編寫多線程應用

PAGE32ANSYS有限元分析實用教程PAGE33第1章ANSYS8.1簡介第1章ANSYS8.1簡介1.1ANSYS8.1軟件介紹ANSYS是一種應用廣泛的通用有限元工程分析軟件。功能完備的預處理器和后處理器（又稱預處理模塊和后處理模塊）使ANSYS易學易用，強大的圖形處理能力以及得心應手的實用工具使得使用者輕松愉快，奇特的多平臺解決方案使用戶物盡其用，且具有多種平臺支持（WindowsNT、LINUX、UNIX）和異種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)浮動能力，各種硬件平臺數(shù)據(jù)庫兼容，使其功能一致，界面統(tǒng)一。目前，ANSYS已經(jīng)廣泛應用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防、軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學、輕工、地礦、水利、日用家電等工業(yè)及科學研究。ANSYS軟件含有多種分析能力，包括簡單線性靜態(tài)分析和復雜非線性動態(tài)分析?？捎脕砬蠼Y(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。它包含了預處理、解題程序以及后處理和優(yōu)化等模塊，將有限元分析、計算機圖形學和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學問題必不可少的有力工具。1.1.1ANSYS的發(fā)展ANSYS公司是由美國匹茲堡大學力學系教授、有限元法的權(quán)威、著名的力學專家JohnSwanson博士于1970年創(chuàng)建而發(fā)展起來的，其總部位于美國賓夕法尼亞洲的匹茲堡市，目前是世界CAE行業(yè)最大的公司之一。ANSYS軟件的最初版本與今天的版本相比有很大的不同，最初版本僅僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，而且是一個批處理程序，只能在大型計算機上使用。20世紀70年代初加入了非線性、子結(jié)構(gòu)等功能；20世紀70年代末，圖形技術(shù)和交互操作方式應用到了ANSYS中，使得ANSYS的使用進入了一個全新的階段。經(jīng)過30多年的發(fā)展，如今的ANSYS軟件更加趨于完善，功能更加強大，使用也更加方便。最新版本ANSYS8.1的推出增加了一些如模態(tài)綜合法、非線性診斷技術(shù)（專家系統(tǒng)）以及多物理場功能等，性能上有了很大的改進了提高。1.1.2ANSYS功能簡介ANSYS是一個通用的有限元分析軟件，它具有多種多樣的分析能力，從簡單的線性靜態(tài)分析到復雜的非線性動態(tài)分析。而且，ANSYS還具有產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計、估計分析等附加功能。ANSYS軟件能夠提供的分析類型如下：1．結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)影響不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸問題的分析。2．結(jié)構(gòu)動力分析結(jié)構(gòu)動力分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進行結(jié)構(gòu)動態(tài)分析的類型包括包括瞬時動力分析、模態(tài)分析、諧波響應分析及隨機振動響應分析。3．結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性問題包括分析材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。ANSYS程序可以求解靜態(tài)和瞬態(tài)的非線性問題。4．結(jié)構(gòu)屈曲分析屈曲分析是用來確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的載荷大小與在特定的載荷下結(jié)構(gòu)是否失穩(wěn)的問題。ANSYS中的穩(wěn)定性分析主要分為線性分析和非線性分析兩種。5．熱力學分析ANSYS可處理熱傳遞的3種基本類型：傳導、對流和輻射。