Analysis分析方法

1、制訂分析方案分析的基本步驟00128912 Mar,20003-1在開始ANSYS分析以前，你必須做幾個決策，如：選擇何種分析類型、采用何種模型等本講將和大家一起討論在分析過程前需要做的決策，目的是給大家提供幾點個在進入分析之前規(guī)劃和建議。討論的主題: A. 選擇何種分析類型? B. 如何建模? C. 選擇何種單元類型?00128912 Mar,20003-2ANSYS可以應(yīng)用的分析類型可以是:結(jié)構(gòu)（Structural）固體的運動，作用在固體上的壓力或固體之間的接觸等熱（Thermal）施加于固體上熱，高溫或溫度的變化等電磁場傳輸電流（AC/DC）、電磁波以及電壓或電荷激勵的(Electro

2、magnetic) 設(shè)備流場（Fluid） 氣體/流體的流動或容器內(nèi)氣體/流體耦合場（Coupled-Field）以上幾種物理場的偶合作用本次討論以結(jié)構(gòu)分析為例00128912 Mar,20003-3當(dāng)你確定了是結(jié)構(gòu)分析以后，接下來要考慮的問題是： 是靜態(tài)還是動態(tài)分析? 線性或非線性分析?要回答這些問題，只要記住不能物體承受何種激勵（載荷），它不外對應(yīng)以下三種類型的力: 靜態(tài)力(由于剛度) 慣性力 (由于質(zhì)量) 阻尼力00128912 Mar,20003-4靜態(tài) vs. 動態(tài)分析靜態(tài)分析假設(shè)剛度引起的力占主導(dǎo)地位動態(tài)分析是考慮三種類型的力的作用比如，考慮跳水板的分析 如果跳水運動員靜態(tài)地站在上

3、面時，那用靜態(tài)分析已足夠了 但如果跳水運動員在上面跳動時，您就要做動態(tài)分析00128912 Mar,20003-5如果施加的載荷隨時間變化很快，慣性力和阻尼力都是不可忽略的可以根據(jù)載荷和時間的依賴關(guān)系來確定選擇靜態(tài)還是動態(tài)分析 如果載荷在一個很長的時間內(nèi)變化緩慢，甚至是常量，可以選擇靜態(tài)分析 否則，選擇動態(tài)分析一般來說，外加激勵的頻率低于結(jié)構(gòu)最低固有頻率的1/3，可以把它作為靜態(tài)問題來處理00128912 Mar,20003-6線性 vs. 非線性分析線性分析假設(shè)載荷引起的對結(jié)構(gòu)剛度的變化是可以忽略，它的特征是: 小變形 應(yīng)變與應(yīng)力的變化在彈性極限內(nèi) 無剛度突變，如兩個物體發(fā)生接觸或分離001

4、28912 Mar,20003-7es彈性模量(E)非線性分析主要用于那些由于載荷引起的結(jié)構(gòu)剛度變化的情況，剛度變化的主要原因是: 應(yīng)變超出彈性范圍（朔性） 大變形，如垂釣用的釣魚竿 兩物體之間的接觸00128912 Mar,20003-8es許多建模決策必須在建立分析模型前就應(yīng)該決定: 模型中應(yīng)該包含多少細節(jié)? 可否利用對稱性? 模型中是否包含應(yīng)力奇異性?00128912 Mar,20003-9關(guān)于細節(jié)某些小的細節(jié)對分析來講是不重要的，就不應(yīng)該包含在分析模型中，如果你的模型是用其它CAD軟件建的模型，那么在傳到ANSYS之前就把這些特征去掉然而，對有些結(jié)構(gòu)，一些如倒角、圓孔之類的“小”細節(jié)，

5、它們可能就是發(fā)生最大應(yīng)力的部位，這時就不能忽略。這取決于你的分析目的00128912 Mar,20003-10關(guān)于對稱性許多結(jié)構(gòu)可能存在某種對稱性，允許你只用模型的某個部分或截面來描述整個模型的特性利用對稱建模的優(yōu)點是: 通常能很方便地建立整個模型 利用對稱性可以把模型建的更精細，包含更多細節(jié)，因此可以獲得比用整個模型得到的結(jié)果更好00128912 Mar,20003-11要利用對稱性進行分析，必須使以下條件同時滿足對稱性: 幾何 材料屬性 載荷條件ANSYS可處理以下幾種對稱類型: 軸對稱(Axisymmetry) 旋轉(zhuǎn)對稱(Rotational) 平面或反射(Planar or refle

