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ANSYS入门 培训手册 January30 2006 ANSYS入门目录 1 概述1 12 有限元分析 FEA 与ANSYS2 1A 什么是FEA 2 3B 关于ANSYS2 6C 关于ANSYS公司2 203 ANSYS基础3 1A 进入ANSYS程序3 3B 图形用户界面 GUI 3 8C 图形与拾取3 17D 在线帮助3 27E 数据库和文件3 33F 退出ANSYS程序3 42G 专题3 434 应力分析4 1A 分析步骤4 4B 实体建模4 7C 网格划分4 15D 加载4 35E 求解4 47F 查看结果4 52G 检查结果的正确性4 60H 专题4 64 5 初步决定5 1A 何种分析类型 5 3B 为谁建模 5 9C 何种单元类型 5 206 热分析6 1A 概述6 3B 过程6 5C 专题6 167 热 应力分析7 1A 概述7 3B 序列法7 5C 直接法7 9D 专题7 118 几何模型的输入8 1A IGES输入8 3B 相关产品8 9C 有限元模型输入8 14D 专题8 159 实体建模9 1A 定义9 4B 自上而下建模9 7C 专题9 29D 自下而上建模9 30E 专题9 50 January30 2006 ANSYS入门 目录 10 网格划分10 1A 多种单元属性10 3B 控制网格密度10 10C 改变网格10 20D 影射网格10 23E 六面体到四面体网格10 40F 网格的拉伸10 48G 延伸网格10 53H 专题10 5911 选择逻辑11 1A 如何使用选择逻辑11 4B 部件与集合11 10C 专题11 1512 APDL基础12 1A 定义参数12 4B 使用参数12 8C 获取数据库信息12 11D 专题12 1613 加载和求解13 1A 力荷载13 4B 结点坐标系13 9C 求解器13 14D 多荷载步求解13 22E 专题13 30 14 后处理14 1A 查询拾取14 3B 结果坐标系14 6C 路径操作14 9D 误差估计14 16E 荷载工况组合14 25F 结果查阅器14 31G 数据报告生成器14 39H 专题14 4715 专题15 1A 工具条与缩写15 3B 开始文件15 9C 输入文件15 10D 批处理模式15 16E 专题15 18 入门 第1章 January30 2006 欢迎 欢迎参加ANSYS入门培训 这部分培训课程包含了如何利用ANSYS进行静力分析 这部分内容针对新用户和不常使用ANSYS的用户 没有考虑ANSYS实际应用 此外 ANSYS还提供针对不同专题的高级培训 January30 2006 入门培训目标 教会学员下述基本能力 ANSYS功能 ANSYS基本术语和ANSYS图形用户界面如何进行一个完整的ANSYS分析 其中包含基本步骤建立或输入一个实体模型并进行单元划分加载 求解和观察结果利用一些高级工具 逻辑运算 APDL语言 批处理模式 滚动工具条等 January30 2006 入门培训材料 可以打印这一幻灯片作为培训手册使用 练习题的一些描述和说明包含在练习附录中 可以从教师那里拷贝练习文件 如果需要 January30 2006 入门目录 2 有限元分析和ANSYS3 ANSYS基础4 应力分析5 预先的考虑6 热分析7 热应力分析8 输入模型9 实体建模 10 网格划分11 选择逻辑12 APDL基础13 加载和求解14 后处理15 专题 有限元分析与ANSYS 第2章 January30 2006 有限元分析与ANSYS概述 在这一节 我们将在介绍有限单元分析同时给出ANSYS功能的概述 标题 A 什么是有限元分析 B 关于ANSYS January30 2006 有限元分析与ANSYSA 什么是有限元分析 有限元分析是一种模拟设计荷载条件 并且确定在荷载条件下的设计响应的方法 它是用被称之为 单元 的离散的块体来模拟设计 每一个单元都有确定的方程来描述在一定荷载下的响应 模型中所有单元响应的 和 给出了设计的总体响应 单元中未知量的个数是有限的 因此称为 有限单元 HistoricalNote结果分析有限元方法是上个世纪50 60年代有高等院校和工业研究部门创建的 有限元依据的基本理论已经有100年以上的历史 它也是手工计算桥梁和蒸汽锅炉的强度的基础 January30 2006 有限元分析与ANSYS 什么是有限元分析 这种包含有限个未知量的有限单元模型 只能近似具有无限未知量的实际系统的响应 所以问题是 怎样才能达到最好的 近似 实际系统 有限元模型 然而 对该问题还没有一个容易的解决方案 这完全依赖于你所模拟的对象和模拟所采用的方式 但是 我们将尽力通过这次培训为你提供指南 January30 2006 有限元分析与ANSYS 什么是有限元分析 为什么需要有限元分析 减少模型试验的数量计算机模拟容许对大量的假设情况进行快速有效的试验 模拟不适合在原型上试验的设计 例如 器官移植 比如人造膝盖 概要 节省费用节省时间 缩短产品开发时间 创造出更可靠 高品质的设计 January30 2006 有限元分析与ANSYSB 关于ANSYS ANSYS是一个完整的FEA软件包 它适合世界范围各个工程领域的工程师们使用 结构分析热分析流体分析 包括CFD 计算流体动力学 电 静电场分析电磁场分析ANSYS在部分工业领域中的应用如下 航空航天汽车工业生物医学桥梁 建筑 电子产品重型机械微机电系统运动器械 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS ANSYS Multiphysics是ANSYS产品的 旗舰 它包括所有工程学科的所有性能ANSYS Multiphysics有三个主要的组成产品ANSYS Mechanical ANSYS机械 结构及热ANSYS Emag