通用有限元程序ANSYS及应用(一)

1、lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-1 硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序通用有限元程序ansys及及应用应用( (一一) )主主 讲：讲： 钱钱

2、 江江 二二oooo六年二月二十四日六年二月二十四日lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-2课程大纲课程大纲一、基础部分一、基础部分1.1. 有限元法理论及结构分析通用程序简介有限元法理

3、论及结构分析通用程序简介2.2. ansysansys 图形用户界面简介图形用户界面简介3. 3. 直接生成法建模过程直接生成法建模过程4. 4. 实体建模的基本过程实体建模的基本过程5. 5. 网格划分网格划分6. 6. 基本的加载及求解过程基本的加载及求解过程7.7. 数据后处理数据后处理lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction t

4、o ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-3课程大纲课程大纲( (续续) )二、应用部分二、应用部分 8. 8. 结构分析常用单元性能简介结构分析常用单元性能简介 9. 9. 空间框架结构的谱分析法地震响应分析空间框架结构的谱分析法地震响应分析10.10. 钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析11.11. 粱柱节点局部的应力分析粱柱节点局部的应力分析（静力非线性）（静力非线性）12.12. ansysansys高级分析技术及高级分析技术及高层建筑结构抗震分析实

5、例简介高层建筑结构抗震分析实例简介lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-4492米米可能的世界第一高楼可能的世界第一高楼lecture on introduction to ansysl

6、ecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-51.1.有限元法理论及结构分析通用软件简介有限元法理论及结构分析通用软件简介1.1 1.1 结构分析有限元法基础结构分析有限元法基础 结构分析的基本目的：结构分析的基本目的： 结构的变形状态结构的变形状态 结构内

7、部的受力（应力）状态结构内部的受力（应力）状态 基本求解方法：基本求解方法： 精确方法精确方法 近似方法近似方法lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-61.1 1.1 结构分析有限元法基

8、础（续）结构分析有限元法基础（续）有限元法产生的历史：有限元法产生的历史： 1943，数学家 courant 用三角域内分片连续函数 结合最小势能原理解st. venant扭转问题 1960，力学家clough等首次提出 finite element 概念，并正确求解了平面弹性问题 1960以后，对经典的里兹(ritz)法、伽辽金法 (galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权 余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定 律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansy

9、slecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-71.1 1.1 结构分析有限元法基础（续）结构分析有限元法基础（续）结构分析有限元法典型步骤结构分析有限元法典型步骤 根据问题的物理特性确定基本的未知变量、解题类别； 在累计系统总能量时，将问题的求解区域分割成便于计 算的子区域 划分单元； 在子区域中假设基本物理场的分布

10、形式，使计算求解成 为可能 选择单元类型（即位移模式）； 计算每个子区域的能量 形成单元刚度矩阵； 累计系统的总能量 组装总刚度矩阵； 施加边界约束和外载荷 建立离散体系的代数方程； 求解代数方程 得到基本未知变量（位移）数值结果； 由节点位移解求单元内的应变、应力；lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslectur

11、e on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-81.2 1.2 常见的结构分析通用有限元程序常见的结构分析通用有限元程序 1990 1990前，前，sap4sap4、5 5（线性），线性），adinaadina（非线性分析）；非线性分析）； 目前，目前，msc/nastran msc/nastran 系列（系列（patranpatran、dytrandytran等）等） 基于美国基于美国 nasa nasa 计划；计划； abaqus abaqus 据称具有最强大的非线性求解功能；据称具有最强大的非线性求解功能； mar

12、c marc 据称最适于求解耦合场问题（热力耦合），据称最适于求解耦合场问题（热力耦合）， 已被已被 msc msc 公司收购；公司收购； adina adina for windows for windows 版版lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys

13、24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-91.3 1.3 ansys ansys 程序的发展及功能简介程序的发展及功能简介 第一个通过 iso9001 质量体系认证的分析设类软件； 首个在我国压力容器标准化技术委员会认证的分析软件；程序分析功能：程序分析功能： 结构分析 热分析 高度非线性瞬态动力分析（lsdynan） 流体静力学和动力学分析（flotran） 电磁场分析 声学分析 压电分析 多场耦合分析 设计灵敏度及优化分析lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture

14、 on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-102. 2. 图形用户界面（图形用户界面（guigui）简介简介图形用户界面的六个分区图形用户界面的六个分区 utility menu 通用菜单 快捷工具栏 显示隐藏对话框 main menu 主菜单 tool bar 工具条 input window 输入窗口 graphics win

