ansys 专业培训全集__梁单元、梁壳混用及后处理技术

梁的使用,January 30, 2001Inventory #0014435-2,梁,梁单元 是线单元，是3-D结构的一维理想化模型梁单元比实体和壳单元更有效，尤其常用于下列工业领域中:建筑结构桥梁和道路公共交通 (有轨电车,火车)等,January 30, 2001Inventory #0014435-3,.梁,本节将通过如下的主题对梁做简要介绍:A. 梁的属性B. 梁网格划分C. 加载,求解, 结果,January 30, 2001Inventory #0014435-4,梁A. 梁的属性,建立梁的第一步，同任何分析一样，先建立几何模型 通常是由关键点和线组成的框架结构。然后定义如下的梁的属性:单元类型横截面材料特性,January 30, 2001Inventory #0014435-5,梁.梁的属性,单元类型选择下面类型中的一个:BEAM188 3-D, 线性 (2-node)BEAM189 3-D, 二次函数 (3-node)ANSYS 有许多其它梁单元，但推荐使用 BEAM188 和 189对绝大部分梁结构都适合支持线性和非线性分析,包括塑性，大变形和非线性失稳具有包括用多种材料模拟层状材料，复合材料，截面加强的能力具有用户定义截面几何尺寸的能力在前、后处理过程中容易使用,January 30, 2001Inventory #0014435-6,梁.梁属性,横截面对 BEAM188 和 189单元的完整定义包括对横截面属性的定义。 BeamTool提供了方便的操作.Preprocessor Sections Common Sectns.选择想要的形状，然后输入尺寸按 Preview 按钮观看形状,然后按 OK.若有多个横截面，必须给每个横截面指定编号（任意定义名称）,January 30, 2001Inventory #0014435-7,梁.梁属性,工字梁横截面的样本预览如下 (SECPLOT) 除了预先定义好的横截面形状之外， ANSYS允许用户通过建立二维实体模型来建立自己的“自定义”横截面形状,同标准横截面一样，可以把自定义的横截面和想要的尺寸保存到横截面库中以便日后使用。参阅ANSYS 结构分析手册第15章获取详细信息,January 30, 2001Inventory #0014435-8,梁.梁属性,“自定义”横截面形状步骤: 建立面 指定线分割数 保存截面 编辑截面（若需要，如定义复合材料截面等） 读入截面(使用时)举例：有圆孔的方形梁 截面上的不同材料,January 30, 2001Inventory #0014435-9,梁.梁属性,材料属性线性和非线性材料属性均可所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型进行网格划分,January 30, 2001Inventory #0014435-10,梁B. 梁网格划分,用梁单元对几何模型做网格划分包括三个主要步骤:指定线的属性指定线分割划分网格 MeshTool 提供了上述三个步骤的便利操作,January 30, 2001Inventory #0014435-11,梁.梁网格划分,步骤1: 线属性梁网格划分的线属性包括:材料号横截面号方向关键点相对于梁轴线，横截面是怎样放置所有横截面类型都需要指定单个关键点可以分配给多条线 ( 即不需要为每条线指定独立关键点)每条线的端点都有它的方向关键点，允许横截面绕梁轴线扭转。,January 30, 2001Inventory #0014435-12,梁单元.梁网格划分,使用方向关键点的例子:,January 30, 2001Inventory #0014435-13,梁.梁网格划分,使用Mesh Tool的单元属性指定线属性 (或选择想要的线和使用 LATT 命令),拾取线,BEAM188 & 189单元的附加属性,January 30, 2001Inventory #0014435-14,梁.梁网格划分,步骤2 :线分割对 BEAM188 和 189 单元，建议不要把整个梁当作一个单元 使用 Mesh Tool的 “Size Controls”指定想要的线分割数 (或用 LESIZE 命令).,January 30, 2001Inventory #0014435-15,梁.梁网格划分,步骤3:生成网格先保存数据库文件 (Toolbar SAVE_DB 或使用SAVE 命令).按下Mesh Tool中的 Mesh 按钮 (或执行 LMESH,ALL命令) 生成网格,拾取线,January 30, 2001Inventory #0014435-16,梁.梁网格划分,在单元绘图中显示横截面形状, 激活显示单元形状:Utility Menu PlotCtrls Style Size and Shape或使用命令 /ESHAPE,1,January 30, 2001Inventory #0014435-17,梁.梁网格划分,网格划分完成后,接着施加荷载并求解,January 30, 2001Inventory #0014435-18,梁C. 