ANSYS电磁学ANSYS FLOTRAN ANSYS计算流体动力学其它产品 ANSYS LS DYNA 高度非线性结构问题DesignSpace CAD环境下 适合快速分析容易使用的设计和分析工具ANSYS ProFEA Pro E的ANSYS分析接口 January30 2006 DesignSpace 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS January30 2006 超弹密封 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS结构分析 结构分析用于确定变形 应变 应力及反力 静力分析用于静态荷载 可以考虑结构的线性及非线性行为 例如 大变形 大应变 应力刚化 接触 塑性 超弹及蠕变等 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS 结构分析 动力分析包括质量和阻尼效应 模态分析 用于计算固有频率和振型 谐响应分析 用于确定结构对正弦变化的已知幅值和频率载荷的响应 瞬态动力学分析 用于确定结构对随时间任意变化载荷的响应 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为 其它结构功能谱分析随机振动特征值屈曲子模型 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS 结构分析 用ANSYS LS DYNA进行显示动力分析模拟以惯性力为主的大变形分析 用于模拟冲击 碰撞 快速成形等 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS热分析 热分析用于确定物体中的温度分布 热分析考虑的物理量是 热量的获取和损失 热梯度 热通量 可模拟三种热传递方式 热传导 热对流 热辐射 稳态分析忽略时间效应瞬态分析确定以时间为函数的温度值等 可模拟相变 熔化及凝固 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS电磁分析 电磁分析用于计算电磁装置中的磁场静态磁场及低频电磁场分析模拟由直流电源 低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场 例如 螺线管制动器 电动机 变压器磁场分析中考虑的物理量是 磁通量密度 磁场密度 磁力和磁力矩 阻抗 电感 涡流 能耗及磁通量泄漏等 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS电磁分析 高频电磁场分析模拟电磁波的传播装置例如 微波及RF无源组件 波导 同轴连接器 电磁场分析中考虑的物理量是 S 参数 Q 因子 反射波损耗 电介质及传导损耗 同轴电缆中的电场 EFSUM January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS 电磁分析 静电学计算由电压或电荷激发引起的电场 例如 高压装置 微机电系统 MEMS 传输线 典型的物理量是 电场强度和电容 电流传导计算在一定电压下的导体的电流电路耦合电磁装置与电路的耦合 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS 电磁分析 电磁分析类型 静态磁场分析用于计算由直流电 DC 或永磁体产生的磁场 交变磁场分析用于计算由交流电 AC 产生的磁场瞬态磁场分析用于计算随时间变化的磁场 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS流体分析 计算流体动力学 CFD 用于确定流体中的流动状态和温度 ANSYS FLOTRAN能模拟层流和湍流 可压缩和不可压缩流体 以及多组份流 应用 航空航天 电子元件封装 汽车设计 典型的物理量是 速度 压力 温度 对流换热系数 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS 流体分析 声学分析用于模拟流体介质和周围固体的相互作用 例如 扬声器 汽车内部 声纳典型的物理量是 压力分布 位移和自振频率 容器内流体分析模拟容器内的非流动流体的影响 确定由于晃动引起的静水压力 例如 油罐 其它液体容器热和质量的传输在两点之间质量传输 如在一个管子中 产生的热量计算由一个一维单元完成 January30 2006 双金属片受热变形 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS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 因为两个物理场之间相互影响 所以单独求解一个物理场是不可能的 因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件 例如 热 应力分析压电分析 电场和结构 声学分析 流体和结构 热 电分析感应加热 磁场和热 静电 结构分析 January30 2006 有限元分析与ANSYSC 关于ANSYS公司 ANSYS公司 ANSYS产品家族的开发者总部位于Canonsburg PA USA 匹兹堡南部 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS公司 ANSYS支持销售商 ASDs ANSYS销售及支持网络全世界超过75家办事处地区级专家咨询及培训 January30 2006 有限元分析与ANSYS 关于ANSYS公司 ANSYS支持管理 ASC 在您公司站点与ANSYS联系ANSYS通信的焦点 软件更新 错误提示 时事通讯和其它邮件形式 如果您需要更多有关ANSYS及其公司的信息 请查看 在线文档资料其它ANSYS培训手册 ANSYS入门 第3章 