ANSYS基本建模方法及结构稳定性分析

ANSYS基本建模方法及结构稳定性分析

一ANSYS与结构分析

ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型通用有

限元分析软件，可广泛应用于土木、地质、矿业、材料、机械、水利等工程的分

析和研究。回可在大多数计算机和操作系统（如Windows、UNIX、Linux、HP-

UX等）中运行，可与大多数CAD软件接口。

结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等，它包括以下几种

类型：

静力分析一一用于静态载荷。可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大

变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。

屈曲分析一一用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状。同时可以实现非

线性屈曲分析。

模态分析一一计算线性结构的自振频率及振形。

谐响应分析一一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.

谱分析一一是模态分析的扩展，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）。

显式动力分析一一ANSYS/LS-DYNA（显式动力学分析模块）可用于计

算高度非线性动力学问题和复杂的接触问题。

专项分析一一断裂分析,复合材料分析，疲劳分析。

二ANSYS分析过程中三个主要的步骤：

.1.创建有限元模型

-创建或读入几何模型.

一定义材料属性.

-划分单元（节点及单元）.

2.施加载荷进行求解

-施加载荷及载荷选项.

-求解.

3.查看结果

-查看分析结果.

-检验结果.（分析是否正确）

三几何建模

ANSYS软件几何建模通常包括两种方式，自底向上建模和自顶向下建模。

所谓自底向上建模，顾名思义就是又建立模型的最低单元的点到最高单元的

体来构造实体模型。即首先定义关键点，然后利用这些关键点定义较高级的实体

图元,如线，面，体。

ANSYS软件允许通过汇集线面体等几何体素的方法构造建模。当生成一种

体素时，ANSYS程序会自动生成所有从属于该体素较低级的土元，这种一开始

便由较高级的实体图元构造模型的方法就是所谓的自顶向下的建模方法。

几何建模GUI路径：MainMenu—>Preprocessor—>Modeling

一>Create

布尔操作是指几何图元进行组合计算.ANSYS的布尔操作包括add,su

btract,intersect,divide,glue以及。v6r1ap.它们不仅适用于

简单的体素中的图元，也适用于从CAD系统传入的复杂几何模型.

这个看起来复杂的模型，实际上是一个方块与一个空心的球进行求交(int

ersect)布尔操作的结果。

布尔操作GUI路径：MainMenu—>PreProcessor—>Modeling—>0

perate

四单元属性

为了定义单元属性，首先必须建立一些单元属性表。典型的包括单元类型

(GUI路径：MainMer.u—>Preprocessor—>ElementType—>ADD/ED

IT/DELETE),实常数(GUI路径：MainMenu—>Preprocessor—>Rea1

constants),材料性质(MainMenu—>Preprocessor—>Material

Props一>Materia1option)0

L区l

四回制剑阊刽闺寓AElementTypes

ANSYSToolbar

DefinedElementTypes：

ANSYSMainMenue1BEAM189

国Preferences▲

□Preprocessor

BElementType

卜dd/Edit/Deletel

国SwitchEleaType

因AddDOF

国RemoveEOFs

国ElcmTechControl

0RealConstants

EMaterialProps

ESections

田Modeling

EMeshing

ECheckingCtrls

□NumberingCtrls

EArchiveModel

ECoupling/CeqnAdd...iptions...1

Elulti-fieldSetUpDelete

ELoads

田Physics

0PathOperations

rzic———CloseHelp

建立单元类型

建立实常数

Q1.R

AHSYSJhinhcmi

aPreferences

□Preprocessor

E)ElenentType

SRealConstants

BlaterialProps

0laterialLibrary

BTemperatureUnits

因ElectroaagUnits

目__a_t_e_r_i_a__l__l_o_d__els

BConvertALPx

13ChangelatNum

SFailureCriteria

BWritetoFile

HReadfromFile

BSections

出lodeling

Sleshing

BCheckingCtrls

0NumberingCtrls

SArchivelodel

SCoupling/Ceqn

nU，_3JTI_

建立材料性质

五网格划分

1、定义单元属性

一旦建立了单元属性表，通过指向表中合适的条目即可对模型的不同部分分

配单元属性。指针就是参考号码集，包括材料号（MAT）,实常数号（TEAL）,

单元类型号（TYPE）,坐标系号（ESYS）等。可以直接给所选的实体模型图元

分配单元属性。

GUI路径：MainMenu—>Preprocessor—>Meshing—>MeshAttribute

s,根据几何模型选择点，线，面或者体进行定义。

ANSYSHainMenu

SSections二

lilModeling

日

Me1asHhing__________

eshAttributes

BDefaultAttribs

国AllKeypoints

不PickedKPs

因AllLines

不PickedLines

因AllAreas

PickedAreas

国AllVolumes

不PickedVolumes

□VolumeBrickOrient

因KeshTool

0SizeCntrls

因MesherOpts

□Concatenate

0Mesh

□ModifyMesh

定义单元属性

2、执行网格划分

ANSYS可以使用M格划分工具来实现快捷分网(GUI路径MainMenu—〉Pr

eprocessor—>Meshing—>Meshtool)

