ANSYS基本應(yīng)用簡介（26頁清楚明了）

1、研 究 內(nèi) 容 一 ANSYS 軟件簡介 三 小結(jié) 二 ANSYS 基本應(yīng)用 ANSYS 軟件簡介 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)。該軟件采用APDL參數(shù)化設(shè)計語言，能和AutoCAD, PRO/E ,I-DEAS，SolidWorks, UG等多種CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。 有限元分析問題的組成：對幾何模型的模擬（建立幾何模型） 對物理模型的模擬（建立材料模型）對工藝過程的模擬（建立分析過程）結(jié)果的整理和判斷 參數(shù)的調(diào)整ANSYS 軟

2、件簡介 二 基本原理 理解ANSYS中的有限元分析 基本思想 將問題的求解域劃分為一系列單元，單元之間僅靠節(jié)點相連，單元內(nèi)部的待求量可由單元節(jié)點量通過選定的函數(shù)關(guān)系插值得到。由于單元形狀簡單，易于利用平衡關(guān)系和能量關(guān)系建立節(jié)點量的方程式，將各單元方程集組成總體代數(shù)方程組計入邊界條件后即可對方程求解。 第一， 以一系列有限的幾何上簡單的子域（有限元）表示一個幾何上復(fù)雜的域 第二，對每一個子域運用基本的概念來推導(dǎo)近似因數(shù)。 基本特點 ANSYS軟件提供的分析類型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)非線性分析 動力學(xué)分析 熱分析 電磁場分析 流體動力學(xué)分析 聲場分析 壓電分析 ANSYS 軟件簡

3、介 分析類型 ANSYS 軟件簡介 ANSYS程序功能強大，它友好的圖形用戶界面及優(yōu)秀的程序結(jié)構(gòu)使其更加方便使用，圖形用戶界面(GUI)由應(yīng)用菜單、輸入、工具條、主菜單、圖形、輸出六部分組成，都有各自的窗口和工具條，方便使用。這些窗口可進行移動或隱去等操作。工具條圖形窗口輸入窗口主菜單應(yīng)用菜單ANSYS 軟件簡介 軟件常用模塊組成：前處理模塊 實體建模網(wǎng)絡(luò)劃分分析計算模塊 加載和求解后處理模塊 通用后處理模塊(POST1）時間歷程后處理模塊（POST26）優(yōu)化模塊ANSYS 軟件簡介 單元選擇 材料定義 幾何建模 網(wǎng)格劃分模型局部調(diào)整施加荷載 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡介 建立模型幾何

4、方式建模 在ANSYS中按照點、線、面、體等幾何組件建立分析對象的幾何模型 建模完成后再賦予相應(yīng)的物理屬性準(zhǔn)備網(wǎng)格劃分 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡介 網(wǎng)格劃分ANSYS主要提供了三種網(wǎng)格劃分方式 自由網(wǎng)格劃分（Free） 映射網(wǎng)格劃分（Mapped）掃略網(wǎng)格劃分（Sweep） 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡介 施加荷載 ANSYS結(jié)構(gòu)分析里面的荷載主要有以下一些 ：位移 集中力（彎矩） 分布力加速度激勵譜（位移、速度、加速度）溫度 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡介 分析問題的類型 設(shè)定分析參數(shù) 添加荷載條件 建立荷載工況求解 求解模塊 ANSYS 軟件簡介 分析問題的類型 求解

5、模塊 ANSYS 軟件簡介 單元生死 用戶可以通過殺死或激活單元來模擬材料的消去或添加一種特殊的狀態(tài)非線性，模擬一些分析模型變化帶來的非線性 殺死：單元剛度趨于零，單元荷載、壓力和熱應(yīng)變等為零 激活：單元剛度恢復(fù) 求解模塊 ANSYS 軟件簡介 結(jié)果的文字輸出（Result List） 結(jié)果的云圖輸出（Result Contour） 結(jié)果的矢量輸出（Result Vector） 結(jié)果的路徑輸出（Result Mapping）Element Table的提取Load Case及其組合 通用后處理模塊 ANSYS可模擬采礦中的一系列問題 采場礦壓規(guī)律的有限元分析開采后地表的沉陷露天礦邊坡的穩(wěn)定性

6、開采引起地表移動規(guī)律的有限元分析 巷道問題的有限元分析巷道頂板的穩(wěn)定性巷道開挖對圍巖的擾動 多場耦合問題溫度場與固體應(yīng)力場的耦合作用巖體與液體的耦合作用溫度場、固體和液體三相耦合作用 采場風(fēng)流的有限元分析 煤層注水問題的有限元分析 應(yīng) 用 ANSYS 軟件簡介 實例一隧道開 挖 圖 1 模型邊界圖 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 圖1為在地面有建筑荷載作用下的隧道開挖剖面圖。由于建筑荷載已經(jīng)存在，所以首先計算在自重作用下的沉降值，其次進行外荷載的施加，計算出所有外荷作用下的沉降值，再將隧洞范圍內(nèi)的單元設(shè)為死單元再進行一次計算，得出總的沉降值，由此總沉降值減去自重作用下的沉降值即為所求的沉降值。 計

