据 材料模型定义窗口(定义材料模型行为对话框的左边窗口)显示用 户指定的每个材料模型的记录，在数据输入框选中 OK 后，该窗口显 示一文件夹图标、材料模型号 # (缺省状态，第一个 # 是 1),紧接着 是所定义的该材料模型的特性。 选择 Material New Model ，然后 在定义材料编号对话框中输入一新的编号，可为材料模型定义另外的 编号。如果双击任一材料模型或特性 (树结构的最右边), 相关的数据 输入对话框出现在用户编辑数据的地方。 1.2.4.4.5 范例范例: 定定义简单义简单材料模型材料模型 这个范例及下面的两个范例显示了结构分析中材料模型界面的 典型使用情况。如果用户的专业或兴趣在执行分析而不是结构分析， 建议你仍然要阅读并执行这些例子，以使你对操作材料模型界面较熟 悉。然后才能有勇气试着完成自己的特定领域的问题，或试着做各种 ANSYS 基本分析过程指南 27 分析指南里的样例。这里是这些问题的一个样例： 在热分析指南中完成一个稳态热分析（方式）. 在 ANSYS 电磁场分析指南中的维静态基于边缘的分析样例 (GUI 方式). 在 ANSYS 电磁场分析指南中的共轴波导高频谐响应分析样例 在 ANSYS 藕合场分析指南中的热结构直接藕合的分析样例 （方式） 下面的第一个样例打算让用户看看如何完整地定义简单的材料 模型。 该样例一步步地引导用户完成使用材料模型界面，在两种温 度的大应变结构分析中，用 Voce 法则为模拟非线性各向同性硬化定 义模型。 1. 从 ANSYS 主菜单，单击下列菜单路径： Preprocessor Material Props Material Models，出现 Define Material Model Behavior 对话框。 2. 在可用的材料模型窗口，双击下列选项： Structural, Linear, Elastic, Isotropic，出现一个对话框。 3. 按需要输入材料特性值 (EX 代表弹性模量，XY 代表泊松比)， 并单击 OK， 在材料模型定义窗口出现材料模型编号 1 的特 性。 ANSYS 基本分析过程指南 28 4. 在可用的材料模型窗口，双击下列选项： Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity, Nonlinear，出现包含表格的对话框，在表格中可按分析问题增 加温度列或材料数据行。注意温度区段是变灰的，这是因为缺 省状态下，假定是温度无关的应用场合，所以不需要输 入温度值。由于本问题是温度相关的 (包含两个温度值), 所以 必须首先增加另外一个温度列，这在下一步介绍。 5. 单击 Add Temperature 按钮，出现第二列。 6. 在温度行和列输入第一个温度值。 7. 在列的下面行中为第一个温度输入需要的 Voce 常数 (见 ANSYS单元参考手册中的 非线性各向同性硬化)。 8. 在温度行的列中输入第二个温度。 9. 在列的下面行中为第二个温度输入需要的 Voce 常数。 注意，如果需要为第三个温度输入常数，必须将光标定位于 列的温度行中，然后再单击 Add Temperature 按钮，这将使第 三个温度列出现。 这个材料模型对每一温度仅需要四个常数，如果使用允许更多 常数的另外的模型， Add Row 按钮将激活，对那些材料模型， 使用 Add Row (或 Add Point) 按钮同样有添加或插入行数的功 能。 ANSYS 基本分析过程指南 29 10.单击 OK 键，对话框关闭，为该材料定义的特性列在 Material Model Number 1 下面。 1.2.4.4.6 范例：范例：编辑编辑材料模型数据材料模型数据 这个例子告诉用户如何在材料模型界面中使用基本的编辑特征， 假定用户已完成了前面的样例(见范例: 定义简单的材料模型), 并且 已完成的材料模型列在 Material Models Defined 窗口。 编辑的数据通常分两类: 更改已有的材料特性，拷贝整个材料特 性组，形成与该模型差别不大的另一个材料模型。 考虑这样一种情况，用户需要更改已指定给非线性各向同性模型的常 数，按下列方式操作： 1. 双击 Nonlinear Isotropic，出现相关的对话框，对话框中的数据 段中已有的数据也显示出来。 2. 在适当的区段中编辑常数，并单击 OK 键。 注意，如果需要更改任一其它材料特性，则在前面一步中双击 Linear Isotropic，这将使与 linear isotropic 特性相关的对话框出 现，然后就可以编辑那些数据。 