ansys140培训系统手册第五章ppt课件

1、预备任务第 5 章.January 30, 2006预备任务概述在开场ANSYS分析之前，您需求作一些决议，诸如分析类型及所要创建模型的种类。在这一章，我们将讨论这一过程的决策。目的是在您彻底进入分析之前给您一个理想的总体规划。标题如下：A. 哪一种分析类型？B. 模拟什么？C. 采用哪一种单元类型？.January 30, 2006预备任务A. 哪种分析类型？分析类型通常遵照以下原那么：构造分析 实体的运动、压力、接触热分析 热、高温及温度变化。电磁场分析 安装接受电流交流或直流、电磁波、电压或电荷鼓励 流体分析： 气体或液体的运动，或包容的气体/流体耦合场： 上述分析的恣意组合在这里，我们

2、将集中讨论构造分析。.January 30, 2006预备任务A. 哪种分析类型？当您选择了构造分析，接下来的问题是：静力还是动力分析？线性还是非线性分析？要回答这些问题，先要知道物体接受什么样的鼓励 (载荷)，由于下述三种类型的力决议了它的呼应静力 (刚度)惯性力 (质量)阻尼力.January 30, 2006预备任务A. 哪种分析类型？静力与动力分析的区别静力分析假定只需刚度力是重要的。动力分析思索一切三种类型的力。例如：思索跳水板的分析假设潜水者静止地站在跳水板上，做一个静力分析曾经足够了。但是假设潜水者在跳水板上下跳动，必需进展动力分析.January 30, 2006预备任务A.

3、哪种分析类型？假设施加的荷载随时间快速变化，那么惯性力和阻尼力通常是重要的因此可以经过载荷能否是时间相关，来选择是静力还是动力分析假设在相对较长的时间内载荷根本是一个常数，或者变化很缓慢，请选择静态分析。否那么，选择动态分析总之，假设鼓励频率小于构造最低阶固有频率的1/3，那么可以进展静力分析。.January 30, 2006预备任务A. 哪种分析类型？线性与非线性分析的区别线性分析假设忽略荷载对构造刚度变化的影响。典型的特征是：小变形弹性范围内的应变和应力没有诸如两物体接触或分别时的刚度突变。应变应力弹性模量(EX).January 30, 2006预备任务A. 哪种分析类型？假设加载引起

4、构造刚度的显著变化，必需进展非线性分析。引起构造刚度显著变化的典型要素有：应变超越弹性范围塑性大变形，例如承载的鱼竿，拉紧的琴弦等两体之间的接触应变应力.January 30, 2006预备任务B. 模拟什么?在建立一个分析模型之前，必需进展许多建模的决策：应该思索多少细节？能否运用对称性？模型中能否有应力奇特点？.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?细节在分析模型中不应该包括对分析无足轻重的细节。从CAD系统读取模型到ANSYS之前，可以抑制这些细节。但是，某些构造的 “细节 能够很重要，如内角或孔洞处，将会出现最大应力。能否保管这些细节取决于他的分析目的。.Januar

5、y 30, 2006预备任务 . 模拟什么?对称性许多构造在外形上是对称的，这就允许只取其中有代表性的部分或截面去建立模型。运用对称模型的主要优点是：通常更易于建立模型允许他创建一个更好更细的模型，以便获得比全模型能够更好的结果.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?要利用对称性，以下要素必需对称：几何外形资料属性荷载工况几种不同类型的对称：轴对称旋转对称平面或镜面对称反复或平移对称.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?轴对称沿一中心轴存在对称性，这类构造有：电灯泡，直管，圆锥体，圆盘和圆屋顶。对称面就是旋转构成构造的横截面，它可以在任何位置。因此他可以用

6、一个二维“薄片旋转360代表一个真实的模型外形。在多数情况下载荷被假定为轴对称。但是，假设是线性分析，但荷载不存在轴对称性，对此，可以将荷载分解为简谐分量进展独立求解，然后进展叠加。.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?旋转对称构造由绕轴分布的几个反复部分组成，诸如涡轮转子。只须对构造的一个部分建立模型。载荷也被假定为沿轴是对称的。.January 30, 2006该模型阐明反射及旋转对称预备任务 . 模拟什么?平面或反射对称构造的一半与另一半成镜面映射关系，镜面称为对称平面加载可以是关于对称面对称或反对称.January 30, 2006该模型同时阐明反复及反射对称预备任

7、务 . 模拟什么?反复或平移对称反复部分沿不断线陈列，带有均匀分布冷却节的长管等构造载荷也被假定为沿模型长度方向“反复“。.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?在某些情况下，仅仅是那些较次要的构造细节破坏了构造对称性。有时这些细节可以忽略或以为它们是对称的，进而利用对称性的优点建立更小的分析模型。这样，计算结果的精度损失能够是难于估计的。.January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?应力奇特应力奇特是指在有限元模型中那些应力值无限大的点处。例如：点荷载，如集中力或力矩作用途孤立的约束点导致支反力好像点荷载。尖角零倒角半径处在应力奇特点处网格越细化，应力值也随之添