January30 2006 ANSYS入门 在本章中 我们将讨论怎样进入和退出ANSYS 怎样运用GUI方式和在线帮助 如何用ANSYS生成数据库和文件 主题 A 启动ANSYSB GUI方式C 显示图形拾取功能D 在线帮助E 数据库和文件F 退出ANSYSG 练习 January30 2006 ANSYS入门A 启动ANSYS 有两种方式启动ANSYS 通过交互方式通过命令在本学习过程中 我们将主要讲解交互式操作 交互方式通过菜单上的相应按钮启动ANSYS在Windows系统中 按Start Programs ANSYS January30 2006 ANSYS入门A 启动ANSYS 以交互方式启动ANSYS后 自动显示用户图形界面 GUI January30 2006 ANSYS入门 启动ANSYS 启动 续 交互方式与批处理模式的比较 交互方式允许您与ANSYS面对面的 交流 检查您的每一步操作批处理方式以输入命令文件的方式工作 允许您在后台运行ANSYS 如果不采用交互方式 输入文件的错误将导致批处理终止 例如求解 最好的操作方式是不需要用户干预的 January30 2006 ANSYS入门 启动ANSYS 或者 在Windows系统中 按Start Programs ANSYSProductLauncher 可以进行启动设置 January30 2006 ANSYS入门 启动ANSYS 可以设置的内容有 选择ANSYS产品工作目录 所有文件将要存贮的目录 图形设置 如果您配置了3 D显示卡请您选择3 D 否则 在Unix系统上请您选择X11 在Windows系统上请您选择win32 Jobname 作业名 不超过32个字符 该作业名将作为所有生成文件的前缀 缺省为file或为上一次的作业名 内存空间 缺省值将满足大多数情况 January30 2006 ANSYS入门 启动ANSYS 启动 续 选择您喜欢的启动方式之后 请按键运行ANSYS 命令方式在当前系统下键入一个命令 ANSYS将被启动 例如 ansysxxansysxx gansysxx g jplateansysxx g pANE3FL d3d jproj1 m128其中 xx为版本号 January30 2006 ANSYS入门 启动ANSYS 命令行 续 典型的开始选项中 通常命令选择项有 g 开始后将自动显示GUI p产品代码 d图形设备 j工作名称 m内存工作目录是命令运行的目录 参考您的ANSYS安装和配置手册获取命令行的详细信息 January30 2006 进入ANSYS后显示如下的GUI窗口 输入输入ANSYS命令 能够方便的获取以前输入的所有命令 主菜单包含主要的ANSYS功能 分为前处理 求解 后处理等 输出显示软件的文本输出 通常在其它窗口后面 需要查看时可提到前面 功能菜单包含例如文件管理 选择 显示控制 参数设置等功能 工具条将常用的命令制成工具条 方便使用 图形显示由ANSYS创建或传入ANSYS的图形 ANSYS入门B 图形用户界面 January30 2006 主菜单包括分析所需的主要功能 ANSYS入门 GUI方式 January30 2006 主菜单点击菜单项前面的 号 可以展开该菜单项 点击前面没有 号的菜单项 可以执行该菜单项代表的命令 组 约定 表示产生一个对话框 表示图形拾取 表示将产生下一个子菜单 空缺 表示运行一个ANSYS命令 ANSYS入门 GUI方式 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 应用菜单包含ANSYS运行过程中通常使用的功能 如 图形 在线帮助 选择 文件管理等 与主菜单的约定类似 表示产生一个对话框 表示图形拾取 表示将产生下一个子菜单 空缺 表示进行一个操作 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 输入窗口允许您输入命令 大多数GUI功能都能通过输入命令来实现 如果您知道这些命令 可以通过输入窗口键入 输入命令时 ANSYS会对该命令的格式进行提示 在拾取图形时您也可以通过键入命令的方式实现 命令格式 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 工具条包含常用命令的缩写形式 可使用一些预先设置好的命令 也可以添加自己的命令 但需要熟悉ANSYS命令 可以构造自己的 按钮菜单 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 版面布置用户可以调整GUI界面中各区域的大小 一些有用菜单的大小 位置等 然后在系统注册中保存菜单布局 UtilityMenu MenuCtrls SaveMenuLayout January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 优选框优选框 MainMenu Preferences 允许过滤掉当前分析中不用的菜单选项 例如 如果做一个热分析 您可以过滤掉除Thermal外的其它选项 后续操作时从GUI中可以缩减掉无关的菜单项 只有热单元类型将在单元类型选择对话框中出现 只显示热荷载 等 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 优选框 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 其它GUI注意事项一些对话框中有Apply和OK两种按钮 Apply完成对话框的设置 不退出对话框 不关闭 OK完成对话框的设置 退出对话框 ANSYS输出窗口OutputWindow是独立的 注意 在关闭输出窗口时将关闭ANSYS操作 不要局限于用GUI方式 如果您熟悉命令 在输入窗口键入命令会更方便 January30 2006 ANSYS入门 GUI方式 演示 