ANSYS有限元分析软件介绍.ppt

有限元分析软件有限元分析软件 ANSYSANSYS软件介绍软件介绍 ANSYSANSYS软件常用命令软件常用命令 ANSYSANSYS软件界面及菜单软件界面及菜单 ANSYSANSYS的单位制的单位制 ANSYSANSYS的文件管理的文件管理 ANSYSANSYS软件建模及网格划分软件建模及网格划分 ANSYSANSYS软件分析步骤软件分析步骤 ANSYSANSYS软件家族产品软件家族产品 特色产品 Workbench Multiphysics DesignSpace DesignXplorer FSI HPC 结构分析产品 Mechanical Explicit STR Rigid Dynamics Fatigue Module LS-DYNA 模型处理产品 AI*Environment BladeModeler DesignModeler MeshMorpher Meshing Tgrid ICEM CFD ICEM CFD Cart3D 流体分析产品 FLUENT CFX FLUENT V5 电磁分析产品 EMAG ANSOFT 行业专用 AAutoReaGas AUTODYN POLYFLOW Icepak Airpak DTM ANSYSANSYS有限元分析软件介绍有限元分析软件介绍 结构分析：结构分析：确定结构的变形、应变、应力及反作用力等。确定结构的变形、应变、应力及反作用力等。 热热 分分 析：析：计算物体的稳态或瞬态温度分布计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的以及热量的 获取或损失、热梯度、热通量等。获取或损失、热梯度、热通量等。 电磁分析电磁分析: :用于计算磁场，包括静磁场、交变磁场、瞬态磁用于计算磁场，包括静磁场、交变磁场、瞬态磁 场、交变电磁场等。场、交变电磁场等。 流体分析流体分析 ：用于确定流体的流动及热行为，用于确定流体的流动及热行为， 包括不可压包括不可压 缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。 耦合场分析耦合场分析 ：考虑两个或多个物理场之间的相互作用。考虑两个或多个物理场之间的相互作用。 ANSYSANSYS软件常用命令软件常用命令 Utility Menu实用菜单 SAVE_DB存储数据库 RESUME_DB恢复数据库 Select Entity选择实体 Comp/Assembly组元/集合 Plot/Replot画图/重新画图 Pan,Zoom,Rotate平移，缩放，旋转 WorkPlane(WP)工作平面 Coordinate System(CS)坐标系 Macro宏 ANSYSANSYS软件常用命令软件常用命令 Preference优先设置 Preprocessor前处理 General Postproc通用后处理 TimeHist Postproc时间历程后处理 APDLANSYS参数化设计语言 Line Fillet在两条线的过渡生成线 Arbitrary任意形状 Cylinder圆柱体 Prism棱柱体 Cone圆锥形 Sphere球形 Polygon多边形 ANSYSANSYS软件常用命令软件常用命令 Stress应力 Strain应变 Displacement位移 DOF自由度 Von Mises(Stress)平均应力 Contour等高线（图） Deformed/Undeformed shape变形后/未变形的形状 Results Summary结果摘要 Radiation Matrix辐射矩阵 Modeling建模 Meshing划分网格 Attribute属性 LS (Load Step)载荷步 ANSYSANSYS软件界面及菜单软件界面及菜单 输出窗口 工具条菜单图 标 Contact Manager Icon 主菜单 应用菜单 输入行 显示/隐藏图 标 模型控制工 具条 绘图区 当前设置 用户提示信息 缩写工具条菜单 命令窗口图标 Reset picking 典型的典型的ANSYSANSYS分析过程分析过程 典型的典型的ANSYSANSYS分析过程包含三个主要的步骤：分析过程包含三个主要的步骤： 1、创建有限元模型 （前处理器） 1）创建或读入有限元模型； 2）定义材料属性； 3）划分网格。 2、施加载荷并求解 （求解器） 1）施加载荷及设定约束条件； 2）求解。 3、查看结果 （后处理器） 1）查看分析结果； 2）检查结果是否正确。 ANSYSANSYS软件界面及菜单软件界面及菜单 1. 建立有限元模型 3. 查看结果 2. 施加载荷求解 主菜单（Main Menu） 实用菜单（Utility Menu） 文件文件 选择选择 列表列表 显示显示 显示控制显示控制 工作平面工作平面 参数参数 宏宏 菜单控制菜单控制 帮助帮助 ANSYSANSYS所有的单位是自己统一的。所有的单位是自己统一的。 