ANSYS有限元分析步骤2

1、ANSYS有限元分析步骤有限元分析步骤College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINAANSYS有限元分析典型步骤有限元分析典型步骤一、前处理一、前处理 （1）选取单元类型）选取单元类型 （2）设置材料属性）设置材料属性 （3）建立实体模型）建立实体模型 （4）划分网格）划分网格二、加载求解二、加载求解 （1）施加载荷）施加载荷 （2）求解）求解三、后处理三、后处理 （1）查看分析结构）查看分析结构 （2）检查结果的正确性）检查结果的正确性College of Materials Science &a

2、mp; EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一、前处理一、前处理1 1、选取单元类型、选取单元类型（1 1）单元的概念）单元的概念 有限元，英文名是有限元，英文名是Finite ElementsFinite Elements，直译为有限个单元。其中，直译为有限个单元。其中ElementElement就是所提的单元。就是所提的单元。 可以这样理解单元：一栋房子，它的几何形状是一个长方体，这个可以这样理解单元：一栋房子，它的几何形状是一个长方体，这个长方体在长方体在ANSYSANSYS中称为实体模型，这个长方体是由一块块砖搭建而中称为实体模型，这个长方体是由一块

3、块砖搭建而成。这些个有限数目的砖，组成了同样一个长方体，这些砖在成。这些个有限数目的砖，组成了同样一个长方体，这些砖在ANSYSANSYS中则成为单元。中则成为单元。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一、前处理一、前处理（2 2）单元的分类）单元的分类1 1、按维数分、按维数分2 2、按不同的分析类型可分为不同的单元库（是否为耦合分析）、按不同的分析类型可分为不同的单元库（是否为耦合分析）例如：结构分析单元库、电磁场矢量单元库等例如：结构分析单元库、电磁场矢量单元库等单元分类单元分类前缀

4、名前缀名杆单元类 （一维）BEAM平面单元类（二维）PLANE体单元类 （三维）SOLIDCollege of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一、前处理一、前处理（3 3）单元的节点和自由度）单元的节点和自由度1、节点、节点 节点是有限元之间虚拟的连接点，是有限元处理载荷时的重要依据。节点是有限元之间虚拟的连接点，是有限元处理载荷时的重要依据。它是构建模型的最小的元素，由节点构成线，线构成面，面而构它是构建模型的最小的元素，由节点构成线，线构成面，面而构成体。同时节点也是成体。同时节点也是ANSYS中计算

5、各种物理量的最小单元中计算各种物理量的最小单元, 例如例如solid70单元是单元是8节点节点, 一个单元就是一个立方体一个单元就是一个立方体, 节点就是这个立方节点就是这个立方体上的体上的8个顶点。这个立方体单元受到的外力作用都要通过节点来个顶点。这个立方体单元受到的外力作用都要通过节点来加载加载, 外力的作用不是直接作用在这个单元上外力的作用不是直接作用在这个单元上, 而是通过节点来使而是通过节点来使这个立方体单元发生变形。这个立方体单元发生变形。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一

6、、前处理一、前处理2、自由度、自由度 自由度自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性用于描述一个物理场的响应特性。结构结构 DOFs 结构结构 位移位移 热热 温度温度 电电 电位电位 流体流体 压力压力 磁磁 磁位磁位 分析类型分析类型 自由度自由度ROTZUYROTYUXROTXUZCollege of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA节点、自由度、单元、有限元模型的关系节点、自由度、单元、有限元模型的关系（节点节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度并空间中的坐标位置，具有一定自由度并 存在相

7、互存在相互物理作用物理作用。单元单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、。单元有线、 面或实体或者二维或三维的单元等种类。面或实体或者二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。间通过节点连接，并承受一定载荷。载荷载荷载荷载荷College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINASOLID70单元单元SOLID

8、70具有三个方向的热传导能力。该单元有具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节个节点且每个节点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如SOLID45单元）单元）College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY O