启动ANSYS显示GUI界面弹出在 激活的坐标系下建立关键点 对话框 演示OK和Apply的区别显示优选对话框显示输出窗口的内容 January30 2006 ANSYS入门C 图形拾取 在GUI方式中大量使用图形拾取 图形用于建模 加载 显示结果及输入 输出数据 拾取对建模 划分网格 加载等是很有用的在应用菜单中可用Plot来显示图形及执行命令后的显示 January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 PlotCtrls菜单是用来控制图形显示的 绘图方位缩放颜色符号注释动画显示窗口设置显示内容和方式实体编号 符号显示设置等改变观察方位 图形缩放是最常用的功能 Pan Zoom Rotate January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 缺省的视图方位是主视图方向 是从 Z轴观察模型 用动态模式 拖动模式 拖动模式是一种用Control和鼠标键调整观察方向的途径Ctrl Left 鼠标左键 平移模型 Ctrl Middle 鼠标中键 或滚轮中键 缩放模型Ctrl Right 鼠标右键 旋转模型 Ctrl January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 如果您不想按住Control键 可以用Pan Zoom Rotat对话框中提供的热键 您同样可以用鼠标键来操作 在3 D图形设置中 您同样可以自动控制光源 产生不同角度的光照效果 January30 2006 ANSYS入门 图形收取 Pan Zoom Rotate对话框的其它功能 预先设置的观察方向选定区域对模型进行缩放对模型进行增量式的平移拖动 缩放以及旋转 根据滚动条上设定的比例 分别绕屏幕的X Y Z轴旋转 缩放模型至适合窗口大小返回模型到默认的取向 Front Zview from 0 0 1 Back Zview 0 0 1 Top Yview 0 1 0 Bot Yview 0 1 0 Right Xview 1 0 0 Left Xview 1 0 0 IsoIsometric 1 1 1 ObliqOblique 1 2 3 WPWorkingplaneview ZoomBypickingcenterofasquareBoxZoomBypickingtwocornersofaboxWinZoomSameasBoxZoom butboxisproportionaltowindow BackUp Unzoom topreviouszoom January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 拾取通过点击图形窗口允许您选择整体或局部模型 一典型的拾取操作可用鼠标或拾取菜单来完成 在菜单中它的标志是一个 号 例如 您可以在图形窗口中关键点的位置处拾取 然后按OK键 January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 两种拾取方式 恢复拾取拾取已经存在的模型元素 允许您在输入窗口键人元素的号码可以用PickAll热键来拾取所有元素位置拾取查找一点的坐标如关键点或节点 允许在输入窗口输入坐标 恢复拾取的例子 位置拾取的例子 January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 鼠标键拾取功能的分配 左键拾取 或取消 距离鼠标光点最近的图元或坐标 按住左键进行拖拉 可以使可能被拾取 或取消 的图元或坐标显示为高亮度 中键相当于拾取图形菜单中的Apply 用中键可以节省时间 对于两键鼠标可以用Shift加鼠标右键代替 右键在拾取和取消之间切换 拾取 应用 拾取和取消的切换 January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 热点的拾取位置 面和体有一个热点在图形的中心附近 线有三个热点 一个在中间另两个在两端 为什麽这个很重要 当您需要拾取图元时 您必须拾取热点 January30 2006 ANSYS入门 图形拾取 演示 用已经建立的关键点显示位置拾取 显示鼠标中键和右键的功能 建立一些线来演示恢复拾取演示用闭合的线来生成面通过只删除面来演示 PickAll 键入一些带和不带编号的KPLOT LPLOT等命令 如何使用平移 缩放 旋转 January30 2006 ANSYS入门D 在线帮助 ANSYS提供了基于HTML格式的帮助系统 作为现有帮助系统的补充 您可以获得如下的帮助 ANSYS命令单元类型分析过程特别的GUI工具诸如Pan Zoom Rotate您也可以进入 指南验证手册ANSYS的网站 January30 2006 ANSYS入门 在线帮助 下列几种方式可以进入帮助系统 Launcher HelpSystemUtilityMenu Help HelpTopicsAnydialogbox Help在输入窗口键入HELP name Name是一个命令或一个单元的名称 January30 2006 ANSYS入门 在线帮助 按HelpSystem按钮弹出帮助浏览器 导航窗口包括目录 索引 搜索引擎和标签一个文件窗口列出了帮助信息 January30 2006 ANSYS入门 在线帮助 点击目录可以展开帮助文件的目录 浏览感兴趣的内容 点击索引可以输入和快速查找具体的命令 术语 概念等 点击搜索可以从帮助系统中查找指定的单词或短语 点击书签可以添加经常需要查看的帮助内容 January30 2006 ANSYS入门 在线帮助 ANSYS也提供基于HTML的在线指导 这种指导包括在ANSYS中求解一系列问题的详细说明 如果想进入指导部分请单击UtilityMenu Help ANSYSTutorials January30 