有限元分析課件第二課

1、有限元分析有限元分析有限元法有限元法有限元法有限元法 有限元法的有限元法的基本思想基本思想：先化整為零、再積零為整，：先化整為零、再積零為整，也就是把一個(gè)也就是把一個(gè)連續(xù)體連續(xù)體人為地分割成有限個(gè)單元；即把一人為地分割成有限個(gè)單元；即把一個(gè)結(jié)構(gòu)看成由若干通過(guò)個(gè)結(jié)構(gòu)看成由若干通過(guò)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)相連的相連的單元單元組成的整體，先組成的整體，先進(jìn)行單元分析，然后再把這些單元組合起來(lái)代表原來(lái)的進(jìn)行單元分析，然后再把這些單元組合起來(lái)代表原來(lái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。 有限元法的實(shí)質(zhì)：將有限元法的實(shí)質(zhì)：將復(fù)雜復(fù)雜的連續(xù)體劃分為有限多個(gè)的連續(xù)體劃分為有限多個(gè)簡(jiǎn)單的單元體，化無(wú)限自由度問(wèn)題為有限自由度問(wèn)

2、題，簡(jiǎn)單的單元體，化無(wú)限自由度問(wèn)題為有限自由度問(wèn)題，將連續(xù)場(chǎng)函數(shù)的（偏）微分方程的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化成有限將連續(xù)場(chǎng)函數(shù)的（偏）微分方程的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化成有限個(gè)參數(shù)的代數(shù)方程組的求解問(wèn)題。個(gè)參數(shù)的代數(shù)方程組的求解問(wèn)題。1.1 有限元法的基本概念有限元法的基本概念Definition離散離散連續(xù)域連續(xù)域),(yxF),(iiyxF有限元法有限元法1.2 單元、節(jié)點(diǎn)單元、節(jié)點(diǎn)Definition連續(xù)域連續(xù)域單元單元:網(wǎng)格劃分中每一個(gè)小的塊體網(wǎng)格劃分中每一個(gè)小的塊體稱(chēng)為單元。單元有線、面或?qū)嶓w稱(chēng)為單元。單元有線、面或?qū)嶓w以及一維、二維或三維的單元等以及一維、二維或三維的單元等種類(lèi)。種類(lèi)。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn): 確定單元形

3、狀，單元之間確定單元形狀，單元之間相互聯(lián)結(jié)的點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。相互聯(lián)結(jié)的點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。 具有具有一定一定自由度自由度，并存在相互物理作，并存在相互物理作用。用。有限元法有限元法1.3 有限元分析有限元分析 有限元分析是利用有限元分析是利用有限元模型有限元模型對(duì)對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)真實(shí)物理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)行模擬，通過(guò)簡(jiǎn)單而又相互作用的基本元素模擬，通過(guò)簡(jiǎn)單而又相互作用的基本元素單元單元，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)用用有限數(shù)量有限數(shù)量的未知量去的未知量去逼近無(wú)限逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。未知量的真實(shí)系統(tǒng)。 有限元法有限元法是把一個(gè)是把一個(gè) 近似地用有限個(gè)在節(jié)點(diǎn)近似地用有限個(gè)在節(jié)點(diǎn)處相聯(lián)接的處相聯(lián)接的 組成的組合體來(lái)代替，從而把連續(xù)體

4、組成的組合體來(lái)代替，從而把連續(xù)體的分析轉(zhuǎn)化為單元分析加上對(duì)這些單元組合的分析問(wèn)題的分析轉(zhuǎn)化為單元分析加上對(duì)這些單元組合的分析問(wèn)題連續(xù)體連續(xù)體單元單元Definition一、一、ANSYS用戶界面用戶界面上圖為上圖為ANSYS經(jīng)典產(chǎn)品用戶界面（經(jīng)典產(chǎn)品用戶界面（GUI）。）?！綟ileFile】文件管理菜單文件管理菜單功能：主文件的讀寫(xiě)和模型數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)操作。功能：主文件的讀寫(xiě)和模型數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)操作。應(yīng)用菜單介紹應(yīng)用菜單介紹Change Jobname 設(shè)置新的工程名設(shè)置新的工程名Change Title 定義主標(biāo)題定義主標(biāo)題Save as Jobname.db 保存工程保存工程Import E

