Ansys學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1Ansys第一頁，共85頁。ANSYS本身不僅具有較為完善的分析功能，同時也為用戶自己進(jìn)行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)境。n ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力，僅靠ANSYS的GUI(圖形界面)就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；此外，ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口。因而，利用這些功能，可以實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換。第1頁/共85頁第二頁，共85頁。觸、柔體/柔體剛體接觸、熱接觸n 單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼/彈簧元、預(yù)緊力單元等第2頁/共85頁第三頁，共85頁。確定結(jié)構(gòu)對隨時間任意變化的載荷的響應(yīng)(xingyng). 可以考慮與靜力分析相同

2、的結(jié)構(gòu)非線性行為. n 5）譜分析n 6）隨機(jī)振動分析等n 7）特征屈曲分析 - 用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀. (結(jié)合瞬態(tài)動力學(xué)分析可以實(shí)現(xiàn)非線性屈曲分析.) n 8）專項分析: 斷裂分析, 復(fù)合材料分析，疲勞分析第3頁/共85頁第四頁，共85頁。n式n多物理場耦合分析：結(jié)構(gòu)、熱、流體、聲學(xué)n爆炸模擬，起爆效果及應(yīng)力波的傳播分析n侵徹穿甲仿真，鳥撞及葉片包容性分析，跌落分析n失效分析，裂紋擴(kuò)展分析n剛體運(yùn)動、剛體柔體運(yùn)動分析n實(shí)時聲場分析n BEM邊界元方法(fngf)，邊界元、有限元耦合分析n光順質(zhì)點(diǎn)流體動力（SPH）算法第4頁/共85頁第五頁，共85頁。n交變磁場(cchng)

3、分析 計算由于交流電(AC)產(chǎn)生的磁場(cchng)n瞬態(tài)磁場(cchng)分析計算隨時間隨機(jī)變化的電流或外界引起的磁場(cchng) n電場分析用于計算電阻或電容系統(tǒng)的電場. 典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。n高頻電磁場(cchng)分析用于微波及RF無源組件，波導(dǎo)、雷達(dá)系統(tǒng)、同軸連接器等分析。第5頁/共85頁第六頁，共85頁。n多組份流動分析（多達(dá)6組份）n牛頓流與非牛頓流體分析n內(nèi)流和外流分析n共軛傳熱及熱輻射邊界n分布(fnb)阻尼和風(fēng)扇模型n移動壁面及自由界面分析第6頁/共85頁第七頁，共85頁。第7頁/共85頁第八頁，共85頁。第8頁/共85頁第九頁，共85頁。第

4、9頁/共85頁第十頁，共85頁。ANSYS/Structural派生出來的，一個線性結(jié)構(gòu)分析選項，可用于線性的靜態(tài)、動態(tài)及屈曲分析，非線性分析僅包括間隙元和板/梁大變形分析。第10頁/共85頁第十一頁，共85頁。件，并且能提供復(fù)雜的多物理場功能。n6. ANSYS/Emag：該程序是一個獨(dú)立的電磁分析軟件包，可模擬電磁場、靜電學(xué)、電路及電流傳導(dǎo)分析。當(dāng)該程序與其它ANSYS模塊聯(lián)合使用時，則具有了多物理場分析功能，能夠研究流場、電磁場及結(jié)構(gòu)力學(xué)間的相互影響。n7. ANSYS/Preppost：該模塊為用戶在前處理階段提供了強(qiáng)大的功能，使用戶能夠便捷地建立有限元模型(mxng)。其后處理器能夠

5、使用戶檢查所有ANSYS分析的計算結(jié)果。第11頁/共85頁第十二頁，共85頁。多物體接觸分析，它可以加入第一類軟件(run jin)包中運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。n10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost：該程序具有所有的ANSYS/LS-DYNA的前后處理功能，具體包括：實(shí)體建模、網(wǎng)格剖分、加載、邊界條件、等值線顯示、計算結(jié)果評價以及動畫，但沒有求解功能。n11.ANSYS/University：該模塊是一個功能完整的設(shè)計模擬程序，它擁有ANSYS隱式產(chǎn)品的全部功能，只是解題規(guī)模受到了限制（目前節(jié)點(diǎn)數(shù)16000和32000兩種）。該軟件(run jin)可獨(dú)立運(yùn)行，適用與高校進(jìn)行教學(xué)或

