经典ANSYS教程

第1章ANSYS基本介绍有限元法是20世纪50年代在连续体力学领域——飞机结构的静力和动力特性分析中应用的一种有效的数值分析方法。同时，有限元法的通用计算程序作为有限元研究的一个重要组成部分，也随着电子计算机的飞速发展而迅速发展起来。在20世纪70年代初期，大型通用的有限元分析软件出现了，这些大型、通用的有限元软件功能强大，计算可靠，工作效率高，因而逐步成为结构分析中的强有力的工具。近20多年来，各国相继开发了很多通用程序系统，应用领域也从结构分析领域扩展到各种物理场的分析，从线性分析扩展到非线性分析，从单一场的分析扩展到若干个场耦合的分析。在目前应用广泛的通用有限元分析程序中，美国ANSYS公司研制开发的大型通用有限元程序ANSYS是一个适用于微机平台的大型有限元分析系统，功能强大，适用领域非常广泛。ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件。开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空、航天、电子、汽车、土木工程等各种领域，能够满足各行业有限元分析的需要。初期版本的ANSYS软件功能单一，使用不便，但随着几十年的发展到现在，ANSYS的最新版本已经达到6.1（估计截稿时，最新版本有可能达到7.0），功能更加强大和完善，操作和使用也更加的方便。图形用户界面（GUI）给用户学习和使用ANSYS提供了更加直观的途径。而命令流方式给高级用户提供了更为灵活和高效的分析手段。同时，ANSYS提供的强大和完整的联机说明和系统详尽的联机帮助系统，使用户能够不断深入学习并完成一些深入的课题。ANSYS软件主要包括三个模块：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。在结构分析方面，ANSYS6.1有以下的新特征：z周期对称结构模型的建立和分析更加灵活。z增加了垫圈的模拟。z增加了ANSYS－ADAMS的接口。z增加了铸铁材料模型。z改进了粘弹性分析功能。z可以根据面积的大小决定网格划分的先后顺序。z改进了接触分析的界面。z引入了广义平面应变的单元和选项。本章主要介绍关于ANSYS软件的一些基本概念以及ANSYS6.1的安装过程。1.1ANSYS6.1的安装ANSYS6.1的安装具有标准的Windows程序的安装过程，对于初学者，按照屏幕上的提示一步一步安装即可。ANSYS6.1可以安装于多种操作系统平台：WindowsMe、WindowsNT4.0（推荐ServerPack5）、Windows2000（推荐ServerPack3）、WindowsXP以及UNIX操作系统，建议以Windos2000（Professional、Server均可）作为平台。本书以后的叙述默认的操作系统为Windows2000。1.1.1ANSYS6.1的硬件环境ANSYS6.1对硬件的最小要求如下：z内存为128M。z500M的可用硬盘空间。z倍速的光盘驱动器。z能够支持1024×768（色深为16位）分辨率的显示器和显卡。z鼠标等定点设备。z网络连接设备。应该说明的是：这些要求是ANSYS6.1进行有限元计算的绝对最低要求。求解大型有限元问题对于内存的需求和处理器速度的需求是没有止境的。因此，尽量选用配置更高、速度更快的机器是很有必要的。为了获得较好的视觉效果，建议使用17英寸以上的显示器。1.1.2ANSYS6.1的安装ANSYS的协议服务器（LicenseServer）需要已经配置好的TCP/IP网络协议，本书不打算介绍TCP/IP的配置，关于TCP/IP的配置请参考相关书籍，下文的叙述假定TCP/IP已经正确配置。下面介绍Windows2000系统下ANSYS6.1的安装。在启动安装程序前，最好先关闭其他的Windows应用程序。此外用户还必须有管理员权限。（1）在【我的电脑】或【资源管理器】中双击ANSYS6.1安装程序（Setup.exe），即可开始标准安装过程。（2）安装程序启动后，显示欢迎界面（如图1.1）和向导安装进程（如图1.2）。图1.1ANSYS欢迎画面图1.2InstallShieldWizard安装进度条（3）安装向导安装完成以后，会出现一个询问TCP/IP协议配置的对话框，如图1.3所示，如果TCP/IP已经正确配置，单击【是】按钮，进入下一步，弹出如图1.4所示对话框，其中列出了安装ANSYS6.1所需的操作系统和硬件要求。图1.3确认TCP/IP协议已经安装对话框（4）单击按钮，进入下一步，弹出如图1.5所示对话框。图1.4安装ANSYS6.1所需硬件和操作系统列表图1.5安装类型选择对话框（5）选择ANSYSproductsandlicenseserver（ANSYS产品和协议服务器）单选项，说明将要安装ANSYS程序文件和ANSYS的协议服务器，然后单击按钮，进入下一步，打开ANSYSInstallationOptions（安装选项）对话框，如图1.6所示。（6）用户可选择Typicalinstallation（典型安装）或者Custominstallation（自定义安装），在这里选择典型安装，单击按钮，进入下一步，打开ChooseDestinationLocation（选择安装目录）对话框，如图1.7所示。图1.6安装选项选择对话框图1.7选择安装位置对话框（8）选择ANSYS6.1的安装目录，一般采用默认的安装目录，也可以通过单击按钮来选择指定的其他位置，但是，协议部分（license）仍然要被安装在其默认的位置。确定后单击NEXT按钮，打开SelectProgramFolder（选择程序组）对话框，如图1.8所示。