1、主要单元类型举例主要单元类型举例 线单元线单元:Beam(梁梁)单元是用于螺栓单元是用于螺栓(杆杆)，薄，薄壁管件，壁管件，C形截面构件，角钢或者形截面构件，角钢或者狭长薄膜构件狭长薄膜构件(只有膜应力和弯应只有膜应力和弯应力的情况力的情况)等模型。等模型。Spar(杆杆)单元是用于弹簧，螺杆，单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆和薄膜桁架等模型预应力螺杆和薄膜桁架等模型。Spring 单元是用于弹簧，螺杆，单元是用于弹簧，螺杆，或细长构件，或或细长构件，或 通过刚度等效替通过刚度等效替代复杂结构等模型代复杂结构等模型。主要单元类型举例主要单元类型举例 壳单元壳单元:Shell(壳壳)单元用于薄面
2、板单元用于薄面板或曲面模型。或曲面模型。壳单元分析应用的基本原则壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于是每块面板的主尺寸不低于其厚度的其厚度的10倍。倍。准则准则主要单元类型举例主要单元类型举例 X-Y 平面单元平面单元:在整体笛卡尔在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型平面内（模型必须建在此面内），有几种类型的的ANSYS单元可以选用。单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平面应变、平面应变、轴对称、和轴对称、和/或者谐结构特性。或者谐结构特性。平面应力或应变平面应力或应变:OKNJMPLIIJK,L,OPNMT
3、riangular OptionY(or Axial)X(or Radial)主要单元类型举例主要单元类型举例平面应力平面应力 假定在假定在Z方向上的应力为零方向上的应力为零，主要有以下特点：，主要有以下特点：4 当当Z方向上的几何尺寸远远小于方向上的几何尺寸远远小于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4 所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面内。平面内。4 在在Z方向上存在应变。方向上存在应变。4 运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。4 允许具有任意厚度允许具有任意厚度(Z方向上方向上)。平面应力平面应力 分析是用来分析诸如承分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承
4、受压力或远受面内载荷的平板、承受压力或远离中心载荷的薄圆盘等结构。离中心载荷的薄圆盘等结构。主要单元类型举例主要单元类型举例平面应变平面应变 假定在假定在Z方向的应变为零，方向的应变为零，主要具有以下特点：主要具有以下特点：4 当当Z方向上的几何尺寸远远大于方向上的几何尺寸远远大于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4 所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面内。平面内。4 在在Z方向上存在应力。方向上存在应力。4 运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。平面应变分析平面应变分析是用于分析那种一个方是用于分析那种一个方向的尺寸（指定为总体向的尺寸（指定为总体Z方向）远远大方
5、向）远远大于其它两个方向的尺寸，并且垂直于于其它两个方向的尺寸，并且垂直于Z轴的横截面是不变的。轴的横截面是不变的。主要单元类型举例主要单元类型举例轴对称轴对称 假定三维实体模型是由假定三维实体模型是由XY面内面内的横截面绕的横截面绕Y轴旋转轴旋转360o 形成的（管形成的（管，锥体，圆板，锥体，圆板,圆顶盖，圆盘等）。圆顶盖，圆盘等）。4 对称轴必须和整体对称轴必须和整体 Y 轴重合。轴重合。4 不允许有负不允许有负 X 坐标。坐标。4 Y 方向是轴向，方向是轴向，X方向是径向，方向是径向，Z方向是周向方向是周向(hoop)。4 周向位移是零；周向应变和应力十周向位移是零；周向应变和应力十分
6、明显。分明显。4 只能承受轴向载荷（所有载荷）。只能承受轴向载荷（所有载荷）。Hoop主要单元类型举例主要单元类型举例谐单元谐单元 将轴对称结构承受的非将轴对称结构承受的非轴对称载荷分解成傅立叶级数轴对称载荷分解成傅立叶级数。傅立叶级数的每一部分独立。傅立叶级数的每一部分独立进行求解，然后根据再合并到进行求解，然后根据再合并到一起一起。谐单元较常用于单一受扭或受谐单元较常用于单一受扭或受弯的分析求解弯的分析求解，其中受扭和受其中受扭和受弯对应于傅立叶级数的第弯对应于傅立叶级数的第1和第和第2项。这种简化处理本身不具有项。这种简化处理本身不具有任何近似性！任何近似性！单元坐标系单元坐标系(显示的
7、是显示的是 KEYOPT(1)=0情形情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionyxNY(Axial)X(Radial)主要单元类型举例主要单元类型举例谐单元谐单元-举例：举例：假定一承受剪力，假定一承受剪力，弯矩，和弯矩，和/或者扭矩的轴或者扭矩的轴。轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上。这时，除了扭矩外，事实上是这时，除了扭矩外，事实上是一般的轴对称问题一般的轴对称问题。弯矩和横向剪力可以分别作为傅立叶级数的其它两项施加到轴上弯矩和横向剪力可以分别作为傅立叶级数的其它两项施加到轴上。谐单元还可以用于实际当中的任意循环分