熱傳遞的3種基本類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還可以進行模擬材料的固化和熔解過程的分析，以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應力之間的耦合問題的分析。6．電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁能量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應、電路和能量損失等。7．聲場分析聲場分析主要用來研究主流體（氣體、液體等）介質(zhì)中聲音的傳播問題，以及在流體介質(zhì)中固態(tài)結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應特性。8．壓電分析壓電分析主要可以進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、瞬態(tài)分析和諧波響應分析等，可用來研究壓電材料結(jié)構(gòu)在隨時間變化的電流和機械載荷響應特性。主要適用于諧振器、振蕩器以及其他電子材料的結(jié)構(gòu)動態(tài)分析。9．流體動態(tài)分析ANSYS中的流體單元能進行流體動態(tài)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分析的圖形顯示。

1.1.3ANSYS8.1的新特性ANSYS8.1繼承了以前各版本的基本功能，并在此基礎(chǔ)上作了進一步的加強。ANSYS8.1主要新增功能有：1．新的視圖工具欄新版本界面中增加了全新的視圖工具欄，可以方便地對模型進行放大、縮小、平移等操作。此工具欄固定于操作界面右側(cè)，無需用戶再從應用菜單調(diào)用。關(guān)于此工具欄的操作方法，將在以后的章節(jié)里詳細介紹。2．視圖窗口增加右鍵菜單新版本中開始在視圖窗口中設(shè)置右鍵菜單，主要功能是調(diào)節(jié)視圖窗口顯示模式，配合視圖工具欄使用，使用戶能夠快速地與實現(xiàn)圖形交互。3．新單元與新材料新版本增加了幾種新的單元，如BEAM188/189、SHELL181、SHELL208等，同時還增加了新材料——形狀記憶合金，使ANSYS能夠更加精確地模擬航空航天、醫(yī)學等領(lǐng)域的問題。4．新的并行求解器新版本應用了新的并行式求解器：分布式PCG和分布式JCG，使得運算超大規(guī)模的非線性問題，速度更快，穩(wěn)定性更高。5．截面和表面結(jié)果后處理功能新版本增加了新的后處理功能，可以輸出截面或者球面上的合力和平均應力；可以輸出密封體積上的凈電荷；可以輸出通過截面的磁能量、熱流量等。此外，ANSYS8.1的新增功能還有：新增模態(tài)綜合法、新的接觸算法——拉格朗日乘子法、新的接觸方式——邊裝配接觸方式、非線性診斷技術(shù)（專家系統(tǒng)）、低頻電磁場循環(huán)對稱分析、E-B耦合場粒子軌跡、新壓電/壓阻直接耦合單元和新的多物理場求解器等。說明：有條件的讀者可以訪問ANSYS的官方網(wǎng)站，了解ANSYS軟件發(fā)展的最新動態(tài)。網(wǎng)址是（英文）、（中文）。1.2安裝和啟動ANSYS安裝ANSYS8.11．準備安裝說明：本書所有例子的操作環(huán)境為Windows2000系統(tǒng)，使用最新版本的ANSYS8.1。用戶在安裝ANSYS8.1之前，需要先注冊LicenseSever信息。步驟如下：（1）選擇要作為LicenseSever的計算機。（2）安裝ANSYSFLEXlmLicensing。（3）在開始菜單的程序中找到【ANSLIC_ADMINUtility】程序，出現(xiàn)如圖1.1所示的對話框，在其中選擇第一項【Registerlicenseserverinformation】，單擊【OK】按鈕。（4）接著會彈出注冊信息對話框。在其中填寫相應的信息后，單擊【OK】按鈕，生成LICSEVER.inf文件。（5）將得到的LICSEVER.inf文件送到ANSYS銷售商，從而會得到Licensekeys。（6）再次運行【ANSLIC_ADMINUtility】程序，在如圖1.1所示的對話框中選擇【Licenseserveradminastration】項，單擊【OK】按鈕。圖1.1【ANSLIC_ADMIN】對話框（7）彈出如圖1.2所示的【Licenseserveradminastration】對話框，選擇【Install/updatethelicense】項，單擊【OK】按鈕。