清華大學(xué)土木工程系

1、土木系研究生學(xué)術(shù)講座Mechanicaln 廣義的力學(xué)模塊n ：n 結(jié)構(gòu)分析n 穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)熱分析n 滲流分析土木系研究生學(xué)術(shù)講座ANSYS的主要功能模塊專業(yè)分析模塊CivilFEM等瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)LS-DYNA流體動(dòng)力學(xué)分析模塊CFX等電磁分析模塊EMAG等結(jié)構(gòu)分析模塊Mechanical多物理場(chǎng)模塊Multi-Physics土木系研究生學(xué)術(shù)講座ANSYS的學(xué)習(xí)n 現(xiàn)在市面上有很多ANSYS的入門書籍，入門學(xué)習(xí)的難度現(xiàn)在已經(jīng)很小了n 先結(jié)合要做的項(xiàng)目研究找一個(gè)小的例子過(guò)一遍，掌握基本功能n 一些特殊功能需要仔細(xì)閱讀用戶手冊(cè)n 學(xué)會(huì)使用各個(gè)相關(guān)討論區(qū)(Okok, 傲雪, simwe)n 有后期分析結(jié)

2、果嚴(yán)重依賴前期建模工作， 所以應(yīng)多花些時(shí)間來(lái)研究模型如何建立土木系研究生學(xué)術(shù)講座合縱聯(lián)橫n 以ANSYS本身為平臺(tái)，為其他各專業(yè)有限元提供前后處理支持n 以ANSYS的銷售網(wǎng)絡(luò)大量有的銷售及維護(hù)工作n 將高度專業(yè)化功能分包或，減少開(kāi)發(fā)難度， 分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)n 和多個(gè)相關(guān)軟硬件廠商結(jié)成良伙伴， 共同擴(kuò)大市場(chǎng)占有率土木系研究生學(xué)術(shù)講座有分析問(wèn)題的組成n 對(duì)幾何模型的模擬（建立幾何模型）n 對(duì)物理模型的模擬（建立材料模型）n 對(duì)工藝過(guò)程的模擬（建立分析過(guò)程）n 結(jié)果的整理和n 參數(shù)的調(diào)整土木系研究生學(xué)術(shù)講座與土木的相關(guān)一些特別功能n 螺栓n 混凝土n 索n Beam 18x 系列n 復(fù)合材料土木系研究生學(xué)

3、術(shù)講座牽涉到的非線性領(lǐng)域n 材料非線性n 幾何非線性n 狀態(tài)（接觸）非線性n 單元非線性土木系研究生學(xué)術(shù)講座與土木工程相關(guān)的功能n 靜力分析n 動(dòng)力分析n 瞬態(tài)分析n 譜分析n 屈曲分析土木系研究生學(xué)術(shù)講座單元選擇n ANSYS單元命名規(guī)則Solid 65單元屬性單元編號(hào)Shell, Plane, Beam, Mass, Link, Combin, Cont, Targe土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊土木系研究生學(xué)術(shù)講座常用模塊組成n 通用前處理模塊(Pre7)n 求解模

4、塊(Solu)n 通用后處理模塊(Post1)n 時(shí)程后處理模塊(Post26)n 優(yōu)化模塊(Optim)土木系研究生學(xué)術(shù)講座舉例 Beam 3 (續(xù))n Real Constantn AREA: 截面積n IZZ: 慣性矩n HEIGHTS: 梁高度n SHEARZ：剪切變形參數(shù)n ISTRN: 初始應(yīng)變n ADDMAS: 附加質(zhì)量土木系研究生學(xué)術(shù)講座舉例 Beam 3n 平面2節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧猲 Key Optionn 有3個(gè)Key Option選項(xiàng)：n Key Option(6)：是否輸出單元坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)荷載n Key Option(9)：是否輸出梁其他截面的結(jié)果n Key Option(10):

5、 梁表面荷載定義是絕對(duì)坐標(biāo)還是相對(duì)坐標(biāo)土木系研究生學(xué)術(shù)講座單元附加選項(xiàng)n Key Option用于定義單元內(nèi)部的一些功能選擇（積分點(diǎn)布置，應(yīng)力輸出）n Real Constantn 用于定義一些單元的幾何屬性或附加功能（板的厚度，混凝土的配筋率，接觸面的摩擦系數(shù)）n Sectionn 用于定義一些梁、板單元的截面性質(zhì)土木系研究生學(xué)術(shù)講座單元選擇土木系研究生學(xué)術(shù)講座材料選擇土木系研究生學(xué)術(shù)講座材料選擇n 基本材料屬性n 彈性模量，泊松比，密度，熱容，導(dǎo)熱率， 阻尼比n 附加材料屬性(Data table)n 屈服，開(kāi)裂，硬化土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)