6、科研。第12頁/共85頁第十三頁，共85頁。ANSYS細(xì)分類： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的CAD模型有：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）n13.ANSYS/Connection：ANSYS與CAD軟件的接口產(chǎn)品?？梢詫AD模型數(shù)據(jù)或國際標(biāo)準(zhǔn)格式CAD模型數(shù)據(jù)直接讀入并進(jìn)行(jnxng)任意ANSYS支持的分析。目前支持的CAD軟件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的國際標(biāo)準(zhǔn)格式有：IGES、SAT、Parasolid.第13頁/共85頁第十四頁，共85頁

7、。第14頁/共85頁第十五頁，共85頁。n3. 后處理n 1）查看分析結(jié)果n 2）檢驗(yàn)結(jié)果A1XYZ第15頁/共85頁第十六頁，共85頁。1. 建立(jinl)有限元模型3. 查看(chkn)結(jié)果2. 施加(shji)載荷求解主菜單分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn).Objective2-2.ANSYS分析步驟在GUI中的體現(xiàn).第16頁/共85頁第十七頁，共85頁。ANSYS GUI中的功能排列按照一種動賓結(jié)構(gòu)(jigu)，以動詞開始（如Create), 隨后是一個名詞 (如Circle).菜單的排列，按照由前到后、由簡單到復(fù)雜(fz)的順序，與典型分析的順序相同. 第17頁/共85頁

8、第十八頁，共85頁。據(jù)(shj)，也存儲結(jié)果數(shù)據(jù)(shj):n輸入數(shù)據(jù)(shj) - 必須輸入的信息 (模型尺寸、材料屬性、載荷等).n結(jié)果數(shù)據(jù)(shj) - ANSYS計算的數(shù)值 (位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等).第18頁/共85頁第十九頁，共85頁。Objective1-1. 啟動(qdng)ANSYS軟件.注意: 以下(yxi)過程默認(rèn)為在 Windows NT環(huán)境下.要啟動ANSYS:Windows NT 屏幕: Start Programs ANSYS 5.5 1. 選擇 Interactive.Procedure1. .2. .3. . 第19頁/共85頁第二十頁，共85頁。3.選擇A

9、NSYS的工作(gngzu)目錄，ANSYS所有生成的文件都將寫在此目錄下。缺省為上次運(yùn)行定義的目錄。4.如果配置了3D顯卡則選擇3D. 5. 設(shè)定初始工作(gngzu)文件名，缺省為上次運(yùn)行定義的工作(gngzu)文件名，第一次運(yùn)行缺省為 file.7. 選擇 Run to 運(yùn)行ANSYS.Note:還可以設(shè)定其他的交互選項，但通常以上幾項通常要設(shè)置好.如果在第1步中選擇 Run Interactive Now，將讀取上一次的設(shè)置，跳過此窗口，直接運(yùn)行ANSYS,2.選擇ANSYS產(chǎn)品.6. 設(shè)定ANSYS工作空間及數(shù)據(jù)庫大小 (參考ANSYS安裝及配置手冊).第20頁/共85頁第二十一頁，

10、共85頁。當(dāng)顯示出這六個窗口后，就可以(ky)使用ANSYS了.第21頁/共85頁第二十二頁，共85頁。Objective1-2. ANSYS GUI中六個窗口的總體(zngt)功能輸入(shr)顯示提示信息，輸入(shr)ANSYS命令，所有輸入(shr)的命令將在此窗口顯示。主菜單包含ANSYS的主要功能，分為前處理、求解、后處理等。輸出顯示軟件的文本輸出。通常在其他窗口后面，需要查看時可提到前面。應(yīng)用菜單包含例如文件管理、選擇、顯示控制、參數(shù)設(shè)置等功能.工具條將常用的命令制成工具條，方便調(diào)用.圖形顯示由ANSYS創(chuàng)建或傳遞到ANSYS的圖形.第22頁/共85頁第二十三頁，共85頁。第23