6、ctive) 重復(fù)或平移對稱(Repetitive or translational)00128912 Mar,20003-12軸對稱軸對稱是指關(guān)于某個中心軸的對稱，如燈泡、直的圓管、錐體、圓盤以及圓屋頂?shù)葘ΨQ面可以是是任意位置的橫截面，這樣就可以用一個2-D的“切片”來描述整個 360圓周 一種簡化模型規(guī)模的手段!載荷通常應(yīng)該也是軸對稱的，不過如果是一個線性分析，載荷不對稱也沒關(guān)系，可以把載荷分解成正諧分量，依次得到獨立的解，然后進行疊加00128912 Mar,20003-13旋轉(zhuǎn)對稱旋轉(zhuǎn)對稱是重復(fù)的塊體關(guān)于中心軸排列，如汽輪機轉(zhuǎn)子這時只需要對其中的一個塊體建模載荷也假定關(guān)于該軸對稱001

7、28912 Mar,20003-14平面或反射對稱結(jié)構(gòu)關(guān)于某個平面呈鏡像對稱，整個鏡面即為對稱面載荷可以是關(guān)于對稱面對稱或反對稱00128912 Mar,20003-15本模型既是反射對稱也是旋轉(zhuǎn)對稱重復(fù)對稱或平移對稱每個重復(fù)段沿直線排列，如一個長的管子上均勻排列著冷卻片載荷也假定沿模型長度“重復(fù)”加載00128912 Mar,20003-16本模型既是重復(fù)對稱也是反射對稱載有些情況下，由于幾個小的細節(jié)而破壞了整個結(jié)構(gòu)的對稱性，有時你可以忽略這些細節(jié)(即當(dāng)作對稱處理)以便利用較小的模型。不過，由次造成的精度上的損失很難估計，因此應(yīng)小心使用。00128912 Mar,20003-17應(yīng)力奇異性應(yīng)

8、力奇異性是指有限元模型中應(yīng)力值無限大的位置，如： 點載荷, 如集中力或集中力矩 一個孤立的約束點，此處的約束反力呈點載荷 一個很尖的凹角(倒角半徑為零)當(dāng)網(wǎng)格密度在應(yīng)力奇異點加密時，應(yīng)力值急劇加大并且永遠不收斂00128912 Mar,20003-18Ps = P/A當(dāng) A 0, s 00128912 Mar,20003-19實際結(jié)構(gòu)不存在應(yīng)力奇異性，這是由于對實際模型簡化后產(chǎn)生的那么如何來處理應(yīng)力奇異性問題呢? 如果它們離我們關(guān)心的區(qū)域比較遠，只需在顯示結(jié)果時簡單地把這個區(qū)域排除在外 如果它們離所關(guān)心的區(qū)域內(nèi)，這時就必須采用正確的方法，如: 在尖角處加一個倒角(實際情況也如此)，并重新進行分

9、析 用與點力等效的分布壓力替代 將點約束“擴大”倒一組節(jié)點約束這也是在開始分析前必須做的重要決定典型的問題是: 選擇哪一類單元? 實體單元(Solid), 殼單元(shell), 梁單元(beam)等 單元的階次. 線性還是二階 網(wǎng)格密度. 這通常由分析的目的所決定00128912 Mar,20003-20單元類別單元類別ANSYS提供了各種單元類型以適應(yīng)不同的分析類型提供了各種單元類型以適應(yīng)不同的分析類型，常用的類型，常用的類型有有: 線單元線單元(Line elements) 殼單元殼單元(Shells) 二維實體單元二維實體單元(2-D solids) 三維實體單元三維實體單元(3-D

10、solids)線單元:梁(Beam)單元主要用于模擬螺栓、管狀構(gòu)件、 C-截面、角鐵或其它只考慮膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的細長構(gòu)件管(Spar)單元用于模擬彈簧、螺栓、帶預(yù)應(yīng)力螺栓和桁架構(gòu)件彈簧(Spring)單元用于模擬彈簧、螺栓和長而軟的部件以及用等效剛度替代復(fù)雜部件00128912 Mar,20003-21殼單元: 用于模擬薄板或曲面 “薄”的定義取決于實際應(yīng)用，但一般的原則是，殼體結(jié)構(gòu)的主要尺寸至少是板厚的10倍00128912 Mar,20003-2200128912 Mar,20003-231. 創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建有限元模型 創(chuàng)建或讀入幾何模型創(chuàng)建或讀入幾何模型. 定義材料屬性定義材料屬性