圖1.2【Licenseserveradminastration】對話框（8）接著彈出如圖1.3所示的【Install/updatethelicense】對話框，選擇第一個選項，并單擊【OK】按鈕，找到獲得的license文件即可。圖1.3【Install/updatethelicense】對話框2．安裝ANSYS下面就可以進行ANSYS程序的安裝了。具體步驟如下：（1）運行ANSYS的安裝程序，會出現(xiàn)ANSYS8.1對計算機操作系統(tǒng)、硬件和圖形顯示方面的要求，單擊【Next】按鈕。（2）接著出現(xiàn)用戶使用協(xié)議對話框，直接單擊【Next】按鈕繼續(xù)下一步操作。（3）彈出如圖1.4所示對話框，選擇默認的【Typicalinstallation】選項，單擊【Next】按鈕。圖1.4安裝方式選擇對話框（4）

接著會出現(xiàn)如圖1.5所示的安裝路徑選擇對話框，如果用戶不愿意修改安裝路徑，保持默認設(shè)置，單擊【Next】按鈕，就開始復制安裝文件了。

圖1.5安裝路徑選擇對話框等復制文件結(jié)束，ANSYS8.1就已經(jīng)成功安裝到用戶的計算機上了。1.2.2啟動安裝完了ANSYS，就可以正式進入ANSYS的使用和學習中了。ANSYS8.1的啟動基本上有兩種：向?qū)絾雍椭苯訂?。用戶在進行一個有限元分析之前，必須要定義一個工作目錄（硬盤的一個物理路徑），ANSYS會把生成的分析文件全部存放在這個工作目錄下，方便管理和查找。向?qū)絾咏o用戶設(shè)置工作路徑、產(chǎn)品模塊等啟動選項成為可能。如果用戶已經(jīng)設(shè)置好了這些啟動選項，為了節(jié)省時間，選擇【開始】｜【程序】｜【ANSYS8.1】｜【ANSYS】命令即可按設(shè)好的選項啟動ANSYS。對于首次使用的用戶，推薦使用向?qū)絾?。下面就重點對這種啟動方式進行簡要的介紹：（1）選擇【開始】｜【程序】｜【ANSYS8.1】｜【ConfigureANSYSProducts】命令，如圖1.6所示。（2）彈出啟動交互式界面，如圖1.7所示。可以看到界面上有4個標簽，分別為【Launch】、【FileManagement】、【Customization】和【Preference】。按如下步驟進行設(shè)置。①打開【Launch】選項卡，選擇ANSYS的啟動產(chǎn)品，常用為【ANSYS/MechanicalU】。②打開【FileManagement】選項卡，設(shè)定工作目錄和工作文件名。程序默認為上次運行定義的工作文件名，如果是第一次運行程序默認名為File。③打開【Customization】選項卡，設(shè)置整個工作空間和數(shù)據(jù)庫所占的交換空間的大小。如果不設(shè)置，ANSYS會根據(jù)不同的計算機配置自動選擇。④打開【Preference】選項卡，選擇程序語言環(huán)境，默認為【en-us】。

圖1.6程序啟動菜單圖1.7ANSYS啟動交互界面（3）設(shè)置完后，單擊如圖1.7所示的【Run】按鈕，即可打開ANSYS程序主界面。1.3ANSYS8.1常用圖形界面啟動ANSYS后，可以看到程序的用戶界面（GUI），如圖1.8所示。它的結(jié)構(gòu)基本包括以下幾個方面：圖1.8ANSYS用戶界面

1.3.1應用菜單如圖1.9所示，ANSYS的應用菜單（utilitymenu）窗口，包括文件管理、選擇、列表、圖形、圖形控制、參數(shù)設(shè)置、宏、菜單控制、幫助等功能。該菜單為下拉式結(jié)構(gòu)，可直接完成某項功能或彈出菜單窗口。說明：本書中以“【utilitymenu】|【XXX】”表示的菜單均指這種主應用菜單，以后不再特別說明。1.3.2工具條ANSYS可以將常用的命令制成工具按鈕的形式，以方便調(diào)用。工具條中幾個默認的按鈕分別為：（保存數(shù)據(jù)）、（恢復數(shù)據(jù)）、（退出程序）和（增強圖形）?？梢允褂谩綧enuCtrl】|【EditToolbar】菜單命令來創(chuàng)建工具按鈕，單擊此菜單后將出現(xiàn)如圖1.9所示的對話框。工具按鈕的命令格式為：*ABBR,SAVE_DB,SAVE，其中，*ABBR是前綴，SAVE_DB是工具條中按鈕的名稱，SAVE為ANSYS的內(nèi)部命令。圖1.9編輯工具按鈕1.3.3輸入窗口輸入（input）窗口主要是用來輸入命令行命令的，輸入相應的ANSYS內(nèi)部命令，還會提示相關(guān)的參數(shù)信息。單擊右邊的按鈕，則以前執(zhí)行的命令將會出現(xiàn)在下拉列表中。