8、布载荷谐单元还可以用于实际当中的任意循环分布载荷，这可能需要分解成这可能需要分解成50-100项傅立叶级数才能得到满意的结果。项傅立叶级数才能得到满意的结果。MVT主要单元类型举例主要单元类型举例 三维实体单元三维实体单元:用于那些由于几何、材料用于那些由于几何、材料、载荷或分析结果要求考、载荷或分析结果要求考虑的细节等原因造成无法虑的细节等原因造成无法采用更简单单元进行建模采用更简单单元进行建模的结构。的结构。四面体模型使用四面体模型使用CAD建模建模往往比使用专业的往往比使用专业的FEA分分析建模更容易，也偶尔得析建模更容易，也偶尔得到使用。到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahe
9、dron meshBrick mesh主要单元类型举例主要单元类型举例 专用单元专用单元:专用单元专用单元 包括包括接触接触单元单元-用于构件用于构件间存在接触面的结构建模间存在接触面的结构建模，如涡轮如涡轮盘和叶片，螺栓头部和法兰，电触盘和叶片，螺栓头部和法兰，电触头，以及头，以及O-圈等等。圈等等。做好接触分析要求有这方面的知识做好接触分析要求有这方面的知识和经验和经验。JIGAPM or M/2CXYZFSLIDEK1K2M or M/2其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 线性单元线性单元/二次单元二次单元/p单元单元:一旦你决定采用平面、三维壳或者一旦你决定采用平面、三维壳或
10、者三维实体单元，还需要进一步决定采用三维实体单元，还需要进一步决定采用线性、四边形或线性、四边形或P单元。单元。线性单元和高线性单元和高阶单元之间明显的差别是线性单元只存阶单元之间明显的差别是线性单元只存在在“角节点角节点”，而高阶单元还存在而高阶单元还存在“中中节点节点”。下面还提到一些差别。下面还提到一些差别。线性单元内线性单元内的位移按线性变化，的位移按线性变化，因此因此(大多数时大多数时)单个单元上的应单个单元上的应力状态是不变的。力状态是不变的。二次单元内二次单元内的位移是二阶变化的的位移是二阶变化的，因此单个单元上的应力状态是，因此单个单元上的应力状态是线性变化的。线性变化的。p单
11、元内单元内的位移是从的位移是从2阶到阶到 8阶变阶变化的，而且具有求解收敛自动控化的，而且具有求解收敛自动控制功能，自动各位置上分析应当制功能，自动各位置上分析应当采用的阶数采用的阶数。其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 线性单元线性单元/二次单元二次单元/p单元单元(续续):采用越来越高阶的单元，给曲线结构划分越来越稀疏的单元网格，采用越来越高阶的单元，给曲线结构划分越来越稀疏的单元网格，ANSYS开始向你发出警告，甚至发出由于单元扭曲变形超过单元允开始向你发出警告，甚至发出由于单元扭曲变形超过单元允许范围而引起网格划分失败的信息。其原因是，许范围而引起网格划分失败的信息。其原因是
12、，由于模型表面单元由于模型表面单元的弯曲程度过大，使部分中节点偏离了自身位置的弯曲程度过大，使部分中节点偏离了自身位置，最终决定了你能最终决定了你能划分单元网格的稀疏程度划分单元网格的稀疏程度。同其它软件一样，同其它软件一样，ANSYS程序允许用更程序允许用更高阶的直边单元划分网格高阶的直边单元划分网格(降低了实际几何模型的精度降低了实际几何模型的精度，特别是对于特别是对于p单元而言，通常极不理想单元而言，通常极不理想)，也允许用不带中节点的更高阶单元划也允许用不带中节点的更高阶单元划分单元网格分单元网格(即降低了几何模型的精度，又降低了单元精度，所以在即降低了几何模型的精度，又降低了单元精度
13、，所以在通常情况下更不理想通常情况下更不理想)。所以，一般建议采用尽可能稀疏的单元网格。所以，一般建议采用尽可能稀疏的单元网格，而又不至于出现形状检查警告，而又不至于出现形状检查警告。其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 线性单元线性单元/二次单元二次单元/p单元单元(续续):你不能将接触单元同具有中节点的单元连起来你不能将接触单元同具有中节点的单元连起来(仅对于节点仅对于节点-节点和节点节点和节点-面接触面接触单元而言单元而言-对于面对于面-面接触单元则是允许的面接触单元则是允许的)。类似地，在热分析问题中，类似地，在热分析问题中，你不能你不能将辐射将辐射link单元或者非线性对流表
14、面添加到具有中节点的单元上单元或者非线性对流表面添加到具有中节点的单元上。(ANSYS 提供提供了多种划分必须忽略中节点的单元网格的方法了多种划分必须忽略中节点的单元网格的方法)。(不建议不建议)(建议建议)在非线性材料特性区域内，二次单元并不比线性单元更有效。在非线性材料特性区域内，二次单元并不比线性单元更有效。其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 四边形单元四边形单元/三角形单元，块单元三角形单元，块单元/四面体单元四面体单元(续续):全部采用三角形单元网格的理由是相当少的。给面进行单元网格划全部采用三角形单元网格的理由是相当少的。给面进行单元网格划分的实质问题是，你是否允许模型中