7、算模型的選擇： （1）計算模型邊界的確定 本模型中隧洞以上由工程限制為拱頂至地面，其余三方向均取以隧洞底板中心向外延伸50m。圖 2 荷載和邊界約束圖 （2）模型的選擇 根據(jù)工程情況，將其視為連續(xù)體進行考慮，考慮荷載對隧洞的影響僅在一定范圍內(nèi)，故對隧洞左方、右方、下方進行約束，左右限制其X 方向的位移，下方限制其Y 方向的位移，其邊界約束如圖2。（3）單元類型的選擇 分析中采用PLANE42單元。PLANE42單元可以用于平面應(yīng)變，也可以用于平面應(yīng)力分析。此單元在每一個節(jié)點上有兩個自由度。即沿著坐標(biāo)X軸和Y 軸方向的自由度。單元中包含了塑性、蠕變、應(yīng)力剛度、大變形和大應(yīng)變分析。其它區(qū)域為非細(xì)化

8、區(qū)，單元邊長取為2 。 實例一隧道開挖 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 表1 隧道開挖區(qū)域及圍巖材料參數(shù) 實例隧道開挖 （4）材料類型的確定根據(jù)巖石參數(shù)及相關(guān)分析，材料選擇情況為：在各向同性線彈性材料中輸入彈性模量和泊松比兩個參數(shù)，在非線性材料中的D-P材料中輸入粘聚力和磨擦角這兩個參數(shù)，再在密度欄中輸入密度值。（5）單元的劃分分析采用四邊形四節(jié)點等參單元?？紤]到單元劃分的疏密、大小和形狀影響計算精度，在實際分析中在所關(guān)注的區(qū)域單元劃分更密，而其它區(qū)域劃分得稀疏一些。本分析中將隧洞建筑荷載直接作用范圍內(nèi)作為細(xì)化區(qū)域，單元邊長取為1 ；而其它區(qū)域為非細(xì)化區(qū)，單元邊長取為2 。材料名稱彈性模量/GPA

9、泊松比粘聚力/MPa內(nèi)摩擦角/ 密度kg/m3類單元140.250.302401700類單元140.250.302402000 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 實例二邊坡穩(wěn)定性分析 邊坡截面形式如圖所示，圖中所有長度單位為米，模型為公路附近邊坡的整體形式。D區(qū)域為高速公路的路面寬度，C為支護結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土擋土墻，擋土墻的支護厚度為1米，采用混凝土強度等級為C30。A部分區(qū)域巖層為類巖層，E部分及B部分D部分為類巖層。 材料名稱彈性模量GPA泊松比密度kg/m3類圍巖10.41700類圍巖20.352000C30混凝土300.22500表2 巖層及混凝土屬性 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 圖3 高速

10、公路邊坡截面形式及巖層分布實例二邊坡穩(wěn)定性分析 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 公路邊坡的修建過程的仿真模擬包括加載與初始地應(yīng)力模擬、上臺邊坡開挖求解和路基開挖與擋墻支護求解分析等步驟。本例采用彈塑性力學(xué)中的平面應(yīng)變理論以及ANSYS分析中的單元生死功能對高速公路邊坡的修建過程中的第一步，加載與初始地應(yīng)力進行模擬分析。 邊坡可分為穩(wěn)定邊坡、可能失穩(wěn)邊坡和失穩(wěn)邊坡。通常又將可能失穩(wěn)邊坡和失穩(wěn)邊坡統(tǒng)稱為病害邊坡。病害邊坡的發(fā)展受諸多因素的影響。一般而言，巖質(zhì)邊坡的病害發(fā)展受坡體主導(dǎo)結(jié)構(gòu)面的控制，其破壞形式多呈平面破壞、楔體破壞和傾倒破壞，對于土坡或破碎巖體邊坡，其破壞形式多呈圓弧破壞。對于工程邊坡，工

11、程開挖破壞了自然邊坡的原有平衡，致使邊坡病害進一步加劇，存在由可能失穩(wěn)邊坡發(fā)展為失穩(wěn)邊坡的趨勢，因此，工程開挖成為邊坡發(fā)展的重要影響因素。邊坡的防護對于邊坡的穩(wěn)定、安全使用、美化道路、保護環(huán)境、水土保持以及保證運營經(jīng)濟效益和社會影響等起著重要作用。由于邊坡防護工程與地質(zhì)條件密切相關(guān)，因此很難通過手工計算來驗證防護措施是否能夠起到穩(wěn)定邊坡的作用。但是，隨著計算機模擬數(shù)值計算技術(shù)的發(fā)展，可采用有限元數(shù)值模擬方法對邊坡防護設(shè)計進行驗算。 實例二邊坡穩(wěn)定性分析 過程分析 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 ANSYS使用經(jīng)驗總結(jié) 緊密結(jié)合自身專業(yè)知識 復(fù)習(xí)有限元的理論知識，加深對有限元單元法及其基本概念的理解

12、 結(jié)果分析需要用到材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等方面的知識進行理論上的判斷；熟悉計算方法、數(shù)值分析等，對具體的問題選擇相應(yīng)計算方法做出正確判斷并且對計算過程進行適當(dāng)控制 實際的工程問題分析需要較高的有限元建模能力，掌握好的建模思想和技巧，會使后繼分析工作變得相對簡單 三 小結(jié) ANSYS使用經(jīng)驗總結(jié) 審問之 慎 思之討論交流是學(xué)習(xí)的最好方式 。在使用ANSYS處理問題時，可能會遇到大量ERROR提示。其中許多ERROR經(jīng)過自己的思考是能夠解決的簡單的問題。 遇到問題要有耐心，調(diào)整好心態(tài)，坦然面對，并積極思考問題出現(xiàn)的原因。堅持學(xué)習(xí)，當(dāng)出現(xiàn)的問題有突破性進展時，自身的水平也得到提高 注意經(jīng)驗的積累和總結(jié)，善于總結(jié)的人才能不斷提高。一方面，初學(xué)時，要注重自己經(jīng)驗的積累；另一方面，當(dāng)運