選中某一行命令并單擊，則該命令即出現(xiàn)在文本框中，此時可以對其進行適當?shù)木庉嫛Ｕf明：本書例題中提供的命令流，均可在此窗口中輸入，并實現(xiàn)相應的功能，以后不再特別說明。1.3.4主菜單主菜單（mainmenu）是使用GUI模式進行有限元分析的主要操作窗口，包含ANSYS的主要功能：Preferences（參數(shù)選擇）、Preprocessor（預處理器）、Solution（求解計算器或求解計算模塊）、GeneralPostprocessor（通用后處理器）和TimePostprocessor（時間歷程后處理模塊，或稱時間歷程后處理器）等。說明：本書中以“MainMenu>XXX>XXX”表示的菜單均指此窗口中的菜單，以后不再特別說明。1.3.5圖形窗口圖形窗口用來顯示由ANSYS創(chuàng)建或傳遞到ANSYS的模型以及分析結(jié)果等圖形信息。關(guān)于圖形顯示的設(shè)置，都在應用菜單的【Plot】菜單命令中，此菜單中可以執(zhí)行重繪圖形、顯示關(guān)鍵點、線、面或體號等顯示操作。1.3.6視圖工具欄此工具欄是在ANSYS8.0版本中才出現(xiàn)的，主要功能是對圖形窗口的模型進行視圖的變換，如放大（）、縮?。ǎ?、平移（、、和）、三維視角切換（或）等。用戶也可以選擇【PlotCtrl】|【PanZoomRotate】菜單命令，打開一個相似的對話框，它也能實現(xiàn)相應的操作，是8.0以前的版本中常用的一個工具，目前基本可以被視圖工具欄所代替。1.3.7輸出窗口和主界面一起啟動的還有一個DOS輸出窗口，如圖1.10所示。它主要用來顯示ANSYS的文本輸出。啟動后通常會在主窗口后面，當用戶想要查看時，激活它就可以了。此外，ANSYS將輸出信息存放在記事本文件中，這些文件存放在ANSYS的工作目錄下，文件名稱和工程名稱相同，后綴為txt和err（存放錯誤信息）。

圖1.10輸出窗口1.4第一個有限元分析實戰(zhàn)本節(jié)將從有限元基本構(gòu)架入手，結(jié)合一個線性靜態(tài)問題的實例，介紹使用ANSYS進行有限元分析的基本過程。1.4.1有限元法的基本架構(gòu)1．有限元的基本思想目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法。就其廣泛性而言，主要還是有限單元法。它的基本思想是：將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限個節(jié)點，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，進而利用力學中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點未知量的有限元方程，從而將一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題。一經(jīng)求解就可以利用解得的節(jié)點值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個集合上的場函數(shù)。有限元法求解的基本過程如圖1.11所示。2．有限元的基本構(gòu)成（1）節(jié)點（node）：就是考慮工程系統(tǒng)中的一個點的坐標位置，構(gòu)成有限元系統(tǒng)的基本對象，具有其物理意義的自由度，該自由度為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力后系統(tǒng)的反應。（2）單元（element）：是節(jié)點與節(jié)點相連而成，其組合由各節(jié)點相互連接。不同特性的工程問題，可選用不同種類的單元。ANSYS提供了100多種單元。單元的選擇正確與否直接影響了求解的精度，故使用時必須慎重選用單元型號。形成節(jié)點載荷向量形成節(jié)點載荷向量圖1.11有限元求解過程ANSYS中常用的有限單元有Link單元、Beam單元、Block單元和Plane單元：Link單元：此單元為線性單元，有2個節(jié)點，每個節(jié)點有3個位移自由度，主要用于桁架結(jié)構(gòu)的模擬。Beam單元：此單元主要用于分析細長結(jié)構(gòu)梁的彎曲問題。與Link單元相比，梁單元增加了轉(zhuǎn)動自由度。Block單元：此單元主要為四邊形單元或者六面體單元，默認情況下每個節(jié)點只有位移自由度而沒有轉(zhuǎn)動自由度。