15、dow 图形窗口 output window 输出窗口 状态栏其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任意状态下实施其中的某些命令。lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 februar

16、y 2006通用有限元程序ansys及应用l1-11启动启动 ansys 后出现以下窗口后出现以下窗口当显示出这六个窗当显示出这六个窗口后，就可以使用口后，就可以使用ansys了了.lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通

17、用有限元程序ansys及应用l1-12ansys gui中六个窗口的总体功能中六个窗口的总体功能输入输入显示提示信息，显示提示信息，输入输入ansys命令命令，所有输入的命，所有输入的命令将在此窗口显令将在此窗口显示。示。主菜单主菜单包含包含ansys的主的主要功能，分为前要功能，分为前处理、求解、后处理、求解、后处理等。处理等。输出输出显示软件的文本显示软件的文本输出。通常在其输出。通常在其他窗口后面，需他窗口后面，需要查看时可提到要查看时可提到前面。前面。应用菜单应用菜单包含例如文件管包含例如文件管理、选择、显示理、选择、显示控制、参数设置控制、参数设置等功能等功能.工具条工具条将常用的命

18、令制将常用的命令制成工具条，方便成工具条，方便调用调用.图形图形显示由显示由ansys创创建或传递到建或传递到ansys的图形的图形.lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-13主菜单交互

19、操作主菜单交互操作要在主菜单中选择子菜单，将鼠标移到带有要在主菜单中选择子菜单，将鼠标移到带有 “ 符号的项目上，符号的项目上，并按鼠标左键并按鼠标左键.与下拉菜单不同，这些子菜单是相对与下拉菜单不同，这些子菜单是相对独立的，迭加在主菜单上面独立的，迭加在主菜单上面.lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslectur

20、e on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-14主菜单交互操作主菜单交互操作 ( (续续) )要将一个被要将一个被“压住压住”在菜单提到前面来，将鼠标移到此菜单上，按鼠标在菜单提到前面来，将鼠标移到此菜单上，按鼠标左键左键 (与其他基于与其他基于windows软件相同软件相同).用鼠标左键点取用鼠标左键点取 preprocessor 菜单菜单 ，将，将preprocessor子菜单调子菜单调到前面来到前面来. 例如例如:lecture on introduction to ansyslecture on introdu

21、ction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-15主菜单交互操作主菜单交互操作 ( (续续) )结尾带结尾带 “.”的项目表示将产生的项目表示将产生 对话框对话框.基本的主菜单交互操作基本的主菜单交互操作结尾带结尾带 “” 的项目表示将产生的项目表示将产生 子菜单子菜单. 结尾没有任何符号的表

22、示运行一条结尾没有任何符号的表示运行一条ansys 命令命令. lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-16要显示要显示 the pan, zoom, rotate 菜单菜单:utilit

23、y menu: plotctrls pan, zoom, rotatepan, zoom, rotate菜单用于模型的平移、缩放、旋转菜单用于模型的平移、缩放、旋转.应用菜单交互操作（之一）应用菜单交互操作（之一） pan, zoom, and rotatepan, zoom, and rotatelecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introductio

24、n to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-17应用菜单交互操作（之二）应用菜单交互操作（之二） ansys ansys 的帮助系统的帮助系统 ansys的帮助系统包括所有的帮助系统包括所有ansys命令解释及所有的命令解释及所有的gui解释解释，还包括，还包括ansys系统分析指南系统分析指南. 帮助系统可以通过下列三种方式进入帮助系统可以通过下列三种方式进入:3.在任何对话框中在任何对话框中选取选取 help。2.在在ansys程序组中选取程序组中选取 help system win

25、dows nt: start programs ansys 551.在应用菜单中选取在应用菜单中选取lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-18ansys ansys 的帮助系统的帮助系统

26、( (续续) )带矩形框的项目为带矩形框的项目为 超连接超连接. 选取此超连接将得到更详细选取此超连接将得到更详细的帮助的帮助. lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-19输入窗口交互操

27、作输入窗口交互操作注意注意: 当当ansys提示你输入信息时，输入窗口的颜色会发生改变提示你输入信息时，输入窗口的颜色会发生改变.在输入窗口输入任何信息以前，请先确认光标在窗口内闪动，否则，在输入窗口输入任何信息以前，请先确认光标在窗口内闪动，否则，请在窗口内文字输入框按一下鼠标左键。在输入完信息以后，请按回请在窗口内文字输入框按一下鼠标左键。在输入完信息以后，请按回车键执行车键执行.文字输入框文字输入框 例如例如:闪动的光标闪动的光标 提示信息提示信息 以前输入的信息以前输入的信息 lecture on introduction to ansyslecture on introduction

