ansys土木工程应用1

土木工程通通用软件应应用第一章ANSYS通用有限元元软件简介介在这一章，，我们将在在介绍有限限单元分析析同时给出出ANSYS功能的概标题:A：什么是有限元分析？

B：关于ANSYSC：关于ANSYS公司有限元分析析与ANSY有限元分析析是一种模模拟设计荷荷载条件，，并且确定定在荷载条条件下的设设计响应的的方法。它是用被称称之为“单单元”的离离散的块体体来模拟设设计。每一个单元元都有确定定的方程来来描述在一一定荷载下下的响应。。模型中所有有单元响应应的“和””给出了设设计的总体体响应。单元中未知知量的个数数是有限的的，因此称称为“有限限单元”。。HistoricalNoteThefiniteelementmethodofstructuralanalysiswascreatedbyacademicandindustrialresearchersduringthe1950sand1960s.Theunderlyingtheoryisover100yearsold,andwasthebasisforpen-and-papercalculationsintheevaluationofsuspensionbridgesandsteamboilers.这种包含有有限个未知知量的有限限单元模型型，只能近近似具有无无限未知量量的实际系系统的响应应。所以问题是是：怎样才能达达到最好的的“近似””？实际系统有限元模型型然而，对该该问题还没没有一个容容易的解决决方案。这这完全依赖赖于你所模模拟的对象象和模拟所所采用的方方式。有限元分析析与ANSYSA.什么是有限限元分析?有限元分析析与ANSYSA.什么是有限限元分析?为什么需要要有限元分分析？减少模型试试验的数量量计算机模拟拟容许对大大量的假模拟不适合在原型上试验的设计。例如：器官移植，比如人造膝盖。概要:节省费用节省时间…

缩短产品开发时间!创造出更可靠、高品质的设计有限元分析析与ANSYSB.关于ANSYS是一一个个完完整整的的FEA软件件包包，，它它适适合合世世界界范范围围各各个个工工程程领领域域的的工工程程师师们们使使用用:结构构分分析析热分分析析流体体分分析析，，包包括括CFD（计计算算流流体体动动力力学学））电/静电电场场分分析析电磁磁场场分分析析ANSYS在部部分分工工业业领领域域中中的航空航天汽车工业生物医学桥梁、建筑电子子产产品品重型型机机械械微机机电电系系统统运动动器器械械有限限元元分分析析与与ANSYSB.关于于ANSYSANSYS/Multiphysics是ANSYS产品品的的“旗舰舰”，它它包包括括所所有有工工程程学学科科的的所所有有性性能能ANSYS/Multiphysics有三三个个主主要要的的组组成成产产品品ANSYS/Mechanical-ANSYS/机械械-结构构及及热热ANSYS/Emag-ANSYS电磁磁学学ANSYS/FLOTRAN-ANSYS计算算流流体体动动力力学学其它产品品:ANSYS/LS-DYNA-高度非线线性结构构问题DesignSpace–CAD环境下，，适合快快速分析析容易使使用的设设计和分分析工具具ANSYS/ProFEA–Pro/ENGINEER的ANSYS分析接口口。有限元分分析与ANSYSB.关于ANSYSANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpaceANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/

