ANSYS结构分析报告教程篇

1、ANSYS结构分析基础篇一、总体介绍进行有限元分析的基本流程：1.分析前的思考1）采用哪种分析（静态，模态，动态.）2）模型是零件还是装配件（零件可以formapart形成装配件，有时为了划分六面体网格采用零件，但零件间需定义bond接触）3）单元类型选择（线单元，面单元还是实体单元）4）是否可以简化模型（如镜像对称，轴对称）2.预处理1）建立模型2）定义材料3）划分网格4）施加载荷及边界条件3. 求解4.后处理1）查看结果（位移，应力，应变，支反力）2）根据标准规范评估结构的可靠性3）优化结构设计高阶篇：一、结构的离散化将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元，并通过有限个节点相互连接的离散系

2、统。这一步要解决以下几个方面的问题：1、选择一个适当的参考系，既要考虑到工程设计习惯，又要照顾到建立模型的方便。2、根据结构的特点，选择不同类型的单元。对复合结构可能同时用到多种类型的单元，此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求，合理确定单元的尺寸和阶次。4、根据工程需要，确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。5、根据结构的实际支撑情况及受载状态，确定各工况的边界约束和有效计算载荷。二、选择位移插值函数1、位移插值函数的要求在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数

3、整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。位移插值函数需要满足相容（协调）条件，采用多项式形式的位移插值函数，这一条件始终可以满足。但近年来有人提出了一些新的位移插值函数，如：三角函数、样条函数及双曲函数等，此时需要检查是否满足相容条件。2、位移插值函数的收敛性（完备性）要求：1）位移插值函数必须包含常应变状态。2）位移插值函数必须包含刚体位移。3、复杂单元形函数的构造对于高阶复杂单元，利用节点处的位移连续性条件求解形函数，实际上是不可行的。因此在实际应用中更多的情况下是利用形函数的性质来构造形函数。形函数的性质：1）相关节点处的值为1，不相关节点处的值为0。2）形函数之和恒等于1。L

4、s两个形函融处别拘血二1一?在任何离自N+巴1览里拢们称/遨Ni的相去市忌，丿再的相关卞点,其它点均为不相关节点。这里我们称为的相关节点，为的相关节点，其它点均为不相关节点。三、单元分析目的：计算单元弹性应变能和外力虚功。使用最小势能原理，需要计算结构势能，由弹性应变能和外力虚功两部分构成。结构已经被离散，弹性应变能可以由单元弹性应变能叠加得到，外力虚功中的体力、面力都是分布在单元上的，也可以采用叠加计算。从前面推导可以看出:单元弹性应变能可计算的部分只有单元刚度矩阵，单元外力虚功可计算的部分只有单元等效体力载何向量和等效面力载何向量。在实际分析时并不需要进行上述推导，只需要将假定的位移插值函

5、数代入本节推导得出的单元刚度矩阵、等效体力载何向量和等效面力载何向量的计算公式即可。所以我们说有限元分析的第三步是计算单元刚度矩阵、等效体力载荷向量和等效面力载荷向量。几点说明：1）单元刚度矩阵具有正定性、奇异性和对称性三各重要特性。所谓正定性指所有对角线元素都是正数，其物理意义是位移方向与载荷方向一致；奇异性是说单元刚度矩阵不满秩是奇异矩阵，其物理意义是单元含有刚体位移；对称性是说单元刚度矩阵是对称矩阵，程序设计时可以充分利用。2）按照本节公式计算的单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量称为一致载荷向量。实际分析时有时也采用静力学原理计算单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量，实际应用表明在

