有限元--命令流与部分基础知识

一、命令流举例：有一长为100mm的矩形截面梁，截面为10X1mm，与一规格为 20mmX7mmX10mm的实体连接，约束实体的端面，在梁端施加大小为3N的y方向的压力，梁与实体都为一材料，弹性模量为30Gpa，泊松比为0.3。本例主要讲解梁与实体连接处如何利用耦合及约束方程进行处理。命令流如下：FINI/CLE/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION !定义工作文件名/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION !定义工作名/PREP7 !进入前处理ET,1,SOLID95 !定义实体单元类型为SOLID95ET,2,BEAM4 !定义梁单元类型为BEAM4MP,EX,1,3E4 !定义材料的弹性模量MP,PRXY,1,0.3 !定义泊松比R,1 !定义实体单元实常数R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0 !定义梁单元实常数BLC4,20,7,10 !创建矩形块为实体模型WPOFFS,0,3.5 !将工作平面向Y方向移动3.5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPOFFS,0,5 !将工作平面向Y方向移动5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPCSYS,-1 !将工作平面设为与总体笛卡儿坐标一致K,100,20,3.5,5 !创建关键点K,101,120,3.5,5 !创建关键点L,100,101 !连接关键点生成梁的线实体LSEL,S,LOC,X,21,130 !选择梁线LATT,1,2,2 !指定梁的单元属性LESIZE,ALL,10 !指定梁上的单元份数LMESH,ALL !划分梁单元VSEL,ALL !选择所有实体VATT,1,1,1 !设置实体的单元属性ESIZE,1 !指定实体单元尺寸MSHAPE,0,2D !设置实体单元为2DMSHKEY,1 !设置为映射网格划分方法VMESH,ALL !划分实体单元ALLS !全选FINI !退出前处理!- /SOLU !进入求解器ASEL,S,LOC,X,0 !选择实体的端面DA,ALL,ALL !约束实体端面ALLS !全选FK,101,FY,-3.0 !在两端施加Y向压力CP,1,UX,1,21 !耦合节点1和节点21X方向自由度CP,2,UY,1,21 !耦合节点1和节点21Y方向自由度CP,3,UZ,1,21 !耦合节点1和节点21Z方向自由度CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS(NZ(626)-NZ(2328) !设置约束方程CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS(NY(67)-NY(4283) !设置约束方程CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS(NY(67)-NY(4283) !设置约束方程ALLS !全选SOLVE !保存 FINI !退出求解器!- /POST1 !进入通用后处理PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移PLNSOL, S,EQV, 0,1.0 !显示等效应力ETABLE,ZL1,SMISC,1 !读取梁单元上I节点X方向的力ETABLE,ZL2,SMISC,7 !读取梁单元上J节点X方向的力ETABLE,MZ1,SMISC,6 !读取梁单元上I节点Z方向的力矩ETABLE,MZ2,SMISC,12 !读取梁单元上J节点Z方向的力矩PLETAB,ZL1 !显示梁单元X方向的力PLETAB,MZ1 !显示梁单元Z方向力矩!*二、基础知识01. 定义材料特性，执行Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令，在打开的定义材料特性对话框中依次输入弹性模量、泊松比，单击OK 按钮。02.简述动力学分析的主要内容：ANSYS对动力分析主要从几个方面考虑：模态、瞬态动力、谐波响应、响应谱及随机振动。（1）模态分析：用于抽取结构的自然频率和模态形状。分析的结果确定瞬态动力分析的模态数和积分时间步长，瞬态求解过程需要模态分析的结果。ANSYS程序还允许作预应力模态分析及在大变形分析后作模态分析。 （2）瞬态动力分析：分为全瞬态动力方法、凝聚法和模态叠加法三种方法。皆用于基于动力分析的通用运动方程。（3）谐波响应分析：用于求解线性结构承受正弦变化载荷的响应。（4）响应谱分析：用于求解冲击载荷条件下的结构响应，该分析类型使用模态分析的结果连同已知谱，计算每个固有频率点在结构中发生的真实位移和应力。（5）随机振动分析：是一种谱分析，用于研究结构对随机激励的响应。03.结构动力学算例、平面问题的有限元法的解题步骤与例题；04.拓扑优化的基本原理 拓扑优化是结构优化的一种。拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。不论哪个领域，都要依赖于有限元方法。连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元（壳单元或者体单元），离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。拓扑优化以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。05.简述ANSYS热分析的主要内容：（1）ANSYS的热分析 在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、 ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的 温度，并导出其它热物理参数。 ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可 以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 （2）ANSYS热分析分类 稳态传热：系统的温度场不随时间变化 瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 （3）耦合分析 热结构耦合 热流体耦合 热电耦合 热磁耦合 热电磁结构耦合等06.等参数单元的基本概念。07.模态分析的基本概念。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。08. 轴类零件在生成有限元模型时，由于其结构的特殊性，要采用六面体单元相对难一些，最简单的方法是采用四面体单元。09. ANSYS的静力分析过程一般包括建立模型、施加载荷并求解和检查结果三个步骤。10.在ANSYS优化程序中，用户只能设置一个目标函数，其值必须为正。11.单元刚度矩阵为对称矩阵，由于单元可有任意的刚体位移，给定的节点力不能唯一的确定节点位移，可知单元刚度矩阵不可求逆，具有奇异性。12.动力学方程、质量矩阵及阻尼矩阵。13.平面问题的单元刚度矩阵、空间问题的刚度矩阵、矩阵单元的整体平衡方程。14.变分原理、李兹法、弹性力学的基本方程、虚位移原理。15.清华大学用ANSYS 建立了制动器摩擦耦合模型，研究得出摩擦耦合系数对制动尖叫趋势的影响以及抑制、消除尖叫的解决方法。16.有限元法采用能量原理进行单元分析，因而必须事先给出（设定）位移函数。一般而论，位移函数选取会影响甚至严重影响计算结果的精度。17. 网格数量的多少将影响计算规模的大小。一般来讲, 网格数量增加, 计算精度会有所提高, 但同时计算规模也会增加。软件规定了模型的最大节点数目脚贻其计算模型。所以在确定网格数量时应权衡个因素综合考虑。18. 计算机能力的提升使得有限元分析由单场分析到多场分析变成现实，未来的几年内，多物理场分析工具将会给学术界和工程界带来震惊。19. ANSYS求解模块是程序用来完成对已经生成的有限元模型进行分析和求解。在此阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项。20. 定义材料特性，执行Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令，在打开的定