MultiphysicsANSYS/FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/Mechanical超弹密封封有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析析结构分析析用于确确定变形形、应变变、应力力及反力力。静力分析析用于静态态荷载.可以考虑虑结构的的线性及及非线性性行为，，例如：：大变形形、大应应变、应应力刚化化、接触触、塑性性、超弹弹及蠕变变等.有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析析动力分析析包括质量量和阻尼尼效应。。模态分析析，用于于计算固固有频率率和振型型。谐响应分分析，用用于确定定结构对对正弦变变化的已已知幅值值和频率率载荷的的响应。。瞬态动力力学分析析，用于于确定结结构对随随时间任任意变化化载荷的的响应，，可以考考虑与静静力分析析相同的的结构非非线性行行为。其它结构构功能谱分析随机振动动特征值屈屈曲子区模型型有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析析用ANSYS/LS-DYNA进行显示示动力分分析模拟以惯惯性力为为主的大大变形分分析。用于模拟拟冲击、、碰撞、、快速成成形等。。有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS热分析热分析用用于确定定物体中中的温度度分布。热分析析考虑的的物理量量是：热热量的获获取和损损失、热热梯度、、热通量量。可模拟三三种热传传递方式式：热传导导、热对对流、热热辐射。。稳态分析析忽略时间间效应瞬态分析析确定以时时间为函函数的温温度值等等。可模拟相相变（熔熔化及凝凝固）有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS电磁分析析电磁分析析用于计计算电磁磁装置中中的磁场场模拟由直流电源，低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场。例如：螺螺线管制制动器、、电动机机、变压压器磁场分析析中考虑虑的物理理量是：：磁通量量密度、、磁场密密度、磁磁力和磁磁力矩、、阻抗、、电感、、涡流、、能耗及及磁通量量泄漏等等。有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS电磁分析析高频电磁磁场分析析模拟电磁磁波的传传播装置置例如：微微波及RF无源组件件、波导导、同轴轴连接电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射波损耗、电介质及传导损耗同轴电电缆中中的电电场(EFSUM)有限元元分析析与ANSYS-关于ANSYS电磁分分析静电学学计算由由电压压或电电荷激激发引引起的的电场场。例如：：高压压装置置，微微机电电系统统（MEMS），传传输线线。典型的的物理理量是是：电电场强强度和和电容容。电流传传导计算在在一定定电压压下的的导体体的电电流电路耦耦合电磁装装置与与电路路的耦耦合有限元元分析析与ANSYS-关于ANSYS流体分分析计算流流体动动力学学(CFD)用于确确定流流体中中的流流动ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。应用：航空航天，电子元件封装，汽车设计。典型的物理量是：速度，压力，温度，对流换热系数。有限元元分析析与ANSYS-关于ANSYS流体分分析声学分分析用于模模拟流流体介介质和和周围围固体体的相相互作作用。。例如：：扬声声器，，汽车车内部部，声声纳典型的物理理量是：压压力分布、、位移和自自振频率。。容器内流体体分析模拟容器内内的非流动动流体的影影响，确定定由于晃动动引起的静静水压力。。例如：油罐罐，其它液液体容器热和质量的的传输在两点之间间质量传输输（如在一一个管子中中）产生的的热量计算算由一个一一维单元完完成有限元分析析与ANSYS-关于ANSYS耦合场分析析双金属片受受热变形耦合场分析析考虑两个个或多个物物理场之间间的相互作作用。因为为两个物理理场之间相相互影响，，所以单独独求解一个个物理场是是不可能的的。因此你你需要一个个能够将两两个物理场场组合到一一起求解的的分析软件件。