6、大多数情况下，这样做可以简化计算，同时又基本上不影响分析结果。五、凹克处理引h已知位移边界制牛r消脏网満住移，便艾程貝肖口圭一解.劇俳冋A.方程求解求解近似平费方程可以得到全部节点位移*可以刑坤节点位移评价结樹的静削度七、计車屉元应力由问小功间0一般来悔是坐柝的函数，实師知析是往往取几*固定值（点）进行计掘，这空点称应力蔚出薦，撇强度校檢还硬计算穿效应力文案大全二、预处理总述1、实体分析可是3D或2D,3D分析采用的高阶单元(S0LID186或S0LID187)划分的四面体(TET)或六面体(HEX)单元，2D分析采用的高阶单元的三角形(TRI)或四边形(QUA)单元，2D分析时需要在创建项目

7、时在GEOMETRY的分析类型项选择2D,实体分析得每个节点结构上只有3个自由度，如下图所示1DrsranieiergUb17Attributes1BNamedSelections19MaterialProperties2DHAdviancedGeometryOptions21AnalysisType30-22UEeAsacciaiivity3D23impDitCoordindtfiSysLems2D24ImportlAlorkPdnte25ReaderMedsSavesUpdatedFile2、面体分析几何上是2D但离散元是3D,通常面体厚度给予赋值。面体网格划分采用壳单元，具有6个自由度。

8、SurfaceFromSketchesSurfaceSklEraseObjects1SketchOperationAddMaterialOrientWithPlaneNormal?VesThickness(=Q0.1m3、线体几何上是1D,离散元是3D,截面形状可通过linebody进行设置,线体网格划分采用梁单元，具有6个自由度。-DetailsofLineBodyLineBodyFites0EdgesIVertices0匚ro5SectionNotselected二|SharedTo-polctgyMethodEdgeJointsGeometryTypeDesignModeler4、同个p

9、art下的所有body共享相交边界，网格划分时共用交界上的节点，不需要设置接触。5、NameSelection的使用技巧，在model模块下，可点击右键insertNameSelection，一般Nameselection的选择方法可用几何选取，直接在模型上鼠标点选。另一种实用的选取方法为Worksheet，可以添加多种条件进行筛选，模型划分网格后，可以精确到对每个单元的选取。DetailsofSelection-ScopeScopingMethodWorksheetGeometryGeometrySelection-Definitio-riiWcirkshieei|SendtoSolverY

10、esVisibleYesProgmControlledIriflafiio-nExclude-StatisticsTimah/pinii*alGenerateAjctio仃EntityTypeCriterionDperatorUnitsValue回AddMeshElementLocationXLessThanimD.2回FilterMeshElementLccationZGreaterThanm0.5三、网格划分1、relevance选项控制网格的精度，值在-100到100间，越小越粗糙，越大越精密。relevaneecenter扌空制relevanee中间点的精度，elementsize扌空

11、制整个模型的最大单元尺寸。2、网格的高级尺寸控制a) 接近度和曲度结合控制b) 曲度c) 邻近度d) 固定尺寸On:ProximityandCurvatureOn:CurvatureOn:ProximityOn:FixedQff曲度对于一些含曲线特征的几何体，可以控制其划分网格的精密度Curvature=20degCurvature=75deg.邻近度可以控制某个区域两个邻近的几何特征间的网格划分密度UseAdvaricedSShapeChecking5i?-3rKiardMechariic-slStrsightSidedElerrtentiNumberofRetriesExtraRetrie

12、sForAssemblyAggressiveMechanicalEtectromagneticsCFDExplkitAdvancedtlerienl:nidsideNodesFrogrmLantrolledf乏也。0旦j上旭此回皿旦3、局部网格划分控制Method选择Automatic首先若能SWEEP则选用sweep划分HEX网格，否则选用patchconforming划分TET网格。四面体TET网格划分有两种方法：patchconforming和patchindependent。P$tdiConformingPatchIndependent对于不能通过sweep得到六面体的几何体可以选用H

13、exdominant或者Multizone划分方法ScopingMethxlGeom-etrySelectionGeometry1BodyDefinitionSuppressed-NOMeflnodHexDominantElementMidsideNodesU萊GlobalSettingFreeFaceMeshTypeQuad/TriControlMessagesMoDefinitionSuppressedNo；MethodMulbZone|MappedTleshTypeHexaSurfaceMeshMethodProgramControlledFreeMeshTypeNotAllowedEl