6、整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座注意事項(xiàng)n 單元在ANSYS當(dāng)中是作為一個(gè)最基本的功能組成部分，除了普通的單元以外，接觸、 度耦合、預(yù)應(yīng)力等大量功能也是基于單元而設(shè)立的n ANSYS為了保證其程序的通用性和可擴(kuò)展性， 對(duì)一些新功能以增加新單元的形式加以引入（16x系列單元族）n 使用單元前，應(yīng)仔細(xì)閱讀幫助文件中關(guān)于單元使用和理論的相關(guān)章節(jié)土木系研究生學(xué)術(shù)講座注意事項(xiàng)n ANSYS提供的材料屬性并不算豐富，只提供了最必須的一些材料屬性n ANSYS的一些材料和單元選擇密切相關(guān)，很多材料模型只能用于特定單元n ANSYS的材料定義有些是為特殊功能模塊設(shè)計(jì)的，需要

7、弄清楚哪些材料模型ANSYS集成了， 哪些沒(méi)有集成土木系研究生學(xué)術(shù)講座輸入土木系研究生學(xué)術(shù)講座舉例：一級(jí)鋼材n 基本材料屬性n 彈性模量 200GPa，泊松比0.3，密度7800kg/m3n 附加材料屬性：等強(qiáng)硬化雙線性彈塑性n BISOn 屈服強(qiáng)度215MPan 硬化模量2GPa土木系研究生學(xué)術(shù)講座常用材料模型n 雙線性彈塑性（等強(qiáng)硬化與隨動(dòng)硬化）： 低強(qiáng)度鋼材n 多線性彈塑性（等強(qiáng)硬化與隨動(dòng)硬化）： 高強(qiáng)鋼材，混凝土n Drucker-Prager：土n Concrete：混凝土，巖石土木系研究生學(xué)術(shù)講座幾何模型n ANSYS的幾何模型嚴(yán)格按照“點(diǎn)線面體”來(lái)組成土木系研究生學(xué)術(shù)講座建立模型

8、n 幾何方式建模n 通過(guò)點(diǎn)、線、面、體等幾何組件建立分析對(duì)象的幾何模型（不力學(xué)行為等物理行為）n 建模完成后再賦予相應(yīng)的物理屬性準(zhǔn)備網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座建立模型土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座變換工作平面土木系研究生學(xué)術(shù)講座工作平面Work Planen ANSYS建模時(shí)，默認(rèn)的坐標(biāo)系是工作平面坐標(biāo)系n 調(diào)整工作平面坐標(biāo)系的位置、角度等，可以進(jìn)行各種復(fù)雜的體變換操作n Reflect, Divide.土木系研究生學(xué)術(shù)講座學(xué)會(huì)使用選擇集n ANSYS用戶對(duì)模型中的各個(gè)元素（點(diǎn)，線，

9、 面，體，節(jié)點(diǎn)，單元）建立集合，按集合對(duì)這 些元素進(jìn)行操作n 對(duì)于復(fù)雜模型，建立清晰的集合模型會(huì)大大方便后續(xù)分析工作n 推薦：對(duì)相同屬性的元素都建立相應(yīng)的選擇集， 后續(xù)分析直接對(duì)這些選擇集進(jìn)行操作土木系研究生學(xué)術(shù)講座建模注意事項(xiàng)n 建立復(fù)雜模型時(shí)，務(wù)必清晰了解模型中幾何元素的拓?fù)鋘 體由哪些面組成，面由哪些線組成，線的頂點(diǎn)和終點(diǎn)等n ANSYS的建模功能在各個(gè)版是最快的， 但是建模過(guò)程中仍然推薦仔細(xì)模型的幾何 形狀n 準(zhǔn)確且邏輯 清晰的模型是 分析的重要條件，即使ANSYS解決不了，也很容易轉(zhuǎn)到其他程序土木系研究生學(xué)術(shù)講座注意事項(xiàng)n 靈活利用工作平面和體操作可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜變換，但是變換過(guò)程可