11、. 劃分單元劃分單元 (節(jié)點及單元節(jié)點及單元).2. 施加載荷進行求解施加載荷進行求解 施加載荷及載荷選項施加載荷及載荷選項. 求解求解.3. 查看結(jié)果查看結(jié)果 查看分析結(jié)果查看分析結(jié)果. 檢驗結(jié)果檢驗結(jié)果. (分析是否正確分析是否正確)A1XYZ00128912 Mar,20003-241. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看結(jié)果查看結(jié)果2. 施加載荷求解施加載荷求解主菜單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)分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn).00128912 Mar,20003-25ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一種動賓結(jié)構(gòu)，以動按照一種動賓結(jié)構(gòu)，以

12、動詞開始（如詞開始（如Create), 隨后隨后是一個名詞是一個名詞 (如如Circle).菜單的排列，按照由前到后菜單的排列，按照由前到后、由簡單到復(fù)雜的順序，與、由簡單到復(fù)雜的順序，與典型分析的順序相同典型分析的順序相同. 00128912 Mar,20003-26依照如下循序漸進的求解指導(dǎo)，進行一個懸壁梁的靜力分析依照如下循序漸進的求解指導(dǎo)，進行一個懸壁梁的靜力分析. 注意在此分析中采用的注意在此分析中采用的ANSYS分析步驟，以及幾次將內(nèi)存中分析步驟，以及幾次將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存到文件中的操作的數(shù)據(jù)存到文件中的操作.Exercise00128912 Mar,20003-27使用使用ANSY

13、S分析一個工字懸壁梁，如圖所示分析一個工字懸壁梁，如圖所示.PPoint ALH求解在力求解在力P作用下點作用下點A處的變形，已處的變形，已知條件如下：知條件如下：P = 4000 lbL = 72 inI = 833 in4E = 29 E6 psi橫截面積橫截面積 (A) = 28.2 in2H = 12.71 in在練習(xí)之后，數(shù)值解將與用彈性梁理在練習(xí)之后，數(shù)值解將與用彈性梁理論計算的解析解進行對比論計算的解析解進行對比.1.啟動 ANSYS.以交互模式進入ANSYS，工作文件名為beam.2.創(chuàng)建基本模型a.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Crea

14、te Keypoints In Active CS.00128912 Mar,20003-28使用帶有兩個關(guān)鍵點的線模擬梁，梁的高度及橫截面積使用帶有兩個關(guān)鍵點的線模擬梁，梁的高度及橫截面積將在單元的實常數(shù)中設(shè)置將在單元的實常數(shù)中設(shè)置.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁b.輸入關(guān)鍵點編號 1.c.輸入x,y,z坐標 0,0,0.d.選擇 Apply.e.輸入關(guān)鍵點編號 2.f.輸入x,y,z坐標72,0,0 .g.選擇 OK.h.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Lines Straight Line00128912 Mar,20003

15、-29練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁i. 選取兩個關(guān)鍵點.j. 在拾取菜單中選擇OK.3.存儲ANSYS數(shù)據(jù)庫.Toolbar: SAVE_DB00128912 Mar,20003-30注意彈出的拾取菜單，以及輸入窗口中的操作提示注意彈出的拾取菜單，以及輸入窗口中的操作提示.ANSYS數(shù)據(jù)庫是當(dāng)用戶在建模求解時數(shù)據(jù)庫是當(dāng)用戶在建模求解時ANSYS保存在內(nèi)保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。存中的數(shù)據(jù)。由于在由于在ANSYS初始對話框中定義的工作初始對話框中定義的工作文件名為文件名為beam，因此存儲的數(shù)據(jù)庫的到名為因此存儲的數(shù)據(jù)庫的到名為beam.db的文件中。經(jīng)常存儲數(shù)據(jù)庫文件名是必要的。這樣在進的文件中。經(jīng)常

16、存儲數(shù)據(jù)庫文件名是必要的。這樣在進行了誤操作后，可以恢復(fù)上次存儲的數(shù)據(jù)庫文件行了誤操作后，可以恢復(fù)上次存儲的數(shù)據(jù)庫文件. 存儲存儲及恢復(fù)操作，可以點取工具條，也可以選擇菜單：及恢復(fù)操作，可以點取工具條，也可以選擇菜單：Utility Menu：File.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁4.設(shè)定分析模塊.a.Main Menu: Preferencesb.選擇 Structural.c. 選擇 OK.00128912 Mar,20003-31使用使用“Preferences” 對話框選擇分析模塊，以便于對對話框選擇分析模塊，以便于對菜單進行過濾。如果不進行選擇，所有的分析模塊的菜菜單進行過濾。如果不進