15、存在一些三角形单元网格。实分的实质问题是，你是否允许模型中存在一些三角形单元网格。实际上，各处存在三角形单元会相当麻烦，但是应当仔细思考下列问际上，各处存在三角形单元会相当麻烦，但是应当仔细思考下列问题题:如果采用更高阶单元，三角形单元的计算精度接近于二次单元。如果采用更高阶单元，三角形单元的计算精度接近于二次单元。所以，全部采用二次单元网格也是没有什么理由的。所以，全部采用二次单元网格也是没有什么理由的。如果你采用线性单元，三角形单元就十分糟糕如果你采用线性单元，三角形单元就十分糟糕-但是，不这样会但是，不这样会使四边形单元网格扭曲。除了多数不重要的结构外，任何四边形使四边形单元网格扭曲。除
16、了多数不重要的结构外，任何四边形单元网格单元网格(结构的或者非结构的结构的或者非结构的)不得不包含部分形状糟糕的三角不得不包含部分形状糟糕的三角形单元网格形单元网格。所以，还是没有理由全部采用四边形单元。所以，还是没有理由全部采用四边形单元。其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 四边形单元四边形单元/三角形单元，块单元三角形单元，块单元/四面体单元四面体单元(续续):建立三维实体模型需要作出下列选择建立三维实体模型需要作出下列选择：使用四面体单元划分网格使用四面体单元划分网格4 采用简便方法建立实体模型采用简便方法建立实体模型。4 选用二次单元或者选用二次单元或者 p单元。单元。或或
17、者者 使用块单元划分单元网格使用块单元划分单元网格4 选用块单元网格建立实体模型选用块单元网格建立实体模型。通常需要花费更多时间和精力。通常需要花费更多时间和精力。划分子区域划分子区域 连接处理连接处理 延伸延伸4 采用任何块单元。采用任何块单元。其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 四边形单元四边形单元/三角形单元，块单元三角形单元，块单元/四面体单四面体单元元(续续):为什么使用四面体单元划分单元网格会有这为什么使用四面体单元划分单元网格会有这么大的困难呢？么大的困难呢？过去，有限元模型全部采用线性四面体单过去，有限元模型全部采用线性四面体单元网格元网格(我们已经讲过这种模型十分我
18、们已经讲过这种模型十分“粗粗糙糙”)。现在，使用二次单元和现在，使用二次单元和p单元的单元的有限元模型变得相当理想了。有限元模型变得相当理想了。四面体单元模型的自由度几乎是同等精度四面体单元模型的自由度几乎是同等精度的块单元单元模型的的块单元单元模型的3到到10倍。迄今求解倍。迄今求解器技术取得了很大突破，大多数分析者还器技术取得了很大突破，大多数分析者还是没有高性能的计算机来求解无关紧要的是没有高性能的计算机来求解无关紧要的四面体单元模型四面体单元模型。块单元网格块单元网格:125 个单元个单元216 个节点个节点四面体单元网格四面体单元网格:679 个单元个单元1230 个节点个节点其它可
19、供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 四边形单元四边形单元/三角形单元，块单三角形单元，块单元元/四面体单元四面体单元(续续):还有其它一些因素帮你作出选择还有其它一些因素帮你作出选择：做接触分析，使用四面体单做接触分析，使用四面体单元划分网格时还需要进行一元划分网格时还需要进行一些处理，消除接触面上的中些处理，消除接触面上的中节点节点(只针对节点只针对节点-节点接触节点接触单元和节点单元和节点-面接触单元面接触单元，而而面面-面接触单元则不需要面接触单元则不需要)。长或薄结构划分成块单元网长或薄结构划分成块单元网格可能更理想。格可能更理想。potential contact region
20、除电磁分析以外，你不必为除电磁分析以外，你不必为ANSYS设置单位系统。简单地确定你将采用的单位设置单位系统。简单地确定你将采用的单位制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制就可以制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制就可以(即，即，ANSYS不能自动进不能自动进行单位转换行单位转换)。你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输入值。你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输入值。与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果影响更大。与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果影响更大。将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多将载荷添加到模型上