10、能需要經(jīng)過(guò)若干步驟n 建立完復(fù)雜形體后，建議將復(fù)雜形體分割為若干個(gè)簡(jiǎn)單的形體，便于后期分網(wǎng)操作n 主要是經(jīng)驗(yàn)的積累土木系研究生學(xué)術(shù)講座重要的體元素操作n Add：將兩個(gè)體合并為一個(gè)體n Subtract：兩個(gè)體相減n Overlap: 兩個(gè)體疊加n Glue: 兩個(gè)體合并公用面n Divide：分割兩個(gè)體土木系研究生學(xué)術(shù)講座坐標(biāo)系設(shè)置土木系研究生學(xué)術(shù)講座坐標(biāo)系n 全局坐標(biāo)系(Global)n 直角坐標(biāo)系n 柱坐標(biāo)系n 球坐標(biāo)系n 結(jié)果坐標(biāo)系土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分n Smart網(wǎng)格劃分根據(jù)模型曲率來(lái)決定網(wǎng)格劃分n 根據(jù)單元大小、或者線分段、面分割來(lái)劃分網(wǎng)格n 二維網(wǎng)格劃分問(wèn)題不大，三維網(wǎng)格

11、劃分目前自由網(wǎng)格劃分只能劃分四面體網(wǎng)格，不能劃分六面體網(wǎng)格土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分n ANSYS主要提供了三種網(wǎng)格劃分方式：n 網(wǎng)格劃分()n 網(wǎng)格劃分(Mapped)n 掃略網(wǎng)格劃分(Sweep)土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分的注意事項(xiàng)n 建立幾何模型的時(shí)候就盡量考慮分網(wǎng)的方便n 在對(duì)體分網(wǎng)前最好先對(duì)體所附著的線進(jìn)行分割，該邊的網(wǎng)格密度，必要是還可以對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以更好 網(wǎng)格形態(tài)n 分網(wǎng)很少一遍 ，分網(wǎng)前最好保存存檔，條件 的情況下盡量多試

12、一些分網(wǎng)方案，以求得精度和計(jì)算代價(jià)的均衡土木系研究生學(xué)術(shù)講座掃略網(wǎng)格劃分n 當(dāng)體有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的面時(shí)，可以使用掃略網(wǎng)格劃分來(lái)建立6面體網(wǎng)格土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分n 當(dāng)體的面數(shù)量少于6個(gè)時(shí)可以使用網(wǎng)格劃分n 可以劃分6面體單元土木系研究生學(xué)術(shù)講座網(wǎng)格劃分例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座直接建立單元n 建立節(jié)點(diǎn)n 直接通過(guò)節(jié)點(diǎn)建立單元n 可以通過(guò)APDL批量建立單元n 可以通過(guò)讀入其他分網(wǎng)的模型n 一些特殊單元只能通過(guò)這種建立（鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)節(jié)點(diǎn)）土木系研究生學(xué)術(shù)講座直接建立單元土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立

13、節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座模型局部調(diào)整n 元素編號(hào)的合并與壓縮n 度的耦合n 接觸對(duì)的生成n 特殊單元的添加n 對(duì)模型進(jìn)行復(fù)查n 根據(jù)模型大小調(diào)整內(nèi)存，硬盤空間分配土木系研究生學(xué)術(shù)講座模型局部調(diào)整土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用前處理模塊n 單元選擇n 材料定義n 模型局部調(diào)整n 施加荷載直接建立節(jié)點(diǎn)和單元幾何建模網(wǎng)格劃分土木系研究生學(xué)術(shù)講座求解模塊土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座施加荷載n ANSYS結(jié)構(gòu)分析里面的荷載主要有以下一些：n 位移n 集中

14、力（彎矩）n 分布力n 度n 激勵(lì)譜（位移，速度，度）n 溫度土木系研究生學(xué)術(shù)講座施加荷載土木系研究生學(xué)術(shù)講座基本選項(xiàng)荷載步長(zhǎng)設(shè)定輸出頻率輸出結(jié)果大變形開(kāi)關(guān)荷載步長(zhǎng)控制開(kāi)關(guān)土木系研究生學(xué)術(shù)講座分析選項(xiàng)非線性選項(xiàng)求解選項(xiàng)瞬態(tài)動(dòng)力選項(xiàng)基本分析選項(xiàng)高級(jí)非線性選項(xiàng)土木系研究生學(xué)術(shù)講座分析問(wèn)題的類型子結(jié)構(gòu)特征值屈曲譜分析瞬態(tài)動(dòng)力諧振模態(tài)靜力土木系研究生學(xué)術(shù)講座求解模塊n 分析問(wèn)題的類型n 設(shè)定分析參數(shù)n 添加荷載條件n 建立荷載工況n 求解土木系研究生學(xué)術(shù)講座高級(jí)非線性（?。┩聊鞠笛芯可鷮W(xué)術(shù)講座非線性選項(xiàng)收斂標(biāo)準(zhǔn)非線性控制開(kāi)關(guān)荷載折半限制土木系研究生學(xué)術(shù)講座求解器選項(xiàng)重啟動(dòng)文件方程求解器土木系研究生學(xué)術(shù)