Plane單元：此單元主用于模擬空間的薄壁問題，每個節(jié)點有6個自由度。此外，ANSYS程序的單元庫中還有Mass單元、Pipe單元和Shell單元等。關(guān)于具體某個單元的特性和使用方法，可參考ANSYS自帶的幫助文檔。（3）自由度（degreeoffreedom）：前面提到，節(jié)點具有某種程度的自由度，以表示工程系統(tǒng)受到外力后的反應結(jié)果。要知道節(jié)點的自由度數(shù)，請查看ANSYS自帶的幫助文檔，那里對每種單元類型都作了詳盡的介紹。1.4.2提出問題本節(jié)旨在向讀者介紹適用于大多數(shù)分析的一般步驟，以期讀者能夠親自操作并快速地熟悉ANSYS的使用。一個典型的ANSYS分析過程可分為以下6個步驟：（1）定義參數(shù)。（2）創(chuàng)建幾何模型。（3）劃分網(wǎng)格。（4）加載數(shù)據(jù)。（5）求解。（6）結(jié)果分析。下面通過一個簡單的靜力問題分步介紹ANSYS的詳細操作方法。一個厚度為20mm的帶孔矩形板受平面內(nèi)張力，如圖1.12所示。左邊固定，右邊受一載荷P＝20N/mm作用，求其變形情況。圖1.12帶孔矩形板張拉示意顯然，這是一個平面應力問題，模型生成的方法可以從高級到低級，先生成二維實體模型，接著使用節(jié)點和單元的自動網(wǎng)格劃分功能。1.4.3定義參數(shù)在建立模型和網(wǎng)格劃分之前，需要一些準備工作，包括指定工程名和分析標題、定義單位、定義單元類型、定義單元實常數(shù)和定義材料參數(shù)等。本步主要是對這些前期工作進行操作。1．指定工程名和分析標題（1）啟動ANSYS，選擇【File】|【ChangeJobname】命令，彈出如圖1.13所示的【ChangeJobname】對話框。圖1.13【ChangeJobname】對話框（2）在【Enternewjobname】文本框中輸入“plane”，并單擊【OK】按鈕。說明：每創(chuàng)建一個新的工程時，最好都重新定義工程名稱，可以為工程命名為有意義的名稱，便于記憶，也確保不被別的文件覆蓋。（3）選擇【File】|【ChangeTitle】菜單命令，彈出如圖1.14所示的【ChangeTitle】對話框。圖1.14【ChangeTitle】對話框（4）在【Enternewtitle】文本框中輸入“2DPlaneStressBracket”，并單擊【OK】按鈕。2．定義單位ANSYS軟件沒有為系統(tǒng)指定惟一的單位。除了磁場分析外，可以在工程分析中使用任意一種單位制，只是用戶在使用中要注意保證所有數(shù)據(jù)使用同一單位制就可以了。因此用戶可以根據(jù)自己的習慣使用國際單位制或者工程單位制。操作方法：在ANSYS主界面的輸入窗口中輸入“/UNIT,SI”，回車即可。說明：ANSYS中此操作只提供命令流輸入模式，不提供GUI模式。使用/UNITS的命令格式為/UNITS,Label。其中，Label是用戶可以定義的單位制，有USER（用戶自定義單位，是默認設(shè)置）、SI（國際單位制）、BFT（以英尺為基礎(chǔ)的單位制）等。3．定義單元類型在ANSYS建模之前定義單元類型是必須的，因為單元類型決定了單元的自由度數(shù)和單元位于二維空間還是三維空間。ANSYS程序的單元庫中有超過100多種適合于不同問題的單元類型。每一種單元都有自己特定的編號和單元類型名，如SOLID45、SHEll43等。其中編號是惟一的。本例的操作方法如下：（1）選擇MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，彈出如圖1.15所示的【ElenmentTypes】對話框。（2）單擊【ElementTypes】對話框中的【Add】按鈕，接著彈出如圖1.16所示的【LibraryofElenmentTypes】對話框。（3）選擇左邊文本框中的【Solid】選項，然后選擇右邊文本框中的【8node82】選項，單擊【OK】按鈕。（4）回到【ElementTypes】對話框，如圖1.17所示。（5）單擊【ElementTypes】對話框上面的【Options】按鈕，彈出如圖1.18所示的【PLANE82elementtypeoptions】對話框。

圖1.15【ElementTypes】對話框圖1.16【LibraryofElementTypes】對話框圖1.17【ElementTypes】對話框