21、一般比确定是什么载荷要简单的多。载荷载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：定义定义 自由度约束自由度约束 集中载荷集中载荷 面载荷面载荷 体载荷体载荷 惯性载荷惯性载荷自由度约束自由度约束就是给某个自由度就是给某个自由度(DOF)指定一已知数值指定一已知数值(值不一定值不一定是零是零)。定义定义 结构分析中的固定位移结构分析中的固定位移(零或者非零值零或者非零值)。大多数自由度约束用作。大多数自由度约束用作：对称性边界条件或者称作对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件边界条件指定刚体位移。指定刚体位移。热分
22、析中的指定温度热分析中的指定温度。举例举例对称性或反对称边界对称性或反对称边界条件可以添加到线、条件可以添加到线、面或平面的节点上。面或平面的节点上。(它们中的每一个最后它们中的每一个最后成为各个节点上的一成为各个节点上的一组约束。组约束。)在大多数情在大多数情况下，况下，ANSYS将自动将自动确定约束的方向。确定约束的方向。固定位移约束举例固定位移约束举例:对称边界条件的添加对称边界条件的添加 固定位移约束举例固定位移约束举例:刚体位移约束刚体位移约束1st point pinned-3 translational constraints2nd point constrained in bo
23、th directions normalto line between 1st&2nd constrained points3rd point constrained normal to planepassing through all 3 constrained points该方块上下面受压。它需该方块上下面受压。它需要仔细选择要仔细选择6个平移自由度个平移自由度，并约束它们的刚体运动，并约束它们的刚体运动，但不能引起附加扭曲应，但不能引起附加扭曲应力。力。集中载荷集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷就是作用在模型的一个点上的载荷。定义定义 结构分析中的力和弯矩。结构分析中的力和弯矩。热
24、分析中热流率热分析中热流率。集中载荷可以添加到节点和关键点上。集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点上的力将自动添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上转化到相连的应节点上。)举例举例 集中载荷通常是向由梁集中载荷通常是向由梁(beam)、杆、杆(spars)和弹簧和弹簧(springs)构成的非连续性构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径的模型添加载荷的一种途径。对于由壳单元对于由壳单元(shells)、平面单元、平面单元(XY plane elements)或者三维实体单元或者三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。等组成连续性模型，
25、集中载荷意味存在应力奇异点。你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。如果你不关心如果你不关心(集中载荷作用集中载荷作用)节点处的应力，这样做是可以接受的。节点处的应力，这样做是可以接受的。对于结构分析而言对于结构分析而言面载荷面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷就是作用在单元表面上的分布载荷。定义定义 结构分析中的压力。结构分析中的压力。热分析中的对流和热流密度。热分析中的对流和热流密度。面载荷可以添加到线或面上面载荷可以添加到线或面上(实体模型上的实体实体模型上的实体)、以及节点或单元上、以及节点或单元上。作用在线或面上的
26、面载荷最终会传到面内各个单元上作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。举例举例在块顶面上施加均布压力在块顶面上施加均布压力变化面载荷情形变化面载荷情形 梯度梯度 在面载荷中可能在面载荷中可能会使用到。你可以给一会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到结构在深度方向上受到静水压静水压。面载荷不是垂直于表面的情形面载荷不是垂直于表面的情形某些类型的载荷只能作用在某些类型的载荷只能作用在 面效应单元面效应单元上，这些单元的作用是将载荷传递上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：到模型的其它单元：结构实体单
27、元结构实体单元的切向的切向(或其它或其它方向方向)压力压力。实体热单元的实体热单元的辐射描述辐射描述。体载荷体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。是分布于整个体内或场内的载荷。定义定义 结构分析中的温度载荷。结构分析中的温度载荷。热分析中生热率。热分析中生热率。电磁场分析中电流密度。电磁场分析中电流密度。体载荷可以、添加到关键点或节点上。体载荷可以、添加到关键点或节点上。(关键点上的体载荷最终将转化成各个关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。节点上的一组组体载荷。)举例举例体载荷分布复杂情形体载荷分布复杂情形体载荷分布一般都很复杂，必体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析才能