例如：热-应力分析压电分析（（电场和结结构）声学分析（（流体和结结构）热-电分析感应加热（（磁场和热热）静电-结构分析有限元分析析与ANSYS-ANSYS在建筑工程程中的应用用高层设计复杂建筑设设计张拉膜结构构设计塔楼设计砌体房屋结结构维护建筑物基础础设计建筑物内热热舒适环境境优化设计计与火灾热热影响分析析有限元分析析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中中的应用有限元分析析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中中的应用ANSYS在桥梁工工程中的的应用全桥仿真真分析桥梁局部部分析车桥风载载耦合分分析桥梁施工工过程模模拟有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程程中的应应用ANSYS在水工中中的应用用大坝设计计蜗壳设计计海洋平台台设计渡槽设计计及施工工孔闸工程程加固有限元分分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程程中的应应用ANSYS在岩土和和地下工工程中的的应用岩土开挖挖过程应应用隧道设计计土体与结结构相互互作用流体动力力学应用用CivilFEMANSYS/CivilFEM西班牙公公司在ANSYS软件上附附加的功功能自模模块，是是基于ANSYS的土木工工程专用用软件包包，用于于对土木木工程领领域的各各种结构构进行数数值模拟拟、验算算设计。。集成了多多个国外外规范和和中国规规范，包包括《混凝土结结构设计计规范GB50010-2002》》、《建筑抗抗震设计计规范GB50011-2001》、《钢结构设设计规范范GB50017-2003》》在ANSYS的基础上上，CivilFEM为土木工工程界提提供了专专用的前前后处理理、分析析、设计计、校验验工具。。通用功能能桥梁－土土木非线线性模块块岩土工程程模块预应力混混凝土模模块大坝模块块（即将将发布））返回通用功能能CivilFEM材料接近200种土木材材料特性性库：混混凝土、、钢筋、、结构钢钢、土壤壤、岩石石材料库按按照规范范分类，，参数遵遵循规范范用户定义义材料时间相关关和非线线性材料料参数岩土材料料参数关关联库CivilFEM截面热轧型材材库：超超过4000种的型材材截面用户定义义热轧型型材库自定义钢钢截面和和混凝土土截面：：典型或或一般抓取ANSYS模型定义义截面截面编辑辑梁截面和和板壳配配筋返回方便的后后处理工工具直接列表表或绘制制梁、壳壳内力（（弯矩、、轴力、、剪力等等）梁、壳截截面结果果分布（（应力、、应变等等）方便地计计算和显显示实体体单元模模型的截截面内力力（弯矩矩、轴力力、剪力力等）及及应力、、应变等等智能载荷荷组合自动计算算最不利利载荷分分布和载载荷系数数易用、快快速，不不需要依依赖于很很多的经经验返回规范验算算与设计计钢结构规规范验算算混凝土结结构规范范验算与与设计返回自动验算算安全系系数、“通过（OK）”和“未通过（（NOOK）”单元等返回ElementsNoOkElements

OKElements

notchecked地震分析析提供了更更方便的的地震谱谱分析工工具自动按照照规范定定义地震震谱自动按照照规范进进行模态态合并土压力计计算定义土层层分布以以及地下下水位自动计算算主动土土压力或或自重土土压力土压力可可施加于于梁、壳壳或实体体返回桥梁－土土木非线线性模块块返回岩土工程程模块返回预应力混混凝土模模块返回大坝模块块ViewfromDownstreamViewfromUpstreamPlanViewViewofDam:UpstreamViewofDam:Upstream返回返回有限元分分析与ANSYSC.