9、F CHINA一、前处理一、前处理2 2、设置材料属性、设置材料属性3 3、建立实体模型、建立实体模型 ANSYS ANSYS中包含两种模型：中包含两种模型： （1 1）实体模型实体模型 包括关键点、线、面、体等几何对象包括关键点、线、面、体等几何对象 （2 2）有限元模型有限元模型 包括单元和节点包括单元和节点College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一、前处理一、前处理2 2、设置材料属性、设置材料属性3 3、建立实体模型、建立实体模型 ANSYS ANSYS中包含两种模型：中包含两种模型：

10、 （1 1）实体模型实体模型 包括关键点、线、面、体等几何对象包括关键点、线、面、体等几何对象 （2 2）有限元模型有限元模型 包括单元和节点包括单元和节点College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA一、前处理一、前处理注意：注意：实体模型并不参与有限元计算，所有施加在几何实体边界上实体模型并不参与有限元计算，所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元）进行求的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元）进行求解。解。实体模型实体模型在在ANSYSANSYS中

11、，对于复杂模型一般是先建立其实体模型，然后中，对于复杂模型一般是先建立其实体模型，然后网格划分后得到有限元模型。由于实体建模所需处理的数据量相对较少，而网格划分后得到有限元模型。由于实体建模所需处理的数据量相对较少，而且支持使用面和体的布尔运算，能够进行自适应网格划分，便于几何改进和且支持使用面和体的布尔运算，能够进行自适应网格划分，便于几何改进和单元类型的变化，所以对于三维实体模型更为合适。单元类型的变化，所以对于三维实体模型更为合适。有限元模型有限元模型对于简单和小模型，采用直接设置单元和节点来生成有限元对于简单和小模型，采用直接设置单元和节点来生成有限元模型的直接生成法比较方便。模型的直

12、接生成法比较方便。 College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模建模的方法建模的方法1 1、实体建模的方法、实体建模的方法实体模型中的对象：（按几何关系划分为）关键点、线、面、体。实体模型中的对象：（按几何关系划分为）关键点、线、面、体。从几何关系上看：体包含面，面包含线，线又包含点。所以这些几从几何关系上看：体包含面，面包含线，线又包含点。所以这些几何对象的级别是由关键点到体几次上升。何对象的级别是由关键点到体几次上升。（1 1）在）在ANSYSANSYS中建立实体模型中建立实体

13、模型自底向上建模自底向上建模：先创建关键点，再利用这些关键点定义较高级别的：先创建关键点，再利用这些关键点定义较高级别的对像（依次为线、面和体）。对像（依次为线、面和体）。 College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模自顶向下建模自顶向下建模：直接利用高级别的对象建立实体模型。：直接利用高级别的对象建立实体模型。（2 2）从其他制图软件中输入实体模型）从其他制图软件中输入实体模型ANSYS12.0ANSYS12.0除了能够利用自带的功能建立模型外，还提供了强大的除了能够利用自带的功

14、能建立模型外，还提供了强大的与其他如与其他如AuToCADAuToCAD、UGUG、Pro/EPro/E等软件的接口。可以用自己熟悉等软件的接口。可以用自己熟悉的的AuToCADAuToCAD、UGUG、Pro/EPro/E等软件建立好模型，然后再把它导入到等软件建立好模型，然后再把它导入到ANSYS 12.0ANSYS 12.0中已进行分析。中已进行分析。 College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模坐标系坐标系模型的建立都是在一定坐标系下完成的，模型的建立都是在一定坐标系下完成

15、的，ANSYS12.0ANSYS12.0中有三类总体坐中有三类总体坐标系可供选择：标系可供选择：笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系、柱坐标系柱坐标系和和球坐标系球坐标系。总体坐标系及其在总体坐标系及其在ANSYSANSYS中的编号中的编号总体坐标系总体坐标系ANSYS编号编号笛卡尔坐标笛卡尔坐标0柱坐标（柱坐标（Z）1球坐标球坐标2柱坐标（柱坐标（Y）3College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模坐标系坐标系启动启动ANSYS12.0ANSYS12.0后，系统默认的激活坐标系是总体笛卡尔坐标