考虑另外一种情况，用户需要两种材料模型，第二种材料模型与第一 种材料模型基本相同，不同之处在于第二种模型需要包含对应另外一 个温度的数值。按下列方式操作： ANSYS 基本分析过程指南 30 1. 在 Define Material Model Behavior 对话框中, 单击下列菜单路 径： Edit Copy, 然后选择表示来自那一个材料号，输入表 示到那个材料号，并单击 OK。 Material Models Defined 窗现 在包含列表形式的 Material Model Number 2 ，如果双击 Material Model Number 2, 在 Material Model Number 2 下面就 出现与 Material Model Number 1 一样的材料特性数据。 2. 在 Material Model Number 2 下面双击 Nonlinear Isotropic，出现 相应的对话框。 3. 将文本光标移到最右边一列的 Temperature 行，单击 Add Temperature 按钮. 就出现 T3 列。 4. 在新列中输入新的温度及与该温度相关的四个常数。 5. 单击 OK 键，关闭对话框，如果在 Material Model Number 2 下 双击 Nonlinear Isotropic, 则出现相关的对话框，并反映出为 Material Model Number 2 添加的新的温度值。 1.2.4.4.7 范例范例: 定定义义材料模型材料模型组组合合 这个范例目的是告知用户如何基于两种材料模型的组合来定义 材料模型，它一步一步地示范如何使用材料模型界面定义模拟在某一 温度四周软化的材料，这可通过组合 Nonlinear Isotropic 模型和 Chaboche 模型来实现。 ANSYS 基本分析过程指南 31 如果你做过这一节前面的任一个范例，在开始下面的范例前启动 一个新的会话。 1. 从 ANSYS 主菜单单击下列菜单路径： Preprocessor Material Props Material Models，Define Material Model Behavior 对话框 出现。 2. 在可用的 Material Models 窗口，双击下列选项： Structural, Linear, Elastic, Isotropic，出现一个对话框。 3. 按需要为材料特性输入数值 (EX 代表弹性模量, PRXY 代表 泊松比)，单击 OK 键， 在定义的 Material Models 窗口出现 Material Model Number 1 和 Linear Isotropic 。 4. 在可用的 Material Models 窗口，双击下列选项：Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Combined Kinematic 和 Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity。 5. 双击 Chaboche 和 Nonlinear Isotropic，出现为 Chaboche 模型 定义常数的对话框。 6. 输入与 Chaboche 模型相关的开始三个常数(见 ANSYS 单元参 考手册中的 Nonlinear Kinematic Hardening)。 7. Chaboche 模型允许用户指定更多的常数，要指定更多的常数， 单击 Add Row 按钮,输入下一个常数。 8. 对余下的想要定义的 Chaboche 常数，重复前面的步骤。 ANSYS 基本分析过程指南 32 9. 单击 OK 键，对话框关闭，出现定义 Nonlinear Isotropic 模型的 另一对话框。 10.输入与 Nonlinear Isotropic 模型相关的常数 (见 ANSYS 单元 参考手册中的 Nonlinear Isotropic Hardening)。 11.单击 OK 键，对话框关闭，在 Material Model Number 1 下, 列 出下述内容：Linear Isotropic, Chaboche, 和 Nonlinear Isotropic。用户可编辑其中的任何数据(见 范例: 编辑材料模型 数据)。 