常用单位如下表：常用单位如下表： ANSYSANSYS的单位制的单位制 ANSYS在分析过程中需要读写文件. 文件格式为 jobname.ext, 其中 jobname 是设定的工作文件名, ext 是由ANSYS定义的扩展名，用于区分文件的用途和类型. 默认的工作文件名是 file. ANSYSANSYS的文件管理的文件管理 一些特殊的文件 v数据库文件jobname.db二进制 vLog 文件jobname.log文本 v结果文件jobname.rxx二进制 v(例如：结构)jobname.rst v图形文件jobname.grph二进制 (特殊格式) 有限元模型的建立方法可分为：有限元模型的建立方法可分为： 直接法 直接根据机械结构的几何外型建立节点和单元，因此直 接法只适应于简单的机械结构系统。 间接法 适用于具有复杂几何外型、节点及单元数目较多的机械 结构系统。该方法通过点、线、面、体，先建立实体模型， 再进行网格划分，以完成有限元模型的建立。 下面介绍间接法即实体建模。 ANSYSANSYS软件建模及网格划分软件建模及网格划分 Main Menu: Preprocessor -Modeling- Create 选择以“”结尾的菜单，将弹出 拾取菜单 (见下页），提示通过 拾取方式创建体素. 选择By Dimensions . 将弹出对 话框，提示输入体素的坐标. 对话框示例 建模建模 二维体素包括矩形、圆、三角形和其它多边形 三维体素包括块、圆柱、棱柱、球和锥 坐标系统及工作平面坐标系统及工作平面 总体坐标系 总体笛卡尔坐标系 总体柱坐标系 总体球坐标系 局部坐标系 局部笛卡尔坐标系 局部柱坐标系 局部球坐标系 工作平面坐标系 ANSYS中的坐标系有： 工作平面设置工作平面设置 工作平面控制 移动工作平面 的选项 有关坐标系统的 选项 Utility Menu: WorkPlane 坐标系统与工作平面关系：坐标系统与工作平面关系： 工作平面工作平面 工作平面 是一个可以移动的二维参考平面，用于定位和确定体 素的方向。 缺省时，工作平面的原点与总体坐标系的原点重合，但可以将它移动 或旋转到任意想要的位置 通过显示栅格，可以将工作平面作为绘图板 WX WY WX WY X2 X1 Y2 Y1 WP (X,Y) width height 选择图形类型. 将弹出 选取菜单 , 提示选择图形 进行布尔操作. 要使用布尔操作: Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure 1. . 2. . 3. . 选择一种布尔操作 (例如： Add) 布尔操作布尔操作 WZ WY WX 这个看起来复杂的模型，实 际上是一个方块与一个空心 的球进行求交（intersect） 布尔操作的结果. ANSYSANSYS软件建模及网格划分软件建模及网格划分 网格划分主要包括以下四个步骤: 1. 定义单元属性 (材料属性、单元类型、实常数). 2. 设定网格尺寸控制 (控制网格密度). 3. 网格划分以前保存数据库. 4. 执行网格划分. 打开网格划分工具: Main Menu: Preprocessor MeshTool 网格划分工具是网格控制的一种快捷方式 单元属性控制 智能网格划分控制 尺寸控制 指定单元形状 自由网格划分或映射网格划分 执行网格划分 清除网格 局部细划 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 8 6 7 ANSYSANSYS软件建模及网格划分软件建模及网格划分 1 1、定义单元类型、定义单元类型 结构点单元MASS21 结构线单元2DLINK1 3DLINK8，LINK10，LINK180 梁单元2DBEAM3，BEAM23，BEAM54 3DBEAM4，BEAM24，BEAM44，BEAM188，BEAM189 实体单元2DPLANE2，PLANE25，PLANE42，PLANE82，PLANE83， PLANE145，PLANE146，PLANE182，PLANE183 3DSOLID45，SOLID64，SOLID65，SOLID92，SOLID95， SOLID147，SOLID148，SOLID185，SOLID186， SOLID187 壳单元2DSHELL51，SHELL61，SHELL208，SHELL209 3DSHELL28，SHELL41，SHELL43，SHELL63，SHELL93， SHELL150，SHELL181 管单元PIPE16，PIPE17，PIPE18，PIPE20，PIPE59，PIPE60 ANSYS软件分析步骤 2 2、定义单元实常数、定义单元实常数 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2D2D 梁单元梁单元BEAM3BEAM3的实常数是面积（的实常数是面积（AREAAREA）、惯性矩（）、惯性矩（IZZIZZ）、高度（）、高度（ HEIGHTHEIGHT）、剪切变形常数（）、剪切变形常数（SHEARZSHEARZ）、初始应变（）、初始应变（ISTRNISTRN）和附加的）和附加的 单位长度质量（单位长度质量（ADDMASADDMAS）。）