ANSYS基础教程——应力分析

ANSYS基础教程应力分析关键字：ANSYS 应力分析 ANSYS教程 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，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、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有： 分析步骤、几何建模、 网格划分。 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结果量分析的通用术语，也就是结构分析。 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 显示动力学 本文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。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 注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的； 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。B. 几何模型 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块、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。 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) 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 (Initial Graphics Exchange Specification) 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。 输入IGES 文件到ANSYS中: Utility Menu File Import IGES. 在弹出的对话框中，选择No defeaturing *(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: /aux15 ioptn,iges,nodefeat igesin,filename,extension,directory finish 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:缩放比例对输入的“Defeature” IGES无效.) 当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，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Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上选择相应的实体部分) 使用Pick All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VLSCAL命令:vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1 演示: 输入 pipe.igs : 选择“No Defeaturing” 方式 确定模型显示方向 保存 pipe.db 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。 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 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), or 3-D. 假定的位移形函数- 线性及二次 ANSYS有超过150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。 定义单元类型: Preprocessor Element Type 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 注意: 设置想要分析学科的选项(Main Menu 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。 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。 定义实常数: Preprocessor Real Constants 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，请参考在线单元手册。 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 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 Material Props Material Library Library Path 输入要读取的材料数据的位置例如： /ansys57/matlib. 或使用/MPLIB 命令 接着从库中输入一种材料 Preprocessor Material Library Import Library 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AISI C1020. 或使用MPREAD 命令中的LIB选项 单独指定材料性质 这种方法通过材料模型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 Material Props Material Models 双击合适的性质选项来定义材料性质 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,1,30e6 mp,prxy,1,.3 添加与温度相关的材料性质 绘出性质-温度曲线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 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。 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。