ANSYS从入门到精通[完整版总结]

1 1 ANSYSANSYS 分析的目的分析的目的 5 2 2 有限元法基本构成和主要功能 有限元法基本构成和主要功能 5 2 12 1 ANSYSANSYS 有限元的基本构成 有限元的基本构成 5 2 22 2 ANSYSANSYS 软件的组成软件的组成 5 3 3 ANSYSANSYS 界面介绍界面介绍 5 3 13 1 ANSYSANSYS 功能菜单 功能菜单 UtilityUtility MenuMenu 6 3 1 13 1 1 文件菜单 文件菜单 FileFile 6 3 1 23 1 2 选择菜单 选择菜单 SelectSelect 6 3 1 33 1 3 列表显示菜单 列表显示菜单 ListList 7 3 1 43 1 4 图形显示菜单 图形显示菜单 PlotPlot 7 3 1 53 1 5 图形显示控制菜单 图形显示控制菜单 PlotCtrlsPlotCtrls 7 3 1 63 1 6 工作平面菜单 工作平面菜单 WorkPlaneWorkPlane 8 3 1 73 1 7 参数菜单 参数菜单 ParametersParameters 8 3 1 83 1 8 宏命令菜单 宏命令菜单 MacroMacro 9 3 1 93 1 9 菜单控制菜单 菜单控制菜单 MenuCtrlsMenuCtrls 9 3 23 2 输入窗口 输入窗口 InputInput WindowWindow 9 3 33 3 工具栏 工具栏 ToolbarToolbar 9 3 43 4 主菜单 主菜单 MainMain MenuMenu 10 3 53 5 图形窗口 图形窗口 GraphicGraphic WindowWindow 10 3 63 6 图形显示控制按钮图形显示控制按钮 10 3 73 7 提示栏提示栏 11 3 83 8 隐藏的输出窗口隐藏的输出窗口 11 4 4 ANSYSANSYS 文件系统文件系统 11 5 5 ANSYSANSYS 典型分析过程典型分析过程 12 5 15 1 ANSYSANSYS 分析前的准备工作分析前的准备工作 12 5 25 2 通过前处理器通过前处理器 PreprocessorPreprocessor 建立模型建立模型 12 5 35 3 通过求解器通过求解器 SolutionSolution 加载求解加载求解 12 5 45 4 通过后处理器通过后处理器 GeneralGeneral PostprocPostproc 或或 TimeHistTimeHist PostprocPostproc 查看分析结果查看分析结果 12 6 6 ANSYSANSYS 中的坐标系中的坐标系 12 6 16 1 ANSYSANSYS 中坐标系的分类 中坐标系的分类 13 6 26 2 总体坐标系总体坐标系 13 6 36 3 局部坐标系局部坐标系 13 6 46 4 显示坐标系显示坐标系 14 6 56 5 节点坐标系节点坐标系 14 6 66 6 单元坐标系单元坐标系 14 6 76 7 结果坐标系结果坐标系 14 7 7 工作平面 工作平面 14 8 8 网格划分 网格划分 14 8 18 1 概述概述 15 8 28 2 设置单元属性表设置单元属性表 15 8 38 3 网格划分前分配单元属性网格划分前分配单元属性 15 8 3 18 3 1 直接给实体模型图元分配单元属性直接给实体模型图元分配单元属性 15 8 3 28 3 2 分配默认属性分配默认属性 15 8 48 4 网格划分控制网格划分控制 15 8 4 18 4 1 网格划分工具网格划分工具 16 9 9 施加荷载 施加荷载 22 9 19 1 荷载分类荷载分类 22 9 29 2 荷载步 子步 平衡迭代荷载步 子步 平衡迭代 23 9 39 3 时间的作用时间的作用 TIME TIME 23 9 49 4 加载方式加载方式 24 9 59 5 荷载步选项荷载步选项 24 9 69 6 创建多荷载步创建多荷载步 27 9 79 7 载荷的施加载荷的施加 28 1010 求解过程求解过程 30 10 110 1 概述概述 30 10 210 2 求解器求解器 30 10 310 3 求解方式求解方式 32 10 3 110 3 1 一般求解一般求解 32 10 3 210 3 2 多荷载步求解多荷载步求解 33 10 3 2 110 3 2 1 多重求解法多重求解法 33 10 3 2 210 3 2 2 荷载步文件法荷载步文件法 33 10 3 310 3 3 重新启动分析重新启动分析 34 10 410 4 求解控制求解控制 34 10 510 5 可能出现的问题可能出现的问题 36 1111 结果后处理 结果后处理 36 11 111 1 后处理器后处理器 37 11 211 2 求解结果求解结果 37 11 311 3 通用后处理器 通用后处理器 POST1POST1 37 11 3 111 3 1 将结果数据读入数据库将结果数据读入数据库 37 11 3 211 3 2 通用后处理的一些选项控制通用后处理的一些选项控制 39 11 3 311 3 3 图形显示结果数据图形显示结果数据 39 11 3 3 111 3 3 1 等值线显示等值线显示 40 11 3 3 211 3 3 2 变形后的形状显示变形后的形状显示 42 11 