有限元学习交流

有限单元法简介与ANSYS使用交流,工程机械及专用车研究室,汇报人：王文斌时间：2014.05.06,内容提要,有限单元理论,ANSYS操作简介,1.1有限单元理论概述1.2有限单元法基本流程与应用1.3参考书籍,2.1常用有限元软件ANSYS软件简介2.2有限元分析流程2.3参数化分析软件操作演示2.4ANSYS学习参考书籍,2,1.1有限单元法概述,有限单元法（FiniteElementMethod，简记FEM）,基本原理,将求解域视为由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个较简单且合适的近似解，推导并求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。,方法优势,1、思路清晰、直观。2、节省计算成本。3、计算精度较高。4、适用于多工程领域。5、自主研发迫切需要。,涉及学科,1、力学。2、数学。3、计算机。4、相关工程背景。,“先化整为零，后化零为整”的近似解法；将偏微分方程组转化为常微分方程组求解。,1.2有限单元法基本流程与应用,弹簧1，2刚度系数k1，k2节点1，2，3节点位移U1，U2，U3轴向载荷F1，F2，F3保持平衡状态,叠加,采用实验法：优点直观缺点设计周期长成本高,反复修改设计参数,有限单元法广泛应用在结构设计、优化设计、灵敏度分析等众多研究领域中。,工程结构设计过程,1.2有限单元法基本流程与应用,模态分析,静力学分析,8,流场分析,焊接热场分析,电磁场热场分析,参考书籍1Hutton.FundamentalsoffiniteelementanalysisM.重庆：重庆大学出版社，2007.（英文版有限元法教材，不仅思路清晰，通俗易懂，而且锻炼专业英语能力）,9,1.3参考书籍,HYPERWORKS,ABAQUS,NASTRAN,ANSYS,CAD类软件,如PROE、CATIA等也包含了有限元分析,多物理场耦合分析，强大求解器,强大的线性分析功能，广泛应用于航空航天领域,强大的非线性分析功能，擅长接触分析,优秀的前、后处理模块，划分网格质量高,2.1常用有限元软件与ANSYS简介,10,11,2.1常用有限元软件与ANSYS简介,12,2.1常用有限元软件与ANSYS简介,ANSYS结构分析概览,结构分析类型静力分析：用于静态载荷.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.模态分析：计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD).,13,谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状。(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析。)专项分析：断裂分析，复合材料分析，疲劳分析。,14,ANSYS操作界面,求解,前处理,后处理,静力学、动力学、热分析等。,输出结果数据、云图和动画等，如应力、位移、频率。,15,2.2有限元分析流程,16,工作繁琐，流程复杂，不推荐使用,通过一次建模提取命令流，参数化建模，结构单一。,这类软件优化前处理过程，可视化的操作节约了前处理时间。,有限元模型的创建方式,（1）link（杆）系列link1(2D)和link8(3D)用来模拟桁架。link10用来模拟拉索。link180是link10的加强版，一般用来模拟拉压。（2）beam（梁）系列beam3(2D)和beam4(3D)是经典欧拉梁单元，用来模拟框架中的梁柱，画弯据图用etab建立单元表命令。beam44适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构件。beam188号称超级梁单元，基于铁木辛科梁理论，有诸多优点：考虑剪切变形的影响，截面可设置多种材料，（3）shell（板壳）系列shell41一般用来模拟膜。shell63可针对一般的板壳，仅限弹性分析。它的塑性版本是shell43。shell181能实现shell41、shell63、shell43等所有功能（4）solid（体）系列常用的有solid45、46、65、95、185等。,17,定义单元类型,前处理的几点注意抽中面保证中面平整；几何修补不能存在自由边；定义单元根据不同配合形式确定不同的单元类型；,18,19,2.3参数化建模与分析软件构建思路,21,后台调用，实现参数化建模与分析，自动输出结果。,利用VB语言设计用户操作界面，封装软件。,参考书籍1张洪才.ANSYS14.0理论解析与工程应用实例M.机械工业出版社，2013.（熟悉基本操作及功能）2龚曙光，谢桂兰，黄云清.ANSYS参数化编程与命令手册M.机械工业出版社，2013.（常用APDL命令流介绍及实例）3王新敏，李义强，许宏伟.ANSYS结构分析单元与应用M.人民