2006 ANSYS入门 在线帮助 演示 启动帮助系统调出分析向导在输入窗口中键入 help kplot 查找字符串 harmonicresponse January30 2006 ANSYS入门E 数据库和文件 ANSYS数据库包括了建模 求解 后处理所产生的保存在内存中的数据 数据库存贮了您输入的数据以及ANSYS的结果数据 输入数据 您必须输入的信息 诸如模型尺寸 材料特性以及荷载情况 结果数据 ANSYS的计算结果 诸如位移 应力 应变以及反力等 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 保存和恢复既然数据库保存在计算机的内存中 您应经常存盘 以防在计算机死机或断电时能够保存您的信息 保存操作是将内存中的数据拷贝到称为数据库的文件中 db为缩写 最简单的保存方式是单击Toolbar SAVE DB或使用 UtilityMenu File SaveasJobname dbUtilityMenu File Saveas SAVE命令 January30 2006 从db文件中恢复数据库 用RESUME操作 Toolbar RESUME DB或使用 UtilityMenu File ResumeJobname dbUtilityMenu File Resumefrom RESUME命令保存和恢复缺省文件 然后起名为jobname db 但您可以通过 Saveas 选择一个不同的名字 然后用 Resumefrom 恢复 ANSYS入门 数据库和文件 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 保存和恢复的注意事项 选择 Saveas 或 Resumefrom 时并不改变当前的工作名 如果您缺省保存在此之前已存在一个重名的文件 ANSYS将首先将旧的文件拷贝到jobname dbb作为一个备份 db文件仅仅是文件被保存时在内存中的 快照 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 保存和恢复技巧 在做一个分析的过程中 应该定期的保存数据库 ANSYS不能自动保存 在尝试一个不熟悉的操作时 如布尔操作或剖分网格 或一个操作将导致模型较大改变时 如删除操作 应先保存数据库 如果不满意此次做出的结果 可以用恢复来重做 在求解之前也应保存数据库 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 清除数据库清除数据库的操作允许您对数据库清零并重新开始 它相当于退出并重新启动ANSYS UtilityMenu File Clear StartNew 或使用 CLEAR命令 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 文件ANSYS在一个分析中要读写几个文件 文件名的格式为jobname ext 工作名在启动ANSYS之前选择一个不超过32个的字符作为文件名 缺省为file 在ANSYS中 可使用 FILNAME命令来修改文件名 UtilityMenu File ChangeJobname 扩展名鉴别文件的内容 例如 db是数据库文件 通常由ANSYS自己指定 但也可以通过 ASSIGN 由您自己定义 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 典型文件 jobname log 日志文件 是文本文件 包括了运行过程中的每一个命令 如果您用同样的工作名在同一目录中开始另一轮操作 ANSYS将会添加到日志文件中去 作一个时间标记 jobname err 出错文件 是文本文件 包括了运行过程中的所有错误和警告 ANSYS将添加到已存在的错误文件 jobname db dbb 数据库文件 是二进制文件 与所有的平台兼容 jobname rst rth rmg rfl 结果文件 是二进制文件 与所有平台兼容 包括了ANSYS运算过程中的所有计算数据 January30 2006 ANSYS入门 数据库和文件 文件管理技巧在一个单独的工作目录中作一次分析 用不同的工作名来区分不同的分析 在任何ANSYS分析之后 您应保存以下的文件 日志文件 log 数据库文件 db 结果文件 rst rth 荷载步文件 如有多步 s01 s02 物理文件 ph1 ph2 使用 FDELETE命令或UtilityMenu File ANSYSFileOptions来自动删除ANSYS分析不再需要的文件 January30 2006 ANSYS入门F 退出ANSYS 三种退出ANSYS的途径 Toolbar QUITUtilityMenu File Exit使用 EXIT命令 应力分析 第4章 January30 2006 应力分析概述 应力分析是用来描述包括应力和应变在内的物理量分析的通用术语 也就是结构分析 正如第二章描述的 ANSYS的应力分析包括如下几个类型 静态分析瞬态动力分析模态分析谱分析谐响应分析显式动力学本章将以一个线性静态分析为例来描述分析步骤 只要掌握了这个分析步骤 很快就会作其他分析 January30 2006 应力分析 概述 主要内容 A 分析步骤B 几何建模C 网格划分D 施加载荷E 求解F 查看结果G 检查解的正确性H 例题 January30 2006 应力分析A 分析步骤 每个分析包含三个主要步骤 前处理创建或输入几何模型对几何模型划分网格求解施加载荷求解后处理结果评价检查结果的正确性 January30 2006 应力分析 应力分析步骤 注意 ANSYS的主菜单也是按照前处理 求解 后处理来组织的 January30 2006 应力分析 应力分析步骤 前处理器 在ANSYS中称为PREP7 提供了对程序的主要输入前处理的主要功能是生成有限元模型 主要包括节点 单元和材料属性等的定义 也可以使用前处理器PREP7施加载荷 