关于ANSYS公司ANSYS公司.ANSYS产品家族族的开发发者总部位于于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡堡南部）有限元分分析与ANSYS关于ANSYS公司ANSYS支持销售售商(ASDs)ANSYS销售及支支持网络络全世界超超过75家办事处处地区级专专家咨询询及培训训有限元分分析与ANSYS关于ANSYS公司有限元分分析与ANSYSA启动ANSYS有两种方方式启动动ANSYS:通过交互互方式通过命令令交互方式式通过菜单单上的相相应按钮钮启动ANSYS在Unix系统中,进入xansys9.0&导出操作平台台。在Windows系统中,按Start>Programs>ANSYS9.0。Unix平台Windows平台有限元分析与与ANSYSA启动ANSYS启动(cont’d)当ANSYS以交互方式启启动后，用户户图形界面（（GUI）将自动显示示。交互方式与批批处理模式的的比较:交互方式允许您与ANSYS面对面的“交流”,检查您的每一一步操作批处理方式以输入命令文文件的方式工工作，允许您您在后台运行行ANSYS。如果不采用交交互方式,输入文件的错错误将导致批批处理终止。。例如求解，最最好的操作方方式是不需要要用户干预的的。在本学习过程程中，我们将将主要讲解交交互式操作。。有限元分析与与ANSYSA启动ANSYS启动(续)在弹出的启动对话框中中按Interactive按钮:ANSYS产品工作目录–所有文件将要要存贮的目录录。图形设置–如果您配置了了3-D显示卡请您选选择3-D。否则,在Unix系统上请您选选择X11,在Windows系统上请您选选择win32.作业名–作业名,不超过32个字符,该作业名将作作为所有生成成文件的前缀缀。缺省为file或为上一次定定义的作业文件名。内存空间–缺省值将满足足大多数情况况图形用户界面面（GUI）简介ANSYS10.0图形用户界面面的八个分区区■UtilityMenu—通用菜单■快捷工具具栏■显示隐藏藏对话框■MainMenu—主菜单■ToolBar—工具条■InputWindow—输入窗口■GraphicsWindow—图形窗口■状态栏其中，1、4、6是最常用的。。通常，主菜菜单是需要顺顺序操作的；；而通用菜单单则为非顺序序操作，即：：可以在任意意时刻、任意意状态下实施施其中的某些些命令。另有一输出窗窗口—OutputWindow隐于图形用户户界面背后2022/10/2442启动ANSYS后出现现以下下窗口口当显示示出如如下窗窗口后后，就就可以以使用用ANSYS了.2022/10/2443ANSYSGUI中各窗窗口的的总体体功能能输入窗窗口显示提提示信信息，，输入入ANSYS命令，，所有有输入入的命命令将将在此此窗口口显示示。主菜单单包含ANSYS的主要要功能能，分分为前前处理理、求求解、、后处处理等等。输出窗窗口显示软软件文文本输输出。。通常常在其其他窗窗口后后面，，需要要查看看时可可提到到前面面。通用菜菜单包含例例如文文件管管理、、选择择、显显示控控制、、参数数设置置等功功能.工具条条将常用用的命命令制制成工工具条条，方方便调调用.图形显显示区区显示ANSYS创建或或传递递到ANSYS的图形形.快捷工工具栏栏将常用用的命命令制制成工工具条条，方方便调调用.状态栏栏显示ANSYS的一些些当前前信息息.输出显示软软件的的文本本输出出。通通常在在其他他窗口口后面面，需需要查查看时时可提提到前前面。。2022/10/2444主菜单单交互互操作作要在主主菜单单中选选择子子菜单单，将将鼠标标移到到带有有““符号的的项目目上，，点击击鼠标标左键键，即即将其其展开开。子子菜单单中出出现带带““符号的的项目目，表表示点击击后将将弹出出一个个图形选选取对对话框框；而而出出现现带带““符号号的的项项目目，，表表示示点点击击后后将将弹弹出出一一输入入对对话话框框。2022/10/2445主菜菜单单交交互互操操作作(续)带有“””符号号的项目目表示将将产生图形选取取对话框框.基本的主主菜单交交互操作作带有“””符号号的项目目表示将将产生子菜单.带““符号的项项目，表表示将产产生输入对话话框2022/10/2446通用菜单单为下拉拉式结构构，由十十个菜单单组成，，可用于于直接完完成某一一程序功功能或引引出一个个对话框框，在ANSYS运行的任任何时刻刻均可以以访问此此菜单。。