Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件

ANSYS基础教程ANSYS基础教程1ANSYS公司.ANSYS产品家族的开发者总部位于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡南部）最新版本：14.0ANSYS公司.最新版本：14.0第一章ANSYS简介ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块；优势：具有强大的求解器和前、后处理功能。为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境;ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力。仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型；

ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。实现不同分析软件之间的模型转换；

第一章ANSYS简介ANSYS是世界上一、主要功能1.结构分析

1）静力学分析-用于静态载荷.可以考虑结构的线性及非线性行为。●线性结构静力分析●非线性结构静力分析

♦几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化

♦材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等♦接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚体接触、热接触♦单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等一、主要功能1.结构分析2）动力学分析●模态分析-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD).●谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.●瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应.可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.●随机振动分析等3）专项分析:断裂分析,复合材料分析，疲劳分析，结构稳定分析，可靠性分析2）动力学分析5、耦合场分析热-应力分析；压电分析（电场和结构）；声学分析（流体和结构）；热-电分析；感应加热（磁场和热）；静电-结构分析2、热分析热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热量的获取和损失、热梯度、热通量。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。3、电磁分析电磁分析用于计算电磁装置中的磁场4、流体分析计算流体动力学(CFD)：用于确定流体中的流动状态和温度声学分析：用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。5、耦合场分析2、热分析3、电磁分析4、流体分析二、主要模块构架ANSYS/FLOTRANäANSYS/EmagäANSYS/StructuraläANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNAäANSYS/MechanicaläANSYS/LinearPlusäANSYS/Thermalä电磁线性结构分析二、主要模块构架ANSYS/FLOTRANäANSYS/A第二章ANSYS理论基础有限元方法第二章ANSYS理论基础有限元方法8几何离散单元特征分析构造位移函数单元应变能单元外力功（单元等效节点力）单元集成：系统的总势能变分处理：系统的平衡方程（组）应用位移边界条件求出节点位移由节点位移求出单元的应变、应力一、有限元求解过程几何离散一、有限元求解过程首先看一个简单的平面问题：p首先看一个简单的平面问题：pStep1.几何离散——采用3节点三角形单元整体节点位移列阵p体力：重力（密度）厚度：t表面力单位体积力整体等效节点力列阵Step1.几何离散——采用3节点三角形单元整体节点位移Step2.单元分析——构造单元位移函数位移函数（模式）:刻画单元内位移分布(x,y)状态

●合理选择一种函数来逼近这种分布是有限元分析计算过程中关键性的一环。

●在实际应用中普遍采用的是多项式函数，这是因为多项式函数的数学运算（微分和积分）比较方便，而且所有光滑函数的局部都可以用多项式来逼近。●关于多项式的项数和阶次，要根据单元的节点自由度数和有关解的收敛性要求来确定。对于平面问题，位移函数如下：Step2.单元分析——构造单元位移函数位移函数（模式）构造位移函数：对u利用节点条件：

ijm构造位移函数：对u利用节点条件：i同理可得：因此：结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定同理可得：因此：结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定N—单元形状函数矩阵

qe—单元节点位移矩阵N—单元形状函数矩阵

qe—单元节点位移矩阵应变矩阵Step2.单元分析——应变结论：单元内部每一点应变状态由单元节点位移确定应变矩阵Step2.单元分析——应变结论：单元内部每一点Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件平面应力：Step2.单元分析——应力应力矩阵结论：单元内部每一点应力状态由单元节点位移确定平面应力：Step2.单元分析——应力应力矩阵结论：单元单元应变能：Step3.确定单元节点位移——单元势能单元刚度矩阵单元应变能：Step3.确定单元节点位移——单元势能单元Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件单元等效节点力列阵单元外力功：单元等效节点力列阵单元外力功：扩充叠加扩充叠加Step3.确定单元节点位移——单元集成系统势能扩充叠加扩充叠加Step3.确定单元节点位移——单元集成关于单元刚度矩阵的扩充叠加mijmij单元编号

m<i<j关于单元刚度矩阵的扩充叠加mijmij单元编号m<i<j关于单元等效节点载荷列阵的扩充叠加mij单元编号

m<i<j关于单元等效节点载荷列阵的扩充叠加mij单元编号m<i<Step4.确定单元节点位移——变分处理在区域内满足几何关系，在边界上满足给定位移条件的可能位移中，真实位移使系统的总位能取得最小值。Step4.确定单元节点位移——变分处理在区域内满足几何体单元Step4:处理位移边界条件并求解Step5:计算每个单元的应变及应力几何离散单元特征分析构造位移函数单元应变能单元外力功（单元等效节点力）单元集成：系统的总势能变分处理：系统的平衡方程（组）应用位移边界条件求出节点位移由节点位移求出单元的应变、应力体单元Step4:处理位移边界条件并求解几何离散26杆系结构单元平面单元杆系结构单元平面单元27第三章ANSYS分析过程第三章ANSYS分析过程28一、一般分析过程1.前处理——创建有限元模型1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）2）创建或读入几何实体模型