3 3 311 3 3 3 向量显示向量显示 42 11 3 3 411 3 3 4 路径图路径图 43 11 3 411 3 4 列表显示结果数据列表显示结果数据 43 11 411 4 单元表单元表 43 11 4 111 4 1 单元表的创建单元表的创建 43 11 4 1 111 4 1 1 组件名法填写单元表组件名法填写单元表 44 11 4 1 211 4 1 2 序列号法填写单元表序列号法填写单元表 47 11 4 1 311 4 1 3 创建单元表示应注意的问题创建单元表示应注意的问题 49 11 4 1 411 4 1 4 单元表的显示单元表的显示 49 11 4 1 511 4 1 5 单元表的操作单元表的操作 50 11 511 5 路径路径 50 11 5 111 5 1 定义路径定义路径 51 11 5 211 5 2 映射路径映射路径 52 11 5 311 5 3 计算路径项计算路径项 53 11 5 411 5 4 对路径进行算术运算对路径进行算术运算 54 11 5 511 5 5 存储或恢复路径数据存储或恢复路径数据 54 11 611 6 时间历程后处理器 时间历程后处理器 POST26POST26 55 11 6 111 6 1 变量查看器 变量查看器 VariableVariable ViewerViewer 56 11 6 211 6 2 进入时间 历程后处理器进入时间 历程后处理器 58 11 6 311 6 3 定义变量定义变量 59 11 6 411 6 4 对变量进行处理计算对变量进行处理计算 61 11 6 511 6 5 查看结果查看结果 63 11 6 5 111 6 5 1 图形显示图形显示 63 11 6 5 211 6 5 2 列表显示列表显示 64 1212 静力学分析 静力学分析 64 12 112 1 静力学分析概述静力学分析概述 64 12 212 2 结果后处理结果后处理 65 1313 非线性分析 非线性分析 65 13 113 1 引起非线性的原因引起非线性的原因 65 13 1 113 1 1 几何非线性几何非线性 65 13 1 213 1 2 材料非线性材料非线性 65 13 1 313 1 3 状态非线性状态非线性 65 13 213 2 非线性结构分析的分析过程非线性结构分析的分析过程 66 13 2 1 建模建模 66 13 2 2 加载求解加载求解 66 13 2 2 1 求解控制求解控制 66 13 2 2 2 分析选项分析选项 69 13 2 2 3 普通选项普通选项 71 13 2 2 413 2 2 4 非线性选项非线性选项 72 13 2 2 513 2 2 5 输出控制选项输出控制选项 76 13 2 2 613 2 2 6 加载求解注意事项加载求解注意事项 76 13 2 3 结果后处理结果后处理 76 13 2 3 1 用用 POST1 考察结果考察结果 76 13 2 3 2 用用 POST26 考察结果考察结果 77 13 313 3 几何非线性几何非线性 78 13 3 1 几何非线性简介几何非线性简介 78 13 3 213 3 2 大应变效应大应变效应 78 13 3 3 对几何非线性情况的处理方法对几何非线性情况的处理方法 79 13 3 3 3 应力刚化应力刚化 79 13 3 3 4 旋转软化旋转软化 80 13 4 材料非线性材料非线性 80 13 4 1 进行塑性分析时的进行塑性分析时的 ANSYS 输入输入 81 13 4 2 塑性分析中的输出量塑性分析中的输出量 81 13 4 3 塑性分析中的一些基本原则塑性分析中的一些基本原则 81 13 4 4 查看结果查看结果 82 13 513 5 状态非线性状态非线性 82 14 动力学分析介绍动力学分析介绍 84 14 1 动力分析简介动力分析简介 84 14 2 动力学分析分类动力学分析分类 84 14 2 1 模态分析模态分析 84 14 2 1 1 模态分析的定义模态分析的定义 84 14 2 1 2 模态提取方法模态提取方法 84 14 2 2 谐响应分析谐响应分析 85 14 2 2 1 谐响应分析的定义谐响应分析的定义 86 14 2 2 2 谐响应分析的求解方法谐响应分析的求解方法 86 14 2 3 瞬态动力分析瞬态动力分析 87 14 2 3 1 瞬态动力分析的定义瞬态动力分析的定义 87 14 2 3 2 瞬态动力分析的求解方法瞬态动力分析的求解方法 87 14 2 4 谱分析谱分析 88 14 2 4 1 谱分析的定义谱分析的定义 88 14 2 4 2 谱分析的类型谱分析的类型 88 14 2 4 3 谱分析涉及的几个概念谱分析涉及的几个概念 89 14 3 各类动力学分析的基本步骤各类动力学分析的基本步骤 89 14 3 1 模态分析的基本步骤模态分析的基本步骤 90 14 3 1 1 模型的建立模型的建立 90 14 3 1 2 加载并求解加载并求解 90 14 3 1 3 模态扩展模态扩展 94 14 3 1 4 观察结果观察结果 96 14 3 2 谐响应分析的基本步骤谐响应分析的基本步骤 98 14 3 2 1 模型的建立模型的建立 98 14 3 2 2 加载并求解加载并求解 98 14 3 2 3 观察结果观察结果 102 14 3 2 4 