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ANSYS教程第一章ANSYS主要功能与模块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，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，更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功能，同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。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；此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。一、主要功能简介1.结构分析1）静力分析-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2）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).3）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.4）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.5）谱分析6）随机振动分析等7）特征屈曲分析-用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状.(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)8）专项分析:断裂分析,复合材料分析，疲劳分析2.高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA）●全自动接触分析，四十多种接触类型●任意拉格郎日－欧拉（ALE）分析●多物质欧拉、单物质欧拉●适应网格、网格重划分、重启动●100多种非线性材料模式●多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学●爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析●侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析●失效分析，裂纹扩展分析●刚体运动、刚体－柔体运动分析●实时声场分析●BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析●光顺质点流体动力（SPH）算法3.热分析●稳态、瞬态温度场分析●热传导、热对流、热辐射分析●相变分析●材料性质、边界条件随温度变化4.电磁分析●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场●交变磁场分析－计算由于交流电(AC)产生的磁场●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场.典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。5.流体动力学分析●定常/非定常分析●层流/湍流分析●自由对流/强迫对流/混合对流分析●可压缩流/不可压缩流分析●亚音速/跨音速/超音速流动分析●任意拉格郎日－欧拉分析（ALE）●多组份流动分析（多达6组份）●牛顿流与非牛顿流体分析●内流和外流分析●共轭传热及热辐射边界●分布阻尼和风扇模型●移动壁面及自由界面分析6.声学分析●定常分析●模态分析●动力响应分析7.压电分析●稳态、瞬态分析●模态分析●谐响应分析8.多场耦合分析●热－结构●磁－热●磁－结构●流体－热●流体－结构●热－电●电－磁－热－流体－结构9.优化设计及设计灵敏度分析●单一物理场优化●耦合场优化10.二次开发功能●参数设计语言●用户可编程特性●用户自定义界面语言●外部命令11.ANSYS土木工程专用包ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。第二章ANSYS基本使用方法一、典型分析过程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）检验结果ANSYS的分析方法(续)1.建立有限元模型3.查看结果2.施加载荷求解主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2.ANSYS分析步骤在GUI中的体现.ANSYS的分析方法(续)ANSYSGUI中的功能排列按照一种动宾结构，以动词开始（如Create),随后是一个名词(如Circle).菜单的排列，按照由前到后、由简单到复杂的顺序，与典型分析的顺序相同.二、ANSYS文件及工作文件名一些特殊的文件数据库文件jobname.db二进制Log文件jobname.log文本结果文件jobname.rxx二进制图形文件jobname.grph二进制ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据:输入数据-必须输入的信息(模型尺寸、材料属性、载荷等).结果数据-ANSYS计算的数值(位移、应力、应变、温度等).启动ANSYSObjective1-1.启动ANSYS软件.要启动ANSYS:开始程序ANSYS12.1MechnicalAPDLProductLauncher启动ANSYS(续)当显示出这六个窗口后，就可以使用ANSYS了.ANSYS窗口Objective1-2.ANSYSGUI中六个窗口的总体功能输入显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入的命令将在此窗口显示。主菜单包含ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、后处理等。输出显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.工具条将常用的命令制成工具条，方便调用.图形显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.三、前处理实体建模参数化建模体素库及布尔运算拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分··复杂几何体Sweep映射网格生成··六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形边界层网格划分在几何模型或FE模型上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷可扩展的标准梁截面形状库1.实体模型及有限元模型现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模.类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型边界上方便地施加载荷.但是，几何实体模型并不参与有限元分析.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（节点或单元上）进行求解.由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分Meshing几何实体模型有限元模型ANSYS中的图元(即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用ANSYS建模工具修改传入的模型.)下图示意四类图元.•体(3D模型)由面围成，代表三维实体.•面(表面)由线围成.代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）.•线(可以是空间曲线)以关键点为端点，代表物体的边.•关键点(位于3D空间)代表物体的角点.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元,以及它们之间的层次关系.ANSYS中图元(续)层次关系从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为：•关键点（Keypoints）•线（Lines）•面（Areas）•体（Volumes）提示:如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesI’lljustchangethislineLinesKeypointsAreasOOPs!2.布尔操作选择图形类型.将弹出选取菜单(见下页)提示选择图形进行布尔操作.要使用布尔操作:MainMenu:Preprocessor-Modeling-OperateProcedure1......2......3......选择一种布尔操作(例如：Add)四、加载、求解Objective4-1.列表和分类载荷ANSYS中的载荷可分为:•自由度DOF-定义节点的自由度（DOF）值(结构分析_位移、热分析_温度、电磁分析_磁势等)•集中载荷-点载荷(结构分析_力、热分析_热导率、电磁分析_magneticcurrentsegments)•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-作用在体积或场域内(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)加载Objective4-2a.加载.可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载.在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力加载(续)+几何模型加载独立于有限元网格.重新划分网格或局部网格修改不影响载荷.+加载的操作更加容易,尤其是在图形中直接拾取时.直接在实体模型加载的优点:Guidelines加载(续)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。实体模型加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上FEA模型沿线均布的压力均布压力转化到以线为边界的各单元上加载(续)输入一个压力值即为均布载荷,两个数值定义坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面MainMenu:Solution-Loads-ApplyPressureOnLines加载面力载荷拾取Line加载(续)VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点(I)线性变化到第二个关键点(J)。如果加载后坡度的方向相反,将两个压力数值颠倒即可。加载面力载荷（续）加载(续)轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D结构上。3-D轴对称结构可用一2-D轴对称模型描述。加载轴对称载荷10”直径5”半径轴对称模型3-D结构对称轴加载(续)加载轴对称载荷,注意以下方面:–载荷数值(包括输出的反力)基于360度转角的3-D结构。–在右图中，轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。TotalForce=2pr=47,124lb.准则3-D结构2-D有限元模型Axisofsymmetry加载(续)在关键点加载位移约束:加载约束载荷MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnKeypoints+procedure1......2......3......Expansionoption可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上拾取keypoints例要固定一边，只要拾取关键点6、7,并设置allDOFs=0和KEXPND=yes.K6K7加载(续)加载约束载荷（续）在线和面上加载位移约束:MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnLines+OROnAreas+步骤1......2......3......4-1.求解结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据求解时模型是否准备就绪?在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容:•统一的单位•单元类型和选项•材料性质参数–考虑惯性时应输入材料密度–热应力分析时应输入材料的热膨胀系数•实常数(单元特性)•单元实常数和材料类型的设置•实体模型的质量特性(P