1、ANSYS教程教程ANSYS结构分析结构分析第一章第一章 ANSYS主要功能与模块主要功能与模块 ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。 目前主流版本目前主流版本12.0,
2、13.0,14.0,14.5一、主要功能简介一、主要功能简介1. 结构分析结构分析 1） 静力分析静力分析 求解静力载荷作用下结构的位移和应求解静力载荷作用下结构的位移和应力等力等. 可以考虑结构的线性及非线性行为。可以考虑结构的线性及非线性行为。 线性结构静力分析线性结构静力分析 （linear） 非线性结构静力分析非线性结构静力分析 （nonlinear） 几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化转软化 材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等多线性弹性、蠕变、肿胀等 接触非线
3、性：面面接触非线性：面面/点面点面/点点接触、柔体点点接触、柔体/柔体柔体刚体接触、热接触刚体接触、热接触 单元非线性：死单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非活单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等弹簧元、预紧力单元等 2）模态分析）模态分析 计算结构的固有频率和模态。计算结构的固有频率和模态。 3）谐响应分析）谐响应分析 - 确定结构在随时间正弦变化的载荷确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。作用下的响应。 4）瞬态动力学分析）瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的确定结构对随时间任意变化的载荷的响应载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线可
4、以考虑与静力分析相同的结构非线性行为性行为. 5）谱分析）谱分析 模态分析的拓广。模态分析的拓广。 6）随机振动分析等）随机振动分析等 7）特征屈曲分析）特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析屈曲分析.) 8）专项分析）专项分析: 断裂分析断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析复合材料分析，疲劳分析2. 高度非线性瞬态动力分析（高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA） 全自动接触分析，四十多种接触类型全自动接触分析，四十多种接触类型 任意拉格郎日欧拉（任
5、意拉格郎日欧拉（ALE）分析）分析 多物质欧拉、单物质欧拉多物质欧拉、单物质欧拉 适应网格、网格重划分、重启动适应网格、网格重划分、重启动 100多种非线性材料模式多种非线性材料模式 多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学 爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析 侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析 失效分析，裂纹扩展分析失效分析，裂纹扩展分析 刚体运动、刚体柔体运动分析刚体运动、刚体柔体运动分析 实时声场分析实时声场分析 BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析边界元方
6、法，边界元、有限元耦合分析 光顺质点流体动力（光顺质点流体动力（SPH）算法）算法 3. 热分析热分析 稳态、瞬态温度场分析稳态、瞬态温度场分析 热传导、热对流、热辐射分析热传导、热对流、热辐射分析 相变分析相变分析 材料性质、边界条件随温度变化材料性质、边界条件随温度变化 4. 电磁分析电磁分析 静磁场分析计算直流电（静磁场分析计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场或永磁体产生的磁场 交变磁场分析交变磁场分析 计算由于交流电计算由于交流电(AC)产生的磁场产生的磁场 瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场引起的磁场 电场分析用于计算电阻或
7、电容系统的电场电场分析用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高频电磁场分析用于微波及高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。雷达系统、同轴连接器等分析。 5. 流体动力学分析流体动力学分析 定常定常/非定常分析非定常分析 层流层流/湍流分析湍流分析 自由对流自由对流/强迫对流强迫对流/混合对流分析混合对流分析 可压缩流可压缩流/不可压缩流分析不可压缩流分析 亚音速亚音速/跨音速跨音速/超音速流动分析超音速流动分析 任意拉格郎日欧拉分析（任意拉格郎日欧拉
8、分析（ALE） 多组份流动分析（多达多组份流动分析（多达6组份）组份） 牛顿流与非牛顿流体分析牛顿流与非牛顿流体分析 内流和外流分析内流和外流分析 共轭传热及热辐射边界共轭传热及热辐射边界 分布阻尼和风扇模型分布阻尼和风扇模型 移动壁面及自由界面分析移动壁面及自由界面分析 6. 声学分析声学分析 定常分析定常分析 模态分析模态分析 动力响应分析动力响应分析 7. 压电分析压电分析 稳态、瞬态分析稳态、瞬态分析 模态分析模态分析 谐响应分析谐响应分析 8. 多场耦合分析多场耦合分析 热结构热结构 磁热磁热 磁结构磁结构 流体热流体热 流体结构流体结构 热电热电 电磁热流体结构电磁热流体结构 9.