11、頁/共85頁第二十四頁，共85頁。(zu zhn)模型上（節(jié)點(diǎn)或單元上）進(jìn)行求解.n由幾何模型創(chuàng)建有限元模型的過程叫作網(wǎng)格劃分Meshing幾何(j h)實(shí)體模型有限元模型(mxng)第24頁/共85頁第二十五頁，共85頁。(即使想從CAD模型中傳輸實(shí)體模型，也應(yīng)該知道如何使用ANSYS建模工具修改(xigi)傳入的模型.)下圖示意四類圖元.體 (3D模型) 由面圍成，代表三維實(shí)體.面 (表面) 由線圍成. 代表實(shí)體表面、平面形狀或殼（可以是三維曲面(qmin)）.線 (可以是空間曲線) 以關(guān)鍵點(diǎn)為端點(diǎn)，代表物體的邊.關(guān)鍵點(diǎn) (位于3D空間) 代表物體的角點(diǎn).AreasVolumeKeypoi

12、ntsLinesAreaObjective3-3.四類實(shí)體模型圖元, 以及它們(t men)之間的層次關(guān)系.第25頁/共85頁第二十六頁，共85頁。層次(cngc)關(guān)系從最低階到最高階，模型圖元的層次(cngc)關(guān)系為：關(guān)鍵點(diǎn)（Keypoints）線（Lines）面（Areas）體（Volumes）提示: 如果(rgu)低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!第26頁/共85頁第二十七頁，共85頁。選擇圖形類型. 將彈出 選取菜單

13、 (見下頁) 提示選擇圖形進(jìn)行(jnxng)布爾操作.要使用(shyng)布爾操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure1. .2. .3. . 選擇一種布爾操作 (例如： Add)第27頁/共85頁第二十八頁，共85頁。Objective4-1.列表(li bio)和分類載荷ANSYS中的載荷可分為:自由度DOF - 定義節(jié)點(diǎn)的自由度（ DOF ） 值 (結(jié)構(gòu)分析_位移、熱分析_ 溫度、電磁分析_磁勢等)集中載荷 - 點(diǎn)載荷 (結(jié)構(gòu)分析_力、熱分析_ 熱導(dǎo)率、電磁分析_ magnetic current segments)面

14、載荷 - 作用在表面的分布(fnb)載荷 (結(jié)構(gòu)分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等)體積載荷 - 作用在體積或場域內(nèi) (熱分析_ 體積膨脹、內(nèi)生成熱、電磁分析_ magnetic current density等)慣性載荷 - 結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷 (重力、角速度等)第28頁/共85頁第二十九頁，共85頁。Objective4-2a.加載.可在實(shí)體模型(mxng)或 FEA 模型(mxng) (節(jié)點(diǎn)和單元) 上加載.在關(guān)鍵點(diǎn)處約束(yush)實(shí)體模型沿線(ynxin)均布的壓力在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)處約束FEA 模型沿單元邊界均布的壓

15、力在節(jié)點(diǎn)加集中力第29頁/共85頁第三十頁，共85頁。+幾何模型加載獨(dú)立于有限元網(wǎng)格. 重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷.+加載的操作更加容易 ,尤其是在圖形中直接(zhji)拾取時.直接(zhji)在實(shí)體模型加載的優(yōu)點(diǎn):Guidelines第30頁/共85頁第三十一頁，共85頁。無論采取何種加載方式(fngsh),ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型.因此, 加載到實(shí)體的載荷將自動轉(zhuǎn)化到 其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。實(shí)體模型加載到實(shí)體的載荷自動轉(zhuǎn)化(zhunhu)到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上FEA 模型沿線(ynxin)均布的壓力 均布壓力轉(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上第31頁/共85頁第三十二頁，

16、共85頁。輸入一個壓力值即為 均布載荷, 兩個數(shù)值(shz) 定義坡度壓力說明：壓力數(shù)值為正表示其方向指向(zh xin)表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加載面力載荷(zi h)拾取Line第32頁/共85頁第三十三頁，共85頁。VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)(I) 線性變化到第二個關(guān)鍵點(diǎn) (J)。 如果加載后坡度的方向相反, 將兩個(lin )壓力數(shù)值顛倒即可。加載面力載