圖1.18【PLANE82elementtypeoptions】對話框（6）在【Elementbehavior】的下拉列表框中選擇【Planestrsw/thk】選項，并單擊【OK】按鈕。說明：Plane82是具有8個節(jié)點的四邊形單元，比普通的四節(jié)點四邊形單元（如Plane42）更適合模擬邊界問題。本例中需要用到單元厚度上的應力，所以要進行第（6）步的操作。（7）再次回到【ElementTypes】對話框，單擊【Close】按鈕結(jié)束即可。至此，單元類型定義完畢。4．定義單元實常數(shù)單元實常數(shù)是和單元類型相關(guān)的參數(shù)。是否需要定義單元實常數(shù)要根據(jù)所選的單元類型而定。不同類型的單元有不同的實常數(shù)。此例中，Plane82單元只需定義一個厚度（Thk）實常數(shù)即可。操作方法如下：（1）在ANSYS程序主界面選擇MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete命令，彈出如圖1.19所示的【RealConstants】對話框。圖1.19【RealConstants】對話框（2）

單擊【RealConstants】對話框中的【Add】按鈕，進入下一個【ChooseElementType】對話框，選擇【Plane82】單元，然后單擊【OK】按鈕。（3）接著彈出【RealConstantSetNumber1,forPlane82】對話框，如圖1.20所示。圖1.20【RealConstantSetNumber1,forPlane82】對話框（4）在【THK】文本框中輸入“20”，定義厚度為20mm，然后單擊【OK】按鈕。（5）回到【RealConstants】對話框，單擊【Close】按鈕。5．定義材料參數(shù)在定義單元類型和實常數(shù)之后，還需要定義結(jié)構(gòu)的材料特性。根據(jù)應用范圍和不同材料，特性有如下3種：線性和非線性。各向同性、正交異性、各向異性。不隨溫度變化和隨溫度變化。本例中只考慮線性材料特性，主要輸入的是彈性模量和泊松比，對于其他幾種材料特性的輸入方法，請參考后面的章節(jié)。本例的操作方法如下：（1）在ANSYS程序主界面，選擇MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，彈出如圖1.21所示的【DefineMaterialModelBehavior】對話框。圖1.21【DefineMaterialModelBehavior】對話框說明：在此對話框中，根據(jù)學科領(lǐng)域?qū)⒉牧系奶匦苑譃榻Y(jié)構(gòu)特性、熱特性、計算液體特性、電磁特性、聲學特性、液體特性、壓電體特性。每種學科對材料有相應的要求，這在以后講到時再詳細闡述。（2）選擇如圖1.21所示對話框右側(cè)的Favorites>LinearStatic>LinearIsotropic命令，并雙擊【Isotropic】選項，接著彈出如圖1.22所示的【LinearIsotropicPropertiesforMaterial…】對話框。圖1.22【LinearIsotropicPropertiesforMaterial…】對話框（3）在【EX】文本框中輸入彈性模量“200000”，在【PRXY】文本框中輸入泊松比“0.3”，單擊【OK】按鈕。（4）回到【DefineMaterialModelBehavior】對話框后，直接關(guān)閉該對話框。至此，材料參數(shù)設(shè)置完畢。1.4.4創(chuàng)建幾何模型定義了參數(shù)之后，分析的下一步就可以建立所需的幾何模型。對于此例可以先繪制一個矩形和圓形，然后對其進行布爾操作，即可得到所要的幾何模型。本例的操作方法如下：（1）在ANSYS的主界面，選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By2Corners命令，彈出如圖1.23所示的對話框。（2）按如圖1.23所示填寫相應數(shù)據(jù)，在【W(wǎng)idth】文本框中輸入“200”，在【Height】文本框中輸入“100”，并單擊【OK】按鈕。這樣將繪制一個左下角點位于坐標原點，右上角點位于（200，100，0）的矩形。（3）選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircle命令，彈出如圖1.24所示的對話框。（4）按如圖1.24所示填寫相應數(shù)據(jù)，【W(wǎng)PX】文本框中輸入“100”，【W(wǎng)PY】文本框中輸入“50”，【Radius】文本框中輸入“20”，并單擊【OK】按鈕。這樣將繪制一個圓心位于矩形形心，半徑為20的圓。此時的圖形窗口如圖1.25所示。（5）選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas命令，彈出如圖1.26所示的對話框。