9、 优化设计及设计灵敏度分析优化设计及设计灵敏度分析 单一物理场优化单一物理场优化 耦合场优化耦合场优化 10.二次开发功能二次开发功能 参数设计语言参数设计语言 用户可编程特性用户可编程特性 用户自定义界面语言用户自定义界面语言 外部命令外部命令 11. ANSYS土木工程专用包土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从
10、力学计算、组合分形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。二、主要模块简介二、主要模块简介第二章第二章 ANSYS基本使用方法基本使用方法一、典型分析过程一、典型分析过程1. 前处理前处理创建有限元模型创建有限元模型 1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性） 2）创建或读入几何实体模型）创建或读入几何实体模型 3）有限元网格划分）有限元网格划分 4）施加约束
11、条件、载荷条件）施加约束条件、载荷条件2. 施加载荷进行求解施加载荷进行求解 1）定义分析选项和求解控制）定义分析选项和求解控制 2）定义载荷及载荷步选项）定义载荷及载荷步选项 2）求解）求解 solve3. 后处理后处理 1）查看分析结果）查看分析结果 2）检验结果）检验结果A1XYZANSYS的分析方法的分析方法(续续)1. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看结果查看结果2. 施加载荷求解施加载荷求解主菜单主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2. ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现.ANSY
12、S的分析方法的分析方法(续续)ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一种动宾结构，以动按照一种动宾结构，以动词开始（如词开始（如Create), 随后随后是一个名词是一个名词 (如如Circle).菜单的排列，是基于完成有菜单的排列，是基于完成有限元分析任务的操作顺序进限元分析任务的操作顺序进行排列的。行排列的。都涉及到都涉及到坐标系的坐标系的选择问题选择问题Ansys使用的模型有两类：有限元模型和实体模型使用的模型有两类：有限元模型和实体模型直接建模直接建模直接创建节点和单元，模型中没有实体（点、线、面）直接创建节点和单元，模型中没有实体（点、线、面）出现。出现。优点优点：适用于小型
13、、简单、规律性较强的模型，能实现：适用于小型、简单、规律性较强的模型，能实现对每个节点和单元编号的完全控制。对每个节点和单元编号的完全控制。缺点缺点：对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大，对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大，效率低效率低。二二 实体建模概述实体建模概述主要内容主要内容: A. 定义 B. 自顶向下建模 前言前言 工作平面工作平面 布尔运算布尔运算 C. 例题 D. 自底向上建模 关键点关键点 坐标系坐标系 线线,面面,体体 操作操作 E. 例题实体建模实体建模 A. 定义定义实体建模：实体建模： 建立由点、线、面和建立由点、线、面和体构成的几何模型的过程体构成的几何模
14、型的过程。首先回顾前面的一些定义：首先回顾前面的一些定义：一个实体模型有体、面、线及关键点组成。体由面围成，面由线组成,线由关键点组成。实体的层次从底到高: 关键点 线 面体. 如果高一级的实体存在，则低一级的与之依附的实体不能删除.另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体。中仍称为实体。体面线及关键点关键点线面体体实体建模实体建模 A. 定义定义建立实体模型可以通过两个途径建立实体模型可以通过两个途径:自顶向下自顶向下自底向上自底向上自顶向下建模；首先建立高级图元（体或面）自顶向下建模；
15、首先建立高级图元（体或面）,对这些高级图元（体或对这些高级图元（体或面）按一定规则组合得到最终需要的形状面）按一定规则组合得到最终需要的形状.加Add实体建模实体建模 A. 定义定义自底向上建模；首先建立低级图元关键点，由这些点建立线、面自底向上建模；首先建立低级图元关键点，由这些点建立线、面 和体。和体。可以根据模型形状选择最佳建模途径可以根据模型形状选择最佳建模途径.下面详细讨论建模途径。下面详细讨论建模途径。实体建模实体建模 B. 自顶向下建模自顶向下建模自顶向下建模：首先建立高级图元（体或自顶向下建模：首先建立高级图元（体或面）面）,对这些高级图元（体或面）按一定规对这些高级图元（体或