3）有限元网格划分

4）施加约束条件、载荷条件2.施加载荷进行求解

1）定义分析选项和求解控制

2）定义载荷及载荷步选项

2）求解solve3.后处理

1）查看分析结果2）提取计算数据一、一般分析过程1.前处理——创建有限元模型建立有限元模型（前处理）查看结果（后处理）2.

施加载荷求解分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective建立有限元模型查看结果2. 施加载荷求解分析的三个主要步骤在Windows操作系统下,使用:Start>Programs>ANSYS10.0>ANSYSProductsLauncher二、ANSYS启动FileManagement标签用于指定工作目录(用户文件存放的地方)和用户选择的作业名.在Windows操作系统下,使用:二、ANSYS启动FCustomization标签允许设置内存选项.Customization标签允许设置内存选项.Preferences标签用于设置GUI语言和指定图形驱动设备.也可以在启动时读入配置文件start.ans.Preferences标签用于设置GUI语言和指定图形驱动公用菜单图形区主菜单命令窗口当前状态用户提示信息快捷命令图标模型控制工具条输出窗口公用菜单图形区主菜单命令窗口当前状态用户提示信息快捷命令图标选择对话框(MainMenu>Preferences)允许用户过滤菜单，从而删除当前分析不需要的功能。例如，如果用户要进行一次热分析，可以选择过滤其它科目，以便GUI方式下菜单项内容精简：在单元类型选择对话框中只显示热单元类型。只显示热载荷，等等菜单过滤选择对话框例如，如果用户要进行一次热分析，可以选择过滤其二、ANSYS数据库与文件二、ANSYS数据库与文件jobname.log:日志文件包括了运行过程中的每一个命令。如果用同样的作业名在同一目录中开始另一轮操作,ANSYS将增添原先的日志文件(作一个时间标记)。注意：Log文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，可以通过编辑得到分析过程的命令流。例如通过改变一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化分析和建模。ANSYS读入命令流的菜单命令是：File/ReadInputfrom

jobname.log:日志文件注意：Log文件是文本文件jobname.err:

错误信息文件，是

ASCII码文件。包括了运行过程中的所有错误和警告。

ANSYS将添加已存在的错误文件。jobname.db,.dbb:

数据库文件,是二进制文件。与所有支持平台兼容。jobname.rst,.rth,:

结果文件，是二进制文件。与所有支持平台兼容。包括了ANSYS运算过程中所有结果数据。Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件数据库文件存储和恢复不时地把数据库存储在计算机的内存(RAM)是一个很好的习惯，这样可以在计算机损坏或断电的情况下重新恢复数据库内的有关信息.SAVE操作把数据库从内存拷贝到名为databasefile

的文件(ordbfileforshort).

最简单的存储操作的点击Toolbar>SAVE_DB或使用:UtilityMenu>File>SaveasJobname.dbUtilityMenu>File>Saveas…SAVE

命令数据库文件存储和恢复数据库文件存储和恢复RESUME操作将数据库恢复到内存。Toolbar>RESUME_DB或使用:UtilityMenu>File>ResumeJobname.dbUtilityMenu>File>Resumefrom…RESUME

命令缺省的保存和恢复的文件名为jobname.db,

当然你可以使用Saveas或Resumefrom选择不同的文件名。数据库文件存储和恢复数据库文件存储和恢复提示:分析过程中定期保存数据库。ANSYS不能自动保存。在尝试一个不熟悉的操作时（如布尔操作或剖分网格）或一个操作将导致较大改变时（如删除操作），应先保存数据库。如果不满意这次的结果，可以用恢复重做。在求解之前应该保存数据库。数据库文件存储和恢复提示:清除数据库：清除数据库允许对数据库清零，并重新开始。相当于退出ANSYS。UtilityMenu>File>Clear&StartNew或使用

