ANSYS基本过程手册

ANSYS使用手册 第1章开始使用ANSYS1.1完成典型的ANSYS分析ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。在ANSYS分析指南手册中有关于它开展不同工程应用领域分析的具体过程。本章下面几节中描述了对绝大多数分析皆适用的一般步骤。一个典型的ANSYS分析过程可分为三个步骤：z建立模型z加载并求解z查看分析结果1.2建立模型与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费ANSYS用户更多时间。首先必须指定作业名和分析标题，然后使用PREP7前处理器定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。1.2.1指定作业名和分析标题该项工作不是强制要求的，但ANSYS推荐使用作业名和分析标题。1.2.1.1定义作业名作业名是用来识别ANSYS作业。当为某项分析定义了作业名，作业名就成为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。（这些文件的扩展名是文件类型的标识，如.DB）通过为每一次分析给定作业名，可确保文件不被覆盖。如果没有指定作业名，所有文件的文件名均为FILE或file（取决于所使用的操作系统）。可按下面方法改变作业名。z进入ANSYS程序时通过入口选项修改作业名。可通过启动器或ANSYS执行命令。详见ANSYS操作指南。z进入ANSYS程序后，可通过如下方法实现：命令行方式：/FILENAMEGUI：UtilityMenuFileChangeJobname/FILENAME命令仅在Beginlevel（开始级)才有效，即使在入口选项中给定了作业名，ANSYS仍允许改变作业名。然而该作业名仅适用于使用/FILNAME后打开的文件。使用/FILNAME命令前打开的文件，如记录文件Jobname.LOG、出错文件Jobname.ERR等仍然是原来的作业名。1.2.1.2定义分析标题/TITLE命令(UtilityMenuFileChangeTitle)可用来定义分析标题。ANSYS系统将在所有的图形显示、所有的求解输出中包含该标题。可使用//STITLE命令加副标题，副标题将出现在输出结果里，而在图形中不显示。1.2.1.3定义单位ANSYS软件没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用任意一种单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位（对所有输入数据单位必须一致）。对尺寸按照微米规则的微电子力学系统（MEMS），参见ANSYS藕合场分析指南中的单位制的转换规则。使用/UNITS命令，可在ANSYS数据库中设置标记指定正在使用的单位制，该命令不能将一个单位制的数据转换到另一单位制，它仅仅为后续的分析作一个记录。1.2.2定义单元的类型在ANSYS单元库中有超过150种的不同单元类型，每个单元类型有一个特定的编号和一个标识单元类别的前縀，如BEAM4,PLANE77,SOLID96等，下面一些单元类型可用：BEAMCIRCUitCOMBINationCONTACtMESHPIPEPLANEPRETS(Pretension) FLUIDHF(HighFrequency)HYPERelasticINFINiteINTERfaceLINKMASSMATRIXSHELLSOLIDSOURCeSURFaceTARGEtTRANSducerUSERVISCOelastic(orviscoplastic)单元类型决定了单元的：z自由度数（又代表了分析领域—结构、热、磁场、电场、四边形、六面体等）z单元位于二维空间还是三维空间如BEAM4有6个结构自由度(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)，是一个线性单元，可在3D空间建模。PLANE77有一个温度自由度（TEMP），是8节点的四边形单元，只能在2D空间建模。必须在通用前处理器PREP7内定义单元类型，使用ET命令族(ET,ETCHG等)或基于GUI的等效命令来实现。详见ANSYSCommandsReference（ANSYS命令参考手册）。通过单元名并给定一个单元参考号定义单元。例如，下面的两个命令分别定义了两种单元类型：BEAM4和SHELL63，并给它们分配了相应的参考号1和2：ET,1,BEAM4ET,2,SHELL63与单元名对应的类型参考号表称为单元类型表。在定义实际单元时，可通过TYPE（MainMenuPreprocessorCreateElementsElemAttributes）命令指向恰当的类型参考号。许多单元类型有称为KEYOPTs的另外选项，称之为KEYOPT（1），KEYOPT（2）等。例如对于BEAM4的KEYOPT(9)允许选择在每个单元的中间位置处计算结果。对于SHELL63的KEYOPT(3)允许抑制过度的位移变形。可通过ET命令、KEYOPT命令（MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete)指定KEYOPTs。1.2.3定义单元实常数单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例如2D梁单元BEAM3的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和附加的单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元可以有不同的实常数值。可通过R族命令（R,RMODIF等）或相应的等效菜单路径来指定实常数，进一步信息见ANSYSCommandsReference（ANSYS命令参考手册）。对应于单元类型，每组实常数有一个参考号，与实常数组对应的参考号表称为实常数表。在定义单元时可通过REAL命令(MainMenuPreprocessorCreateElementsElemAttributes)来指定它对应的实常数号。