缩减法谐响应分析缩减法谐响应分析 103 14 3 2 5 模态叠加法谐响应分析模态叠加法谐响应分析 103 14 3 3 瞬态动力学分析的基本步骤瞬态动力学分析的基本步骤 104 14 3 3 1 模型的建立模型的建立 104 14 3 3 2 加载并求解加载并求解 104 14 3 3 3 观察结果观察结果 111 14 3 3 4 缩减法瞬态动力学分析缩减法瞬态动力学分析 112 14 3 2 5 模态叠加法瞬态动力学分析模态叠加法瞬态动力学分析 113 14 3 4 谱分析的基本步骤谱分析的基本步骤 114 14 3 4 1 模型的建立模型的建立 114 14 3 4 2 获得模态解获得模态解 114 14 3 4 3 获得谱解获得谱解 115 14 3 4 4 扩展模态扩展模态 117 14 3 4 5 合并模态合并模态 117 14 3 4 6 观察结果观察结果 118 14 3 4 7 动力设计分析方法动力设计分析方法 DDAM 谱分析谱分析 119 14 3 4 8 随机振动随机振动 PSD 分析分析 119 1 1 ANSYSANSYS 分析的目的分析的目的 ANSYS 主要分析实际结构在受到外荷载作用后所出现的位移 应力 应变响应 根据 响应可以知道结构所处的状态 声明 本套资料由本人总结概括 如果您在使用过程中发现本套资料有不当或错误之 处请联系本人 本人联系 QQ 63966955 另 本人空间中有大量 ANSYS 学习资料 空间 地址 2 2 有限元法基本构成和主要功能 有限元法基本构成和主要功能 2 12 1 ANSYSANSYS 有限元的基本构成 有限元的基本构成 节点 Node 工程系统中的一个点的坐标位置 构成有限元系统的基本对象 单元 Element 单元是节点与节点相连而成 单元的组合由各节点相互连接 不同 特性的工程系统 可选用不同种类的单元 ANSYS 提供了 100 多种单元 自由度 Degree Of Freedom 节点具有某种程度的自由度 以表示工程系统受到外 力后的反应结果 2 22 2 ANSYSANSYS 软件的组成软件的组成 ANSYS 软件主要包括三个部分 前处理模块 求解模块和后处理模块 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具 用户可以方便地构造有限元 模型 对于实体建模 ANSYS 程序提供了两种方法 自顶向下与自底向上 对于网格划分 ANSYS 程序提供了使用便捷 高质量的对 CAD 模型进行网格划分的功能 包括 4 种网格划 分方法 延伸划分 映像划分 自由划分和自适应划分 在求解模块 用户定义分析类型 分析选项 载荷数据和载荷步选项 然后开始有限 元求解 后处理过程包括两个部分 通用后处理模块 POST1 和时间历程后处理模块 POST26 通 过友好的用户界面 可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示 这些结果可能 包括位移 温度 应力 应变 速度及热流等 输出形式可以有图形显示和数据列表两种 3 3 ANSYSANSYS 界面介绍界面介绍 3 13 1 ANSYSANSYS 功能菜单 功能菜单 UtilityUtility MenuMenu 3 1 13 1 1 文件菜单 文件菜单 FileFile 3 1 23 1 2 选择菜单 选择菜单 SelectSelect 3 1 33 1 3 列表显示菜单 列表显示菜单 ListList 3 1 43 1 4 图形显示菜单 图形显示菜单 PlotPlot 3 1 53 1 5 图形显示控制菜单 图形显示控制菜单 PlotCtrlsPlotCtrls 3 1 63 1 6 工作平面菜单 工作平面菜单 WorkPlaneWorkPlane 3 1 73 1 7 参数菜单 参数菜单 ParametersParameters 3 1 83 1 8 宏命令菜单 宏命令菜单 MacroMacro 3 1 93 1 9 菜单控制菜单 菜单控制菜单 MenuCtrlsMenuCtrls 3 23 2 输入窗口 输入窗口 InputInput WindowWindow 输入窗口主要用于输入命令 包含 ANSYS 命令输入 命令提示信息 其他提示信息 以及下拉式运行命令记录菜单等 可以直接选取下拉式命令记录菜单中的命令行 然后双 击重新执行命令行 在输入窗口的左右两边是一些快捷按钮 的按钮从左往右依次为 新建按钮 打开按 钮 存盘按钮 平移缩放旋转按钮 打印按钮 报告生成器按钮和帮助按钮 右边的按钮 从左往右一次为隐藏对话框提到前台按钮 选取重设按钮和接触管理器按钮 这些按钮能 够简化操作 在实际操作中会经常用到 3 33 3 工具栏 工具栏 ToolbarToolbar 工具栏是执行命令的快捷方式 以方便随时单击执行缩写命令或者宏文件等 默认的 按钮从左往右依次为存储数据库文件 SAVE DB 恢复数据库文件 RESUM DB 退出 ANSYS QUIT 和图形显示模式切换按钮 POWRGRPH 可以根据个人使用习惯来增加快捷 按钮 3 43 4 主菜单 主菜单 MainMain MenuMenu 主菜单能够完成如建立模型 施加荷载 求解控制和结果后处理等操作 3 53 5 图形窗口 图形窗口 GraphicGraphic WindowWindow 