1.2.4.4.8 材料模型界面材料模型界面 杂项杂项 材料模型界面的其它特征如下： 用来输入材料数据的任何批处理文件转换到材料模型中，并在 Define Material Model Behavior 对话框中的 Material Models Defined 窗口以列表的形式出现。 材料模型界面不从 ANSYS 材料库输入数据。ANSYS 材料库将 在 Using Material Library Files 中讨论。 材料模型界面不支持用 TB,MOONEY, 或 *MOONEY 命令 输入。 ANSYS 基本分析过程指南 33 1.2.4.5 使用材料使用材料库库文件文件 尽管可以为每一个有限元分析分别定义材料特性，ANSYS 程序 可让用户以档案文件的形式存储材料特性组，然后在多种分析中恢复 该数组并再次使用(每一材料特性数组有其自己的库文件)。材料库文 件同样可让几个 ANSYS 用户共享常用的材料特性数据。 材料库特征还向用户提供其它一些优点： 因为材料库文件的存档内容可以重新使用，用户可用它来快速 定义另外一个类似的材料特性组，并且不易出错。例如，假如已 为一种钢定义了材料特性，想为另一种差别不大的钢生成材料 特性，可以将现有的材料特性组写入材料库文件，再在一个不 同的材料号下将其读入到 ANSYS 中，然后在 ANSYS 中，只要 根据需要作很少的修改就可为第二种钢定义材料特性。 使用/MPLIB 命令(Main MenuPreprocessorMaterial Props Material LibraryLibrary Path), 可定义材料库读写路径。这样做 可以允许用户以只读文档方式保护材料数据资源，而又提供 ANSYS 用户不需切换路径就可在本地目录写材料数据的功能。 用户可给自己的材料库文件起个有意义的名字来反映库中数据 的特征，例如，描述铸钢材料特性的库文件可以是 ANSYS 基本分析过程指南 34 STEELCST.SI_MPL。 (见 创建（写）材料库文件 有关文件名约 定的说明)。 可以为材料库文件设计自己的目录层，这使用户可以按单位或 任何其它选择的类别对材料类型进行分类和编目录 (plastic, aluminum, 等)。 下面几段是对如何创建和读入材料库文件的描述,参见 ANSYS单元参 考手册中对/MPLIB, MPREAD, 和 MPWRITE 命令的进一步介绍。 1.2.4.6 材料材料库库文件的格式文件的格式 材料库文件是 ANSYS 命令文件， 文件格式支持线性和非线性 材料特性，可以重复使用材料库文件，因为材料库文件是按下面的格 式写的：一旦用户将材料特性组数据读入 ANSYS 数据库，就可以将 该特性组与用户希望的任一材料号联系起来。 1.2.4.7 为为材料材料库库文件指定缺省的文件指定缺省的读读/写路径写路径 在创建任何材料库文件前，为这些文件定义一个缺省的读/写路 径： Command(s): /MPLIB,R-W_opt,PATH GUI: ANSYS 基本分析过程指南 35 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial LibraryLibrary Path 注：注： ANSYS 提供的材料库位于： /ansys60/matlib/ 在 R-W_选项处，指定 READ (设置读路径), WRITE (设置写路径), 或 STAT, 观察当前使用的是何种读/写路径。在 PATH处, 为将要使 用的材料库文件指定路径。 1.2.4.8 创创建（写）材料建（写）材料库库文件文件 按下列步骤操作来创建归档材料库文件： 发出/UNITS 命令，告知 ANSYS 程序当前使用的单位制。例如， 要指顶国际单位制，就发出/UNITS,SI 命令。不能在 GUI 模式下接近 /UNITS 命令。 1. 使用 MP 命令 (Main Menu PreprocessorMaterial PropsIsotropic)定义材料特性，要这样做，必须指定材料号及至 少一种材料特性数值（例如，磁渗透性或 MURX）。 2. 从 PREP7 前处理器中发出下述命令： MPWRITE,Filename,LIB,MAT 文件名是分配给材料库文件的名称，发出 MPWRITE (Main MenuPreprocessor Material PropsMaterial LibraryExport Library)， 并为该材料库文件指定文件名。 ANSYS 基本分析过程指南 36 发出 MPWRITE 命令将由材料号 MAT 指定的材料数据写入 当前工作目录中已命名过的文件中，(如果