在定义实常数时，必须牢记以下规则：z当使用R族命令时，必须按照ANSYSElementsReference（ANSYS单元参考手册）中表4.n.1所示的顺序为每个单元类型输入实常数。z当用多种单元类型建模时，每种单元类型使用独自的实常数组（即不同的实常数参考号）。如果多个单元类型参考相同的实常数号，ANSYS会发出一个警告信息，然而每个单元类型可以参考多个实常数组。z使用RLIST和ELIST命令可以校验输入的实常数。RKEY=1（如下所示）时，RLIST列出所有实常数组的实常数值，ELIST,,,,,1命令产生一个简单易读的列表，包括每个单元、实常数号和它们的值。Command(s):ELIST GUI:UtilityMenuListElementsAttributes+RealConstUtilityMenuListElementsAttributesOnlyUtilityMenuListElementsNodes+AttributesUtilityMenuListElementsNodes+Attributes+RealConstCommand(s):RLISTGUI:UtilityMenuListPropertiesAllRealConstantsUtilityMenuListPropertiesSpecifiedRealConstz对于一维和面单元需要几何数据（截面积、厚度、直径等），这些数据都被作为常数。可以通过下列命令查看输入值。Command(s):/ESHAPEandEPLOTGUI:UtilityMenuPlotCtrlsStyleSizeandShapeUtilityMenuPlotElementsANSYS采用实体单元显示单元，对于Link和壳单元使用矩形截面显示。管单元使用圆形截面显示。截面特性取决于实常数值。1.2.3.1创建横截面如果使用BEAM188或BEAM189创建模型，可以在建模时使用截面命令（SECTYPE,SECDATA等（MainMenuPreprocessorSections-Beam-CommonSects））来定义或使用横截面。关于如果使用BeamTool创建截面请参阅ANSYSAdvancedAnalysisTechniquesGuide中的梁分析和横截面（《ANSYS高级分析技术指南》）。1.2.4定义材料特性绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可以是线性（见线性材料特性）或非线性（见非线性材料特性）。与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。与材料特性组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能有多个材料特性组（对应的模型中有多种材料）。ANSYS通过独特的参考号来识别每个材料特性组。当定义单元时，可以通过MAT命令来指定合适的材料参考号。1.2.4.1线性材料特性线性材料特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异性的，用下列方式定义常数材料特性（各向同性或正交异性）Command(s):MPGUI:MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels（详见GUI中的材料模型界面）同样要指定恰当的材料特性标号，如EX,EY,EZ表示弹性模量，KXX,KYY,KZZ表示热传导性等。对各向同性材料，只要定义X方向的特性，其它方向的特性缺省值与X方向同，如：MP,EX,1,2E11!材料参考号1的弹性模量为2E11MP,DENS,1,7800!材料参考号1的密度为7800MP,KXX,1,43!材料参考号1的热传导系数为43除了Y方向和Z方向特性的缺省值（缺省值取X方向的特性），可采用其它的材料特性缺省值来减少输入量。如泊松比（NUXY）缺省值取0.3，剪切模量（GXY）的缺省值取EX/2(1+NUXY))，发散率缺省值取1.0。详见ANSYS单元参考手册。同样可通过GUI从材料库中选择常数，各向同性，线性材料特性。对10种材料的四种单位制有弹性模量、密度、热膨胀系数、泊松比、热传导系数及特定的热供选择。注意：材料库中的特性值是为了方便而提供的，这些数值是材料的典型值，供用户进行基本分析及一般应用场合，用户必须自己对输入数据负责。要定义温度相关的材料特性，可使用MP命令并结合MPTEMP或MPTGEN，同样可使用 MPTEMP和MPDATA命令。MP命令允许定义以多项式的形式定义温度函数的材料特性，多项式可以是线性、二次的、立方形式的或四次的。特性=C0+C1T+C2T2+C3T3+C4T4Cn为系数、T为温度。可通过MP命令的变元C0、C1、C2、C3、C4输入系数，如果仅指定C0，则材料特征为常量。如果指定C0和C1，则材料特征随温度线性变化；等等。当按上述方法定义温度相关的特性时，程序用点间线性插值方法（即：分段线性表达式）计算离散温度点的多项式值，而在端点外则使用等值外插值方法。在MP命令之前，必须使用MPTEMP或MPTGEN命令为二次或更高次特性定义合适的温度步长。第二种定义温度相关的材料特性的方法是：运用MPTEMP和MPDATA命令组合。MPTEMP(或MPTGEN)命令定义一系列温度。通过MPDATA命令定义相应的材料特性值。例如；下列命令定义材料号4与温度有关的焓：MPTEMP,1,1600,1800,2000,2325,2326,2335!6个温度数据点(temps1-6)MPTEMP,7,2345,2355,2365,2374,2375,3000!6个以上的温度数据点(temps7-12)MPDATA,ENTH,4,1,53.81,61.23,68.83,81.51,81.55,82.31!对应的焓值MPDATA,ENTH,4,7,84.48,89.53,99.05,112.12,113.00,137.40!如果特性数据点的数量与温度数据点数不相等，ANSYS程序仅使用定义特性函数表的具有两类数据点的位置。要为下一个材料特性定义一组不同的温度，首先须通过执行MPTEMP命令（不带任何变元）删除当前的温度表，然后定义新的温度（使用MPTEMP或MPTGEN命令）。