16、面）按一定规则组合得到最终需要的形状则组合得到最终需要的形状. 开始建立的体或面称为图元。 生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。 对几何图元进行组合计算形成最终形状的过程称为布尔运算。实体建模实体建模 - 自顶向下建模自顶向下建模二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。三维图元包括块体三维图元包括块体, 圆柱体圆柱体, 棱体，棱体， 球体球体, 圆锥体和圆圆锥体和圆环。环。当建立二维图元时，当建立二维图元时，ANSYS 将定义一个面，并包括其下层的线和关键将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。点。当建立三维图元时，当建立三维图元
17、时，ANSYS 将定义一个体，并包括其下层的面、线和将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。关键点。即即:生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。较低级图元。布尔运算布尔运算布尔运算布尔运算 是对几何实体进行组合计算的过程。是对几何实体进行组合计算的过程。ANSYS 中布尔运算包括中布尔运算包括加、减、相交、加、减、相交、叠分、粘接、搭接叠分、粘接、搭接.布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过CAD输入的输入的复杂的几何体。复杂的几何体。加输入实体 布尔运算 输出实
18、体布尔运算布尔运算所有的布尔运算可以在所有的布尔运算可以在GUI界面下获得界面下获得 Preprocessor -Modeling- Operate.在缺省状态下在缺省状态下, 布尔运算时输入的几何实体在运布尔运算时输入的几何实体在运算结束后将删除算结束后将删除.被删除实体的编号数被被删除实体的编号数被“释放释放” (即即, 这些编号可以可以指定给新的实体，这些编号可以可以指定给新的实体，并从可以获得的最小编号开始）。并从可以获得的最小编号开始）。实体建模实体建模 - 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算加aadd把两个或多个实体合并为一个.1、有重合部分。2、同类实体实体建模实体建模 -
19、 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算减Abstract从1个实体上删除和另外1个实体相重合的部分后生成一个或多个新的实体。对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便.布尔运算布尔运算相交Intersect两个或多个实体相交后取其重合部分实体，剩余的实体被删除。如果输入了多于两个的实体,则有两种选择: 相交和对交。相交只保留全部实体的共同部分. 对交则保留每一对实体的共同部分，这样，有可能输出多对交则保留每一对实体的共同部分，这样，有可能输出多个实体个实体.CommonIntersectionPairwiseIntersection布尔运算布尔运算分割 Devide把两个或多个实体分为多
20、个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示. (交运算可以找到交点但删除了两条线）L1L2L3L6L5L4Partition布尔运算布尔运算粘接Glue把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材料组成的实体）实体建模实体建模 - 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算搭接Aovlap类似于粘合运算，但输入的实体有重叠.实体建模实体建模D. 自底向上建模自底向上建模由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其
21、它实体。如建立一个如建立一个L-形时形时, 可以先下面所示的角点可以先下面所示的角点. 然后通过连接点简单地形然后通过连接点简单地形成面，或者先形成线，然后用线定义面成面，或者先形成线，然后用线定义面.关键点关键点定义关键点定义关键点:Preprocessor -Modeling- Create Keypoints或者用 K 命令组立的命令: K, KFILL, KNODE, 等.生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据.关键点编号的缺省值为下一个整数坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z 坐标值确定。坐标值如何确定？它依赖于当前激
