ANSYS-APDL入门

AccidenceofANSYSANSYS入门BriefIntroductionofANSYSSoftwareANSYS软件诞生于上实际70年代，在有限元的发展史上，一直作为一个重要成员存在，在激烈的市场竞争中，生存下来并不断发展壮大，目前是世界上最有影响的有限元软件之一。以ANSYS软件本身为平台，为其他各专业有限元软件提供前后处理支持，以服务实际工程为背景，尽量使用成熟的技术，减少理论研发的风险。ANSYS的主要功能模块多物理场模块Multi-Physics结构分析模块Mechanical电磁分析模块EMAG等流体动力学分析模块CFX等瞬态动力学LS-DYNA专业分析模块CivilFEM等Mechanical广义的力学模块包括结构分析稳态，瞬态热分析渗流分析与热能与动力工程相关的分析功能静力分析动力分析瞬态分析谱分析屈曲分析有限元分析问题的组成对几何模型的模拟（建立几何模型）对物理模型的模拟（建立材料模型）对工艺过程的模拟（建立分析过程）结果的整理和判断参数的调整常用模块组成通用前处理模块(Pre7)求解模块(Solu)通用后处理模块(Post1)时间历程后处理模块(Post26)优化模块(Optim)第一部分:通用前处理模块通用前处理模块通用前处理模块构成单元选择材料定义几何建模网格划分模型局部调整施加荷载直接建立节点和单元单元属性单元属性是指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征。这些特征包括:单元类型材料属性实常数单元命名规则ANSYS单元Solid65单元属性单元编号Shell,Plane,Beam,Mass,Link,Combination,Contact其他单元:定义单元类型1.选择Add。2.选择Help得到关于单元类型的信息。3.选择单元分类。4.选择单元类型。5.选择OK。MainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete单元选择单元附加选项KeyOption用于定义单元内部的一些功能选择（积分点布置，应力输出……）RealConstant用于定义一些单元的几何属性或附加功能（板的厚度，混凝土的配筋率，接触面的摩擦系数）Section用于定义一些梁、单元的截面性质ANSYSRealConstant实常数是针对某一单元的几何特征,例如:梁单元的横截面积壳单元的厚度选择了单元类型后，定义单元实常数。分析用中到的单元的实常数，可以查阅单元在线帮助.注意并不是所有的单元都需要实常数。定义“实常数”MainMenu:PreprocessorRealConstants1.选择Add。2.选择要定义的实常数是针对哪种单元类型。3.输入实常数。4.选择OK。5.如果要定义另一实常数，选择Add并重复以上操作。举例Beam3平面2节点梁单元3个KeyOptionKeyOption(6)：是否输出单元坐标节点荷载KeyOption(9)：是否输出梁其他截面的结果KeyOption(10):梁表面荷载定义是绝对坐标还是相对坐标举例Beam3(续)RealConstantAREA:截面积IZZ:惯性矩HEIGHTS:梁高度SHEARZ：剪切变形参数ISTRN:初始应变ADDMAS:附加质量通用前处理模块单元选择材料定义几何建模网格划分模型局部调整施加荷载直接建立节点和单元材料属性基本材料属性弹性模量，泊松比，密度，热容，导热率，阻尼比附加材料属性屈服，开裂，硬化MainMenu:PreprocessorMaterialProperties材料属性定义举例：一级钢材基本材料属性弹性模量200GPa，泊松比0.3，密度7800kg/m3附加材料属性：等强硬化双线性弹塑性屈服强度215MPa硬化模量2GPa通用前处理模块单元选择材料定义几何建模网格划分模型局部调整施加荷载直接建立节点和单元实体模型及有限元模型有限元分析模型基本上都用实体模型建模，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。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)。几何实体模型和有限元模型的来源共有四种途径创建ANSYS模型，如下表所示：OptionCADPackageANSYSA1.Buildsolidmodel.2.Meshfiniteelementmodel.B1.Buildsolidmodel.2.Defeatureasneeded.3.Exportsolidmodel.1.Importsolidmodel2.Completeormodifyasneeded.3.Meshfiniteelementmodel.CBuildthenodesandelementsdirectlyasneeded.D1.Buildsolidmodel2.Defeatureasneeded.3.Meshfiniteelementmodel.4.Exportfiniteelementmodel.Importfiniteelementmodel几何模型ANSYS的几何模型严格按照“点－线－面－体”来组成。建立模型几何方式建模。通过点、线、面、体等几何组件建立分析对象的几何模型（不包括力学行为等物理行为）。建模完成后再赋予相应的物理属性准备网格划分。建立模型学会使用选择集ANSYS允许用户对模型中的各个元（点，线，面，体，节点，单元）建立集合，按集合对这些元素进行操作。对于复杂模型，建立关系清晰的集合模型会大大方便后续分析工作。推荐：对相同属性的元素都建立相应的选择集，后续分析直接对这些选择集进行操作。工作平面WorkPlane工作平面(WP)是一个可移动的参考平面，类似于绘图板。