通用菜单单交互操操作（之之一）有限元分分析与ANSYSBANSYS图形用户户界面ANSYS常用模块块组成通用前处处理模块块(Pre7)求解模块块(Solu)通用后处处理模块块(Post1)时程后处处理模块块(Post26)优化模块块(Optim)有限元分分析与ANSYSGUI方式其它GUI注意事项项一些对话话框中有有Apply和OK两种按钮钮。Apply完成对话话框的设设置,不退出对对话框(不关闭)。OK完成对话话框的设设置,退出对话话框。ANSYS菜单输出出窗口是是独立的的.注意:在关闭输输出窗口口时将关关闭ANSYS操作！不要局限限于用GUI方式，如果您您熟悉命命令，在在输入窗窗口键入入命令会会更方便便！有限元分分析与ANSYSGUI方式演示:启动ANSYS显示GUI界面弹出在“激活的坐坐标系下下建立关关键点”对话框，，演示OK和Apply的区别显示优选选对话框框显示输出出窗口的的内容有限元分分析与ANSYSGUI方式在GUI方式中大大量使用用图形拾拾取。图形用于于建模，，加载，，显示结结果及输输入、输输出数据据。拾取对建建模，划划分网格格，加载载等是很很有用的的在应用菜菜单中可可用Plot来显示图图形及执执行命令令后的显显示。/replotkplotlplotaplotvplotnploteplotgplot有限元分分析与ANSYSC图形拾取PlotCtrls菜单是用来控控制图形显示示的：绘图方位缩放颜色符号注释动画等改变观察方位位、图形缩放放是最常用的的功能有限元分析与与ANSYSC图形拾取缺省的视图方方位是主视图图方向：是从从+Z轴观察模型。。用动态模式（拖动模式）—拖动模式是一一种用Control键和鼠标键调调整观察方向向的途径Ctrl+Left(鼠标左键)可以平移模型型。Ctrl+Middle(鼠标中键）:缩放模型旋转模型(绕屏幕Z轴方向)Ctrl+Right（鼠标右键））旋转模型:绕屏幕X轴方向绕屏幕Y轴方向P

ZR

Ctrl有限元分析与与ANSYSC图形拾取如果您不想按按住Control键,可以用Pan-Zoom-Rotat对话框中提供供的热键。您同样可以用用鼠标键来操操作。在3-D图形设置中,您同样可以自自动控制光源源。产生不不同角度的光光照效果。有限元分析与与ANSYSC图形拾取Pan-Zoom-Rotate对话框的其它它功能:预先设置的观观察方向对模型选定的的区域进行缩缩放对模型进行增增量式的平移移拖动，缩放放以及旋转(根据滚动条上上设定的比例例)分别绕屏幕的的X,Y,Z轴旋转。缩放模型至适适合窗口大小小返回模型到默默认的取向Front+Zview,from(0,0,1)Back-Zview(0,0,-1)Top+Yview(0,1,0)Bot-Yview(0,-1,0)Right+Xview(1,0,0)Left-Xview(-1,0,0)IsoIsometric(1,1,1)ObliqOblique(1,2,3)WPWorkingplaneviewZoomBypickingcenterofasquareBoxZoomBypickingtwocornersofaboxWinZoomSameasBoxZoom,butboxisproportionaltowindow.BackUp“Unzoom”topreviouszoom.有限元分析与与ANSYSC图形拾取拾取通过点击图形形窗口允许您您选择整体或或局部模型。。一典型的拾取取操作可用鼠鼠标或拾取菜菜单来完成。。在菜单中它它的标志是一一个“+”号.例如,您可以在图形形窗口中关键键点的位置处处拾取，然后后按OK键。有限元分析与与ANSYSC图形拾取两种拾取方式式:恢复拾取拾取已经存在在的模型元素素。允许您在输入入窗口键人元元素的号码可以用PickAll热键来拾取所所有元素位置拾取查找一点的坐坐标如关键点点或节点。允许您在输入入窗口输入坐坐标。恢复拾取的例例子位置拾取的例例子有限元分析与与ANSYSC图形拾取鼠标键拾取功功能的分配:左键拾取(或取消)距离鼠标光点点最近的图元元或坐标。