加载, 求解， 结果,梁的典型加载包括:位移约束施加在节点或关键点上力施加在节点或关键点上压力Solution Apply Pressures On Beams或 使用SFBEAM 命令（力的作用面参见help文件）重力或旋转速度作用在整个结构上,January 30, 2001Inventory #0014435-19,梁 . 加载, 求解，结果,获取解答:先保存数据库文件.求解. (或把载荷写入载荷步文件，然后求解所有载荷步)查看结果的方法同应力分析相同:观察变形观察反力画应力、应变图BEAM188 和 189 单元的主要优势是应力可以直接在单元上观看 （同壳和实体单元），必须激活单元形状显示。,January 30, 2001Inventory #0014435-20,演示:恢复数据库文件frame.db (包括线，关键点，载荷，单元类型, 材料和两个横截面)。画出两个已定义的横截面 (SECPLOT,1 T1=T2=T3=T4=0.25打开 MeshTool, GPLOT, 对下面的线属性赋值：斜线: mat=1, secnum=3, 方向关键点 KP =100左垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP =102右垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP = 101左前水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 1右后水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 3对所有线指定 size=20。存储，然后LMESH,ALL， 然后/ESHAPE,1 并EPLOT 对关键点 9 施加 fy 方向，大小为-10000lb的载荷，约束4个底部关键点的所有自由度。求解, 观察结果：变形图，反力，应力SX (= 轴向 +弯曲)。选择横截面编号是3的单元，画应力图。对2号横截面重复上面的操作。,January 30, 2001Inventory #0014435-21,练习,建筑框架,January 30, 2001Inventory #0014435-22,壳的使用,薄壳 (Love/Kirchhoff)假设最初垂直于壳的中面的横截面在加载过程中保持平直并垂直于中性轴，该假设不包括剪切变形。中厚壳 (Mindlin/Reissner)假设最初垂直于壳的中面的横截面在加载过程中保持平直但不再保持垂直于中性轴，所以剪切应变在横截面内是常数。,January 30, 2001Inventory #0014435-23,壳单元,壳单元的补充说明:大多数 ANSYS 壳单元假设单元和结点位置描述单元的中面。对低阶单元，用 SHELL181的SECOFFSET (上,下或用户定义的偏移量)。对高阶单元，用SHELL91 和 99 (复合壳) 来模拟节点偏移到上下表面的壳。对非线性分析，不同的壳单元在面内和面外有不同的积分点数。例如, 具有 URI 的SHELL181 在面内有1个积分点，在厚度方向上有5 个。特定单元的详细说明可参阅理论手册第14 章。注意SHELL181 在厚度上可以有用户定义的积分点。,January 30, 2001Inventory #0014435-24,SHELL181,SHELL181 属于 18x 系列单元，由于其丰富的特点，对非线性应用建议选择该单元。单元技术考虑横向剪切的中等 厚 壳单元URI (缺省) 或面内行为的不调和模式 对壳单元横截面定义使用截面 概念支持层定义 (复合)本构模型和其它壳单元相比, SHELL181 支持大多数非线性本构模型，包括率无关塑性，粘塑性/蠕变和超弹性对复合单元，用户可将线性和/或非线性材料属性结合,January 30, 2001Inventory #0014435-25,SHELL181 截面定义,SHELL181 使用 “截面” 定义如果没有定义壳截面，仍然支持实常数的定义。然而壳截面功能更强大，更灵活，更易使用，因此是推荐的输入方法。截面定义可以输入18x单元支持的任何类型的线性或非线性材料的层(复合)。在截面上定义层的方向和厚度方向的积分点结点可以定义为位于上下表面或用户定义的位置通过 SECFUN 命令更易定义渐变壳单元 (无需使用 RTHICK)壳截面的基本原理和 BEAM188/189 的梁横截面定义一致 (后面讨论),January 30, 2001Inventory #0014435-26,SHELL181截面定义,先定义 SHELL181 单元类型和所有用到的材料性能。然后激活壳截面 GUI :Main Menu Preprocessor Sections -Shell- Add/Edit ,January 30, 2001Inventory #0014435-27,SHELL181截面定义,本例中，定义一个复合截面的例子。壳截面 GUI Layup 标签输入壳截面名字(最多 8 个字符) 和独有的 ID 号。通过简易按钮添加或删除不同层。,January 30, 2001Inventory #0014435-28,SHELL181截面定义,方便地布置横截面定义容易定义厚度、材料ID 、取向和积分点数。