通常先定义分析对象的几何模型 典型方法是用实体模型模拟几何模型 以CAD 类型的数学描述定义结构的几何模型 可能是实体或表面 这取决于分析对象的模型 January30 2006 典型的实体模型是由体 面 线和关键点组成的 体由面围成 用来描述实体物体 面由线围成 用来描述物体的表面或者板 壳等 线由关键点组成 用来描述物体的边 关键点是三维空间的位置 用来描述物体的顶点 应力分析 前处理B 几何模型 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 在实体模型间有一个内在层次关系 关键点是实体的基础 线由点生成 面由线生成 体由面生成 这个层次的顺序与模型怎样建立无关 ANSYS不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体 稍后 将讨论哪些修改是许可的 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 既可以在ANSYS中创建实体模型 也可以从其他软件包中输入实体模型两种方法的详细情况以后介绍 现在 我们简要地讨论如何输入一个IGES文件和缩放所需的几何模型IGES InitialGraphicsExchangeSpecification 是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范IGES文件是ASCII码文件 很容易在两个计算机系统间传递 许多软件包 包括ANSYS在内 允许读写IGES文件 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 输入IGES文件到ANSYS中 UtilityMenu File Import IGES 在弹出的对话框中 选择Nodefeaturing 缺省值 按下OK 默认其他选项 在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK 或使用IGESIN命令 aux15ioptn iges nodefeatigesin filename extension directoryfinish 关于NoDefeaturing及Defeaturing方法及其他选项将在后面论述 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 输入完成后 ANSYS会自动绘出几何模型图 可以按需要修改几何模型ANSYS允许对输入的实体模型进行多项操作 这在以后论述 现在 我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例 注意 缩放比例对输入的 Defeature IGES无效 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 当需要对几何模型的单位进行转换时 比如从英寸转换为毫米 比例缩放就显得十分必要 在ANSYS中缩放模型 首先保存数据库 Toolbar SAVE DB或使用SAVE命令 接着MainMenu Preprocessor Modeling Operate Scale Volumes 使用 PickAll 拾取整个体然后键入想要的比例系数 对RX RY RZ的比例系数 设置IMOVE为 Moved 取代 Copied 或使用VLSCALE命令 vlscale all 25 4 25 4 25 4 1 January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 演示 输入pipe igs 选择 NoDefeaturing 方式其他全部缺省确定模型显示方向保存pipe db January30 2006 应力分析 前处理 几何模型 前处理几何模型网格划分求解加载求解后处理结果评价检查结果正确性 January30 2006 应力分析 前处理C 网格划分 网格划分是用节点和单元等 填充 实体模型 创建有限元模型的过程 请记住 只有有限元求解需要节点和单元 实体模型不需要 实体模型不参与有限元求解 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 网格划分的三个步骤 定义单元属性指定网格控制生成网格单元属性是网格划分前必须建立的有限单元模型属性 它们包括 单元类型实常数材料性质 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 单元类型单元类型是一个重要的选项 该选项决定如下的单元特性 自由度 DOF 设置 例如 一个热单元类型有一个自由度 TEMP 而一个结构单元类型可能有6个自由度 UX UY UZ ROTX ROTY ROTZ 单元形状 块 四面体 四边形 三角形等维数 2 D 仅有X Y平面 or3 D 假定的位移形函数 线性及二次ANSYS有超过200多个的单元类型可供选择 对于如何选取单元类型稍后介绍 现在 请看如何定义单元类型 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 定义单元类型 Preprocessor ElementType Add Edit Delete Add 添加新单元类型选择想要的类型 如SOLID92 并按OK键 Options 指定附加的单元选项或使用ET命令 et 1 solid92 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 注意 设置想要分析学科的选项 MainMenu Preferences 这样将只显示所选学科的单元类型 应当在前处理阶段尽早地定义单元类型 因为GUI方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置 