/CLEAR

命令。清除数据库：三ANSYS的单位制

ANSYS软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，必须使用一套自封闭的单位制（所谓自封闭是指这些单位量纲之间可以互相推导得出）。注意：物理量之间的数量级差别很大，容易引起计算收敛困难或计算误差太大推荐使用：1、长度为m时用SI国际单位制（m•Kg•s）

长度m-质量kg-时间s对应:力N-弹性模量Pa-密度kg/m3-加速度m/s22、长度为mm时用MPA单位制（mm•T•s）长度m-质量T-时间s-对应的力N对应:力N-弹性模量MPa-密度T/mm3-加速度mm/s2

三ANSYS的单位制ANSYS软件并没有为三种退出

ANSYS的途径:Toolbar>QUITUtilityMenu>File>Exit在输入窗口使用

/EXIT

命令四、ANSYS退出三种退出ANSYS的途径:四、ANSYS退出ANSYS使用基于HTML格式的帮助系统，作为现有帮助系统的补充。可以获取如下的帮助:ANSYS命令单元类型分析过程GUI工具五、ANSYS在线帮助ANSYS使用基于HTML格式的帮助系统，作为现有帮助系统ANSYS基础教程ANSYS基础教程46ANSYS公司.ANSYS产品家族的开发者总部位于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡南部）最新版本：14.0ANSYS公司.最新版本：14.0第一章ANSYS简介ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块；优势：具有强大的求解器和前、后处理功能。为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境;ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力。仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型；

ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。实现不同分析软件之间的模型转换；

第一章ANSYS简介ANSYS是世界上一、主要功能1.结构分析

1）静力学分析-用于静态载荷.可以考虑结构的线性及非线性行为。●线性结构静力分析●非线性结构静力分析

♦几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化

♦材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等♦接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚体接触、热接触♦单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等一、主要功能1.结构分析2）动力学分析●模态分析-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD).●谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.●瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应.可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.●随机振动分析等3）专项分析:断裂分析,复合材料分析，疲劳分析，结构稳定分析，可靠性分析2）动力学分析5、耦合场分析热-应力分析；压电分析（电场和结构）；声学分析（流体和结构）；热-电分析；感应加热（磁场和热）；静电-结构分析2、热分析热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热量的获取和损失、热梯度、热通量。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。3、电磁分析电磁分析用于计算电磁装置中的磁场4、流体分析计算流体动力学(CFD)：用于确定流体中的流动状态和温度声学分析：用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。5、耦合场分析2、热分析3、电磁分析4、流体分析二、主要模块构架ANSYS/FLOTRANäANSYS/EmagäANSYS/StructuraläANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNAäANSYS/MechanicaläANSYS/LinearPlusäANSYS/Thermalä电磁线性结构分析二、主要模块构架ANSYS/FLOTRANäANSYS/A第二章ANSYS理论基础有限元方法第二章ANSYS理论基础有限元方法53几何离散单元特征分析构造位移函数单元应变能单元外力功（单元等效节点力）单元集成：系统的总势能变分处理：系统的平衡方程（组）应用位移边界条件求出节点位移由节点位移求出单元的应变、应力一、有限元求解过程几何离散一、有限元求解过程首先看一个简单的平面问题：p首先看一个简单的平面问题：pStep1.几何离散——采用3节点三角形单元整体节点位移列阵p体力：重力（密度）厚度：t表面力单位体积力整体等效节点力列阵Step1.几何离散——采用3节点三角形单元整体节点位移Step2.单元分析——构造单元位移函数位移函数（模式）:刻画单元内位移分布(x,y)状态

●合理选择一种函数来逼近这种分布是有限元分析计算过程中关键性的一环。

●在实际应用中普遍采用的是多项式函数，这是因为多项式函数的数学运算（微分和积分）比较方便，而且所有光滑函数的局部都可以用多项式来逼近。●关于多项式的项数和阶次，要根据单元的节点自由度数和有关解的收敛性要求来确定。对于平面问题，位移函数如下：Step2.单元分析——构造单元位移函数位移函数（模式）构造位移函数：对u利用节点条件：

ijm构造位移函数：对u利用节点条件：i同理可得：因此：结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定同理可得：因此：结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定N—单元形状函数矩阵