截面偏移可以指定为中间、上、下或用户定义的面。,January 30, 2001Inventory #0014435-29,SHELL181截面定义,在“Controls” 标签中指定其它参数。壳截面 GUI Section Controls 标签大多数时候，缺省值已足够，但用户可以定义沙漏控制、横向剪切刚度等。,January 30, 2001Inventory #0014435-30,SHELL181截面定义,总结标签提供基于文本的总结，用户也可绘出截面来确认叠层。壳截面 GUI Summary 标签Main Menu Preprocessor Sections -Shell- Plot Section ,January 30, 2001Inventory #0014435-31,SHELL181截面定义,下面的命令提供和壳截面 GUI 相同的功能:Define shell section and nameSECTYPE, SECID, Shell, Subtype, Name, REFINEKEYDefine each shell layer propertySECDATA, A, Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHzDefine shell offsetsSECOFFSET, Location Define additional shell controlsSECCONTROLS, -, TXZ, -, TXY, ADDMAS Define shell thickness variationSECFUN, %table%在下面的参考资料中可得到更多的信息Structural Analysis Guide, “Shell Analysis and Cross Section”Commands Manual for /PREP7 Section Commands,January 30, 2001Inventory #0014435-32,SHELL181截面定义,指定单元类型和壳截面定义后，就可以设置缺省属性以对具有指定壳截面的区域划分网格了。Command: SECNUM,valueMain Menu Preprocessor MeshToolMeshtool -Element Attributes- Global,January 30, 2001Inventory #0014435-33,SHELL181截面定义,划分网格后，在网格上也可看到壳横截面。Command: /ESHAPE,1Utility Menu PlotCtrls Style Size and Shape,January 30, 2001Inventory #0014435-34,例子：beam_shell.mac 板加筋的模拟（节点偏置）,January 30, 2001Inventory #0014435-35,单元表的应用,单元表可以获取其他后处理功能不能获得的结果数据。可以利用单元表来对结果数据进行数学计算。查阅单元说明来了解后处理中可以得到的数据。梁弯矩图的绘制,January 30, 2001Inventory #0014435-36,单元操作 . 单元表,一个单元表的标准形成过程由下列几个步骤构成:首先选择需要的单元把结果数据填到表中列出或绘出数据执行所想要的算术运算 GUI方式下的 General Postproc Element Table.中给出了单元表的功能,January 30, 2001Inventory #0014435-37,单元操作 . 单元表, 注意每个单元的每个数据项只有一个值:即该单元的平均或有效值。例如,如果把节点的位移 UX添加到单元表,单元节点的平均 UX就被存储到每个单元。 可以添加3个标量数 (如单元x方向的压力，y方向的压力,z方向的压力)，合并他们可获得一矢量图(必须三个分量的单元表都输入）。查看 PLVECT 命令获取细节,January 30, 2001Inventory #0014435-38,单元操作 . 单元表,执行操作有点象电子数据表，可以在单元表的列间进行算术运算。一些有用的操作:两列相加 (SADD)乘 (SMULT)比较和保存两列的最大值和最小值 (SMAX or SMIN)每列求和 (SSUM 对选择单元总体积的计算很有用)等等,January 30, 2001Inventory #0014435-39,单元操作 . 单元表,例如:,January 30, 2001Inventory #0014435-40,单元操作 . 单元表,若一个想要的操作无效，可以把单元表中的项上载到一数组参数，使用数组操作。使用 *VGET 命令 （或 Utility Menu Parameters Get Array Data)接着使用一个数组操作: *VOPER, *VSCFUN, 等例如，象平均和标准偏差这些统计量在单元表水平上无法计算，但可以在数组上计算。,January 30, 2001Inventory #0014435-41,单元操作 . 单元表,更新单元表如果从不同的载荷步骤或从不同的结果文件读进结果，单元表不会自动更新。