例如 如果选择结构单元类型 则热载荷选项成灰色 或根本不出现 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 实常数实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状 例如 梁单元是由连接两个节点的线来定义的 这只定义了梁的长度 要指明梁的横截面属性 如面积和惯性矩 就要用到实常数 壳单元是由四面体或四边形来定义的 这只定义了壳的表面积 要指明壳的厚度 必须用实常数 许多3 D实体单元不需要实常数 因为单元几何模型已经由节点完全定义 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 定义实常数 Preprocessor RealConstants Add 增加一种新的实常数设置 如果定义了多个单元类型 首先选择要指定实常数的单元类型接着输入实常数值 或使用R系列命令不同的单元类型需要不同的实常数 有些单元类型不需要任何实常数 获取详细资料 请参考在线帮助中的单元手册部分 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 材料性质每个分析都需要输入一些材料性质 结构单元所需的杨氏模量EX 热单元所需的热传导率KXX等 定义材料性质的两种方法 材料库单独定义 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 使用材料库这种方法能够对给定的材料选择预先已定义的材料性质 ANSYS为一些常用材料提供了结构和热的典型材料性质 线性 但我们强烈建议你建立自己的材料库 从材料库选取材料 先定义库的路径 Preprocessor MaterialProps MaterialLibrary LibraryPath输入要读取的材料数据库的位置 例如 v100 ansys matlib 或使用 MPLIB命令 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 接着从库中输入一种材料Preprocessor MaterialLibrary ImportLibrary选择单位制 这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件 ANSYS本身没有单位制的概念 也不进行单位换算选择想要的材料文件如钢AISIC1020 或使用MPREAD命令中的LIB选项 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 数据库文件举例 Al2024 T3 英制单位 ANSYS RCSfile Al a2024 T3 BFT MPL v Modifiedon Date 2006 10 0923 20 45 SourceID Revision 60 1 COM TypicalmaterialpropertiesforDEMOpurposesonly NOP COM InternalUNITSsetatfilecreationtime BFTTBDEL ALL MATLMPDEL ALL MATLMPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 EX MATL 1 1 524605000E 09 MPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 NUXY MATL 1 0 330000000 MPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 ALPX MATL 1 1 261111111E 05 MPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 DENS MATL 1 5 37463100 MPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 KXX MATL 1 3 052540000E 02 MPTEMP R5 0 1 1 0 000000000E 00 MPDATA R5 0 1 C MATL 1 7 39940310 GO January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 单独指定材料性质这种方法通过材料模型的GUI方式直接指定想要的材料性质 以取代选择材料名称 单独指定材料性质 Preprocessor MaterialProps MaterialModels双击合适的材料特性选项来定义材料性质 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 先定义好材料类型的结构树接着输入单个材料的性质值或使用MP命令mp ex 1 30e6mp prxy 1 3 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 添加与温度相关的材料性质绘出性质 温度曲线 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 从一个材料表复制材料模型到另一个材料表删除材料模型 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 A单位制注释无需告诉ANSYS你所使用的单位制 只需确定要使用的单位制 在输入时保持数据单位一致 例如 如果几何模型的尺寸是英寸 确保其他的输入数据 材料性质 实常数 载荷等 也以英寸为单位ANSYS不进行单位换算 它只是简单的接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性 