28、得到，例须通过其它分析才能得到，例如通过热应力分析获得温度分如通过热应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷是布。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决定，这就需由当前分析结果决定，这就需要进行耦合场分析。要进行耦合场分析。结构分析模型上温度分布结构分析模型上温度分布 惯性载荷惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度重力加速度，加速度，以及角加速度。定义定义特点特点 惯性载荷只有结构分析中有。惯性载荷只有结构分析中有。惯性载荷是对整个结构定义的，是惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有限元模型的独
29、立于实体模型和有限元模型的。考虑惯性载荷就必须定义材料密度考虑惯性载荷就必须定义材料密度(材料特性材料特性DENS)。绕绕Y轴的角速度轴的角速度简化假定越少越好。简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。准则准则分析一受垂直载荷的托架。分析一受垂直载荷的托架。怎样才能使模型左边边界在垂怎样才能使模型左边边界在垂直方向上不存在运动直方向上不存在运动？举例举例:向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷你你可能可能 需要约束需要约束Y方向上的一个点方向上的一个点-但这样做会在约束点位置产生应力奇但这样做会在约束点位置产生应力奇异异.constr
30、ainedpointstresssingularity举例举例:向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍“泊松效应泊松效应”（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局部失真部失真。constrainededge举例举例:向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力，
31、在分析中还应当将托架的支撑部分考虑进来。，在分析中还应当将托架的支撑部分考虑进来。举例举例:向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是你必须忽略的，但是你必须忽略“不合理不合理”边界的附近一定区域内的应力边界的附近一定区域内的应力。加载时，你必须十分清楚各个加载对象。加载时，你必须十分清楚各个加载对象。更小的托架模型能更好地确定更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力孔周围的应力。准则准则除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。不要忘
32、记泊松效应。不要忘记泊松效应。添加刚体运动约束添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束但不能添加过多的（其它）约束：一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模型至少需要三个约束型至少需要三个约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。三维实体或壳模型至少需要六个约束三维实体或壳模型至少需要六个约束。准则准则X constraintsBracket该模型边界条该模型边界条件合理件合理?实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。然而，只要你不关心集中载荷作用区域然而，只要你不关心集中载荷作用区域的应力，完全可以以集
33、中载荷添加将载荷添加到模型上的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷添加到模型上。这是一个带有切口的受拉板这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切口区域的，如果你只关心切口区域的应力，集中载荷加载是完全应力，集中载荷加载是完全可以的可以的。准则准则轴对称模型具有一些独一轴对称模型具有一些独一无二的边界特性无二的边界特性。在在360度的基础上输度的基础上输入集中力和输出反力入集中力和输出反力，载荷大小等于整个，载荷大小等于整个周向力的总和。周向力的总和。轴对称实体结构，象轴对称实体结构，象实体杆件，应当约束实体杆件，应当约束对称轴方向上的自由对称轴方向上的自由度度UX，限制理论上限制理论上可能存在的
34、不真实零可能存在的不真实零变形。变形。总集中力总集中力=2p pr=47,124 lb.准则准则三维结构三维结构二维模型二维模型简化假定越少越好。简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但是你必须忽略是你必须忽略“不合理不合理”边界的附近一定区域内的应力边界的附近一定区域内的应力。加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性