用于显示所建立的模型 以及查看分析结果 3 63 6 图形显示控制按钮图形显示控制按钮 图形显示控制按钮由若干快捷键组成 提供快速的图形显示控制 可以方便地实现图 形的平移 旋转和缩放等操作 3 73 7 提示栏提示栏 提示栏用来显示当前系统的基本信息 包括与当前操作相关的提示信息 显示当前材 料号 单元类型号 实常数号 坐标系号和截面号 3 83 8 隐藏的输出窗口隐藏的输出窗口 主要作用是显示 ANSYS 软件对已输入命令或使用功能的响应信息 包括使用命令的出 错信息和净高信息 4 4 ANSYSANSYS 文件系统文件系统 ANSYS 在分析过程中要读写文件 文件的格式为 jobname ext 其中 jobname 为设定的 工作名 ext 为由 ANSYS 定义的扩展名 用于区分文件的用途和类型 默认的工作名是 file ANSYS的文件类型 Jobname db 二进制数据库文件 Jobname dbb 数据库备份文件 保存了上一次操作的数据库信息 Jobname log 日志文本文件 Jobname err 错误和警告信息文本文件 Jobname rst 二进制结果文件 结构 Jobname elem 二进制单元定义文件 Jobname emat 二进制单元矩阵文件 Jobname esav 二进制单元数据存储文件 Jobname full 二进制组集的整体刚度矩阵和质量矩阵文件 Jobname mode 二进制模态矩阵文件 Jobname node 节点定义文本文件 Jobname out ANSYS输出文本文件 Jobname Jobname Jobname Jobname Jobname Jobname Jobname Jobname 5 5 ANSYSANSYS 典型分析过程典型分析过程 5 15 1 ANSYSANSYS 分析前的准备工作分析前的准备工作 1 清空数据库并开始一个新的分析 2 指定新的工作名 filename 3 指定新的工作标题 title 4 指定新的工作目录 Working Directory 5 25 2 通过前处理器通过前处理器 PreprocessorPreprocessor 建立模型建立模型 1 定义单元类型 ET 2 定义单元实常数 R 3 定义材料属性数据 MAT 4 创建或读入几何模型 CREATE 5 划分单元网格模型 MESH 6 检查模型 7 存储模型 5 35 3 通过求解器通过求解器 SolutionSolution 加载求解加载求解 1 选择分析类型并设置分析选项 2 施加荷载及约束 3 设置荷载步选项 4 进行求解 5 45 4 通过后处理器通过后处理器 GeneralGeneral PostprocPostproc 或或 TimeHistTimeHist PostprocPostproc 查看分析结果查看分析结果 1 从计算结果中读取数据 2 通过图形化或列表的方式查看分析结果 3 分析处理并评估结果 6 6 ANSYSANSYS 中的坐标系中的坐标系 总体和局部坐标系用来定位几何体 默认地 当定义一个节点或关键点时 其坐标系 为总体笛卡尔坐标系 可是对有些模型 利用其他坐标系更方便 ANSYS 允许使用预定义 的包括笛卡尔坐标 柱坐标和球坐标在内的三种坐标系来输入几何数据 或在任何定义的 坐标系中进行此项工作 6 16 1 ANSYSANSYS 中坐标系的分类 中坐标系的分类 1 整体坐标系和局部坐标系 Global and Local Coordinate Systems 用于定义几何 形状参数 如节点 关键点等的空间位置 2 节点坐标系 Nodal Coordinate Systems 定义每个节点的自由度方向和节点结果数 据的方法 3 单元坐标系 Element Coordinate Systems 确定材料特性主轴和单元结果数据的方 向 4 显示坐标系 Display Coordinate System 用于几何形状参数的列表和显示 5 结果坐标系 The Results Coordinate System 用于列表 显示或在通用后处理操 作中将节点或单元结果转化到一个特定的坐标系中 6 26 2 总体坐标系总体坐标系 默认状态下 建模操作使用的坐标系是总体笛卡尔坐标系 总体坐标系是一个绝对的 参考系 ANSYS 程序提供了三种总体坐标系 笛卡尔坐标 0 X Y Z 柱坐标 1 R Z 球坐标 2 R 这三种都是右手坐标系 具有共同的原点 6 36 3 局部坐标系局部坐标系 局部坐标系是为了方便建模及分析而由自己定义的坐标系 其原点可与整体坐标系的 原点偏离一定距离 或其方位不同于先前的总体坐标系 6 46 4 显示坐标系显示坐标系 在默认情况下 无论在什么坐标系下建模 模型显示的都是在全局坐标系下的坐标 可以改变显示的坐标系 显示坐标系的改变会影响到图形显示和列表 无论是几何图素或有限元模型都将受 到影响 但是边界条件符号 向量箭头和单元坐标系的三角符号都不会转换到显示坐标系 下 显示坐标系的方向是 X 轴水平向右 Y 轴垂直向上 Z 轴垂直屏幕向外 当 DSYS 0 时 将不显示线和面的方向 6 56 5 节点坐标系节点坐标系 节点坐标系用来定义节点的自由度方向 每个节点都有自己的坐标系 在默认情况下 平行于总体笛卡尔坐标系 在实际应用中 可能要给节点施加不同于坐标系主方向的约束 或载荷 