,执行 ETABLE,REFL (或在单元表数据对话框中点击 Update 按钮) 来“填充”或更形单元表。列头部的 “current” 或 “previous” 标示依赖数据项的状况。,January 30, 2001Inventory #0014435-42,单元操作 . 单元表,既然单元表不能自动更新，那么就很容易比较两个载荷步的结果或两个不同的分析,如下所示:读载荷步1,把结果项作为A1保存到单元表 。接着读进载荷步2 ，把结果项作为A2保存到单元表。现在可以比较 A1 和 A2，把最大值和最小值保存到第三列，或进行其他想要的操作。这项设置可以被扩展来比较相同模型的不同结果文件。,January 30, 2001Inventory #0014435-43,单元操作.单元表,单元表的保存和删除:通过保存ANSYS数据库来保存单元表:在POST1 中保存数据库(Toolbar SAVE_DB 或 SAVE 命令).或退出ANSYS时使用 “Save everything” 选项来保存 (Toolbar QUIT 或 /EXIT,ALL 命令).删除全部单元表:Element Table Erase Table或 ETABLE,ERASE删除单元表中的一项（列）:使用单元表数据对话框中的 Delete 按钮.或 ETABLE,name,ERASE,January 30, 2001Inventory #0014435-44,后处理A. 查询拾取,查询拾取允许您在模型上“探测”任意拾取位置的应力,位移或其它的结果量.您还可以很快地为查询量的最大值和最小值定位.仅能通过 GUI方式操作 (无命令):General Postproc Query Results Nodal or Element or Subgrid Solu.选择某个结果量,按 OK,PowerGraphics OFF,PowerGraphicsON,January 30, 2001Inventory #0014435-45,后处理查询拾取,拾取模型中的任一点,以查看该点的结果值.Min 和 Max 将显示最大和最小点的值.使用 Reset 清除所有值并重新开始拾取查询.注意:实体的编号, 位置以及结果值都将显示在拾取菜单中.,自动生成文本注释,rib.inp,January 30, 2001Inventory #0014435-46,后处理C. 路径操作,查看结果的另一种方法是通过路径操作, 这一方法允许您:在通过模型的任意一条路径上绘图输出结果数据沿某一路径进行数学运算, 包括积分和微分显示一 “路径图” 观察结果量沿路径的变化情况此方法仅对包含2-D 或3-D 实体单元或壳单元的模型有效.后面结合例题讲解： 定义两条路径 分别绘制板的弯矩sx（序列号4），和z向位移。,January 30, 2001Inventory #0014435-47,后处理.路径操作,产生路径图的三个步骤:定义一个路径将数据映射到路径上绘图输出数据1. 定义一个路径需要以下信息:定义路径的点 (2 到 1000个). 您可以使用工作平面内的节点或特定位置.路径的曲率由激活的坐标系(CSYS)确定.路径名.,January 30, 2001Inventory #0014435-48,后处理.路径操作,1. 定义一个路径 (续)首先激活需要的坐标系 (CSYS).General Postproc Path Operations Define Path By Nodes or On Working Plane拾取节点或工作平面上的特定位置以形成期望的路径,按OK选取一个路径名. 在许多情况下, nSets 和 nDiv 的空上最好为缺省值.,January 30, 2001Inventory #0014435-49,后处理.路径操作,2. 将数据映射到路径上General Postproc Path Operations Map onto Path (或 PDEF 命令)选定需要的量, 诸如 SX.为选定的量加入一个用于绘图和列表的标签.如果需要,您可以显示这一路径.General Postproc Path Operations Plot Paths(或键入命令 /PBC,PATH,1 续之以 NPLOT 或 EPLOT命令),January 30, 2001Inventory #0014435-50,后处理.路径操作,3. 绘图输出数据您既可以采用曲线图绘出路径上的量:PLPATH 或 General Postproc Path Operations On Graph.或沿路径的几何形状:PLPAGM 或 General Postproc Path Operations On Geometry.,January 30, 2001Inventory #0014435-51,后处理.路径操作,ANSYS 允许您定义多条路径, 您只需为每条路径指定一个唯一的路径名. 一次只能有一条路径被激活.除绘图和列表外, 还有许多其它的路径功能,包括:应力线性化 在压力容器工业中用于将沿某一路径上的应力分解为膜应力及弯曲应力分量.计算功能 在断裂力学中用于计算J-积分和应力集中因子. 在热分析中用于计算越过某一路径的散失或获得的热量.