35、边界除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。不要忘记泊松效应。不要忘记泊松效应。添加刚体运动约束添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束但不能添加过多的（其它）约束。实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。轴对称模型具有一些独一无二的边界特性轴对称模型具有一些独一无二的边界特性。总结总结.准则准则求解器求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组-这个过程可能需这个过程可能需要花费几分钟要花费几分钟(1,000个自由度个自由度)到几个小时或者几天到几个小时或者几天(100,000-1,000,000 自由度自由度)，基本
36、上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器波前求解器（Frontal solver）和）和 PCG求解器（求解器（PCG solver）（预条件预条件共扼梯度共扼梯度,或者或者“Power求解器求解器”）。稀疏矩阵求解器（）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver）也可以使
37、用，主要用于非线性也可以使用，主要用于非线性问题。问题。下面是二者的差别对比表：下面是二者的差别对比表：CharacteristicFrontal SolverPCG SolverANSYS“status”user choosesuser choosesyear introduced in ANSYS19701994method of solutionGaussian eliminationiterativewill you get an answer?yes,if stiffness matrix is notsingularyes,if stiffness matrix is nottoo
38、 badly conditionedbehavior with poorly posedproblemmight solve,abort,and/orgive useful info aboutdifficultymight solve,might fail to convergeaccuracy of solutionwell beyond needs of FEA(other assumptions affectresults more)any solution obtained meetsspecified input tolerance onresidual forcetypical
39、demonstrated speed-1,000 DOF-similar to frontal solverspeed-10,000 DOF-3 times faster than frontalspeed-100,000 DOF-10 times faster than frontalspeed-200,000 DOF-50 times faster than frontaldisk used-Switch Output to File把把output写到一个文写到一个文件中件中.分析完成后，您必须保存如下文件分析完成后，您必须保存如下文件:log 文件文件(.log),数据库文件数据库文件
40、(.db),结果文件结果文件(.rst,.rth等等),载荷步文件载荷步文件(.s01,.s02,.),输出文件输出文件(.out),物物理环境文件理环境文件(.ph1,.ph2,.).注意注意 log 文件只添加，不会覆盖文件只添加，不会覆盖.当使用当使用Windows Explorer管理管理ANSYS文件时，建议作如下设置文件时，建议作如下设置:View Options 这些设置将显示这些设置将显示ANSYS文件的扩展名，以利于文件的扩展名，以利于ANSYS文件管理文件管理.Objective3-1.区分实体模型与有限元模型区分实体模型与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
41、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上方便地施加载荷.但是，但是，几何实体模型并不参与有限元分析几何实体模型并不参与有限元分析.所有施加在几何实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（由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格
42、划分（meshing).Meshing几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型(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