按按住此键进行行拖拉，可以以预览被拾取取（或取消））的图元或坐坐标。中键相当于拾取图图形菜单中的的Apply。用中键键可以节省时时间。对于两两键鼠标可以以用Shift加鼠标右键代代替。右键在拾取和取消消之间切换。。拾取应用拾取和取消的的切换取消拾取光标显示:有限元分析与与ANSYSC图形拾取热点的拾取位位置:面和体有一个热点在在图形的中心心附近。线有三个热点–一个在中间另另两个在两端端。为什麽这个很很重要:当您需要拾取取图元时，您您必须拾取热热点。有限元分析与与ANSYSDANSYS帮助ANSYS提供了基于HTML格式的帮助系系统，作为现现有帮助系统统的补充。您可以获得如如下的帮助:ANSYS命令单元类型分析过程特别的GUI工具诸如Pan-Zoom-Rotate您也可以进入入:指南验证手册ANSYS的网站有限元分析与与ANSYSDANSYS帮助下列几种方式式可以进入帮帮助系统:Launcher>HelpSystemUtilityMenu>Help>HelpTopicsAnydialogbox>Help在输入窗口口键入HELP,name。Name是一个命令令或一个单单元的名称称有限元分析析与ANSYSDANSYS帮助按HelpSystem按钮弹出帮帮助浏览器器：导航窗口包包括目录,索引,搜索引引擎和标签签一个文件窗窗口列出了了帮助信息息。有限元分析析与ANSYSDANSYS帮助用Contents键可以浏览览感兴趣的的内容。用Index键可以快速速查找具体体的命令,术语,概念等。用Search键可以从帮帮助系统中中查找指定定的单词或或短语。用Favorites键可以添加加需要经常常帮助的部部分。有限元分析析与ANSYSDANSYS帮助ANSYS也提供基于于HTML在线指导。。这种指导包包括了在ANSYS中求解一系系列问题的的详细说明明。如果果想想进进入入指指导导部部分分请请单单击击UtilityMenu>Help>ANSYSTutorials.有限限元元分分析析与与ANSYSE网络络资资源源有限限元元分分析析与与ANSYSE网络络资资源源有限限元元分分析析与与ANSYSE网络络资资源源有限限元元分分析析与与ANSYSE网络络资资源源预处处理理器器的的主主要要功功能能包包括括单单元元定定义义、、建建模模、、分分网网■单元元定定义义用于于定定义义、、编编辑辑或或删删除除单单元元。。如如果果单单元元需需要要设设置置选选项项，，用用该该方方法法比用用命命令令方方法法更更直直观观方方便便■实体体建建模模用于于创创建建模模型型（（可可以以创创建建实实体体模模型型，，也也可可直直接接创创建建有有限限元元模模型型））ANSYS中有有两两种种基基本本的的实实体体建建模模方方法法：：●自底底向向上上建建模模：：首首先先创创建建关关键键点点，，然然后后把把关关键键点点连连接接成成线线、、面面和体体。。但但也也可可不不依依顺顺序序创创建建。。如如，，可可出出直直接接连连接接关关键键点点为为面面。。●自顶顶向向下下建建摸摸：：利利用用ANSYS提供供的的几几何何原原型型创创建建模模型型，，这这些些原原型是是完完全全定定义义好好了了的的面面或或体体。。创创建建原原型型时时，，程程序序自自动动创创建建较较低低级的的实实体体。。使用用自自底底向向上上还还是是自自顶顶向向下下的的建建模模方方法法取取决决于于用用户户的的习习惯惯和和问问题题的复复杂杂程程度度，，通通常常情情况况是是同同时时使使用用两两种种方方式式，，才才能能高高效效建建模模。。预处处理理器器求解解器器包包含含了了与与求求解解相相关关的的命命令令，，包包括括分分析析选选项项、、加加载载、、载载荷荷步步设设置置、、求求解解控控制制和和求求解解■分析析类类型型和和分分析析选选项项在此此用用户户需需要要决决定定分分析析类类型型。。ANSYS提供供了了如如下下几几种种类类型型的的分分析析：：静态态分分析析、、模模态态分分析析、、谐谐分分析析、、瞬瞬态态分分析析、、功功率率谱