14、ementMidsideNodes1UseGlobalSetting4、尺寸控制Sizing可以通过elementsize（单元最大尺寸）、Numberofdivisions（每个边的单元数量）、Sphereofinfluence（控制影响区，可设置影响半径）来调节网格划分尺寸。Contactsizing可设置接触面的尺寸。5、其他设置elementrefinement可设置选择几何体的网格密度加密倍数；mappedfacemeshing可设置映射面生成结构化网格；可通过side、corner、end点的定义来设置映射策略。Fr-icpngMcrhocCeometrySelectn-nGwrn

15、etr!.11FawDriiiilHiiihUhodCuadriaterafcConst汨cBcmdaryNoAdvdncedSpelled1中CornersHaris.SpecfiedEndsNare.VertexTypeInttrsectingGridUnsAngleBetweenE曲End0(T一135Side1136&一224Corner2225*-314inflationcontrol设置膨胀层，主要用于流体分析的边界层划分。pinch可以移出一些不必要的小的几何特征，划分网格时可以去掉一些小的凸起部分。划分网格前有个小圆台采用pinch划分网格后没有凸台MasterGeometry

16、1EdjgeSlaveGeometry1EdgeDefinitionSuppresEedNoTolerance0.1rmMaster选择蓝色线，Slave选择红色线，toleranee的值要比凸台的高度大。6、虚拟拓扑的应用虚拟拓扑有助于优化几何模型，可以合并面，分割面或边来提高网格划分质量虚拟拓扑可以自动控制OutlineforbracketGenerateVirtual匚已Ik*Delete乖RenameProject&|Model+咗GeometryIIMaMMiiaillHil后阻叶弓J丫龜Medvl7?&虚拟拓扑合并面虚拟拓扑分割边虚拟拓扑设置：behavior可以设置拓扑搜寻深度。

17、7、子模型的应用当原几何模型较大，网格数量有限，为了对模型局部进行更精确的计算分析，可以采用子模型。子模型的一般创建方法：IBehavior11nun命i11Advanc皂dGenerateonUpdateMediumHighEdgesOnlyMergeFceEdges先对整体模型（项目A）进行分析计算，然后copy原项目得到项目B,对项目B中几何进行切割细化网格，将项目A的solution栏拖到Setup栏，最好在B项目求解设置下的submodeling插入边界条件，子模型的切割边界应远离高应力区。WGeometryModel卷SetupSolutionPenult?Resultsstati

18、cStructural#Geotnetry8卷ScatkStructijral鬱EngineeringData、FjFGeometry$Model甞jIG&CMn&tryInsertSolution(B6)二JBodyTemper-atuce魂Dfsplacment四、静力学分析线弹性静力分析假设：a)各向同性线弹性材料b)小变形理论c)无时间、无阻尼效应1、pointmass,质量点可以通过坐标或选择几何面、线、点加载在几何体上，质量点只受Acceleration，Standardearthgravity，Rotationalvelocity影响。2、求解设置可设置求解步数，定义每步的终止时

19、间，静力分析中的time只是一个跟踪量求解器选择：自动，直接求解(Direct)，迭代求解(Iterative)弱弹簧的使用：为了满足静止约束，程序可自动添加弱弹簧，可以在结果中查看弱弹簧的反力，应该是一个很小的值，并不影响结构的应力分析。惯性释放：当物体受力不平衡产生加速度时，利用惯性释放可以产生一个惯性力进行静力分析，惯性释放只能用于线性结构分析。巧十仔J何M(T)=0惯性释放下的应力：3.5561e&2.W71C62.222BeBLJ7S14D1.333Ge&S.a9O5e5153513L7T1：Mln静力平衡下的应力Min3、施加载荷加速度、角速度、压力、力，静水压力(模拟水压)轴承力