43、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.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（Keypoints）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 lineLines
44、KeypointsAreasVolumesOOPs!Objective3-4.定义工作平面定义工作平面工作平面工作平面(WP)是一个可移动的参考平面，类似于是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板绘图板“。wywxxy工作平面工作平面Definition原点原点辅助网格，间距辅助网格，间距可调可调工作平面控制工作平面控制移动工作平面移动工作平面的选项的选项有关坐标系统的选有关坐标系统的选项项(将在以后的课将在以后的课程中讨论程中讨论)Utility Menu:WorkPlane 要显示工作平面要显示工作平面:Utility Menu:WorkPlane Display Working Plane
45、Procedure1.2.3.显示工作平面标记，显示工作平面标记，表示工作平面的原点表示工作平面的原点.Objective3-5.显示工作平面，辅助网格的开关及密度控制显示工作平面，辅助网格的开关及密度控制工作平面辅助网格开关工作平面辅助网格开关:Utility Menu:WorkPlane WP Settings.Procedure1.2.3.选取二者其中任意一选取二者其中任意一个，显示工作平面辅个，显示工作平面辅助网格，然后选择助网格，然后选择OK 或或 Apply.改变辅助网格的间距改变辅助网格的间距:Utility Menu:WorkPlane WP Settings.Procedur
46、e1.2.3.输入间距输入间距值，然后值，然后选择选择OK 或或Apply.间距为间距为0.1间距为间距为 0.05Objective3-6.捕捉开关及捕捉增量捕捉开关及捕捉增量.在徒手创建几何图元时，捕捉功能用离散的、可控的增量代替光在徒手创建几何图元时，捕捉功能用离散的、可控的增量代替光滑移动，更精确地选取坐标或关键点等滑移动，更精确地选取坐标或关键点等.捕捉功能的特点捕捉功能的特点:捕捉可以打开或关闭捕捉可以打开或关闭.捕捉增量可调捕捉增量可调.捕捉增量可设置与工作平面间距相等捕捉增量可设置与工作平面间距相等(相当于在坐标纸上绘图相当于在坐标纸上绘图).打开或关闭捕捉打开或关闭捕捉:Ut
47、ility Menu:WorkPlane WP Settings.Procedure1.2.3.选取则打开捕捉，不选取则关闭捕捉，然后选选取则打开捕捉，不选取则关闭捕捉，然后选择择OK 或或 Apply.要修改捕捉增量要修改捕捉增量:Utility Menu:WorkPlane WP Settings.Procedure1.2.3.输入捕捉输入捕捉增量，然增量，然后选择后选择OK 或或Apply.图示为使用捕捉功能画矩形，其中捕捉增量等于辅助网格间距图示为使用捕捉功能画矩形，其中捕捉增量等于辅助网格间距.Objective3-7.移动工作平面移动工作平面.工作平面原点的缺省位置与总体坐标原点重
48、合，但可以平移工作平面，工作平面原点的缺省位置与总体坐标原点重合，但可以平移工作平面，便于创建便于创建2D几何模型几何模型.缺省：工作平面原点与总体坐标原点重合缺省：工作平面原点与总体坐标原点重合.移动了工作平面以后移动了工作平面以后.设定平移量设定平移量将工作平面平移到将工作平面平移到一个目标上一个目标上定义工作平面的定义工作平面的取向取向注注:从当前的工作平面位置进行平移操作从当前的工作平面位置进行平移操作.要以设置增量方式平移工作平面要以设置增量方式平移工作平面:Utility Menu:WorkPlane Offset WP by Increments.Procedure1.2.3.选
49、择方向平移工作平面，然后选择选择方向平移工作平面，然后选择OK 或或 Apply.工作平面是工作平面是2D的绘图板，用于定位的绘图板，用于定位在建模过程中几何项目在建模过程中几何项目.Main Menu:Modeling Create Keypoints On Working Plane+总体及局部坐标系统（例如柱坐标，总体及局部坐标系统（例如柱坐标，用户定义坐标等）用于设定几何项目用户定义坐标等）用于设定几何项目在空间的位置在空间的位置.Main Menu:Modeling Create Keypoints In Active CS.激活坐标系统可以与工作平面重合，也可以是总体坐标（或局部坐
50、标）系统。这个话题将在后面的课程激活坐标系统可以与工作平面重合，也可以是总体坐标（或局部坐标）系统。这个话题将在后面的课程中详细描述中详细描述.Objective3-9.列出并创建三种列出并创建三种2D体素体素.ANSYS中的中的 2D 体素体素:矩形矩形圆圆多边形多边形创建创建2D体素体素:Main Menu:Preprocessor -Modeling-Create Procedure1.2.3.选择以选择以“”结尾的菜单，将弹出拾结尾的菜单，将弹出拾取菜单取菜单(见下页），提示通过拾取方见下页），提示通过拾取方式创建体素式创建体素.选择选择By Dimensions.将弹出对话框将弹出对
