第2章ANSYS有限元分析基本步骤

第2章有限元分析基本步骤2基本步骤2.1ANSYS有限元分析典型步骤2.2有限元模型的建立2.3加载和求解2.4结果后处理32.1ANSYS有限元分析典型步骤•ANSYS有限元典型分析大致分为三大步骤：1）建立有限元模型；2）加载和求解；3）结果后处理和结果查看。42.2有限元模型的建立•建立有限元模型的步骤可以细分为以下几个流程：1）指定工作文件名和标题名；2）定义单元类型；3）定义材料属性；4）创建有限元模型。52.2有限元模型的建立•2.2.1指定工作文件名和标题名•在建立工作文件名和标题之前，首先应修改工作路径，将所要进行的有限元分析保存在某一特定路径的文件夹中，以便查看和编辑所做的分析。修改路径的方法为：•命令：/FILNAME,FNAME•GUI:【UtilityMenu】（实用菜单）/【File】（文件）/【ChangeDirectory】弹出浏览文件夹对话框，指定有限元分析所要放置的路径及文件夹名。62.2有限元模型的建立•建立和修改工作文件名工作文件名的建立是在进入前处理器之前完成的。工作文件名也就是ANSYS为存储在工作空间中的文件取的名字。为不同的有限元建立与分析内容相关的工作文件名是一个良好的习惯。建立或修改工作文件名的方法如下：•命令：/FILNAME•GUI:【UtilityMenu】（实用菜单）/【File（文件）】/【ChangeJobname】弹出【ChangeJobnamed】对话框，在【[/FILNAM]Enternewjobname】输入栏中输入工作文件名。72.2有限元模型的建立•创建标题名标题名最直观的作用是用简洁的英文语句标示当前分析的某种信息，如分析对象、分析工况、分析性质等。建立或修改标题名的方法如下：•命令：/TITLE•GUI:UtilityMenu（实用菜单）】/【File】（文件）/【ChangeTitle】弹出【ChangeTitle】对话框，在【/[TITLE]Enternewtitle】输入栏中输入标题名。82.2有限元模型的建立•2.2.2定义单元类型ANSYS单元库提供了逾百种不同的单元。为了方便用户正确识别这些单元，ANSYS建立了针对不同问题的单元类型，并根据单元类型的特点为每个单元命名。单元命名格式为：单元类型前缀名+数字编号，此数字编号在ANSYS单元库中是没有重复的。例如，BEAM188是一个杆单元，BEAM表示该单元属于杆单元。由于杆单元类中还包含其他许多单元，如BEAM189单元等，所以还要用数字编号188来标识此特定单元。由于数字编号独一无二、没有重复的。92.2有限元模型的建立•定义单元类型的方法：GUI：【MainMenu】（主菜单）/【Preprocessor】（前处理器）/【ElementTypes】（单元类型）/【Add】（增加）/【Edit】（编辑）/【Delete】（删除），弹出ElementTypes（单元定义）对话框。在弹出的对话框中选择需要的单元类型。102.2有限元模型的建立•2.2.3定义材料属性ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。例如，在进行结构分析时，要输入材料的弹性模量和泊松比等。定义材料属性的方法•单击【MainMenu（主菜单）/【Preprocessor】（前处理器）/【MaterialProps】（材料属性）/【MaterialModels】（材料模型），弹出【DefineMaterialModelBehavior】（定义材料模型）对话框，单击右侧列表框中的结构模型【Structural】/【Linear】（线性）/【Elastic】（弹性）/【Isotropic】（各向同性），表明要定义的材料是各向同性线弹性材料。如图2-1所示。112.2有限元模型的建立图2-1122.2有限元模型的建立•单击【Isotropic】，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】对话框，见图2-2。在【EX】输入栏中输入弹性模量，在【PRXY】输入栏中输入泊松比。如图2-2所示。图2-2132.2有限元模型的建立•2.2.4创建有限元模型ANSYS提供了两种方法来构建有限元模型，一种是首先创建或导入实体模型，然后对实体模型进行网格划分，以生成有限元模型；另一种是直接利用单元和节点生成有限元模型。第二种方法非常困难，在实际工作中是不实用也不常用。142.2有限元模型的建立•利用第一种创建有限元模型的方法有以下几个步骤:1）创建或导入实体模型。2）网格划分前的准备工作。3）对实体模型进行网格划分。152.3加载和求解•加载和求解步骤可细分为如下步骤。1）定义分析类型和设置分析选项。2）施加载荷。3）设置载荷步选项。4）求解。162.3加载和求解•2.3.1定义分析类型和设置分析选项ANSYS可以求解7种不同类型的分析，分别是静态分析、瞬态分析、谐振分析、模态分析、频谱分析、屈曲分析和子结构分析。定义分析选项的方法为：•GUI：【MainMenu】/【Solution】（求解器）/【AnalysisType】（分析类型）/【NewAnalysis】（新的分析）。172.3加载和求解•2.3.3选择求解方法选择合适的求解方法GUI操作如下：【MainMenu】/【Solution】（求解器）/【AnalysisType】（分析类型）/【Sol’nControls】（求解控制），弹出【SolutionControls】对话框，如图2-15所示。182.3加载和求解图2-3ANSYS14.5求解器选择192.3加载和求解•2.3.4求解选择好求解器后，可进行求解，方法如下：•GUI：MainMenu】/【Solution】（求解器）/【Solve】（求解）/【CurrentLs】（当前载荷步）。202.4结果后处理•有限元计算完成后，需要查看分析结果。分析结果的查看通过后处理器来完成。所谓后处理器，就是观察和分析有限元的计算结果，并从结果判定计算是否正确。•ANSYS后处理器包括两个模块，通用后处理器POST1和时间历程后处理器POS26。212.4结果后处理•进入通用后处理器的方法如下：GUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】（通用后处理器）。图2-4所示为在通用后处理器中显示的某平面应力问题的分析结果示意图。22图2-4232.4结果后处理•时间历程后处理器进入时间历程后处理器的方法如下：•GUI:【MainMenu】/【TimeHistPostproc】（时间历程后处理器）。图2-4所示为在通用后处理器中显示的某平面应力问题的分析结果示意图。图2-5为某节点反作用力与时间的关系图。242.4结果后处理图2-5