圖1.23創(chuàng)建矩形對話框圖1.24創(chuàng)建圓形對話框圖1.25幾何圖形示意（6）用鼠標在矩形上單擊，彈出如圖1.27所示的對話框，單擊【OK】按鈕，選中矩形。（7）再次出現(xiàn)如圖1.26所示的對話框，再用鼠標在圓形上單擊，同樣彈出如圖1.27所示的對話框，此時單擊【Next】按鈕，選中圓形，并單擊【OK】按鈕。（8）接著單擊【OK】按鈕，程序就會對兩個圖形進行布爾減運算，得到的幾何模型如圖1.28所示。（9）單擊工具欄中的【SAVE_DB】按鈕存盤。

圖1.26實體選取對話框圖1.27多實體選取對話框圖1.28建立的幾何模型1.4.5劃分網(wǎng)格模型的幾何實體建成之后，就可以對其進行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格劃分可以手動或自動，也可以二者相結(jié)合。一般對于規(guī)則的形體，自動網(wǎng)格劃分效率較高，也能達到精度要求。在網(wǎng)格劃分中，可以控制程序生成單元的大小和形狀。操作方法如下：（1）選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Layers>PickedLines命令，彈出實體選取對話框，用鼠標選中矩形的4條邊線，單擊【OK】按鈕。說明：如果因用戶操作不當出現(xiàn)誤選，可以單擊一下鼠標右鍵（此時選擇鍵頭方向朝下），然后再次用左鍵單擊某實體，則此實體將被取消選擇。（2）接著彈出如圖1.29所示的對話框，在【Elementedgelength】文本框中輸入“25”，其他置空，并單擊【OK】按鈕。圖1.29【ElementSizesonPickedLines】對話框（3）再次選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Layers>PickedLines命令，彈出實體選取對話框，用鼠標選中圓形的4條邊線，單擊【OK】按鈕。說明：如果因用戶操作不當出現(xiàn)誤選，按步驟（1）的方法來處理。（4）接著在【ElementSizesonPickedLines】對話框中，將【No.ofelementdivsions】文本框設(shè)為“2”，其他留空，并單擊【OK】按鈕。（5）選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free命令，彈出實體選取對話框，然后單擊對話框上的【PickAll】按鈕，程序即開始進行網(wǎng)格劃分。最后形成如圖1.30所示的網(wǎng)格圖形。圖1.30網(wǎng)格劃分結(jié)果（6）單擊工具欄中的【SAVE_DB】按鈕存盤。1.4.6加載數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格之后要做的工作就是添加載荷和約束數(shù)據(jù)。這里的載荷包括邊界條件（約束、支撐或邊界場的參數(shù)）和其他外部或內(nèi)部作用載荷。這些載荷絕大多數(shù)可以施加到實體模型（關(guān)鍵點、線和面）或有限元模型（節(jié)點和單元）上。關(guān)于載荷類型的細節(jié)以及如何將載荷施加到模型上，本書將在后面詳細介紹。本例的操作方法如下：（2）接著出現(xiàn)如圖1.31所示的對話框，選擇約束【AllDOF】選項，并設(shè)置【Displacementvalue】為“0”，單擊【OK】按鈕，約束全部位移自由度。圖1.31施加邊界條件（3）選擇MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines命令，彈出實體選取對話框，用鼠標選中矩形的右邊線，并單擊【OK】按鈕。（4）接著出現(xiàn)如圖1.32所示的對話框，設(shè)置【LoadPRESvalue】為“-1”，并單擊【OK】按鈕，施加均布壓力。說明：由于板厚為20mm，20N/mm的線載荷相當于1MPa的面載荷，負號表示載荷方向垂直于表面，方向向外。（5）至此，在視圖窗口中就可以得到模型的約束信息了，如圖1.33所示。（6）單擊工具欄中的【SAVE_DB】按鈕存盤。1.4.7求解求解的工作主要在求解模塊（SOLUTION）中進行。