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同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。类型的不同单元可以有不同的实常数值。 ANSYS软件分析步骤 3 3、定义材料属性、定义材料属性 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 线性或非线性的。线性或非线性的。 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），个材料特性组（对应的模型中有多种材料），ANSYSANSYS通过独特的参考通过独特的参考 号来识别每个材料特性组。号来识别每个材料特性组。 定义材料属性时应当注意以下几点：一般情况下杨氏模量（定义材料属性时应当注意以下几点：一般情况下杨氏模量（EXEX）必须）必须 定义；若加惯性载荷，必须定义能求出质量的参数，如密度；若模型定义；若加惯性载荷，必须定义能求出质量的参数，如密度；若模型 中存在热载荷，需定义膨胀系数（中存在热载荷，需定义膨胀系数（ALPXALPX）。）。 ANSYS软件分析步骤 4 4、创建几何模型、创建几何模型 1. 1. 建立模型的方法建立模型的方法 ANSYSANSYS程序为用户提供了下列生成几何模型以及有限元模型的方法：程序为用户提供了下列生成几何模型以及有限元模型的方法： 在在ANSYSANSYS中创建几何模型，即实体建模；中创建几何模型，即实体建模； 导入在其它导入在其它CADCAD系统创建的模型，直接生成。系统创建的模型，直接生成。 对于实体建模，需要描述模型的几何边界，以便生成有限元模型对于实体建模，需要描述模型的几何边界，以便生成有限元模型 前建立对单元大小和形状的控制，然后让前建立对单元大小和形状的控制，然后让ANSYSANSYS自动生成所有的节点自动生成所有的节点 和单元。与之对比，直接生成方法必须直接确定每个节点的位置，以和单元。与之对比，直接生成方法必须直接确定每个节点的位置，以 及每个单元的大小、形状和连接关系。采用命令流方式往往更便于实及每个单元的大小、形状和连接关系。采用命令流方式往往更便于实 现有限元模型的直接生成。现有限元模型的直接生成。 2. 2. 坐标系坐标系 1 1）整体与局部坐标系）整体与局部坐标系 2 2）坐标系的激活）坐标系的激活 3 3）节点和单元坐标系）节点和单元坐标系 4 4）显示和结果坐标系）显示和结果坐标系 ANSYS软件分析步骤 5 5、对实体模型划分网格、对实体模型划分网格 用户建模工作完成后，得到分析目标的几何模型。接下来，就需要对用户建模工作完成后，得到分析目标的几何模型。接下来，就需要对 几何模型划分网格，形成有限元单元、节点，从而得到有限元分析模几何模型划分网格，形成有限元单元、节点，从而得到有限元分析模 型。有限元网格的划分过程包括四个步骤：型。有限元网格的划分过程包括四个步骤： 定义有限元模型中的单元属性；定义有限元模型中的单元属性； 目标网格选项控制；目标网格选项控制； 对几何模型划分网格；对几何模型划分网格； 修改与优化有限元网格。修改与优化有限元网格。 ANSYS软件分析步骤 6 6、施加负、施加负载载 对于不同的分析类型，所施加的载荷形式有所不同，可以归结为对于不同的分析类型，所施加的载荷形式有所不同，可以归结为6 6类：类： DOFDOF约束（约束（DOF constraintDOF constraint）：用于对模型自由度做出限定，用于确）：用于对模型自由度做出限定，用于确 定边界条件；定边界条件； 力（力（ForceForce）：施加在有限元模型节点上的集中载荷；）：施加在有限元模型节点上的集中载荷； 表面载荷（表面载荷（Surface loadSurface load）：施加在单元上的分布载荷，包括线分）：施加在单元上的分布载荷，包括线分 布和面分布；布和面分布； 体载荷（体载荷（Body loadBody load）：包括体积载荷和场载荷；）：包括体积载荷和场载荷； 惯性载荷（惯性载荷（Inertia loadsInertia loads）：由模型惯性而引起的载荷，主要应用）：由模型惯性而引起的载荷，主要应用 在结构分析中；在结构分析中； 其他类型载荷：包括耦合场载荷（其他类型载荷：包括耦合场载荷（Coupled-field loadsCoupled-field loads）、初应力）、初应力 载荷等。载荷等。 ANSYS软件分析步骤 7 7、求解求解ANSYSANSYS程序中有几种解联立方程系统的方法程序中有几种解联立方程系统的方法 ANSYS软件分析步骤 解法典型应用场合模型尺寸内存使 用 硬盘使用 正向直接解法(直 接消除法) 要求稳定性（非线性分析）或内 存受限制时 低于500