28、 to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-203. 3. 直接生成法建模过程（示例）直接生成法建模过程（示例）lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansy

29、slecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-21谢谢各位！谢谢各位！lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to an

30、syslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-221. 1. 有限元法理论及结构分析通用程序简介有限元法理论及结构分析通用程序简介 1.1 1.1 结构分析有限元法基础结构分析有限元法基础 1.2 1.2 常见的结构分析通用有限元程序常见的结构分析通用有限元程序 1.3 1.3 ansys ansys 软件的发展及功能简介软件的发展及功能简介lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introdu

31、ction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-232. 2. ansys ansys 图形用户界面简介图形用户界面简介 2.1 2.1 通用菜单通用菜单 2.2 2.2 主菜单主菜单 2.3 2.3 工具条工具条 2.4 2.4 输入窗口输入窗口 2.5 2.5 图形窗口图形窗口 2.6 2.6 输出窗口输出窗口lecture on introductio

32、n to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-243. 3. 直接生成法建模过程直接生成法建模过程 3.1 3.1 方案规划方案规划 3.2 3.2 创建属性列表创建属性列表 3.3 3.3 定义节点及单元定义节点及单元lecture o

33、n introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-254. 4. 实体建模的基本过程实体建模的基本过程 4.1 4.1 坐标系和工作平面的设定坐标系和工作平面的设定 4.2 4.2 图元及基本图元的生成图元及基本图元

34、的生成 4.3 4.3 图元的修改图元的修改 4.4 4.4 实体建模的基本途径实体建模的基本途径 4.5 4.5 布尔运算布尔运算lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-265. 5.

35、网格划分网格划分 5.1 5.1 分网要点分网要点 5.2 5.2 模型修改模型修改lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-276. 6. 基本的加载及求解过程基本的加载及求解过程 6.1

36、 6.1 荷载概述荷载概述 6.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改 6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项 6.4 6.4 求解器选择求解器选择 6.5 6.5 多步求解及重启动多步求解及重启动lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24

37、february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-287. 7. 数据后处理数据后处理 7.1 7.1 创建列表及计算结果的列表输出创建列表及计算结果的列表输出 7.2 7.2 计算结果的图形显示计算结果的图形显示 7.3 7.3 时间历程的图形显示时间历程的图形显示 7.4 7.4 组合工况的结果输出组合工况的结果输出 7.5 7.5 动画显示动画显示lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduct

38、ion to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-298. 8. 结构分析常用单元性能简介结构分析常用单元性能简介 8.1 8.1 空间杆单元空间杆单元 8.2 8.2 空间梁单元空间梁单元 8.3 8.3 平面单元平面单元 8.4 8.4 板壳单元板壳单元 8.5 8.5 实体单元实体单元 8.6 8.6 钢筋混凝土单元钢筋混凝土单元 lecture on introduction to ansyslecture on in

39、troduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-309. 9. 空间框架结构的谱分析法地震响应分析空间框架结构的谱分析法地震响应分析 一维线形单元应用实例一维线形单元应用实例 9.1 9.1 构件截面属性的定义构件截面属性的定义 9.2 9.2 刚性楼板假定的实施刚性楼板假定的实施 9

40、.3 9.3 谱分析法命令流谱分析法命令流lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansys24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-3110.10.钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析 二维平面单元应用实例

41、二维平面单元应用实例 10.1 10.1 模态分析及模态叠加法模态分析及模态叠加法 10.2 10.2 直接时间积分法（直接时间积分法（fullfull法）法） 10.3 10.3 输入时间历程命令流输入时间历程命令流lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansy

42、s24 february 2006通用有限元程序ansys及应用l1-3211. 11. 粱柱节点局部的应力分析粱柱节点局部的应力分析（静力非线性）（静力非线性） 三维实体单元应用实例三维实体单元应用实例 11.1 11.1 非线性（弹塑性）材料模型的定义非线性（弹塑性）材料模型的定义 11.2 11.2 非线性求解过程基本参数的设定非线性求解过程基本参数的设定 11.3 11.3 如何解释结果如何解释结果lecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture on introduction to ansyslecture