20、(BearingLoad)，施加在整个圆柱面上。remoteforce(定义力的作用点)螺栓预紧力(BoltPretension)施加在圆柱面上，可以定义预紧力或伸长量Thermalcondition,计算热应力，需要设置refereneetemperature4、施加约束Fixsupport约束点、线、面的所有自由度。Displacement位移约束ElasticSupport无摩擦的弹性支持面FrictionlessSupport，约束面的法向运动，作用在平面上等同于对称边界条件作用在圆柱面上约束径向运动cylindricalsupport只作用在圆柱面上，可以设轴向，径向，切向三个自由度

21、compressiononlysupport基于罚函数方法对目标面建立一个刚性接触面simplysupported作用于点或边，面体或线体，约束所有平动除了转动自由度nodalloadandsupport必须通过nameselection来选取nodetools-Solveprocesssettings可以设置求解用的计算机CPU数五、接触基本设置接触是一种高度非线性特征，接触一般通过接触对描述，包括接触面（contact）和目标面（target）,程序一共有5种接触方式，其主要特征如下：ContactTypederationsNormalBehaor（S即制alien）TangentialB

22、ehavior（SlidngjlBonded1NoGapsNoSlidingNoSeparation1NoGapsSlidingAilowedFrictionlessMultipleGapsAllowedSlidingAllowedRoughMultipleGapsAllowedNoSlidingFrictionalMultipleGapsAllowedSlidingAllowedBonded和noseparation都是线性接触，bonded使两个接触面固定在一起，无间隙不能相对滑动而noseparation允许有较小的滑动，其他接触都是非线性。contact接触行为behavior分为对称

23、和非对称两种行为。接触面的处理interfacetreatment：adjusttotouch程序自动取消两个接触面的间隙。addoffset可以设置偏移量，正值使两个接触面靠近（可以模拟过盈配合），负值使两个接触面远离。Pinballregion可以设置判断接触区域的大小，当两个面都进入pinballregion时程序则判定为发生接触。meshconnections建立网格连接connectionworksheet表格查看连接信息joint定义约束副，共有九种约束形式来约束body-body或者body-ground。定义joint时需要定义referenee和mobileregions,几

24、何窗口左边显示的自由度，其中灰色的是被约束的，彩色的是自由的7.RRevolute-SolidFSolid1DI/27J2011Z-C7PMjointconfigure可以定义约束的初始状态JointConfigureConfi-gureAssemble=0m|8SetRevertSet定义初设状态，revert恢复原始状态。对于旋转面或圆柱面的约束类型，可以定义扭转刚度和扭转阻尼。大多数joints都可以通过stops来定义他的运动区域springandbeam:spring可以通过弹簧来连接body，可以定义初始值和弹簧刚度，beam可以定义材料和圆形截面半径。六、remote边界条件1、

25、Remoteboundaryconditionsprovideameanstoapplyaconditionwhosecenterofactionisnotlocatedwheretheconditionisscoped(i.e,“remotely”).Remote边界条件包括pointmass，springs，joints，remotedisplacement，remoteforceandmomentloads。所有的remote边界条件都是采用MPC约束方程进行计算，几何行为可以设置为rigid，deformableandcoupled，remote计算更耗时。设置remote边界一般先定

26、义remotepoint,可以直接选择几何特征或给定坐标定义，也可以在定义remote边界条件时通过右键“promoteremotepoint”定义。2、behaviorcontrolrigid，deformableandcoupledDeformable3、pinballcontrol可以通过pinball大小来定义约束方程的数量X鳥當琵詈iooddfl-QOQB4、constraintequations可以多个remotepoint间的相互约束关系。!L怒門理亍00=1*Point6(2Oiplacfnnt)+-*PointA(XDi沖Ijccmmiit)Constant1|代|E更!空空