17、荷(zi h)（續(xù)）第33頁/共85頁第三十四頁，共85頁。加載軸對稱載荷(zi h)10” 直徑(zhjng)5” 半徑軸對稱模型3-D 結(jié)構(gòu)對稱軸第34頁/共85頁第三十五頁，共85頁。加載 軸對稱載荷, 注意(zh y)以下方面:載荷數(shù)值 (包括輸出的反力) 基于360度轉(zhuǎn)角的3-D結(jié)構(gòu)。在右圖中，軸對稱模型中的載荷是3-D結(jié)構(gòu)均布面力載荷的總量。Total Force = 2pr = 47,124 lb.準(zhǔn)則3-D 結(jié)構(gòu)(jigu)2-D 有限元模型(mxng)Axis of symmetry第35頁/共85頁第三十六頁，共85頁。在關(guān)鍵點(diǎn)加載位移(wiy)約束: 加載約束(yush)

18、載荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可使相同的載荷(zi h)加在位于兩關(guān)鍵點(diǎn)連線的所有節(jié)點(diǎn)上拾取keypoints例要固定一邊，只要拾取關(guān)鍵點(diǎn)6、7,并設(shè)置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.K6K7第36頁/共85頁第三十七頁，共85頁。加載約束(yush)載荷（續(xù)）在線和面上加載位移(wiy)約束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Str

19、uctural- Displacement On Lines + OR On Areas+步驟1. .2. .3. . 拾取(shq) lines 拾取areas第37頁/共85頁第三十八頁，共85頁。4-1.求解(qi ji)結(jié)果(ji gu)文件結(jié)果(ji gu)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫求解器結(jié)果輸入數(shù)據(jù)第38頁/共85頁第三十九頁，共85頁。在求解初始化前，應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容:統(tǒng)一的單位單元類型和選項材料性質(zhì)參數(shù)考慮慣性時應(yīng)輸入材料密度熱應(yīng)力分析時應(yīng)輸入材料的熱膨脹系數(shù)實(shí)常數(shù)(chngsh) (單元特性)單元實(shí)常數(shù)(chngsh)和材料類型的設(shè)置實(shí)體模型的質(zhì)量特性 (Preprocess

20、or Operate Calc Geom Items)模型中不應(yīng)存在的縫隙殼單元的法向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系集中、體積載荷面力方向溫度場的分布和范圍熱膨脹分析的參考溫度 (與 ALPX 材料特性協(xié)調(diào)?)第39頁/共85頁第四十頁，共85頁。求解過程:1. 求解前保存數(shù)據(jù)庫2. 將Output 窗口提到最前面觀看(gunkn)求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.Objective4-3.描述(mio sh)求解過程第40頁/共85頁第四十一頁，共85頁。n未約束鉸接結(jié)構(gòu)，如兩個水平運(yùn)動的梁單元在豎直方向沒有約束。n屈曲 - 當(dāng)應(yīng)力剛化效應(yīng)為負(fù)（壓）時，在

21、載荷作用下整個結(jié)構(gòu)剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，求解存在奇異性，因?yàn)檎麄€結(jié)構(gòu)已發(fā)生屈曲。第41頁/共85頁第四十二頁，共85頁。第42頁/共85頁第四十三頁，共85頁。ANSYS 有兩個后處理器:通用后處理器 (即 “POST1”) 只能觀看整個模型在某一時刻的結(jié)果 (如：結(jié)果的照相(zho xing) “snapshot”). 時間歷程后處理器 (即 “POST26”) 可觀看模型在不同時間的結(jié)果。 但此后處理器只能用于處理瞬態(tài)和/或動力分析結(jié)果。Objective第43頁/共85頁第四十四頁，共85頁。GuidelinesObjective介紹靜力分析結(jié)果(ji gu)后處理的五個步

22、驟第44頁/共85頁第四十五頁，共85頁?！?”n總體球坐標(biāo)系（r , , )編號為“2”n3. 局部坐標(biāo)系 local cs：局部坐標(biāo)系是在任意位置的用戶定義坐標(biāo)系，即不一定與總體坐標(biāo)系平行或重合，可以是任意方向，編號為大于等于“11”第45頁/共85頁第四十六頁，共85頁。果坐標(biāo)系即當(dāng)前激活坐標(biāo)系，同節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系一樣，二者可以是任何一種當(dāng)前激活坐標(biāo)系n第46頁/共85頁第四十七頁，共85頁。n應(yīng)力奇異：指在有限元模型中那些應(yīng)力值無限大的點(diǎn)處，如點(diǎn)載荷的集中力和力矩作用處；孤立的約束點(diǎn)；尖角處等。建模時最好避免之第47頁/共85頁第四十八頁，共85頁。nSmart size：智能(zh nn)