wywxxy工作平面原点辅助网格，间距可调工作平面WorkPlaneUtilityMenu:WorkPlane工作平面控制移动工作平面的选项有关坐标系统的选项(将在以后的课程中讨论)调整工作平面ANSYS建模时，默认的坐标系是工作平面坐标系。调整工作平面坐标系的位置、角度等，可以进行各种复杂的体变换操作。Reflect,Divide….调整工作平面坐标系全局坐标系(Global)直角坐标系柱坐标系球坐标系结果坐标系ANSYS图元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。ANSYS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。AreasVolumeKeypointsLinesArea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)代表物体的角点基本体素体素是指预先定义好的、具有共同形状的面或体。创建体素MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create选择以“＋”结尾的菜单，将弹出拾取菜单(见下页），提示通过拾取方式创建体素。选择ByDimensions...将弹出对话框，提示输入体素的坐标。对话框示例布尔操作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,subtract,intersect,divide,glue以及overlap.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。WZWYWX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（intersect）布尔操作的结果重要的体元素布尔操作Add：将两个体合并为一个体Subtract：两个体相减Overlap:两个体叠加Glue:两个体合并公用面Divide：分割两个体布尔操作(续)MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate选择图形类型.将弹出选取菜单提示选择图形进行布尔操作选择一种布尔操作(例如：Add)注意事项灵活利用工作平面和体操作可以实现各种复杂变换，但是变换过程可能需要经过若干步骤。建立完复杂形体后，建议将复杂形体分割为若干个简单的形体，便于后期分网操作。主要是经验的积累。鼠标键功能总结ModeLeftMouseButtonMiddleMouseButtonRightMouseButtonModelViewingPanZoomorRotateaboutz-axisRotateaboutx,yaxesGraphicalPickingPickApplyPick/UnpickOn-LineHelpPrevioussegmentNextsegment网格划分网格划分方式ANSYS主要提供了三种网格划分方式：自由网格划分(Free)映射网格划分(Mapped)扫掠网格划分(Sweep)自由网格划分Smart网格划分—根据模型曲率来决定网格划分。根据单元大小、或者线分段、面分割来划分网格。二维网格划分问题不大，三维网格划分目前自由网格划分只能划分四面体网格，不能划分六面体网格。自由网格划分例子映射网格划分当体的面数量不大于6个时，可以使用映射网格划分面。也可以划分多于六个面的实体。扫掠网格划分当体有两个对应的面时，可以使用扫掠网格划分来建立6面体网格。网格划分网格划分主要包括以下四个步骤:1.定义单元属性(单元类型、实常数、材料属性)。2.设定网格尺寸控制(控制网格密度)。3.网格划分以前保存数据库。4.执行网格划分。进行网格划分MainMenu:PreprocessorMeshTool1.给图元定义单元属性(体、面等)。2.设定网格密度控制。3.保存DB,然后执行网格划分。4.将出现拾取对话框，提示拾取要划分网格的图元.拾取后选择OK或Apply。清除网格MainMenu:PreprocessorMeshTool出现拾取框后，在图形窗口中拾取要清除的图元.并选择OK或Apply执行。ChooseClear.网格划分的注意事项建立几何模型的时候就尽量考虑分网的方便。在对体分网前最好先对体所附着的线进行分。割，控制该边的网格密度，必要是还可以对面进行网格划分，以更好控制网格形态。分网很少一遍成功，分网前最好保存存档，条件允许的情况下尽量多试一些分网方案，以求得精度和计算代价的均衡。通用前处理模块单元选择材料定义几何建模网格划分模型局部调整施加荷载直接建立节点和单元模型局部调整自由度的耦合接触对的生成特殊单元的添加对模型进行复查根据模型大小调整内存，硬盘空间分配通用前处理模块单元选择材料定义几何建模网格划分模型局部调整施加荷载直接建立节点和单元施加荷载ANSYS结构分析里面的荷载主要有以下一些：位移集中力（弯矩）分布力加速度激励谱（位移，速度，加速度）温度载荷分类自由度DOF-定义节点的自由度（DOF）值例如:结构分析-位移、热分析-温度等。集中载荷-点载荷例如:结构分析-力、热分析-热导等。面载荷-作用在表面的分布载荷例如:结构分析-压力、热分析-热对流等。体积载荷-作用在体积或场域内例如:热分析-体积膨胀、内生成热等。惯性载荷-结构质量或惯性引起的载荷例如:重力、角速度等。加载可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载。实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点处约束在关键点处约束加载(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