qe—单元节点位移矩阵N—单元形状函数矩阵

qe—单元节点位移矩阵应变矩阵Step2.单元分析——应变结论：单元内部每一点应变状态由单元节点位移确定应变矩阵Step2.单元分析——应变结论：单元内部每一点Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件平面应力：Step2.单元分析——应力应力矩阵结论：单元内部每一点应力状态由单元节点位移确定平面应力：Step2.单元分析——应力应力矩阵结论：单元单元应变能：Step3.确定单元节点位移——单元势能单元刚度矩阵单元应变能：Step3.确定单元节点位移——单元势能单元Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件单元等效节点力列阵单元外力功：单元等效节点力列阵单元外力功：扩充叠加扩充叠加Step3.确定单元节点位移——单元集成系统势能扩充叠加扩充叠加Step3.确定单元节点位移——单元集成关于单元刚度矩阵的扩充叠加mijmij单元编号

m<i<j关于单元刚度矩阵的扩充叠加mijmij单元编号m<i<j关于单元等效节点载荷列阵的扩充叠加mij单元编号

m<i<j关于单元等效节点载荷列阵的扩充叠加mij单元编号m<i<Step4.确定单元节点位移——变分处理在区域内满足几何关系，在边界上满足给定位移条件的可能位移中，真实位移使系统的总位能取得最小值。Step4.确定单元节点位移——变分处理在区域内满足几何体单元Step4:处理位移边界条件并求解Step5:计算每个单元的应变及应力几何离散单元特征分析构造位移函数单元应变能单元外力功（单元等效节点力）单元集成：系统的总势能变分处理：系统的平衡方程（组）应用位移边界条件求出节点位移由节点位移求出单元的应变、应力体单元Step4:处理位移边界条件并求解几何离散71杆系结构单元平面单元杆系结构单元平面单元72第三章ANSYS分析过程第三章ANSYS分析过程73一、一般分析过程1.前处理——创建有限元模型1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）2）创建或读入几何实体模型

3）有限元网格划分

4）施加约束条件、载荷条件2.施加载荷进行求解

1）定义分析选项和求解控制

2）定义载荷及载荷步选项

2）求解solve3.后处理

1）查看分析结果2）提取计算数据一、一般分析过程1.前处理——创建有限元模型建立有限元模型（前处理）查看结果（后处理）2.

施加载荷求解分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective建立有限元模型查看结果2. 施加载荷求解分析的三个主要步骤在Windows操作系统下,使用:Start>Programs>ANSYS10.0>ANSYSProductsLauncher二、ANSYS启动FileManagement标签用于指定工作目录(用户文件存放的地方)和用户选择的作业名.在Windows操作系统下,使用:二、ANSYS启动FCustomization标签允许设置内存选项.Customization标签允许设置内存选项.Preferences标签用于设置GUI语言和指定图形驱动设备.也可以在启动时读入配置文件start.ans.Preferences标签用于设置GUI语言和指定图形驱动公用菜单图形区主菜单命令窗口当前状态用户提示信息快捷命令图标模型控制工具条输出窗口公用菜单图形区主菜单命令窗口当前状态用户提示信息快捷命令图标选择对话框(MainMenu>Preferences)允许用户过滤菜单，从而删除当前分析不需要的功能。例如，如果用户要进行一次热分析，可以选择过滤其它科目，以便GUI方式下菜单项内容精简：在单元类型选择对话框中只显示热单元类型。只显示热载荷，等等菜单过滤选择对话框例如，如果用户要进行一次热分析，可以选择过滤其二、ANSYS数据库与文件二、ANSYS数据库与文件jobname.log:日志文件包括了运行过程中的每一个命令。如果用同样的作业名在同一目录中开始另一轮操作,ANSYS将增添原先的日志文件(作一个时间标记)。注意：Log文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，可以通过编辑得到分析过程的命令流。例如通过改变一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化分析和建模。ANSYS读入命令流的菜单命令是：File/ReadInputfrom

jobname.log:日志文件注意：Log文件是文本文件jobname.err:

错误信息文件，是

ASCII码文件。包括了运行过程中的所有错误和警告。

ANSYS将添加已存在的错误文件。jobname.db,.dbb:

数据库文件,是二进制文件。与所有支持平台兼容。jobname.rst,.rth,:

结果文件，是二进制文件。与所有支持平台兼容。包括了ANSYS运算过程中所有结果数据。Ansys基础教程-1介绍、理论基础、分析过程课件数据库文件存储和恢复不时地把数据库存储在计算机的内存(RAM)是一个很好的习惯，这样可以在计算机损坏或断电的情况下重新恢复数据库内的有关信息.SAVE操作把数据库从内存拷贝到名为databasefile

的文件(ordbfileforshort).

最简单的存储操作的点击Toolbar>SAVE_DB或使用:UtilityMenu>File>SaveasJobname.db