这就需要将节点坐标系旋转到所需要的方向上 然后在节点坐标系下施加约束或 载荷 在通用后处理 POST1 中 节点结果数据均以结果坐标系表示 在时程后处理 POST26 中 节点结果如节点位移 节点荷载和支座反力等都是以 节点坐标系方向表示 6 66 6 单元坐标系单元坐标系 每个单元都有自己的坐标系 单元坐标系用于规定单元的正交材料属性的方向 施加 的压力和结果的输出方向 线单元 杆 梁单元 的 X 轴通常从 I 节点指向 J 节点 Y 和 Z 轴可由节点 K 或 确定 当节点 K 省略且 0 时 单元的 Y 轴总是平行于总体坐标系的 XY 平面 当单元的 X 轴平面于总体坐标系的 Z 轴时 单元的 Y 轴与总体坐标系的 Y 轴相同 壳单元的 X 轴通常也从 I 节点指向 J 节点 Z 轴通过 I 节点且与壳面垂直 其正方 向由单元的 I J K 节点按右手规则确定 2D 3D 实体单元坐标系的方向总是平行于总体直角坐标系 6 76 7 结果坐标系结果坐标系 在求解过程中 计算的结果数据如位移 梯度 应力 应变等 这些数据存储在数据 库和结果文件中 要么在节点坐标系中 要么在单元坐标系中 但是 结果数据通常是旋 转到激活的坐标系 默认为总体坐标系 中来进行云图显示 列表显示和单元数据存储等 操作 可以将活动的结果坐标系转到另一个坐标系 或转到求解时所用的坐标系 7 7 工作平面 工作平面 工作平面是一个具有原点 二维坐标系 捕捉式增量和显示栅格的无限大平面 通过 它可以精确地确定几何实体间的一些几何关系 默认时 工作平面为总体笛卡尔坐标系的 XY 平面 8 8 网格划分 网格划分 8 18 1 概述概述 在完成几何模型的建模之后 需对模型进行网格剖分 生成节点和单元 得到最终的 有限元模型 网格剖分的过程分为三个步骤 1 设置单元属性 2 网格划分控制 3 生成网格 有限元模型的主要内容有节点 单元 实常数 材料属性 边界条件和荷载 有限元 模型是由简单的单元组成 单元之间通过节点连接起来 并承受一定的荷载 其中节点的 自由度个数与所求解的物理模型有关 单元可以分为点单元 线单元 面单元和体单元 在几何模型建立后 可以对其进行网格划分 生成有限元模型 为施加边界条件 施加荷 载和进行求解做准备 8 28 2 设置单元属性表设置单元属性表 在生成节点和单元网格之前 必须定义合适的单元属性 包括以下几项 1 单元类型 ET 例如 BEAM3 SHELL63 SOLID65 等 2 实常数 R 如厚度和横截面积等 3 材料属性 MAT 如杨氏模量 泊松比等 4 单元坐标系 ESYS 5 截面号 SECNUM 8 38 3 网格划分前分配单元属性网格划分前分配单元属性 建立了单元属性表 通过指向表中适合的条目即可对模型的不同部分分配单元属性 指针就是参考号码集 包括材料号 MAT 实常数号 REAL 单元类型号 TYPE 坐标 系号 ESYS 以及使用 BEAM188 和 BEAM189 单元时的截面号 SUCNUM 可以直接给所选 的实体模型分配单元属性 或者定义默认的属性在生成个单元的网格划分中使用 8 3 18 3 1 直接给实体模型图元分配单元属性直接给实体模型图元分配单元属性 给实体模型分配单元属性时 允许对模型的每个区域预置单元属性 从而避免在网格 划分过程中重置单元属性 清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性 1 给关键点分配属性 KATT GUI Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Keypoints Picked KPs 2 给线分配属性 LATT GUI Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Lines Picked Lines 3 给面分配属性 AATT GUI Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Areas Picked Areas 4 给体分配属性 VATT GUI Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Volumes Picked Volumes 8 3 28 3 2 分配默认属性分配默认属性 可以通过指向属性表的不同条目来分配默认的属性 在开始划分网格时 ANSYS 程序 会自动将默认的属性分配给模型 直接分配给模型的单元属性将取代上述默认属性 而且 当清除实体模型图元的节点和单元时 其默认的单元属性页将被删除 可以利用下列方式分配默认的单元属性 TYPE REAL MAT ESYS SECNUM GUI Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Main Menu Preprocessor Modeling Mesh Attributes Default Attribs 8 48 4 网格划分控制网格划分控制 ANSYS 使用的默认网格控制也许可以使分析模型生成足够的网格以便于分析 但是 如果采用网格剖分控制 则必须在对实体模型网格剖分之前设置网格剖分控制 网格划分 控制允许建立用于实体模型网格划分的因素 例如 单元形状 中间节点的位置 单元大 小等 