16、系。如后，系统默认的激活坐标系是总体笛卡尔坐标系。如果在整个分析过程中不改变当前的默认坐标系，那么显示坐标系、节点坐标果在整个分析过程中不改变当前的默认坐标系，那么显示坐标系、节点坐标系、单元坐标系、结果坐标系等全部默认为总体笛卡尔坐标系。系、单元坐标系、结果坐标系等全部默认为总体笛卡尔坐标系。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模关键点关键点On Working Plane：在工作平面上定义关键点In Active CS：在当前激活坐标系中定义关键点On Line：在已知线

17、上给定位置定义关键点On Line w/Ratio：在已知线段上按给定比例定义关键点On Node：在已知节点上定义关键点KP between KPs：在已有的两个关键点之间定义关键点Fill between KPs：在已知的两个关键点之间插入一系列的关 键点College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模直线直线Straight Line：生成直线In Active Coord：通过两关键点生成直线Overlaid on Area ：在选中面上两个关键点间创建该面上最短的线Tange

18、nt to Line：生成一条在一直曲线端点与之相切的曲线Norm to line：生成一条与已知线垂直正交的直线At angle to line：生成与一条已知线成一定角度的直线College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模圆弧圆弧Through 3 KPs：通过三个关键点生成一段圆弧By End KPs & Rad：通过两关键点和一个半径生成一段圆弧By Cent & Rad：通过定义圆心和半径定义圆弧Full Circle：生成一个圆的边界弧线College o

19、f Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模面面面包括：面包括：任意形状的面（Arbitrary）矩形（Rectangle）圆（Circle）多边形（Polygon）注意：注意：生成面的同时也将自动地生成依附于改面的线和关生成面的同时也将自动地生成依附于改面的线和关键点。同样，面也可以在定义体时自动地生成键点。同样，面也可以在定义体时自动地生成College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模

20、面面面包括：面包括：任意形状的面（Arbitrary）矩形（Rectangle）圆（Circle）多边形（Polygon）注意：注意：生成面的同时也将自动地生成依附于改面的线和关生成面的同时也将自动地生成依附于改面的线和关键点。同样，面也可以在定义体时自动地生成键点。同样，面也可以在定义体时自动地生成College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模面（任意形状）面（任意形状）Through KPs：通过关键点定义一个面注意：定义一个面至少需要注意：定义一个面至少需要3个或个或3个以上的

21、关键点个以上的关键点Overlaid on Area：在已有面的基础上分割产生新的面By Lines：通过的边界线定义一个面注意：所选择的边界线必须构成一个封闭区域注意：所选择的边界线必须构成一个封闭区域By Skinning：通过引导线生成蒙皮似的光滑面By Offset：平移一个面而生成另一个面College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模面（矩形）面（矩形）By 2 Corners：输入矩形对角顶点坐标来绘制矩形By Centr & Cornr：输入矩形几何中心点坐标以

22、及一个顶点坐标来绘制矩形By Dimensions：输入矩形几何尺寸来绘制矩形College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模面（圆）面（圆）注意：注意：Circle（圆）菜单包括不仅是圆对象，还包括圆环、（圆）菜单包括不仅是圆对象，还包括圆环、扇形等可以由半径和圆心确定的图形扇形等可以由半径和圆心确定的图形Solid Circle：实心圆Annulus：圆环Partial Annulus：扇形By End Point：输入直径的2个端点坐标来绘制圆By Dimensions：输入圆的

23、半径和圆心坐标来绘制圆图形College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模面（正多边形）面（正多边形）Triangle：正三角形Square：正方形Pentagon：正五边形Septagon：正九边形Octagon：正八边形By Inscribed Rad：设置内切圆的半径来绘制正多边形By Circumscr Rad：设置外接圆的半径来绘制正多边形By Side Length：根据边长来绘制正多边形By Vertices：在工作平面上选取顶点绘制多边形College of Mater