22、活坐标系.线线有许多方法定义线，如下图所示有许多方法定义线，如下图所示（常用的，（常用的，L、Larc）如果定义面或体如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激活坐标系确定活坐标系确定.在生成线时，关键点必须存在。在生成线时，关键点必须存在。Create -Lines- ArcsCreate -Lines- LinesCreate -Lines- SplinesL,k1,k2L,k1,k2,k3,radius面面用由下向上的方法生成面时，需要的关键点或线必须已经定义。用由下向上的方法生成面时，需要的关键点或线必须已经定义。（A关键
23、点顺序、AL线）如果定义体，如果定义体，ANSYS 将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前激活坐标系确定。激活坐标系确定。Create -Areas- ArbitraryOperate Extrude体体用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义Create -Volumes- ArbitraryOperate Extrude总体坐标系统总体坐标系统被认为是一个绝对的参考系。ANSYS提供了3种总体坐标系：v笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系v柱坐标系柱坐标系v球坐标系球坐标系局部坐标系局
24、部坐标系是与总体坐标系的原点偏移一定的距离，或其方位不同于先前定义的总体坐标系。工作平面工作平面是一个无限平面，有原点、二维坐标系。在同一个时刻是一个无限平面，有原点、二维坐标系。在同一个时刻只能定义一个工作平面（当定义一个新的工作平面只能定义一个工作平面（当定义一个新的工作平面时就会删除已有的工作平面）。工作平面是与坐标时就会删除已有的工作平面）。工作平面是与坐标系独立的。默认的工作平面是总体笛卡尔坐标系的系独立的。默认的工作平面是总体笛卡尔坐标系的X-Y面。例如，工作平面与激活的坐标系可以有不同面。例如，工作平面与激活的坐标系可以有不同的原点和旋转方向。的原点和旋转方向。与工作平面相关的命
25、令：与工作平面相关的命令：WPOFFS, XOFF, YOFF, ZOFF （工作平面原点的偏置）（工作平面原点的偏置）WPROTA, THXY, THYZ, THZX （工作平面的旋转）（工作平面的旋转）实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模操作操作在在由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算.除了布尔运算，还有许多其它操作命令除了布尔运算，还有许多其它操作命令: 拖拉 缩放 移动 拷贝 反射 合并 倒角实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作拖拉adrag利用已经存在的面快速生成体利用已经存在的面快速生成体
26、 (或由线生成面或由线生成面或由关键点生成线或由关键点生成线).如果面已经划分了网格，单元也可以随着面如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起拖拉一起拖拉有四种方法拖拉面有四种方法拖拉面:法向拖拉 通过对面的法向偏移形成体 VOFFST .XYZ偏移 通过对面的总体XYZ方向偏移形成体 VEXT. 可以锥形拖拉沿坐标轴 绕坐标轴旋转面形成体( 也 可 通 过 两 个 关 键 点 旋 转 ) VROTAT.沿直线沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体 VDRAG.实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作移动agen通过增量DX,DY,DZ控制实体的移动或旋转.DX,DY,DZ定义在
27、激活坐标系中平移实体时，令激活坐标系为直角坐标系转动实体时，令激活坐标系为柱或球坐标系可以使用下列命令VGEN, AGEN, LGEN, KGEN另一个选项是把坐标转换到另一个坐标系中.转换发生在激活坐标系与指定的坐标系之间. 此命令在对一个实体的移动和旋转同时进行时很有用.可使用下列命令 VTRAN, ATRAN, LTRAN, KTRAN从 csys,0 向 csys,11 转换旋转 -30 实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作拷贝agen生成实体的多个拷贝生成实体的多个拷贝通过复制的份数（通过复制的份数（2及其以上）及及其以上）及增量增量 DX,DY,DZ 控制控制.