此步骤是整个分析中最重要的步骤之一 因为 此阶段所得到的有限元网格将对分 析的准确性和经济性起决定作用 8 4 18 4 1 网格划分工具网格划分工具 ANSYS 网格划分工具 MeshTool 提供了最常用的网格划分控制和网格划分操作的快 捷途径 1 1 ElementElement AttributesAttributes 单元属性设置 对将要划分的网格单元设置单元属性 在 Element Attributes 下面的下拉菜单中有 5 个选项 如图 选择其中需要设置单元属性的项 单击 Set 按钮 则弹出如下图所示的对话框 在该对 话框中各选项可相应地设置单元类型号 材料参考号 实常数号 单元坐标号和截面号 注意 注意 此处也可以通过菜单进行设置 路径如图所示 2 2 SmartSmart SizeSize 智能化控制 这个命令用于对网格划分进行智能化控制 但这个命令只 在自由网格划分中有效 不能用于映射网格划分 打开智能网格 尺寸级别的范围从 1 精细 到 10 粗糙 缺省级别为 6 级别越 高说明网格越粗 GUI Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Basic 注意 只有关闭注意 只有关闭 meshtoolmeshtool 对话框 才会出现对话框 才会出现 BASICBASIC 菜单 菜单 SmartsizeSmartsize 高级控制 高级控制 GUI Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Adv Opts I FAC 用于计算默认网格尺寸的比例因子 取值范围 0 2 5 II EXPAND 网格划分膨胀因子 该值决定了面内部单元尺寸与边缘处的单元尺寸的 比例关系 取值范围 0 5 4 III TRANS 网格划分过渡因子 该值决定了从面的边界上到内部单元尺寸涨缩的速 度 该值必须大于 1 而且最好小于 4 3 3 SizeSize ControlsControls 单元尺寸控制 单元尺寸控制 此命令可以对不同几何元素的网格划分进行尺寸控 制 由于结构形状的多样性 在许多情况下 由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并 不合适 在这些情况下 进行网格划分时必须做更多的处理 可以通过指定下述的单元尺 寸来进行更多的控制 各项作用 各项作用 GlobalGlobal 对整个模型进行尺寸设置 执行这个命令会弹出子菜单 其各项功能如下 Size 设定网格单元边的长度和边界线上网格的个数 Area Cntrls 设置面网格划分的选项 包括面网格缩放因子和网格过度因子 Volu Cntrls 设置体网格划分选项 仅包括四面体网格缩放因子 Other 控制默认的单元大小 适用于映射网格 AreasAreas 对于设置面模型划分网格单元大小的选项 执行这个命令会弹出子菜单 其功能如 下 All Areas 对所有面设置划分网格单元大小 Picked Areas 对所选定的面设置划分网格单元大小 Clr Size 删除已经设置好的面单元划分大小 LinesLines 用于设置模型中线上划分网格的单元尺寸 KeypointsKeypoints 用于设定离关键点最近的单元的边长 LayersLayers 在模型中线上设置分割等分数和步长比率 设置单元尺寸优先等级 设置单元尺寸优先等级 对应对应 MAPMAP 方式方式 缺省单元尺寸 GlobalGlobal AreasAreas KeyPtsKeyPts LinesLines DESIZE ESIZE AESIZE KESIZE LESIZE 低低 高高 对应对应 FREEFREE 方式方式 智能单元尺寸 GlobalGlobal AreasAreas KeyPtsKeyPts LinesLines SMRTSIZE ESIZE AESIZE KESIZE LESIZE 低低 高高 4 4 单元形状控制 单元形状控制 I 同一网格区域的面单元 二维 可以是三角形或者四边形 体单元 三维 可以是六面 体或四面体形状 II 在进行网格划分之前 应该决定是使用 ANSYS 对于单元形状的默认设置 还是自己指 定单元形状 III 此命令的功能是对实体单元划分网格进行控制 在 Mesh 后的下拉菜单中有 Volumes Areas Lines 和 Keypoints 四个实体模型选项 选择不同的实体模型会有不同 的单元形状选项 选择合适的单元形状 再选择网格划分方式 单击 Mesh 按钮 即可 开始网格划分 若对网格划分结果不满意 可以单击 Clear 按钮 清除网格 然后可以 更新设置重新划分网格 5 5 网格划分器的选择 网格划分器的选择 I 两种主要的网格划分方法 自由网格划分和映射网格划分 II 自由网格划分 无单元形状限制 网格无固定的模式 适用于复杂形状的面和体 III 映射网格划分 面的单元形状限制为四边形或三角形 体的单元限制为六面体 方块 通常有规则的形式 单元明显成行 仅适用于 规则的 面和体 如矩形和方块 网格划分器选择 自由网格划分网格划分器选择 自由网格划分 自由网格是面和体网格划分时的缺省设置 生成自由网格比较容易 导出 MeshTool 工具 划分方式设为自由划分 推荐使用智能网格划分 进行自由网格划分 激活它并指定一个尺寸级别 