命令 UNITS允许你指定单位制 但它只是一个纪录设计 从而使使用你模型的用户知道你所用的单位 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 指定网格控制是网格划分的第二步 ANSYS中有许多可用的网格控制 现在 我们介绍一个指定网格密度的简单方法 智能网格划分 智能网格划分是一种运算法则 它按照线的长度 曲率和对孔的近似确定模型中线的分割单元数 你只需要指定从1 最细网格 到10 最粗网格 的 尺寸水平 其他的由ANSYS处理 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 MeshTool是最好的定义网格划分控制的方式 Preprocessor MeshTool 激活SmartSizing尺寸级别缺省为6生成网格是网格划分的最后一步首先存储数据库然后按MeshTool中的 Mesh 按钮这将打开一个拾取器 点击拾取器的 PickAll 按钮指示所有的实体 January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 划分网格完成后 ANSYS自动绘制单元绘制单元时 默认将单元边界画成直线 即使是二次曲线单元 要将单元边界绘制为曲线 可以使用命令 EFACET 2 或UtilityMenu PlotCtrls SizeandShape January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 演示 调入pipe db 如果需要 定义SHELL63单元类型定义实常数 厚度 1 8in使用GUI方式的MaterialModel定义材料1 Structural Linear Elastic Isotropic弹性命模量EX 30e6波松比PRXY 3存为pipe db 然后用SMRT 4划分网格存为pipemesh db January30 2006 应力分析 前处理 网格划分 前处理几何分网求解施加载荷求解后处理查看结果检查解的有效性 January30 2006 应力分析 求解 D 施加载荷 求解步是在物体上施加载荷 再用求解器计算有限元解 在Solution和Preprocessor菜单中都有加载 Loads January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 有5种载荷类型 自由度约束指定自由度 DOF 的值 如应力分析种的位移 热分析种的温度等 集中载荷点载荷 如力或热流率 面载荷面上的分布载荷 如压力或热交换 体载荷体或域载荷 如温度 由热膨胀引起 或内部生热 惯性载荷结构质量或惯性引起的载荷 如重力 转速引起的离心力等 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 可以在实体模型上施加载荷 也可以直接在FEA模型 节点和单元 上施加载荷 在实体模型上很容易施加载荷 因为他们数量较少 容易选取 而且 实体模型上的载荷与网格无关 如果修改网格 不必重新施加载荷 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 无论如何施加载荷 求解器总是要求所有载荷都施加在有限元模型上 因此 求解时 实体载荷将自动转换到相关的节点和单元上 下面讨论如何施加如下类型的载荷 位移约束压力重力 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 位移约束用于规定模型何处被固定 零位移位置 也可以非零 模拟已知位移条件 施加位移约束 Solution Loads Apply Displacement选择在哪里施加约束 在图形窗口中选取所需的实体 选择约束自由度 输入约束值 默认为零 或使用D族命令 DK DL DA D January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 位移约束也用于构造对称和反对称边界条件 对称BC 平面外位移和平面内转角为零 反对称BC 平面内位移和平面外转角为零 Y X January30 2006 压力施加压力 Solution Loads Apply Pressure选择在哪里施加压力 对于二维问题通常施加在线上 对于三维问题通常施加在面上 在图形窗口中选择要施加压力的实体 然后输入压力值 正值表示压力 指向单元中心 或使用SF命令族 SFL SFA SFE SF 应力分析 求解 施加载荷 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 对于二维问题 压力通常施加在线上 可以在线的两端输入不同的值来指定梯形压力载荷 I和J由线的方向确定 如果法线梯形的方向不对 只要将两个压力值对调即可 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 重力施加重力加速度 Solution DefineLoads Apply Stractural Inertia Gravity或使用ACEL命令 注解 正的加速度引起负方向的挠度 例如 如果Y向上 正的ACELY值将使结构向下变形 对于重力和其它惯性载荷 必须定义质量密度或某种形式的质量 January30 2006 检查施加的载荷激活载荷标志 绘制载荷 UtilityMenu PlotCtrls Symbols命令 PBC PSF PBF或列出载荷 UtilityMenu List Loads 应力分析 求解 施加载荷 January30 2006 应力分析 求解 施加载荷 修改和删除载荷要修改一个载荷值 只要重新输入该载荷 删除载荷 Solution Loads Delete 在删除实体载荷时 ANSYS也自动删除所有对应的单元和节点载荷 Ja