5、xport與其他軟件的接口與其他軟件的接口【Select】選擇菜單選擇菜單功能：主要用于對(duì)圖形實(shí)體進(jìn)行選擇操作。功能：主要用于對(duì)圖形實(shí)體進(jìn)行選擇操作。Entities 制定圖元制定圖元Everthing 所有圖元所有圖元Everything Below 選擇某種類(lèi)型及選擇某種類(lèi)型及包含于該類(lèi)型下的所有圖元包含于該類(lèi)型下的所有圖元功能：主要用于列表顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。功能：主要用于列表顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)?！綥ist】列表菜單列表菜單【Plot】繪圖菜單繪圖菜單功能：主要用于繪制顯示實(shí)體（點(diǎn)、線、面、功能：主要用于繪制顯示實(shí)體（點(diǎn)、線、面、體和單元等）。體和單元等）。用于繪制結(jié)果圖?？梢岳L制變形圖

6、、用于繪制結(jié)果圖?？梢岳L制變形圖、等值線圖、矢量圖、軌線圖、流線圖、等值線圖、矢量圖、軌線圖、流線圖、三維動(dòng)畫(huà)等三維動(dòng)畫(huà)等【PlotCtrls】圖形控制菜單圖形控制菜單功能：主要用于控制圖形顯示的方式。包含了對(duì)視圖、功能：主要用于控制圖形顯示的方式。包含了對(duì)視圖、格式和其他圖形顯示特征得控制格式和其他圖形顯示特征得控制Pan Zoom RotateNumberingAnimateHard Copy功能：主要用于對(duì)工作平面和坐標(biāo)系的設(shè)置。功能：主要用于對(duì)工作平面和坐標(biāo)系的設(shè)置?！網(wǎng)orkPlane】工作平面菜單工作平面菜單【ParametersParameters】設(shè)置菜單設(shè)置菜單功能：主要用于

7、分析過(guò)程中的參數(shù)設(shè)置。例如：功能：主要用于分析過(guò)程中的參數(shù)設(shè)置。例如：【Scalar Parameters】命令用于標(biāo)題參數(shù)的設(shè)置。命令用于標(biāo)題參數(shù)的設(shè)置?！綡elp】幫助菜單幫助菜單【MenuCtrls】菜單控制菜單控制功能：主要用于控制菜單顯示和工具條按鈕。功能：主要用于控制菜單顯示和工具條按鈕。例如：例如：【Color Selection】命令用于顏色設(shè)命令用于顏色設(shè)置；置；【Edit Toolbar】命令用于編輯工具欄命令用于編輯工具欄中按鈕等。中按鈕等。 功能：主要用于幫助信息的查找功能：主要用于幫助信息的查找學(xué)會(huì)用學(xué)會(huì)用ANSYS Tutorials輸入窗口主要是用來(lái)輸入命令行命令

8、的，輸入相應(yīng)的輸入窗口主要是用來(lái)輸入命令行命令的，輸入相應(yīng)的ANSYSANSYS內(nèi)部命內(nèi)部命令，還會(huì)提示相關(guān)的參數(shù)信息。令，還會(huì)提示相關(guān)的參數(shù)信息。單擊輸入窗口左邊的單擊輸入窗口左邊的 按鈕，將彈出命令輸入窗口按鈕，將彈出命令輸入窗口ANSYS Command Window，在其下側(cè)的文本框中輸入命令，回車(chē)后即可，在其下側(cè)的文本框中輸入命令，回車(chē)后即可執(zhí)行，上側(cè)的文本框用于顯示命令記錄。執(zhí)行，上側(cè)的文本框用于顯示命令記錄。輸入窗口介紹輸入窗口介紹主菜單（主菜單（ANSYS Main Menu）是使用）是使用GUI模式進(jìn)行有限元分析的主要操作窗口，包模式進(jìn)行有限元分析的主要操作窗口，包含了含了A

9、NSYS的主要功能：的主要功能：Preferences（優(yōu)選器）（優(yōu)選器）Preprocessor（預(yù)處理器）（預(yù)處理器）Solution（求解器）（求解器）General Postprocessor（通用后處理器）（通用后處理器）Time Postprocessor（時(shí)間歷程后處理器）（時(shí)間歷程后處理器）Topological Opt（拓?fù)鋬?yōu)化）（拓?fù)鋬?yōu)化）ROM Tool（減縮幾分模型工具）（減縮幾分模型工具）Design Opt（優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊）（優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊）Prob Design（概率設(shè)計(jì)）（概率設(shè)計(jì)）Radiation Opt（輻射選項(xiàng)）（輻射選項(xiàng)）Run-Time Stats 運(yùn)行

