结构计算分析软件基础

November17 20141 1 研究生课程系列之结构计算分析软件基础 ANSYS部分 part1 TEL QQ 554884119Email 邮件格式 姓名 作业序号 November17 20141 2 本节课主要学习内容 3课时 一 课程计划二 弹性力学基础三 有限元基本知识与求解过程四 ANSYS入门五 ANSYS程序演示六 课后练习 November17 20141 3 一 整个课程计划 以结构静力计算为主要内容 1 有限元的基本知识和ANSYS的入门知识 2 ANSYS的的基本过程 3 建立几何模型的几种方法 4 网格的划分 5 施加约束 荷载 建立力学模型 6 计算结果分析 7 综合过程分析 同时作业 参考书籍 有限单元法 ANSYS分析手册 人手一本 November17 20141 4 二 弹性力学基础 弹性力学基础三大基础方程 平衡方程 应力与外力关系 几何方程 位移与应变之间的关系 物理方程 本构方程 应力与应变关系 边界条件 力学边界条件 位移边界条件 November17 20141 5 弹性力学中的基本假定 1 连续性 continuity 假设2 均匀性 homogeneity 假设3 各向同性 isotropy 假设4 线弹性 linearelasticity 假设5 小变形 smalldeformation 假设 November17 20141 6 3D问题的基本方程 1 平衡微分方程 2 几何方程 November17 20141 7 3 本构方程 广义胡克定律 应力表示 应变表示 其中 拉梅常数 November17 20141 8 三 有限元基本思想与求解过程 有限元法的基本概念 基本方程 k F 结构力学 位移法 单元位移与结点位移关系 位移函数 形函数 单元刚度矩阵形成 k e 总体刚度形成 k 荷载向节点移置方程求解 直接法 迭代法 计算结果处理及表达 November17 20141 9 应变矩阵 应力矩阵 November17 20141 10 单元分析 分析单元的力学特征 单元应变矩阵 B 单元应力矩阵 S 单元刚度矩阵 K 单元刚度方程 November17 20141 11 ANSYS定位 目前较为流行的FEM软件主要介绍模块 前处理模块 prep7 计算模块 solu 后处理模块 post1 四 ANSYS入门 November17 20141 12 ANSYS入门 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 November17 20141 13 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具体产品 November17 20141 14 启动 cont d 当ANSYS以交互方式启动后 用户图形界面 GUI 将自动显示 交互方式与批处理模式的比较 交互方式允许用户与ANSYS面对面的 交流 检查用户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 在本学习过程中 我们将主要讲解交互式操作 ANSYS入门 启动ANSYS November17 20141 15 启动 续 点击MechanicalAPDL ANSYS 直接进入启动产品发射台ANSYSProductLauncher 允许选择和启动ANSYS产品 工作目录 所有文件将要存贮的目录 图形设置 如果配置了3 D显示卡请选择3 D 在Windows系统上请选择win32 作业名 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或为上一次定义的作业文件名 内存空间 缺省值将满足大多数情况 ANSYS入门 启动ANSYS 产品发射台 November17 20141 16 November17 20141 17 November17 20141 18 高性能计算 November17 20141 19 进入ANSYS后显示如下的GUI窗口 输入显示提示信息 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 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 工具栏常用命令的工具栏 显示 隐藏图标拾取重置接触向导 用户提示信息 当前状态 November17 20141 20 ANSYS入门 图形用户界面 Output输出窗口 November17 20141 21 ANSYS入门 GUI方式 主菜单树形结构 包括分析所需的主要功能 在进行下一个功能之前 重叠的独立窗口允许完成所有必须的操作 不能进一步展开 可以展开 弹出对话框可拾取 输入 弹出对话框仅能输入 November17 20141 22 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 约定 表示将产生下一个子菜单 表示产生一个对话框 空缺 表示运行一个ANSYS命令 表示图形拾取 November17 20141 23 ANSYS入门 GUI方式 输入窗口允许输入命令 大多数GUI功能都能通过输入命令来实现 如果知道这些命令 可以通过输入窗口键入 在拾取图形时也可以通过键入命令的方式实现 命令格式 November17 20141 24 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 构造自己的 按钮菜单 是很有用的 November17 20141 25 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 可以过滤掉其它选项 从GUI中可以知道缩减的菜单项 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 November17 20141 26 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菜单输出窗口是独立的 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 如果熟悉命令 在输入窗口键入命令会更方便 November17 20141 27 ANSYS入门 GUI方式 演示 熟悉界面 设计自己的快捷菜单 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 November17 20141 28 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 November17 20141 29 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等改变观察方位 图形缩放是最常用的功能 November17 20141 30 ANSYS入门 图形拾取 缺省的视图方位是主视图方向 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键和鼠标键调整观察方向的途径Ctrl Left 鼠标左键 可以平移模型 Ctrl Middle 鼠标中键 缩放模型旋转模型 绕屏幕Z轴方向 Ctrl Right 鼠标右键 旋转模型 绕屏幕X轴方向绕屏幕Y轴方向 Ctrl November17 20141 31 如果不想按住Control键 可以用Pan Zoom Rotat对话框中提供的热键 同样可以用鼠标键来操作 在3 D图形设置中 同样可以自动控制光源 产生不同角度的光照效果 ANSYS入门 图形拾取 November17 20141 32 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对模型选定的区域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 November17 20141 33 ANSYS入门 图形拾取 拾取通过点击图形窗口允许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 可以在图形窗口中关键点的位置处拾取 然后按OK键 November17 20141 34 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 位置拾取 November17 20141 35 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 按住此键进行拖拉 可以预览被拾取 或取消 的图元或坐标 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 November17 20141 36 ANSYS入门 图形拾取 热点的抓取热点的拾取位置 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 当需要拾取图元时 必须拾取热点 November17 20141 37 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 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也可以进入 指南验证手册ANSYS的网站 November17 20141 38 ANSYS入门 在线帮助 用Contents键可以浏览感兴趣的内容 用Index键可以快速查找具体的命令 术语 概念等 用Search键可以从帮助系统中查找指定的单词或短语 用Favorites键可以添加需要经常帮助的部分 November17 20141 39 ANSYS入门 在线帮助 ANSYS也提供基于HTML在线指导 这种指导包括了在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 November17 20141 40 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 数据库存贮了输入的数据以及ANSYS的结果数据 输入数据 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 November17 20141 41 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 应经常存盘 以防在计算机死机或断电时能够保存信息 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 November17 20141 42 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 November17 20141 43 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 November17 20141 44 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定期保存数据库 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 或一个操作将导致较大改变时 如删除操作 应保存数据库 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 November17 20141 45 ANSYS入门 数据库和文件 清除数据库清除数据库的操作允许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 November17 20141 46 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 文件名 扩展名 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 由用户自己定义 November17 20141 47 ANSYS入门 数据库和文件 jobname log 日志文件ASCII码文件 包括了运行过程中的每一个命令 如果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ASCII码文件 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 数据库文件二进制文件 与所有的平台兼容 jobname rst rth rmg rfl 结果文件二进制文件 与所有平台兼容 包括了ANSYS运算过程中的所有计算数据 November17 20141 48 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 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 ANSYS来自动删除ANSYS分析不再需要的文件 November17 20141 49