27、世吋IDOF舍时iMI1/nrriPointBZDisplacement1/frniPointAXDisphcementCoefficients/卜匸*PointB(ZDisplacemen灯+|-l|(l/fnm)*PointA(XDisplacement)七、MultiStep的设置应用1、对于多步分析中的每一步，软件都作为一个独立的分析过程，载荷约束都可以单独设置。对于某些载荷或约束可以通过右键激活或抑制该步0IE10,21258Q2Attivate/Deactiareatthsitep!5t即匚TjmeE】|Pfemw世旦.呼*2.4S4432当查看计算结果选择两个载荷步之间的时间节点

28、时，如0与1步的0.5s，则程序通过线性插值的方式得到0.5的计算结果。2、SolutionCombination(结果组合)Sodtion匚口mbin-stionp0VirbjdlTDpalagySolutionCombination可以通过不同的计算环境（共享几何网格）进行组合BEngineeringDa也j6EngineeringDataStaticStrucburd(AN5V5)CopyofStaticStructural(ANSVS)ResultsSolution3回GEometry4砂轉0血14 tjjpModel5 Setup3电Setup也Solution7ResultsSta

29、titStructural(ANSY5)3團GeonetrySolutionCombinationCoefficient|EnviranmentNameTime15tatit5trud:uralEndTime15taticrutnjraiZEndTim*RightcidMMProbeVectorCoplay孑4VectorDisplayControSsLilLH,DisplayMethodDispliacem&ntScalingContoinSettlngJ|OutliEDiEiplmyResult7k5e+006(AiJtoScale)*目亍1. 编辑legendDfcsp怙yMasMMin

30、l*belonIbelegendEditValueEMipCHt/ImpcrtjSitcht口asavedleg-end强州血口Hsnz&ntaliVertieailegendDI$piQOatniTIme*WtEsndTim?3.S4；2皈tk*Hcwizortal9型勢LUtomatr曲iBtEL日卿虫SwitchIdLogarithmicSle：of$iniHcant口igl4&CdtorSchemeSenitrQFsparcocyAdticttoVlthfeRtA!5.?71fJJitirMrfkNgrt-rknD*3*5、帥i仙toStknUfic1n-pendefitBaids2.

31、SectionPlane可以通过鼠标左键拖曳生产剖切面，也可以通过局部坐标系的XY平面生产剖切面InsertCreateSectionPlaneRMBsmedSeidticStiCoordinateSystemsGlob创匚og旳讯已5丫戏EmCoori3.ProbeTool可以通过Geometryselection查看选择几何特征的计算结果，也可以先定义一个局部坐标系，再通过coordinatesystem查看具体某点（局部坐标系的原点）的计算结果。4.NewchartandTable可以对多个计算结果进行图表分析，Alert可以设置报警值，如强度极限。5. ConstructionGeom

32、etry可以添加path和surface，path可以通过局部坐标系，边，点来定义，surface可以通过局部坐标系定义。查看edge的结果可以通过鼠标右键Converttopathresult转换成基于path的计算结果，把X轴设为S即可绘制关于位置的图表。另外利用path结果可以得到应力线性化用于应力评判。6.Structuralerror可以通过高的能量差异区来鉴别几何网格的合理性。7.Convergence可以通过Convergence来判断网格是否足够白剑Solution(A6)白局EquivalentStressILpElConvergenceDetailsoFSolution(A

33、6)11AdaptiveMeshRefinementMaxRefinementLoops4.neAnemencuepth-Tnfnrmal-innConvergenceHistoryITct#(h)|CKsng*(%IElementfL+3猛E35f2L170-003色歸22ML12273l.】l盹如0.53737742&9SQ772斗adl77&-KL3O.L778fl7333212546151II畋期Dd94+畑呻34岂C038.应力奇点，结构分析时由于几何模型、载荷施加等因素常常会导致应力奇点，影响计算结果的准确性，我们通过审查收敛结果来避免应力奇点。如果应力奇异区并不是我们感兴趣的区域