这个网格划分工具包括了以下几种功能：

1单元属性控制

2智能网格划分控制

3尺寸控制

4指定单元形状

5自由网格划分或映射网格划分MeshTool

6执行网格划分

ElementAttributes:

7清除网格1

8局部细划|GlobalSet

选择好选项后，单击Mesh,选择需要分网zJ

的几何模型，单击0K,便可以得到它的有限元

「SmartSize2

模型。dd

Fine6Coarse

3

SizeControls:

GlobalSet

AreasSet

LinesSet

Copy|

LayerSet

Keypt$Set

Mesh:Lines色

Srape：(*Radiol('Hex/Wedge

5ree*Sweep

「Mapped,

六加载和求解

1、加载

有限元分析的主要目的是检查结构或者构件对一定在和条件的响应。英雌，

在分析指定合适的载荷条件是关键的一步。

ANSYS中的载荷兀分为：

自由度DOF-定义节点的自由度（DOF）值（结构分析一位移、热分析_温度、

电磁分析.磁势等）

集中裴荷-点载荷（结构分析—力、热分析.热导率、电磁分析.magnetic

currentsegmerits）

面载荷-作用在表面的分布载荷（结构分析—压力、热分析—热对流、电磁分

析magneticMaxwellsurfaces等）

体积载荷-作用在为积或场域内（热分析—体积膨胀、内生成热、电磁分析—

magneticcurrentdensity等）

惯性载荷-结构质量或惯性引起的载荷（重力、角速度等）

在ANSYS软件中，载荷可以加在实体模型上同时也可以加在有限元模型

上。

无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型.因此,加

载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。

载荷施加GUI路径：MainMenu—>Preprocessor—>Loads—>Apply—>Strue

tural

ANSYSMainMenu

国Preferences二

日Preprocessor

3ElementType

3RealConstants

3MaterialProps

2Sections

3Modeling

3Meshing

3CheckingCtrls

3NumberingCtrls

3ArchiveKodel

2Coupling/Ceqn

3lulti-fieldSetUp

□Loads

□AnalysisType

□DefineLoads

□Settings

日Apply_______

Structural

□Displacement

SForce/Ioment

SPressure

□Temperature

□Inertia

目PretnsnSectn

目UQFIPlana《♦▼•一；n▼

2、求解

在求解前,应该进行分析数据检查，确认无误后保存数据，并且观看求解信

息。

求解GUI路径:MainMenu—>So1ution一>So1ve一>CurrentLS

之后保存文件,在Genera1Postprocessor中观看计算结果

GUT路径：MainMenu—>Genera1Postprocessor—>Plot

Results

七ANSYS结构稳定性分析

ANSYS软件通过屈曲分析来计算结构的临界载荷，屈曲分析是一种用于确

定结构的屈曲载荷和屈曲模态的技术。通常使用特征值屈曲分析，该方法用于预

测理想弹性结构的理论屈曲强度。

屈曲分析首先要获得结构的静力解，通常只需要施加一个单位载荷即可,不

过ANSYS允许的最大特征值是1000000,弱求解释特征值超过了这个限度，则需

施加一个较大的载荷。当施加载荷时,求解得到的特征值就表示临界载荷，当时加

非单位载荷时，求解得到的特征值乘以施加的载荷就得到临界载荷。

(1)进入求解器Mainmenu—>So1ution

(2)指定分析类型Mainmenu一>So1ution—>Ana1ysisT

ype—>NewAnalysis

(3)指定分析选项Mainmenu—>Solution—>Ana1ysisType—>So

1'ncontrols,选择Calculateprestresseffects并确定。

(4)求解MainMenu一>So1ution—>So1ve一>CurrentLS

(5)退出求解器MainMenu—>Finish

得到结构的静力解后需要获得特征值屈曲解。

(1)进入求解器Mainmenu—>Solution

(2)指定分析类型Mainmenu—>Solution—>AnalysisType一