有限元分析软件的讲解

有限元分析软件-ansys•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，疲劳分析第二章ANSYS基本使用方法典型分析过程•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solve•3.后处理•1）查看分析结果•2）检验结果A1XYZ一、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三、后处理•计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告•结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表•图形：云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、纹理•各种结果动画显示，可独立保存及重放•3D图形注注释功能•直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形•·计算结果排序、检索、列表及再组合•·钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位•梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果；显示梁单元弯矩图•显示优化灵敏度及优化变量曲线•提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算•显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算9ANSYS有两个后处理器:•通用后处理器(即“POST1”)只能观看整个模型在某一时刻的结果(如：结果的照相“snapshot”).•时间历程后处理器(即“POST26”)可观看模型在不同时间的结果。但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。Objective四、利用有限元软件进行工程分析所有的通用有限元软件都包括：前处理、求解器、后处理三个有逻辑顺序的模块。在进行实际工程分析时，也该按照以上三个模块来进行。进入求解器进行求解（设定分析步骤，输出变量）前处理（建模、材料特性、单元选择及网格划分）进入后处理（变形图、等值线图，列表显示等等后处理）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solve•3.后处理•1）查看分析结果•2）检验结果A1XYZ12ANSYS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.13物理系统举例几何体载荷物理系统结构热电磁14有限元模型真实系统有限元模型有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。定义15自由度（DOFs）自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。结构DOFs结构位移热温度电电位流体压力磁磁位方向自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ16节点和单元节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。载荷载荷17节点和单元信息是通过单元之间的公共节点传递的。分离但节点重叠的单元A和B之间没有信息传递（需进行节点合并处理）具有公共节点的单元之间存在信息传递...AB........AB...1node2nodes18节点和单元节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三维杆单元(铰接)UX,UY,UZ三维梁单元二维或轴对称实体单元UX,UY三维四边形壳单元UX,UY,UZ,三维实体热单元TEMPJPOMNKJIL三维实体结构单元ROTX,ROTY,ROTZROTX,ROTY,ROTZUX,UY,UZ,UX,UY,UZ19单元形函数•FEA仅仅求解节点处的DOF值。•单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。•因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。•单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。•单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。