24、ials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模体体Arbitrary：任意形状体Block：长方体Cylinder：圆柱体Prism：棱柱体Sphere：球体Cone：圆锥体Torus:圆环体College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模体（任意体、长方体）体（任意体、长方体）By 2 Corners & Z：通过一角点和场、宽、高来确定长方体By Center, Corner, Z：用外接圆在工

25、作平面定义长方体的滴，用Z方向的坐标定义长方体的厚度By Dimensions：通过制定长方体对角线两端点的坐标来定义长方体Through KPs：通过关键点定义体By Areas：通过边界面生成体College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模体（圆柱）体（圆柱）Solid Cylinder：通过圆柱底面圆心和半径，以及圆柱的长度定义圆柱Hollow Cylinder：通过空心圆柱底面圆心和内外半径，以及长度定义空心圆柱Partial Cylinder：通过空心圆柱底面圆心和内外半径

26、，以及圆柱开始和结束角度、长度定义任意弧长空心圆柱By End PTs & Z：通过圆柱底面直径两端的坐标和圆柱长度来定义圆柱By Dimensions：通过圆柱内外半径、圆柱两底面Z坐标、起始和结束角度来定义圆柱College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模体（圆柱）体（圆柱）Solid Sphere：通过球心和半径来定义实心球体Hollow Sphere ：通过球心和内外球半径定义空心球体By End Points ：通过球直径定义球体By Dimensions：通过球的

27、尺寸定义球体By Picking ：通过在工作平面上定位圆锥体底部的圆心和半径以及圆锥体的高来定义圆锥体By Dimensions：通过圆锥体的尺寸定义圆锥体College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA实体建模实体建模布尔操作布尔操作在布尔运算中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。布尔运算的目的是为了构建更复杂的模型，或者是为了消除模型之间的空隙之处。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHI

28、NA布尔操作布尔操作Intersect交运算交运算交运算的结果是由每个初始图形的共同部分形成一个新的图形。也就是交运算的结果是由每个初始图形的共同部分形成一个新的图形。也就是说，交表示多个图形的重复区域。说，交表示多个图形的重复区域。注意：形成的新区域可能与原始图形有相同的维数，也可能低于原始图注意：形成的新区域可能与原始图形有相同的维数，也可能低于原始图形的维数。例如：两条线的交可能只是一个关键点，也可能是一条线。形的维数。例如：两条线的交可能只是一个关键点，也可能是一条线。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERS

29、ITY OF CHINA布尔操作布尔操作Add加运算加运算加运算的结果是得到一个包含各原始图形所有的部分的新图形（这种运加运算的结果是得到一个包含各原始图形所有的部分的新图形（这种运算也成为并、连接或和）。这样形成的新图形是一个单一的整体，没有空隙。算也成为并、连接或和）。这样形成的新图形是一个单一的整体，没有空隙。注意：在注意：在ANSYS程序中只能对三维实体或二维共面的面进行加操作。面程序中只能对三维实体或二维共面的面进行加操作。面相加可以包含面内的孔。（通过两个面相加可以包含面内的孔。（通过两个面Add加运算后，将构成一个新面，其加运算后，将构成一个新面，其编号为编号为3.原来的面不复存

30、在）原来的面不复存在）College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA布尔操作布尔操作Subtract减运算减运算减运算是从一个图形减去另一个图形，运算后得到的结果可能是一个与减运算是从一个图形减去另一个图形，运算后得到的结果可能是一个与被减图形相同维数的图形，也可能将被减图形分类成两个或多个新的图形。被减图形相同维数的图形，也可能将被减图形分类成两个或多个新的图形。新的图形之间可以有共同的边界也可有不同但重合的边界。新的图形之间可以有共同的边界也可有不同但重合的边界。College of Mater