34、，我们可以只对感兴趣区域的计算结果定义收敛控制，如下图所示。Convergencecontroladdedtotheentiremodel.Gctnetrlcdiscontinuitycausesastresssingularitycausingdivergence.LnniwrgraHirtaryTWHMLHmr*OptiwOutputControlii!amokiContfOb匚加时DsvripingiRstiGStifffttsi匚deffiEiEtrfDefine0DirectrlputStiffnessG&efficient0.Ma5-sCoefficient0.PAnalysisD

35、ataManagcvnent3、模态叠加法分析模态叠加法中的阻尼控制在谐响应分析、瞬态分析、响应谱分析及随机振动分析中都支持以下表达式：4、数值阻尼数值阻尼并不是真实的阻尼，是人工抑制由高频结构产生的数值噪声。默认值为0.1用来过滤掉虚假的高频模态。使用较小的值来过滤掉对最终结果影响较小的非物理响应。注意：数值阻尼只适用于瞬态分析。三、模态分析应用模态分析用来分析结构的振动特性（自然频率和振型）,是大多数动态分析得基础假设和限制：结构是线性的（M和K是常量）.线性无阻尼的自由振动方程：假设u为简谐运动，则有同）蘭=0因此求解行列式的特征值和特征向量。注意，为振型反应结构振幅的比例关系，可对质量

36、矩阵进行正则化2、参与因子与有效质量参与因子：，其中D是笛卡尔坐标系中各个坐标轴单位位移响应。测量各个模态在各个方向运动的总质量，较大的值意味着该模态在该方向容易被激励。有效质量：理论上，各个方向的有效质量的总和应该等于结构的总质量，但取决于模态展开的数量。3、模态展开方法ProcedureUsagesApplicaitionsBlockLanezos(Direct)Symmetrle Manymodes(about40+)oflargemodels. Recommendedwhenpoorlyshapedsolidandhelllelementsexist. Shellsoracombina

37、tionofshellsandsolids.PCGLanczos(Iterative)Synmetric(butnotappl心bl*forbuckling)*Fewmodes,(uptoabout100)ofverylargerTiod&ls(500,000+degreesoffreedom1WeII-shapedsolideleiritnts.UnsymmetricUns/mmetricmatrices UsesthefullKand(Mmatrices WhenKandMareunsymmetric(i总acousticfluid-structureinteractionprobletr

38、s)rSuprnadeSymmetric(butnotapplicabletabuckling) Manyinades(upto10H000i. UeedFor2-Dplneorhell/bamtructure&(100modesormoreandfor3-Dsolidstructures(250modesormore).接触：由于模态分析时线性分析，只允许Bonded和Noseparation,其他接触程序视为无接触。4、阻尼模态分析伽+旳讪=0特征值是复杂的，特征值的虚数部分表示自然频率，而实数部分衡量系统的稳定性，正值不稳定，负值稳定。模态展开方法：ProcedureU&iagesApp

39、liction-sDampedSymmetricorunsyminetricdampedsystems* TofindallmodesoFsmalltomedijmmodels(lessthn10,000degreesoffreedom). Usesfullmatrices吐KJ,MlandthedampingmatrixC)ReducedDaimpingSymm-stncorunsymmetricdamptdsystems*Apprcxirriitdyrprsntthsfewcomplexdampedig-nvlu$bymodisiltransformationusingasmllmumberofeijenvectorsoftheundampedsystemAftertheundmpdmodearevaluatedbvu&ingtherealeiigenalutiQn(Ebd?methodtheequationsofmotionaretranfGrrnedtothesemodalcoordinates.四、谐响应分析应用输入条件：简谐变化的载荷（力，压力和位移）,多个载荷应具有同样得频率，力和位移可以是同相或异相。假设和限制：结构具有固定的或与频率相关的刚度，阻尼，质量，不允许非线性；所有的载荷位移按相