8、加且不收敛Ps = P/AAs A 0, s .January 30, 2006预备任务 . 模拟什么?真实构造不包含应力奇特。是对模型的简化假定虚拟的如何处置应力奇特?假设离感兴趣区域较远，可以在查看结果时经过不激活受影响的区域忽略它的影响假设位于感兴趣区域，需求如下纠正:在尖角处添加圆角重新进展分析替代点力载荷为等效压力载荷“分布 位移约束至一个节点集.January 30, 2006预备任务 C. 何种单元类型?在开场分析之前，确定单元类型通常是很重要的。典型问题有：哪种单元类型？实体单元、壳单元、梁单元等。单元阶次。线性或二次单元。网格密度。通常由分析目的决议。.January 30,

9、 2006预备任务 . 何种单元类型?单元类别ANSYS提供许多不同类型的单元。经常采用的单元有：线单元壳单元二维实体单元三维实体单元.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?线单元:梁单元是用于螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件只需膜应力和弯曲应力的情况等模型。杆单元是用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和薄膜桁架等模型。弹簧单元是用于弹簧螺杆、或细长构件，或经过刚度等效替代复杂构造等模型。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?壳单元:壳单元用于薄板或曲面模型壳单元分析运用的根本原那么是每块面板的主尺寸不低于其厚度的十倍.January 30,

10、 2006二维 2-D 实体单元:二维实体单元是用于模拟实体的截面必需在整体笛卡尔 X-Y 平面内建立模型一切的荷载均作用在 X-Y 平面内，并且其呼应位移也在 X-Y 平面内单元特性如下：平面应力平面应变轴对称轴对称简谐预备任务 . 何种单元类型?Y X Z .January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?平面应力假定沿 Z 方向的应力等于零当 Z 方向上的几何尺寸远远小于 X 和 Y 方向上的尺寸才有效。沿 Z 方向的应变不为零沿 Z 方向允许选择厚度。平面应力分析是用来分析诸如接受面内荷载的平板，接受压力或离心载荷的薄盘等构造。Y X Z .January 30, 2006

11、预备任务 . 何种单元类型?平面应变 假设沿 Z 方向的应变等于零。当 Z 方向上的几何尺寸远远大于 X 和 Y方向上的尺寸才有效。沿 Z 方向的应力不为零。平面应变分析适用于分析等截面细长构造诸如构造梁Y X Z .January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?轴对称假定三维实体模型及其载荷是由二维横截面绕 Y 轴旋转 360 构成的。对称轴必需和整体 Y 轴重合不允许有负的 X 坐标Y 方向是轴向，X 方向是径向，Z 方向是周向。周向位移是零，周向应力和应变十清楚显。轴对称分析用于压力容器、直管道、杆等构造。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?谐单元

12、是一种特殊情形的轴对称单元，由于荷载不是轴对称的。将轴对称构造接受的非对称载荷分解成傅立叶级数，傅立叶级数的每一部分独立进展求解，然后再合并到一同。这种简化处置本身不具有任何近似！谐单元分析用于非对称的荷载构造如接受扭矩的杆件。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?三维实体单元:用于那些由于几何、资料、荷载或分析要求思索细节等缘由，呵斥无法采用更简单单元进展建模的构造。也是用于从三维 CAD 系统转化过来的几何模型，把它转化成为二维或壳体需求破费大量的时间和精神。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?单元阶次单元阶次是指单元形函数的多项式阶次什么

13、是形函数？它是一个给出单元内结果形状的数学函数。由于 FEA 的解答只是求解节点自在度值。所以我们要经过形函数用节点自在度的值来描画单元内恣意点的值。形函数总是根据给定的单元特性来设定。每一个单元形函数反映单元真实特性的程度直接影响求解精度。这一点在下一幻灯片中详细阐明.January 30, 2006自在度值的二次分布真实二次曲线线性近似(差结果)预备任务 . 何种单元类型?二次近似 (最好的结果)多个单元的线性近似 (好结果).January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?当您选择了单元类型，您就选择并接受了相应单元类型的单元形函数。所以在您选择单元类型之前应查看单元形函数信

14、息。例如，线性单元只需端节点，而二次单元还存在中节点。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?线性单元线性单元内的位移按线性变化，因此大多数时单个单元上的应力是不变的。线性单元对单元扭曲变形很敏感。假设他只想得到名义应力结果，这是可以采用的。应该在应力梯度较大的地方划分大量的单元二次单元二次单元内的位移是二次变化的，因此单个单元上的应力形状是线性变化的。二次单元描画曲线边境或曲面时，比线性单元更准确。而对单元扭曲变形不敏感。假设您想得到高精度的应力，请采用二次单元。通常情况，它与线性单元相比，采用的单元个数和自在度个数较少，而得到的结果精度较高。.January 30,

15、2006预备任务 . 何种单元类型?留意:对于壳模型，线性单元与二次单元的区别不照实体模型那么明显。所以线性壳体单元经常被优先采用。除了线性单元和二次单元以外，可以采用第三种单元，即P-单元。P-单元内的位移是从二阶到八阶变化的，而且具有求解收敛自动控制功能。.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?网格密度有限元分析的根本原那么是：单元的数目单元密度越多，所得解答越逼近真实解答。然而，随着单元数目添加的同时，求解时间和所需计算机资源也急剧添加。综合思索求解的速度和精度，有限元分析的目的决议了下面的滑杆应该如何挪动：.January 30, 2006预备任务 . 何种单元类型?假设他想得到高精度的应力，他应思索：在构造上有精度要求的位置不能忽略几何细节，此时应细分网格应先论证应力集中模型中的任何简化都有能够导致明显的