28、 DX,DY,DZ定义在激活坐标系中定义在激活坐标系中.对于生成多个孔、翼等特别有用对于生成多个孔、翼等特别有用.Copy inlocalcylindricalCSCreate outerareas byskinning实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作反射ARSYM沿平面反射实体沿平面反射实体.修改反射方向修改反射方向: X 关于YZ平面反射 Y关于XZ平面反射 Z关于XY平面反射所有的方向均定义在激活坐标系，所有的方向均定义在激活坐标系，且必须是直角坐标系且必须是直角坐标系.What is the direction of reflection in this cas
29、e? 实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作合并ARMERGE 把两个实体合并，并删除重合的关键点把两个实体合并，并删除重合的关键点. 合并关键点时，如果存在高一层次重合的实体，也将自动被合并.通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并.Merge or gluerequiredReflectSubtract frombase area实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作倒角LFILLT线的倒角连接需要两条相交的线，且在相交线的倒角连接需要两条相交的线，且在相交处有共同的关键点处有共同的关键点.
30、如果共同的关键点不存在，则首先作互分的运算.ANSYS不改变依附的面（如果有），因此，需要用加或减的命令修改倒角区域.面的倒角与此相似面的倒角与此相似AFILLTCreatefilletCreatearea二、二、 ANSYS文件及工作文件名文件及工作文件名一些特殊的文件一些特殊的文件 数据库文件数据库文件jobname.db二进制二进制Log 文件文件jobname.log文本文本结果文件结果文件jobname.rxx二进制二进制图形文件图形文件jobname.grph二进制二进制错误、警告错误、警告 jobname.err 文本文本 ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过的数据库
31、，是指在前处理、求解及后处理过程中，程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据的数据，也存储结果数据:输入数据输入数据 - 必须输入的信息必须输入的信息 (模型尺寸、材料属性、载荷模型尺寸、材料属性、载荷等等).结果数据结果数据 - ANSYS计算的数值计算的数值 (位移、应力、应变、温度位移、应力、应变、温度等等).ANSYS窗口窗口Objective1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能中六个窗口的总体功能输入输入显示提示信息，输入显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入命令，所有输入的命令将在此窗口显示的命令
32、将在此窗口显示。主菜单主菜单包含包含ANSYS的主要功能的主要功能，分为前处理、求解、，分为前处理、求解、后处理等。后处理等。输出输出显示软件的文本输出。显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面需要查看时可提到前面。应用菜单应用菜单包含例如文件管理、选包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设择、显示控制、参数设置等功能置等功能.工具条工具条将常用的命令制成工具将常用的命令制成工具条，方便调用条，方便调用.图形图形显示由显示由ANSYS创建或传创建或传递到递到ANSYS的图形的图形.单元属性单元属性激活坐标系激活坐标系截面参考号截面参考号图形用户界面的底部
33、显示当前单元属性设置和当前激活坐标系。三、前处理三、前处理实体建模实体建模 参数化建模参数化建模 体素库及布尔运算体素库及布尔运算 拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等 多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正 自由自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分 复杂几何体复杂几何体Sweep映射网格生成映射网格生成 六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形 边界层网格划分边界层网格划分 在几何模型或在几何模型或FE模型
34、上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载模型上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷荷 可扩展的标准梁截面形状库可扩展的标准梁截面形状库 1. 实体模型及有限元模型实体模型及有限元模型 现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模. 类似于类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，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方便地施加载荷. 但是，但是， 几何实体模型并不参与有限元分几何实体模型并不参与有限元分析析. 所有施加在几何实体边