23、尺寸是根據(jù)幾何模型的形狀，確定網(wǎng)格密度，適于free劃分，可通過滑桿確定網(wǎng)格密度第48頁/共85頁第四十九頁，共85頁。n分配單元屬性千萬不能分配錯誤n面盡量用四邊形的網(wǎng)格，體盡量用六面體的網(wǎng)格n關(guān)心應(yīng)力結(jié)果的區(qū)域須進(jìn)行詳細(xì)網(wǎng)格劃分n僅關(guān)心位移結(jié)果的地方網(wǎng)格可以粗糙些第49頁/共85頁第五十頁，共85頁。n位置在求解器/solu中的求解選項analysis options，包括求解精度公差更改第50頁/共85頁第五十一頁，共85頁。點(diǎn)，可以退化為10節(jié)點(diǎn)四面體單元，而92號單元為10節(jié)點(diǎn)單元，在此情況(qngkung)下用92號單元將優(yōu)于95號單元n選擇正確的求解器。對大規(guī)模問題，建議采用PC

24、G法。此法比波前法計算速度要快10倍以上（前提是您的計算機(jī)內(nèi)存較大）。對于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可第51頁/共85頁第五十二頁，共85頁。nQ-slice contours：變形等值線切片云圖動畫nQ-slice vectors：變形等值線切片云圖動畫nIsosurfaces：變形等勢面云圖動畫nPartice flow：粒子流動或帶電粒子運(yùn)動的動畫系列第52頁/共85頁第五十三頁，共85頁。第53頁/共85頁第五十四頁，共85頁。n M為質(zhì)量矩陣n C 為阻尼矩陣n K 為剛度矩陣n模態(tài)分析即f(t)=0的解n諧響應(yīng)分析的f(t),u(t)都

25、為諧函數(shù)，如xsintn瞬態(tài)動力學(xué)的f(t)為時間歷程(lchng)載荷第54頁/共85頁第五十五頁，共85頁。n非線性問題在完全瞬態(tài)動力學(xué)分析中允許使用(shyng)，在所有其他動力學(xué)分析類型中，非線性將被忽略，也就是說最初的非線性問題將一直保持不變第55頁/共85頁第五十六頁，共85頁。第56頁/共85頁第五十七頁，共85頁。即讀入預(yù)應(yīng)力矩陣n位置在求解器Analysis options對話框中prestress on 開關(guān)第57頁/共85頁第五十八頁，共85頁。n 2. 變等第58頁/共85頁第五十九頁，共85頁。n瞬態(tài)動力學(xué)必須指定初始條件，如初始位移，速度，加速度等n如有阻尼必須輸入

26、阻尼n時間積分步長T 要足夠小第59頁/共85頁第六十頁，共85頁。第60頁/共85頁第六十一頁，共85頁。n代替節(jié)點(diǎn)力載荷為等效壓力載荷n“散布”位移約束至一個節(jié)點(diǎn)集第61頁/共85頁第六十二頁，共85頁。畫nQ-slice contours：變形等值線切片云圖動畫nQ-slice vectors：變形等值線切片云圖動畫nIsosurfaces：變形等勢面云圖動畫nPartice flow：粒子流動或帶電粒子運(yùn)動的動畫系列第62頁/共85頁第六十三頁，共85頁。第63頁/共85頁第六十四頁，共85頁。為率相關(guān)性nANSYS的非線性主要為塑性，即施加力后將產(chǎn)生永久變形nANSYS非線性包括材料非線性；接觸非線性；幾何非線性，將在后面敘述第64頁/共85頁第六十五頁，共85頁。圖三圖二圖一屈服點(diǎn)比例極限第65頁/共85頁第六十六頁，共85頁。n2. 雙線性各向同性強(qiáng)化 BISOn3. 多線性