15、講座瞬態(tài)動(dòng)力分析參數(shù)瑞雷阻尼系數(shù)積分荷載加載方式土木系研究生學(xué)術(shù)講座單元生死n 一種特殊的狀態(tài)非線性，模擬一些分析模型變化帶來(lái)的非線性n 殺死：?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠融呌诹悖瑔卧獌?nèi)力n 激活：?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠然謴?fù)，單元應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱阃聊鞠笛芯可鷮W(xué)術(shù)講座求解n 求解的選擇n 執(zhí)行當(dāng)前荷載(Current)n 按荷載步執(zhí)行(LS)土木系研究生學(xué)術(shù)講座重啟動(dòng)分析(Restart)n 可以沿著以前的計(jì)算結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算n 在Restart分析中，邊界條件(荷載等)可以繼承n 單元生死等非荷載條件往往不能繼承n 參數(shù)往往不能繼承計(jì)算案例1計(jì)算案例3計(jì)算案例2土木系研究生學(xué)術(shù)講座荷載步文件(Load Step)n 可以批

16、量輸入運(yùn)行荷載n 注意和Load Case之間的區(qū)別n Load Step 荷載之間一定的先后順序關(guān)系n Load Case 荷載之間沒(méi)有內(nèi)在土木系研究生學(xué)術(shù)講座計(jì)算結(jié)果的文字輸出n 通過(guò)列表的方式輸出計(jì)算結(jié)果n 輸出數(shù)據(jù)文件土木系研究生學(xué)術(shù)講座后處理的主要功能n 結(jié)果的文字輸出(Result List)n 結(jié)果的云圖輸出(Result Contour)n 結(jié)果的矢量輸出(Result Vector)n 結(jié)果的路徑輸出(Result Map)n Element Table的提取n Load Case 及其組合土木系研究生學(xué)術(shù)講座通用后處理模塊土木系研究生學(xué)術(shù)講座求解過(guò)程中的圖形輸出內(nèi)容誤差收斂

17、標(biāo)準(zhǔn)土木系研究生學(xué)術(shù)講座計(jì)算結(jié)果的路徑輸出n 定義路徑Pathn 把結(jié)果到路徑上去(Path Map)土木系研究生學(xué)術(shù)講座計(jì)算結(jié)果的矢量輸出n Vector Plot土木系研究生學(xué)術(shù)講座線性單元的云圖輸出n 需要先定義Element Tablen 再到Contour Plot里面設(shè)定Line Element Result土木系研究生學(xué)術(shù)講座計(jì)算結(jié)果的云圖輸出n Contour Plot土木系研究生學(xué)術(shù)講座截面結(jié)果的輸出n PlotCtrls-Style-Section/Hidden Line Optionsn 選擇Working Plann 通過(guò)調(diào)整工作面位置，得到各個(gè)截面的輸出結(jié)果土木系研究

18、生學(xué)術(shù)講座Load Case及其組合n 多個(gè)計(jì)算結(jié)果可以使用定義Load Case的分別存放n 這些Load Case可以進(jìn)行數(shù)算(荷載分?jǐn)?shù))，并加以組合，得到荷載組合效果土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座Element Tablen 單元的一些專門結(jié)果存放于Element Table (梁?jiǎn)卧膽?yīng)力)土木系研究生學(xué)術(shù)講座繪制時(shí)間歷程土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座時(shí)程后處理模塊(Post26)土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子土木系研究生學(xué)術(shù)講座例子n ET,1,SOLID45n k,2,0,0,1n ANTYPE,0n FK,2,FZ,-1n tf=0.169土木系研究生學(xué)術(shù)講座ANSYS令流語(yǔ)言APDLn ANSYS所有計(jì)算過(guò)程中，一切GUI操作都對(duì)應(yīng)于一個(gè)字符命令n 字符命令存放于工作目錄下Jobname.log 文件中n 熟練使用GUI和命令流交互錯(cuò)作可以有效減小工作量土木系研究生學(xué)術(shù)講座基本功能步驟n 定義分析命令流n 定義設(shè)計(jì)變量n 定義狀態(tài)變量n 定義目標(biāo)變量n 定義分析n 計(jì)算土木系研究生學(xué)術(shù)講座結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊土木系研究生學(xué)術(shù)講座應(yīng)用例子(2)土木系研究生學(xué)術(shù)講座應(yīng)用例子(1)土木系研究生學(xué)術(shù)講座DYNA的特點(diǎn)n 顯式動(dòng)力分析，可以處理大量的復(fù)雜非線性問(wèn)題n 獨(dú)特的材料庫(kù)和單元