35、界上的载荷或约束必须最终传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几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型ANSYS中的图元中的图元(即使想从即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用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建模工具修改传入的模型模型.)下图示意四类图元下图示意四类图元.体体 (3D模型模型) 由面围成，代表三维实体由面围成，代表三维实体.面面 (表面表
36、面) 由线围成由线围成. 代表实体表面、平面代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）形状或壳（可以是三维曲面）.线线 (可以是空间曲线可以是空间曲线) 以关键点为端点，以关键点为端点，代表物体的边代表物体的边.关键点关键点 (位于位于3D空间空间) 代表物体的角点代表物体的角点.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系以及它们之间的层次关系.ANSYS中图元中图元(续续)层次关系层次关系从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为：从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为： 关键点（关键点（Key
37、points） 线（线（Lines） 面（面（Areas） 体（体（Volumes）提示提示: 如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs! 自由度约束自由度约束(Constrains) -定义自由度值定义自由度值, 如应力分如应力分析析 中的位移或热分析的温度中的位移或热分析的温度 力力/力矩力矩(Force/Moment)-点载荷点载荷, 如集中力力或热如集中力力或热流率流率 表
38、面载荷表面载荷(Pressure)-表面的分布载荷表面的分布载荷, 如压力或对如压力或对流流 体载荷体载荷(Temp)-体或场力，如温度体或场力，如温度(引起热膨胀引起热膨胀)或内或内部热生成。部热生成。 惯性载荷惯性载荷(Inertia)-由于结构的质量或惯性引起的载由于结构的质量或惯性引起的载荷荷 如重力及旋转角速度如重力及旋转角速度 ANSYS载荷类型载荷类型加载加载Objective4-2a.加载加载.可在实体模型或可在实体模型或 FEA 模型模型 (节点和单元节点和单元) 上加载上加载.在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在关键点加
39、集中力在节点处约在节点处约束束FEA 模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力加载加载 (续续)+ 几何模型加载几何模型加载独立于有限元网格独立于有限元网格. 重新划分重新划分网格或局部网格修改不影响载荷网格或局部网格修改不影响载荷.+ 加载的操作加载的操作更加容易更加容易 ,尤其是在图形中直接尤其是在图形中直接拾取时拾取时.直接在实体模型加载的优点直接在实体模型加载的优点:Guidelines加载加载 (续续)无论采取何种加载方式无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化求解前都将载荷转化到有限元模型到有限元模型.因此因此, 加载到实体的载荷将加载
40、到实体的载荷将自动转化到自动转化到 其所属的节点或单元上。其所属的节点或单元上。实体模型实体模型加载到实加载到实体的载荷体的载荷自动转化自动转化到其所属到其所属的节点或的节点或单元上单元上FEA 模型模型沿线均布的压力沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界均布压力转化到以线为边界的各单元上的各单元上加载加载 (续续)输入一个输入一个压力值即为压力值即为 均布载荷均布载荷, 两个数值两个数值 定义定义坡度压力坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面说明：压力数值为正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加载面
41、力载荷加载面力载荷拾取拾取Line加载加载 (续续)VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点坡度压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反如果加载后坡度的方向相反, 将将两个压力数值颠倒即可。两个压力数值颠倒即可。加载面力载荷（续）加载面力载荷（续）加载加载 (续续)轴对称载荷可加载到具有对称轴的轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。结构上。3-D 轴对称结构可用一轴对称结构可用一2
42、-D 轴对称模型描述。轴对称模型描述。加载轴对称载荷加载轴对称载荷10” 直径直径5” 半径半径轴对称模型轴对称模型3-D 结构结构对称轴对称轴加载加载 (续续)加载加载 轴对称载荷轴对称载荷, 注意注意以下方面以下方面: 载荷数值载荷数值 (包括输出的包括输出的反力反力) 基于基于360度转角度转角的的3-D结构。结构。 在右图中，在右图中，轴对称模型轴对称模型中的载荷是中的载荷是3-D结构均结构均布面力载荷的总量布面力载荷的总量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.准则准则3-D 结构结构2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry加载加载 (续