10、時(shí)間估計(jì)器運(yùn)行時(shí)間估計(jì)器Session Editor 記錄編輯器記錄編輯器Finish 結(jié)束結(jié)束主菜單介紹主菜單介紹主菜單交互操作主菜單交互操作2、視圖變換對(duì)話框、視圖變換對(duì)話框1）第）第1區(qū)：選擇圖形變換操作的對(duì)象窗口。區(qū)：選擇圖形變換操作的對(duì)象窗口。2）第）第2區(qū)：各向視圖變換按鈕。區(qū)：各向視圖變換按鈕。 Front：+Z向視圖；向視圖；Back：-Z向視圖；向視圖；Top：+Y向視圖向視圖；Bot：-Y向視圖；向視圖；Right：+X向視圖；向視圖；Left：-X向視圖；向視圖；ISO：等軸視圖；：等軸視圖；Obliq：斜視圖；：斜視圖；WP：工作平面視圖。：工作平面視圖。3）第）第3區(qū)

11、：鼠標(biāo)框選圖形縮放變換按鈕。區(qū)：鼠標(biāo)框選圖形縮放變換按鈕。 Zoom：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域的方法：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域的方法是首先拾取中心點(diǎn)，然后拾取矩形區(qū)域的任意一個(gè)邊界上的點(diǎn)。是首先拾取中心點(diǎn)，然后拾取矩形區(qū)域的任意一個(gè)邊界上的點(diǎn)。 Box Zoom：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域方：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域方法是首先拾取矩形區(qū)域的一個(gè)角點(diǎn)，然后再拾取矩形區(qū)域的對(duì)角法是首先拾取矩形區(qū)域的一個(gè)角點(diǎn)，然后再拾取矩形區(qū)域的對(duì)角點(diǎn)。點(diǎn)。 Win Zoom：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域方：顯示拾取矩形窗口中的圖形，拾取矩形區(qū)域方法是

12、首先拾取矩形區(qū)域的一個(gè)角點(diǎn)，然后再拾取矩形的任意一個(gè)法是首先拾取矩形區(qū)域的一個(gè)角點(diǎn)，然后再拾取矩形的任意一個(gè)邊界上的點(diǎn)。邊界上的點(diǎn)。二、二、ANSYS常用操作常用操作4）第）第4區(qū)：平移縮放視圖。區(qū)：平移縮放視圖。 方向箭頭：圖形平移變換。方向箭頭：圖形平移變換。 ：右移變換；：上移變換；下移變換；：右移變換；：上移變換；下移變換； ：左移變換：左移變換。 大小圓點(diǎn)：圖形縮放變換。大小圓點(diǎn)：圖形縮放變換。 ：放大按鈕；：放大按鈕；：縮小按鈕。：縮小按鈕。5）第）第5區(qū)：旋轉(zhuǎn)變換。區(qū)：旋轉(zhuǎn)變換。 單擊一次旋轉(zhuǎn)變換按鈕旋轉(zhuǎn)角度由第單擊一次旋轉(zhuǎn)變換按鈕旋轉(zhuǎn)角度由第6區(qū)的旋轉(zhuǎn)角度值區(qū)的旋轉(zhuǎn)角度值控制。

13、控制。 X-：繞：繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；X+：繞：繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；換；Y-：繞：繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；Y+：繞：繞Y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；換；Z-：繞：繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換；Z+：繞：繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變換。6）第）第6區(qū)：第區(qū)：第5區(qū)單次旋轉(zhuǎn)變換的角度。區(qū)單次旋轉(zhuǎn)變換的角度。 默認(rèn)旋轉(zhuǎn)變換角度為默認(rèn)旋轉(zhuǎn)變換角度為30，可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)滑條上的，可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)滑條上的滑標(biāo)改變旋轉(zhuǎn)角度的大小，在滑條上方顯式數(shù)值的大小?；瑯?biāo)改變旋轉(zhuǎn)角度的大小，在滑條上方顯式數(shù)值的大小。二、二、ANSYS常用操作常用操作

