第一讲 有限元软件及ANSYS的运用

有限元法及ANSYS简介退出下一页主讲：谢开仲结构分析软件应用与开发——研究生课程讲义知识点：•有限元法•ANSYS的功能下一页1.1有限元法简介1.有限元法概念2.有限元法发展基本思想的产生：1943年，Courant首次提出有限元名词：1960年，Clough高速发展：最近30多年，有SAP、ADINA、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、LS-DYNA、MARC等等3.常用术语单元节点节点力和节点荷载边界条件位移函数收敛准则1.2有限元法分析过程1.结构离散化2.选择位移插值函数3.分析单元的力学特征4集合所有单元的平衡方程5由平衡方程求解未知节点位移和计算单元应力6整理并输出结果7结合计算结果进行后续分析，得到问题的最终分析结果1.3有限元通用程序的特点和要求特点：1.实现有限元理论2.可以选择单元以适应各种结构3.能处理不同本构方程的材料4能合成并解算大型方程组5能控制计算的误差6具备图像显示功能7用户可自行插入或修改程序8有培训和维护的能力要求：1结构化2模块化1.4结构分析特点1结构分析目的■结构的变形状态■结构内部的受力（应力）状态2求解的方法■精确方法■近似方法1.5ANSYS简介1ANSYS发展过程ANSYS公司创立——1970年，JohnSwanson博士(美国匹茨堡大学教授)通过ISO90001质量体系认证——1995年美国机械工程协会(ASME)、美国核安全局(NQA)及近二十种专业技术协会认证首个在我国压力容器标准化技术委员会认证的分析软件2使用环境硬件：PC机NT工作站UNIX工作站大型计算机软件：各种操作系统接口：多种CAD软件1.5ANSYS简介3工程应用1.5ANSYS简介3工程应用NODALSOLUTIONSTEP=1SUB=2FREQ=6.041USUM(AVG)RSYS=0PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX=.001409SMX=.001409MNMXXYZ0.157E-03.313E-03.470E-03.626E-03.783E-03.939E-03.001096.001252.001409NODALSOLUTIONSTEP=1SUB=5FREQ=37.791USUM(AVG)RSYS=0PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX=.002992SMX=.002992MNMXXYZ0.332E-03.665E-03.997E-03.00133.001662.001995.002327.00266.0029921.5ANSYS简介3工程应用1.5ANSYS简介3工程应用1.5ANSYS简介3工程应用1.5ANSYS简介3工程应用1.6ANSYS的主要模块一般前处理器（GeneralPreprocessor，Prep7）求解处理器（SolutionProcessor，SOLU）一般后处理器（GeneralProcessor，POST1）优化处理器（OptimizationProcessor，OPT）时域后处理器（TimeDomainPostprocessor,POST26）1.7ANSYS运行环境模块选择1.7ANSYS运行环境文件管理1.7ANSYS运行环境用户管理/个人设置程序初始化等1.8ANSYS界面下拉式菜单（应用命令菜单）UtilityMenu主菜单MainMenu工具条Toolbar输入窗口InputWindow图形窗口GraphicWindow输出窗口OutputWindow1.9ANSYS的分析过程可分为三个步骤：建立模型加载求解查看结果1.9.1建立模型1指定工作文件名和分析标题指定工作文件名定义分析标题2定义单位3定义单元类型4定义单元实常熟5定义材料特性6建立有限元模型几何建模直接建模1.9.2加载求解1选择分析选项静态/稳态求解模态求解谐响应求解瞬态求解谱求解特征屈曲求解子结构求解1.9.2加载求解2设置分析选项非线性选项LargedeformeffectsNewtou-RaphsonoptionAdaptivedescent线性选项：LinearOptions求解器设置EquationSolverTolerance/LevelSinglePrecisionMemorySave1.9.2加载求解3设置荷载步选项AnalysisOptionSmallDisplacementStaticLargeDisplacementStaticSmallDisplacementTransientLargeDisplacementTransientRestartCurrentTransientTimeControlTimeatendofloadstepAutomatictimesteppingNumberofsubstepsWriteItemstoResultsFilesALLsolutionitemsBasicquantitiesUserselectedFrequency1.9.2加载求解4加载DOF(自由度)约束力表面分布载荷体积载荷惯性载荷耦合场载荷5初始化求解1.9.3查看计算结果1通用后处理器2时间历程后处理器1.10算例KNmKNmmmKNmKNmKNm材料:C30