43、续)在关键点加载位移约束在关键点加载位移约束: 加载约束载荷加载约束载荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可可使相同的载荷加在使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上位于两关键点连线的所有节点上拾取拾取keypoints例例要固定一边要固定一边，只要拾取，只要拾取关键点关键点6、7,并设置并设置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7加载加载 (续续)加载约束载荷（续）加载
44、约束载荷（续）在线和面上加载位移约束在线和面上加载位移约束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+步骤步骤1. .2. .3. . 拾取拾取 lines 拾取拾取areas五、后处理五、后处理计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告 结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表 图形：云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、图形：云图、等
45、值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、 纹理纹理 各种结果动画显示，可独立保存及重放各种结果动画显示，可独立保存及重放 3D图形注注释功能图形注注释功能 直接生成直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形等格式的图形 计算结果排序、检索、列表及再组合计算结果排序、检索、列表及再组合 钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位 梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果；显示梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果；显示梁单元
46、弯矩图梁单元弯矩图 显示优化灵敏度及优化变量曲线显示优化灵敏度及优化变量曲线 提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算 显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算ANSYS 有两个后处理器有两个后处理器:通用后处理器通用后处理器 (即即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一只能观看整个模型在某一时刻的结果时刻的结果 (如：结果的照相如：结果的照相 “snapshot”). 时间历程后处理器时间历程后处理器 (即即 “POST26”) 可观看模型在不同可观看模型在不同时间的结果。时间的结果。Ob
47、jective静力分析结果后处理的步骤主要包括静力分析结果后处理的步骤主要包括:1. 绘变形图2. 变形动画3. 支反力列表4. 应力等值线图5. 网格密度检查GuidelinesObjective介绍静力分析结果后处理的五个步骤介绍静力分析结果后处理的五个步骤第三章第三章 ANSYS补充说明补充说明一、坐标系一、坐标系1. 工作平面坐标系工作平面坐标系wpcs：类似于绘图图板，缺省时总与类似于绘图图板，缺省时总与总体坐标系重合，能以网格捕捉形式显示，并可相对总体坐标系重合，能以网格捕捉形式显示，并可相对当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为“4”
48、2. 总体坐标系总体坐标系 global cs：包括三种形式包括三种形式 总体直角坐标系（总体直角坐标系（x , y , z) 编号为编号为“0” 总体柱坐标系总体柱坐标系 （r , , z) 编号为编号为“1” 总体球坐标系总体球坐标系 （r , , )编号为编号为“2”3. 局部坐标系局部坐标系 local cs：局部坐标系是在任意位置的用户局部坐标系是在任意位置的用户定义坐标系，即不一定与总体坐标系平行或重合，可定义坐标系，即不一定与总体坐标系平行或重合，可以是任意方向，编号为大于等于以是任意方向，编号为大于等于“11”FEM坐标系坐标系4. 节点坐标系节点坐标系 node cs：所有的
49、力及其他方向的与节点相所有的力及其他方向的与节点相关的载荷都是在节点坐标系下进行的，例如力的方向关的载荷都是在节点坐标系下进行的，例如力的方向等只与节点坐标系相关等只与节点坐标系相关 节点坐标系上可以输入力和力矩；位移约束；耦合及节点坐标系上可以输入力和力矩；位移约束；耦合及约束过程约束过程5. 单元坐标系单元坐标系 element cs：即材料坐标系，例如弹性模量即材料坐标系，例如弹性模量在材料为各向异性时每一方向将不同，此时则根据单在材料为各向异性时每一方向将不同，此时则根据单元坐标系输入不同方向的元坐标系输入不同方向的 E 6. 结果坐标系：结果的输出形式位移，支反力，力矩等结果坐标系：
50、结果的输出形式位移，支反力，力矩等都是与结果坐标系相关的，结果坐标系即当前激活坐都是与结果坐标系相关的，结果坐标系即当前激活坐标系，同节点坐标系一样，二者可以是任何一种当前标系，同节点坐标系一样，二者可以是任何一种当前激活坐标系激活坐标系 二、二、CAD模型建模原则模型建模原则应考虑多少细节：如倒角和孔处，对分析无用时可忽略，应考虑多少细节：如倒角和孔处，对分析无用时可忽略，但对分析目标有用，而且此处将会出现最大应力则不但对分析目标有用，而且此处将会出现最大应力则不能忽略能忽略是否具有对称性：包括轴，旋转，平面或镜面，重复或是否具有对称性：包括轴，旋转，平面或镜面，重复或平移对称等。但下列因素