存储数据库 按 Mesh 按钮开始划分网格 按拾取器中 Pick All 选择所有实体 推 荐 映射网格划分映射网格划分 映射网格划分要求面或体有一定的形状规则 可以指定程序全部用四边形面单元 三 角形单元或者六面体单元生成网格模型 面映射网格划分面映射网格划分 面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元 面映射网格需满足下列条 件 1 该面必须是三条边或者四条边 有无连接均可 2 如果是四条边 对边必须划分为相同数目的单元 或者是划分一过度型网格 如果是 三条边 则线分割总数必须是偶数且每条边分割数相同 3 网格划分必须设置为映射网格 如果一个面多于四条边 则不能直接用映射网格划分 但可以使某些线合并 或者连 接时总线数减少到四条之后再用映射划分网格 方法如下 1 连接线 LCCAT 2 合并线 LCOB 体映射网格划分体映射网格划分 要将体全部划分为体六面体单元 必须满足下列条件 1 该体的外形应为块状 6 个面 契形或崚柱 5 个面 四面体 4 个面 2 对边上必须划分相同的单元数 或分割符合过度网格形式适合六面体网格划分 3 如果是崚柱体或者四面体 三角形上的单元分割数必须是偶数 当需要减少围成体的面数进行映射网格划分时 可对面进行加 AADD 或者连接 ACCAT 6 6 RefineRefine atat 局部细化控制 局部细化控制 在 Refine at 后的下拉菜单中选择网格细化的范围 然后单击 Refine 按钮 进 行局部网格的细化 9 9 施加荷载 施加荷载 有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定荷载条件的响应 在 ANSYS 术语中 荷载包括了边界条件 外部或内部作用力函数 对于结构分析中的 荷载包括 位移 力 压力 温度 热应力 和重力 9 19 1 荷载分类荷载分类 荷载分为 6 类 DOF 约束自由度 力 集中荷载 表面荷载 体积荷载 惯性荷载 耦合场荷载 DOF Constraint DOF约束 将某个自由度用一已知值固定 在结构分析中约束 被指定为位移边界条件或者对称边界条件 Force 力 为施加于模型节点的集中载荷 在结构分析中被指定为力和力矩 Surface load 表面载荷 施加于某个表面上的分布载荷 在结构分析中为压 力 Body load 体积载荷 为体积载荷或场载荷 在结构分析中为温度 Inertia loads 惯性载荷 由物体的惯性引起的载荷 如重力加速度 角速度 和角加速度 主要在结构分析中使用 Coupled field loads 耦合场载荷 为以上载荷的一种特殊情况 将一种分析 的结果用作另一分析的载荷 例如 可施加磁场分析中计算的磁力做为结构分析中的 力载荷 9 29 2 荷载步 子步 平衡迭代荷载步 子步 平衡迭代 ANSYS 将为第一个荷载步选择的单元组用于随后的荷载步 而不论为随后的荷载步指 定哪一个单元组 esel 载荷步 load step 仅仅是为了获得解答的载荷配置 在线性静态 或稳态 分析中 可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合 例如在 第一个载荷步中施加风载荷 在第二个载荷步中施加重力载荷 在第三个载荷步中施加风 和重力载荷以及一个不同的支承条件等等 在瞬态分析中 多个载荷步加到载荷历程曲线的不同区域 如图显示了一个需要三个 载荷步的载荷历程曲线 第一个载荷步用于线性载荷 第二个载荷步用于不变载荷 第三 个载荷步用于卸载 载荷值在载荷步的结束点达到全值 指定的值 子步 sub step 为载荷步中进行求解的点 由于不同的原因 有时需要使用载荷子 步 在非线性静态和稳态分析中 使用子步逐渐施加载荷以便能提高求解精确度 在线性或非线性瞬态分析中 使用子步满足瞬态时间累积法则 为获得较精确的 解常规定一个最小的累积时间步长 在谐波分析中 使用子步获得谐波频率范围内多个频率处的解 平衡迭代是在给定子步下为了收敛而计算的附加解 仅用于收敛起着很重要作用的非 线性分析中迭代修正 9 39 3 时间的作用时间的作用 TIME TIME 在所有静态和瞬态分析中 ANSYS使用时间做为跟踪参数 而不论分析是否依赖于时间 其好处是 在所有情况下可以使用一个不变的 计数器 或 跟踪器 不需要依赖于具 体的分析的术语 此外 时间总是单调增加的 且自然界中大多数事情的发生都经历一段 时间 而不论该时间是多么短暂 在瞬态分析或与速率相关的静态分析 蠕变或粘塑性 中 时间是指具体的代表实际 的 按年月顺序的时间 用秒表示 在指定载荷历程时 在每个载荷步的结束点赋时间值 然而 在不依赖于速率的分析中 时间仅仅称为一个识别载荷步和载荷子步的计数器 而 不再表示具体的时间值 默认情况下 程序自动给time赋值 在荷载步1结束时 赋值 time 1 在荷载步2结束时 赋值 time 2 以此类推 这样计算得到的结果也将是与时间有关的函数 只不过在静力分析中 时间取为常量 0 在瞬态等与速率相关的分析中 时间做为表示真实时间历程的变量在变化 在其它分析 中 时间仅仅做为一个计数器识别求解时所采用的不同载荷步 从时间的概念上来讲 载荷步就是作用在给定时间间隔内的一系列载荷 子步为载荷 步中的时间点 并在这些点上求得中间解 