17、行選擇，所有的分析模塊的菜單都將顯示出來。例如這里選擇了結(jié)構(gòu)模塊，那么所有單都將顯示出來。例如這里選擇了結(jié)構(gòu)模塊，那么所有熱、電磁、流體的菜單將都被過濾掉，使菜單更簡潔明熱、電磁、流體的菜單將都被過濾掉，使菜單更簡潔明了了.創(chuàng)建好幾何模型以后，就要準備單元類型、實常數(shù)、材創(chuàng)建好幾何模型以后，就要準備單元類型、實常數(shù)、材料屬性，然后劃分網(wǎng)格料屬性，然后劃分網(wǎng)格.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁5.設(shè)定單元類型相應(yīng)選項.a.Main Menu: Preprocessor Element Type Add/Edit/Deleteb.選擇 Add . . .c.左邊單元庫列表中選擇 Beam.d.在右邊單元

18、列表中選擇 2D elastic (BEAM3).00128912 Mar,20003-32對于任何分析，您必須單元類型庫中選擇一個或幾個適對于任何分析，您必須單元類型庫中選擇一個或幾個適合您的分析的單元類型合您的分析的單元類型. 單元類型決定了輔加的自由度單元類型決定了輔加的自由度（位移、轉(zhuǎn)角、溫度等）。許多單元還要設(shè)置一些單元（位移、轉(zhuǎn)角、溫度等）。許多單元還要設(shè)置一些單元的選項，諸如單元特性和假設(shè)，單元結(jié)果的打印輸出選的選項，諸如單元特性和假設(shè)，單元結(jié)果的打印輸出選項等。對于本問題，只須選擇項等。對于本問題，只須選擇 BEAM3 并默認單元選項并默認單元選項即可即可.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁

19、懸壁梁e.選擇 OK 接受單元類型并關(guān)閉對話框.f.選擇 Close 關(guān)閉單元類型對話框.6.定義實常數(shù).a.Main Menu: Preprocessor Real Constantsb.選擇 Add . . .00128912 Mar,20003-33有些單元的幾何特性，不能僅用其節(jié)點的位置充分表示有些單元的幾何特性，不能僅用其節(jié)點的位置充分表示出來，需要提供一些實常數(shù)來補充幾何信息。出來，需要提供一些實常數(shù)來補充幾何信息。 典型的典型的實常數(shù)有殼單元的厚度，梁單元的橫截面積等。某些單實常數(shù)有殼單元的厚度，梁單元的橫截面積等。某些單元類型所需要的實常數(shù)，以實常數(shù)組的形式輸入元類型所需要的實

20、常數(shù)，以實常數(shù)組的形式輸入. 練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁c.選擇 OK 定義BEAM3的實常數(shù).d.選擇 Help 得到有關(guān)單元 BEAM3的幫助.e.查閱單元描述.f.File Exit 退出幫助系統(tǒng).g.在AREA框中輸入 28.2 （橫截面積）.h.在IZZ框中輸入 833 （慣性矩）.i.在HEIGHT框中輸入 12.71 （梁的高度）.00128912 Mar,20003-34練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁j.選擇 OK 定義實常數(shù)并關(guān)閉對話框.k.選擇 Close 關(guān)閉實常數(shù)對話框.00128912 Mar,20003-35練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁7.定義材料屬性.a.Preproc

21、essor Material Props -Constant- Isotropicb.選擇 OK to 定義材料 1.c.在EX框中輸入29e6（彈性模量）.d.選擇OK 定義材料屬性并關(guān)閉對話框.00128912 Mar,20003-36材料屬性材料屬性 是與幾何模型無關(guān)的本構(gòu)屬性，例如楊氏模是與幾何模型無關(guān)的本構(gòu)屬性，例如楊氏模量、密度等量、密度等. 雖然材料屬性并不與單元類型聯(lián)系在一起雖然材料屬性并不與單元類型聯(lián)系在一起，但由于計算單元矩陣時需要材料屬性，但由于計算單元矩陣時需要材料屬性，ANSYS為了為了用戶使用方便，還是對每種單元類型列出了相應(yīng)的材料用戶使用方便，還是對每種單元類型列