14、7）第）第7區(qū)：選擇圖形變換方式。區(qū)：選擇圖形變換方式。 Dynamic Mode不選中則進(jìn)行按鈕圖形變換，此時(shí)不選中則進(jìn)行按鈕圖形變換，此時(shí)按照按照16區(qū)的按鈕進(jìn)行圖形變換。區(qū)的按鈕進(jìn)行圖形變換。Dynamic Mode選中則可選中則可以用鼠標(biāo)動(dòng)態(tài)進(jìn)行圖形變換。以用鼠標(biāo)動(dòng)態(tài)進(jìn)行圖形變換。 按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，圖形平移變換；按住鼠標(biāo)右按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，圖形平移變換；按住鼠標(biāo)右鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，圖形旋轉(zhuǎn)變換；滾動(dòng)滾輪進(jìn)行縮放變換。鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，圖形旋轉(zhuǎn)變換；滾動(dòng)滾輪進(jìn)行縮放變換。8）第）第8區(qū)：對(duì)話框動(dòng)作按鈕。區(qū)：對(duì)話框動(dòng)作按鈕。 Fit：使整個(gè)模型完全自適應(yīng)地充滿整個(gè)圖形窗口。：使整個(gè)模型完全自

15、適應(yīng)地充滿整個(gè)圖形窗口。Preferences（優(yōu)選器）（優(yōu)選器）科學(xué)項(xiàng)選擇科學(xué)項(xiàng)選擇計(jì)算方法選擇計(jì)算方法選擇h-Method 方法：以加密網(wǎng)格劃分的方法提高結(jié)果的方法：以加密網(wǎng)格劃分的方法提高結(jié)果的計(jì)算精度。計(jì)算精度。 p-Method 方法：以增加單元內(nèi)插值函數(shù)階數(shù)的方方法：以增加單元內(nèi)插值函數(shù)階數(shù)的方法提高計(jì)算精度。法提高計(jì)算精度。 保存數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)退出程序退出程序增強(qiáng)圖形增強(qiáng)圖形工具條介紹工具條介紹輸出窗口輸出窗口 對(duì)話框中的對(duì)話框中的: “OK” 與與“Apply”對(duì)話框中對(duì)話框中OK與與APPLY的區(qū)別的區(qū)別OK 執(zhí)行操作，并退執(zhí)行操作，并退出此對(duì)話框出此對(duì)話框.

16、Apply 執(zhí)行操作，但執(zhí)行操作，但并不退出此對(duì)話框，可并不退出此對(duì)話框，可以重復(fù)執(zhí)行操作以重復(fù)執(zhí)行操作. 退出 ANSYS要退出要退出ANSYS:1. 選擇工具條中的選擇工具條中的QUIT,或選擇應(yīng)用菜或選擇應(yīng)用菜單單 File Exit.2. 選擇退出對(duì)話框中的選擇退出對(duì)話框中的存盤(pán)選項(xiàng)存盤(pán)選項(xiàng).3. 選擇對(duì)話框中的選擇對(duì)話框中的 OK.ANSYS文件文件文件類(lèi)型與格式文件類(lèi)型與格式ANSYS軟件的單位軟件的單位ANSYS軟件在沒(méi)有規(guī)定建模、加載及分析結(jié)果的物理軟件在沒(méi)有規(guī)定建模、加載及分析結(jié)果的物理單位，其單位采用自定義的一組統(tǒng)一的單位系統(tǒng)。例如單位，其單位采用自定義的一組統(tǒng)一的單位系統(tǒng)

17、。例如：Animate菜單 Mode shape：變形模態(tài)系列 Deformed shape：結(jié)構(gòu)變形動(dòng)畫(huà) Deformed result：結(jié)構(gòu)變形等值線 Over time：隨時(shí)間變化的變形等值線動(dòng)畫(huà) Over result：某一子步范圍結(jié)果的順序等值線動(dòng)畫(huà) Q-slice contours：變形等值線切片云圖動(dòng)畫(huà) Q-slice vectors：變形等值線切片云圖動(dòng)畫(huà) Isosurfaces：變形等勢(shì)面云圖動(dòng)畫(huà) Partice flow：粒子流動(dòng)或帶電粒子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)系列提出問(wèn)題一個(gè)厚度為20mm的帶孔矩形板受平面內(nèi)張拉，形狀如下圖示。左邊固定，右邊受一荷載P20N/mm作用，求其變形情況。材料的彈性模量為200GPa，泊松比為0.3 第一個(gè)有限元分析