两个连续的子步之间的时间差称为时间步长或 时间增量 9 49 4 加载方式加载方式 虽然在载荷步的终点的载荷值为指定的值 但当在一个荷载步中指定一个以上的子步 时 就出现了荷载应是阶跃荷载 stepped load 或者是倾斜荷载 ramped load 的问题 即出现了在一个载荷步的起点与终点之间 载荷的具体施加过程的问题 如果载荷是阶跃的 那么 全部载荷施加于第一个载荷子步 且在载荷步的其余部 分 载荷保持不变 如图 3 2 a 所示 如果载荷是逐渐递增的 那么在每个载荷子步 载荷值逐渐增加 且全部载荷出现 在载荷步结束时 如图 3 2 b 所示 9 59 5 荷载步选项荷载步选项 荷载步选项是表示控制荷载应用的各选项 如时间 子步数 时间步 荷载为阶跃或 倾斜 的总称 其他类型的荷载步选项包括收敛公差 用于非线性分析 结构分析的阻尼 规范 以及输出控制 在 ANSYS 中共有 6 种荷载步选项 通用选项 动力学选项 非线性 选项 输出控制选项 Biot Savart 选项和谱选项 图 3 5 时间选项和时间步选项 图3 6 时间选项和子步选项 这些对话框提供了静力分析中用到的普通载荷步选项 他们包括 这些对话框提供了静力分析中用到的普通载荷步选项 他们包括 1 TIME 时间 这个选项指定载荷步的终止时间 第一个载荷步的缺省值是1 0 以后每一个载荷步缺 省都递增1 0 尽管时间对静力分析没有物理意义 除了蠕变 粘塑性或其它的依材料性质 而定的行为 但涉及到载荷步 载荷子步时它是很方便的工具 此选项值不能为零 如 果载荷步终止时间确实为零时 比如施加初始条件等特殊情况 可以指定一非常小的值 CommandCommand TIMETIME 2 NSUBST 子步数 和 DELTIM 时间步大小 对瞬态分析需要指定一个载荷步中需用的子步数 子步数可以通过不同的方法确定 通过指定载荷子步的时间步大小让 ANSYS 自动计操作数步数 CommandCommand DELTIMDELTIM 此项可以给出载荷子步的时间步大小 然后 ANSYS 程序根据整个载荷步的长度计算出 子步数 载荷子步的时间步大小由图 3 5 中的 Time step size 时间步大小 文本框的输 入决定 通过直接指定载荷子步数确定子步数 CommandCommand NSUBSTNSUBST 缺省情况下 ANSYS 程序在每个载荷步中使用一个子步 此子步的时间长度与载荷步 的时间长度相同 载荷子步数由图 3 6 中 Number of substeps 载荷子步数 文本框的输 入决定 3 KBC 斜坡或阶跃选项 这个选项用来确定本载荷步所加的载荷值是阶跃加载 KBC 1 还是斜坡形式加载 KBC 0 如果是阶跃加载 全部载荷值加在了第一个载荷子步 后续载荷子步的载荷值 和第一个子步的结束时刻保持同值 缺省时是斜坡加载 每个子步的载荷值顺次线性增加 此选项对应图 3 5 和 3 6 中的 Stepped or ramped b c 斜坡或阶跃载荷 当选取 Stepped 时 对应于 KBC 1 载荷阶跃施加 指定为 Ramped 时 对应于 KBC 0 载 荷斜坡施加 命令 命令 KBCKBC 4 AUTOTS 自动时间步 此选项对应图 3 5 和 3 6 中的 Automatic time stepping 自动时间步 激活此选项 时 ANSYS 自动计算每个子步结束时的最优的时间步 缺省为 Prog Chosen 程序选择 命令 命令 AUTOTSAUTOTS 此选项的作用也是为了确定载荷子步的个数 可以指定最大和最小载荷子步数或者最 长和最短时间步数对此选项进行控制 9 69 6 创建多荷载步创建多荷载步 所有载荷和载荷步选项一起构成一个载荷步 程序用其计算该载荷步的解 如果有多 个载荷步 可将每个载荷步存入一个文件中 开始求解时 调入该载荷步文件 并从文件 中读取载荷步数据并求解 LSWRITE是用于写载荷步文件的命令 每个载荷步一个文件 以Jobname S01 Jobname S02 Jobname S03 识别 可使用下列方法写载荷步文件 CommandCommand LSWRITELSWRITE 所有载荷步档写入后 可以使用命令在文件中顺序读取数据 并求得每个载荷步的解 下面给出创建多载荷步的过程 1 单击菜单路径 Main Menu Solution Load Step Opts Time Frequence Time Time Step 弹出如图 3 5 所示的对话框 在 Time at end of load step 载荷步结束 时间 文本框中输入输入载荷步的结束时间 以及子步的相关选项如时间步大小等 指定 载荷施加形式是阶跃载荷还是斜坡载荷 确定后 单击 OKOK 按钮 2 使用命令或者GUI方式在模型上施加此载荷步应该施加的载荷 3 单击菜单路径 Main Menu Preprocessor Loads Load Step Opts Write LS File 弹出如图 3 7 所示的 Write Load Step File 写载荷步文件 对话框 在 Load step file number n 文本框填入当前定义的载荷步的顺序编号 单击 OKOK 按钮后 ANSYS 会 在当前工作目录下创新文件名为 Jobname S0n n 为指定值 的载荷步文件 图 3 7 写出