点积和叉积 在电磁分析的矢量操作中有广泛应用.,January 30, 2001Inventory #0014435-52,切片显示,PlotCtrls-Style-Hidden-Line Options类型: Capped Z-buffer: 显示切面后面的实体。 Q-Slice Z-buffer:显示切面及实体轮廓。 Section:只显示切面。 Z-buffered:默认，显示全部实体。切面： 垂直于视线的平面（通过焦点） 焦点由PlotCtrls-View Settings-Focus Point设定。 工作平面,January 30, 2001Inventory #0014435-53,后处理E. 载荷工况组合,只要您求解多载荷步, 每一载荷步的结果将以独立的序列存放在结果文件中 (由载荷步号识别).载荷工况组合是两个结果序列之间的操作, 这些序列被称为 载荷工况.操作发生在数据库中的一个载荷工况和结果文件中的第二个载荷工况之间.操作的结果 组合的工况 存放回数据库.,January 30, 2001Inventory #0014435-54,后处理.载荷工况组合,典型步骤:1.建立载荷工况2.将某一 载荷工况读入数据库3.执行期望的操作,January 30, 2001Inventory #0014435-55,后处理.载荷工况组合,建立载荷工况一个载荷工况可简单地充当一个结果系列的指示器. 它需要如下两条信息:唯一的 ID 号它代表的结果序列 (载荷步和载荷子步号)使用 LCDEF 命令或 General Postproc Load Case Create Load Case,January 30, 2001Inventory #0014435-56,后处理.载荷工况组合,将某一 载荷工况读入数据库 (内存)简单地采用载荷工况号识别结果序列 ,使用 LCASE 命令或 General Postproc Load Case Read Load Case.或在后处理中使用一个标准的 “读结果”选择 (SET 命令).,January 30, 2001Inventory #0014435-57,后处理.载荷工况组合,执行期望的操作许多有效的操作如这里的菜单所示使用 LCOPER 命令或 General Postproc Load Case Add, Subtract, 等.切记操作的结果存放在数据库 (内存)中.,January 30, 2001Inventory #0014435-58,后处理.载荷工况组合,有两种有用的选项用于存储组合的载荷工况 :写一个 载荷工况文件将载荷工况添加到结果文件写一个 载荷工况文件 (RAPPND 或 General Postproc Load Case Write Load Case) 产生一个与结果文件相似,但比它小得多的文件.添加 选项 (LCWRITE 或 General Postproc Write Results)允许您将组合的载荷工况添加到结果文件并用一给定的载荷步号和时间值识别.,January 30, 2001Inventory #0014435-59,后处理 F. 结果查阅器,结果查阅器是一个 专门的后处理菜单 和图解系统.大模型或有许多时间步模型的快速绘图容易地利用菜单系统快速查阅结果,January 30, 2001Inventory #0014435-60,可以采用两种方法产生 求解过程中,在写一个jobname.pgr文件前,使用 POUTRES 命令.Solution Output Cntrls PGR file,后处理 结果查阅器,January 30, 2001Inventory #0014435-61,后处理 结果查阅器,在求解结束后写jobname.pgr 文件时使用 PGWRITE 命令.General Postproc Write PGR File,January 30, 2001Inventory #0014435-62,后处理 结果查阅器,在通用后处理器中打开结果查阅器.,January 30, 2001Inventory #0014435-63,单元图,节点/单元/矢量/迹线 结果图,结果查询,用 PNG文件 动画,结果列表,捕捉/打印 图象,结果序列位置指示,后处理 . 结果查阅器,January 30, 2001Inventory #0014435-64,图形窗口变成 “上下文相关的”.,后处理 . 结果查阅器,上下文相关的图形窗口,January 30, 2001Inventory #0014435-65,后处理 . 结果查阅器,在图例上单击鼠标右键,上下文相关的图形窗口,January 30, 2001Inventory #0014435-66,后处理 . 结果查阅器,上下文相关的图形窗口,在等值条上单击鼠标右键,January 30, 2001Inventory #0014435-67,后处理 G. 报告生成器,任何分析中的一项费时的工作是整理模型和结果的文档. 这一过程可通过执行ANSYS的报告生成器部分自动化完成.报告生成器允许用户快速捕捉图片, 列表, 表格, 和其它有关的信息.它也可以便利地生成一个 HTML 格式文件 以便同事使用或 在网站上发布.,J