31、ials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA布尔操作布尔操作Overlap交迭运算交迭运算交迭运算用于连接两个或多个图形，以生成三个或更多个新的图形的集交迭运算用于连接两个或多个图形，以生成三个或更多个新的图形的集合。交迭命令除了在交迭域周围生成了多个边界外，与加运算非常类似。交合。交迭命令除了在交迭域周围生成了多个边界外，与加运算非常类似。交迭运算生成的是多个相对简单的区域，而加运算生成一个相对复杂的区域。迭运算生成的是多个相对简单的区域，而加运算生成一个相对复杂的区域。注意：交运算区域必须与原始图形有相同的维数注意：交运算区

32、域必须与原始图形有相同的维数College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA布尔操作布尔操作Glue粘接运算粘接运算粘接运算与交迭运算类似，但粘接运算只针对图形之间的公共部分进行，粘接运算与交迭运算类似，但粘接运算只针对图形之间的公共部分进行，且公共部分的维数低于原始图形一维。例如面和面的粘接运算是针对面和面且公共部分的维数低于原始图形一维。例如面和面的粘接运算是针对面和面的公共边进行的。体和体的粘接运算则是针对体和体的公共面进行的。的公共边进行的。体和体的粘接运算则是针对体和体的公共面进行的。注意：

33、面与面或者体与体之间只是在边界上连接，但任然相互独立。注意：面与面或者体与体之间只是在边界上连接，但任然相互独立。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA前处理前处理网格划分网格划分实体模型经过网格划分后可产生对应的有限元模型。网格划分的实体模型经过网格划分后可产生对应的有限元模型。网格划分的优劣直接决定了优劣直接决定了ANSYS有限元计算结果的正确与否，因此掌握有限元计算结果的正确与否，因此掌握ANSYS网格划分是进行网格划分是进行ANSYS有限元分析非常有限元分析非常重要一环。重要一环。实

34、对体模型进行网格划分主要包括两种方法：实对体模型进行网格划分主要包括两种方法：（1 1）自由划分）自由划分（2 2）映射划分）映射划分College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA网格划分网格划分为实体模型分配属性为实体模型分配属性对实体模型进行网格划分就是用一个个单元将实体模型划分成众对实体模型进行网格划分就是用一个个单元将实体模型划分成众多子区域。这些子区域（单元）是有属性的，故在划分网格之前，多子区域。这些子区域（单元）是有属性的，故在划分网格之前，须将不同的单元类型、材料属性分配给实体模型。

35、须将不同的单元类型、材料属性分配给实体模型。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA网格划分网格划分网格划分工具网格划分工具网格划分工具分为网格划分工具分为5 5个部分：个部分：（1 1）单元属性分配设置）单元属性分配设置（2 2）智能划分水平控制）智能划分水平控制（3 3）单元尺寸控制）单元尺寸控制（4 4）网格划分形状设置以及网格划分）网格划分形状设置以及网格划分（5 5）细化网格控制）细化网格控制College of Materials Science & Engineering

36、NORTH UNIVERSITY OF CHINA网格划分网格划分自由划分与映射划分自由划分与映射划分1 1、自由划分网格、自由划分网格自由划分网格利用网格划分工具就可进行划分。自由划分网格利用网格划分工具就可进行划分。2 2、映射划分网格、映射划分网格映射网格划分的最大特点就是必须使用映射网格划分的最大特点就是必须使用形状规则的单元划分形状规则的单元划分，对，对于于面面对象，必须使用对象，必须使用三角形单元或四边形单元三角形单元或四边形单元，对于，对于体体对象只能使用对象只能使用六面体单元六面体单元。因此映射网格划分要求被划分对象如面或体必须形状规。因此映射网格划分要求被划分对象如面或体必须形状规则，即不是任何形状的对象都能用映射网格划分法进行划分。则，即不是任何形状的对象都能用映射网格划分法进行划分。College of Materials Science & EngineeringNORTH UNIVERSITY OF CHINA网格划分网格划分映射划分映射划分（1 1）映射网格划分面