（9）选择ANSYS6.1程序组的名称，采用默认的程序组名，单击按钮，打开StartCopyingFiles（开始拷贝文件）对话框，如图1.9所示。图1.8设定程序组名称对话框图1.9拷贝文件前的确认对话框（10）此时要求用户确认安装ANSYS6.1的设置。如果要更改设置，单击按钮，返回到需要设定有误的步骤重新设定。如果确认安装设置正确无误，单击按钮，弹出一个询问对话框，如图1.10所示。图1.10协议文件确认对话框（11）这时询问是否有协议文件（licensefiles），如果有协议文件，单击【是】按钮，如果没有协议文件，单击【否】按钮退出协议的安装，此时可以继续其他安装过程，在安装完成后可用ANSLIC_ADMIN工具安装协议文件（需要注意的是ANSYS协议服务器只有在安装了协议文件后才能启动，只有协议服务器正常工作的情况下，ANSYS才能启动。）一般情况下，单击【是】按钮，打开图1.11对话框。这时进度条显示复制文件的进度，界面中同时显示一些ANSYS6.1的功能和模块介绍。图1.11安装进度条（12）如果在第11步中单击了【步及以后的步骤。如果在第11步le（指定协议文件位置）选项然后否】按钮则可以跳过本中单击了【是】按钮，则在ANSYS6.1的安装文件复制完毕后，会弹出一个ANSYSFLEXlmLicenseFile（协议文件）对话框，如图1.12所示。（13）选择Browseforthelocationofanexistinglicensefi单击按钮，打开Selectthelicensefile（选择协议文件）对话框，如图1.13所示。图1.12协议文件构造方式对话框图1.13选择协议文件对话框（14）在该对话框中找到协议文件后单击【打开】按钮，弹出如图14所示警告框。1.131.（15）不要理会弹出的警告框，单击【确定】按钮后，又会跳回到第14步，弹出如图所示对话框，此时单击【取消】按钮。图1.14警告对话框（16）在SetupComplete（安装完成）对话框（如图1.15）中，单击按钮，完成ANSYS6.1的安装，然后重启计算机。图1.15安装结束对话框图1.16协议管理对话框1.2ANSYS6.1的启动和配置ANSYS6.1安装完成后，需要指定协议服务器才能正常启动，本节主要介绍ANSYS运行环境的设置。1.2.1指定协议服务器指定协议服务器才能使ANSYS6.1找到协议文件所在的位置。用ANSYS安装程序组的协议管理工具指定协议服务器。（1）单击【开始】|【程序】|ANSYSFLEXlmlicensemanager|ANSLIC_ADMINUtility命令。启动ANSLIC_ADMIN（协议管理）对话框，如图1.16所示。（2）选取LicensingConfiguration（配置协议）选项后单击按钮，出现如图1.17所示的LicensingConfiguration（协议配置）对话框。图1.17协议配置对话框图1.18可用协议服务器列表（3）选取SpecifytheLicenseServer（指定协议服务器）选项，然后单击按钮，出现图1.18所示ListServerSpecifications（协议服务器列表）对话框。（4）单击按钮，弹出AddLicenseServer（添加协议服务器）对话框，如图1.19所示。（5）在PortNumber（端口号）文本框输入对应的协议服务器的端口（默认为1055），在Hostname1（主机名）文本框中输入对应的协议服务器的主机名（根据本章所介绍的安装模式，协议服务器安装在本地，在此文本框中输入读者的机器名即可，比如作者机器名为Yexl）。如果不知道具体的设置，可以参看Licensefile（协议文件）的第一行，如图1.20所示。图1.19添加协议服务器图1.20协议文件1.2.2ANSYS6.1的启动ANSYS只有在协议服务器启动的情况下才能启动，协议服务默认情况下是作为Windows的系统服务在开机时自动运行，也可以改为手动运行，不过这样在每次重新启动计算机后，必须手动启动协议服务器才能启动ANSYS。协议服务启动的方法有两种途径：（1）利用ANSYS6.1自带的协议管理工具单击【开始】|【程序】|ANSYSFLEXlmLicenseManager|FLEXlmLMTOOLSUtility命令，在打开的对话框中选择Start/Stop/Reread（启动/停止/重读）选项卡，在列表框中选择ANSYSFLEXlmLicenseManager，如图1.21，然后单击按钮，启动ANSYS协议服务器。图1.21协议管理工具对话框（2）利用Windows2000管理工具（见图1.22）。单击【开始】|【设置】|【控制面板】|【管理工具】，打开【管理工具】窗口，然后双击【服务】选项，打开【服务】窗口，如图1.22所示。在右侧的窗口中右键单击ANSYSFLEXlmlicensemanager选项，在弹出的菜单中选择【启动】命令，启动ANSYS协议服务器。图1.22Windows2000服务管理控制台协议服务器启动之后，可以单击【开始】|【程序】|ANSYS6.1|Interactive命令或者单击【开始】|【程序】|ANSYS6.1|RunInteractiveNow命令，启动ANSYS6.1。1.2.3ANSYS6.1运行环境的配置单击【开始】|【程序】|ANSYS6.1|Interactive启动ANSYS就可以打开如图1.23所示的对话框，在此对话框中可以进行ANSYS6.1运行环境的配置。图1.23【Interactive】对话框【Interactive6.1】对话框的选择项依次为：（1）Productselection（产品选择）。选择ANSYS6.1的产品，默认为ANSYS/Multiph