22、出了相應(yīng)的材料類型。類型。 根據(jù)不同的應(yīng)用，材料屬性可以是線性或非線根據(jù)不同的應(yīng)用，材料屬性可以是線性或非線性的性的. 與單元類型及實常數(shù)類似，一個分析中可以定多與單元類型及實常數(shù)類似，一個分析中可以定多種材料種材料. 每種材料設(shè)定一個材料編號每種材料設(shè)定一個材料編號. 對于本問題，只對于本問題，只須定義一種材料，這種材料只須定義一個材料屬性須定義一種材料，這種材料只須定義一個材料屬性楊楊氏模量氏模量 29E6 psi.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁8.保存ANSYS數(shù)據(jù)庫文件 beamgeom.db.a.Utility Menu: File Save asb.輸入文件名 beamgeom.db.

23、c.選擇 OK 保存文件并退出對話框.00128912 Mar,20003-37在劃分網(wǎng)格以前，用一表示幾何模型的文件名保存數(shù)據(jù)在劃分網(wǎng)格以前，用一表示幾何模型的文件名保存數(shù)據(jù)庫文件。一旦需要返回重新劃分網(wǎng)格時就很方便了，庫文件。一旦需要返回重新劃分網(wǎng)格時就很方便了，因為此時需要恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件。因為此時需要恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件。練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁9.對幾何模型劃分網(wǎng)格.a.Main Menu: Preprocessor MeshToolb.選擇 Mesh.c.拾取 line.d.在拾取對話框中選擇 OK.e.(可選) 在MeshTool對話框中選擇 Close.00128912 Mar,20

24、003-38練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁10.保存ANSYS數(shù)據(jù)庫到文件 beammesh.db.a.Utility Menu: File Save asb.輸入文件名： beammesh.db.c.選擇 OK 保存文件并退出對話框.00128912 Mar,20003-39這次用表示已經(jīng)劃分網(wǎng)格后的文件名存儲數(shù)據(jù)庫這次用表示已經(jīng)劃分網(wǎng)格后的文件名存儲數(shù)據(jù)庫.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁11.施加載荷及約束.a.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Nodesb.拾取最左邊的節(jié)點.c.在拾取菜單中選擇 OK.d

25、. 選擇All DOF.e. 選擇 OK. （如果不輸入任何值，位移約束默認為0）00128912 Mar,20003-40練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁(續(xù)續(xù))您現(xiàn)在要施加載荷及約束，默認為一個新的、靜力的分您現(xiàn)在要施加載荷及約束，默認為一個新的、靜力的分析，因此您不必設(shè)定分析類型及分析選項析，因此您不必設(shè)定分析類型及分析選項.f.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Force/Moment On Nodesg.拾取最右邊的節(jié)點.h.在選取對話框中選擇OK.i.選擇 FY.j.在 VALUE框中輸入 -4000.k.選擇 OK. 0012

26、8912 Mar,20003-41練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁12.保存數(shù)據(jù)庫文件到 beamload.db.a.Utility Menu: File Save asb.輸入文件名 beamload.db.c.選擇OK保存文件并關(guān)閉對話框.00128912 Mar,20003-42建議您再以建議您再以beamload.db文件名保存數(shù)據(jù)庫。文件名保存數(shù)據(jù)庫。練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁13.進行求解.a.Main Menu: Solution -Solve- Current LSb.查看狀態(tài)窗口中的信息, 然后選擇 File Closec.選擇 OK開始計算.d.當(dāng)出現(xiàn) “Solution is

27、done!” 提示后，選擇OK關(guān)閉此窗口.00128912 Mar,20003-43您將對一端固支，另一端施加向下力的懸壁梁問題進行您將對一端固支，另一端施加向下力的懸壁梁問題進行求解。由于這個問題規(guī)模很小，使用任何求解器都能很求解。由于這個問題規(guī)模很小，使用任何求解器都能很快得到結(jié)果，這里使用默認的波前求解器進行求解快得到結(jié)果，這里使用默認的波前求解器進行求解.練習(xí)練習(xí) - 懸壁梁懸壁梁14.進入通用后處理讀取分析結(jié)果.a.Main Menu: General Postproc -Read Results- First Set00128912 Mar,20003-44后處理用于通過圖形或列表方式顯示分析結(jié)果。通用后后處理用于通過圖形或