应用有限元分析工程实例-2

§3ANSYS使用方法3.1ANSYS的求解功能及求解类型可用于固体力学、流体力学、传热学、渗流场、电磁场等计算求解分类（以固体力学为例）（1）线性静力（响应量与时间无关）物理参数为常数、边界条件为线性且与时间无关、小变形（小变形/小应变）。（2）非线性静力（响应量时间无关）物理参数为非常数、边界条件为非线性且与时间无关、大变形（大变形/大应变）、或具有上述三项中的任何一项（3）线性动力（响应量时间有关）物理参数为常数、边界条件为线性且与时间有关、小变形（小变形/小应变）。（4）非线性动力（响应量时间有关）物理参数为非常数、边界条件为非线性且与时间有关、大变形（大变形/大应变）。3.2ANSYS的程序结构结构简介（三大部分，程序主屏菜单）3.3有限元模型的建立（1）两种建模方法：基于节点的方法：基于几何的方法转入由CAD软件建立的几何模型在FEM中建立几何模型依次建立节点和单元，针对节点和单元边界处理边界条件1几何模型网格剖分2针对几何元素处理边界条件3针对节点和单元边界处理边界条件4或1、2结合处理边界条件*可以两种方法结合建立FEM模型。*基于节点的方法是最早的方法。*基于几何的方法比较方便。（2）三种操作方法：（3）建模方法举例例3-1三维实体元模拟固定端梁三种操作方法命令流方法交互式方法1、基于节点的方法、交互式操作2、基于节点的方法、命令流操作：命令流见附件W3-1a3、基于几何的方法、交互式操作4、基于几何的方法、命令流操作:命令流见附件W3-1b交互式和命令流结合方法由节点建立一个单元建立节点由一个单元生成6个单元在节点处理位移约束在单元面上处理面力基于节点的FEM模型建立将长方体剖分为单元建立几何体：长方体在几何元素上处理边界条件在几何元素上处理边界条件自动转换到FEM模型上（用户不需要操作）基于几何的FEM模型建立（4）命令流使用方法*点击ANSYS主屏幕左上角的“File”，弹出下左图。*点击下左图的“ReadInputfrom…”,弹出下右图。*在弹出的下右图中，选中含有命令流的文件名，比如“W3-1b.txt”，点击“OK”，则程序自动执行命令流文件中的命令（5）读入CAD模型方法ANSYS可以读入CAD软件建立的几何模型，方法如下：*点击ANSYS主屏幕左上角的“File”，弹出如下图所示的菜单。*点击图中的“Import”，则弹出下中图。*在下中图中，最右边5行代表ANSYS可以读入的CAD图形格式。点击其中任一个，比如点击“sat…”，则弹出下右图。*选中含有CAD的文件名，比如“cifalan.sat”，点击“OK”，则程序读入CAD模型，并在屏幕上显示CAD模型，（6）命令流与CAD模型读入相结合的方法命令流定义单元、材料等读入CAD模型命令流定义边界条件、求解、后处理等建立一个文件，比如：W3-2.txt，其中含有读入CAD的命令流，直接执行该文件即可完成FEM计算。++读入的高压容器齿封盖1/20CAD模型（7）坐标系及其使用方法文件：W3-3.txt总体坐标系局部柱坐标系局部直角坐标系*总体坐标系可以是直角系、柱坐标系、球坐标系。*柱坐标系又分为以y轴或以Z轴为旋转轴。*先定义坐标系，再进入某一坐标系，则该坐标系即为当前坐标系。*利用工作平面所在的坐标系。局部球坐标系（9）ANSYS的其他建模功能几何模型*关键点的拷贝、旋转*线、面、体的拷贝、旋转、拉伸*几何体的布尔操作：切、合、布尔交、布尔减、倒角等*关键点合并、关键点号压缩FEM模型*节点合并、节点号压缩*节点和单元的拷贝、旋转ADPL语言的使用（10）与SOLIDWORKS/SOLIDEDGE集成的FEM方法在SOLIDWORKS/SOLIDEDGE系统中采用CAD方法建立几何模型，然后直接进入FEM系统中，定义材料、处理边界条件、求解等，便可完成有限元计算。优点：（1）造型方便、快捷；（2）处理多体连接很方便。缺点：计算精度会随模型变化。举例：大型自动化采煤液压支架（高度5米,200多个几何体组成）强度计算。在云图中标出应力值3.2ANSYS的求解器FEM法需要求解代数方程组，ANSYS提供有多种求解方法：波前求解器稀疏矩阵直接求解器PCG求解器（预置条件共轭梯度求解器）JCG求解器（雅可比共轭梯度求解器）ICCG求解器（不完全乔列斯基共轭梯度求解器）等3.3ANSYS的后处理两种后处理模块：通用后处理：POSTPROC动态后处理：TIMEHISTPRO常用后处理功能：*变形图举例文件：W3-4fenggai.txt*变形动画显示*变形云图*10种应力云图*云图上响应量标注*响应量（如应力）-位置曲线*频率和振型举例文件：W3-5trus-mod.txt动态后处理功能*响应量-时间曲线举例文件：W3-6dynamin.txt（位移、速度、加速度、应力等）*响应量数值列表