其操作方法如下：（1）選擇MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令，將彈出如圖1.34所示的窗口。其中【/STATUSCommand】窗口里面包括了所要計算模型的求解信息和載荷步信息。圖1.32定義外載荷圖1.33模型約束信息圖1.34求解信息窗口（2）單擊【SolvecurrentLoadStep】對話框中的【OK】按鈕，程序開始計算。（3）計算完畢后，會出現(xiàn)提示信息【Solutionisdone】，如圖1.35所示，單擊【Close】按鈕關(guān)閉即可。圖1.35計算結(jié)束提示信息1.4.8結(jié)果分析完成計算以后，可以能通過ANSYS的后處理模塊來查看計算得到的結(jié)果。經(jīng)常用到的結(jié)果查看有顯示變形圖、顯示VonMises等效應力、列出模型反力值等。另外，后處理中可以查看的結(jié)果還有很多，用戶可以根據(jù)自己的需要去查看結(jié)果。本書后面的章節(jié)會對后處理作詳細的介紹。1．顯示變形圖（1）選擇MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>FirstSet命令，讀入最初結(jié)果文件。（2）選擇MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape命令，彈出【PlotDeformedShape】對話框，如圖1.36所示。圖1.36【PlotDeformedShape】對話框（3）選擇【Def+undefedge】選項，并單擊【OK】按鈕。（4）這時出現(xiàn)如圖1.37所示的最終變形圖。說明：ANSYS還可以使用動畫方式顯示模型的變形過程，選擇【UtilityMenu】|【PlotCtrls】|【Animate】|【DeformedShape】命令，在出現(xiàn)的對話框中選擇【Def+undeformed】，并單擊【OK】按鈕，這時將出現(xiàn)模型受力變形的過程動畫。同時出現(xiàn)一個工具窗口，可以對動畫播放的速度進行控制。

圖1.37變形圖2．顯示VonMises等效應力（1）選擇MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu命令，彈出如圖1.38所示的對話框。圖1.38選擇等值線數(shù)據(jù)（2）選擇Favorites>NodalSolution>vonMisesStress命令，并展開【AddationalOptions】折疊菜單，設(shè)置【InterpolationNodes】為【Allapplicable】，單擊【OK】按鈕。（3）這時出現(xiàn)如圖1.39所示的等效應力圖。說明：對于應力同樣可以顯示動畫模式，選擇【UtilityMenu】|【PlotCtrls】|【Animate】|【DeformedResults】命令，在出現(xiàn)的對話框中選擇vonMises等效應力，并單擊【OK】按鈕即可。

圖1.39等效應力圖3．列出模型反力值（1）選擇MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu命令，在出現(xiàn)的對話框中選擇【Allitems】，顯示所有力和位移值。說明：所有的力和位移包括FX、FY、FZ、F和MX、MY、MZ、M。這里顯示的只有FX和FY兩項，對于這個分析過程其他力是不存在的。（2）最后得到的模型反力如圖1.40所示。圖1.40模型反力表1.5ANSYS8.1程序結(jié)構(gòu)分析1.5.1ANSYS8.1架構(gòu)ANSYS軟件的功能強大和它的模塊化結(jié)構(gòu)是分不開的，圖1.41是ANSYS常見模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。其他預其他預圖1.41ANSYS模塊化結(jié)構(gòu)圖在進行有限元分析過程中，用得最多的是以下3種基本模塊：預處理模塊。求解模塊。后處理模塊。下面對這3種基本模塊的進行簡要的介紹。1．預處理模塊（PREP7）預處理模塊提供了一個強大的實例建模及網(wǎng)格劃分工具，利用這個模塊用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。這部分主要實現(xiàn)3種功能：參數(shù)定義、實體建模和網(wǎng)格劃分。參數(shù)定義：在進行有限元分析過程中，首先要做的就是對所要建的模型進行適當?shù)膮?shù)定義。這里的參數(shù)包括使用的單位制、所要使用的單元類型、單元的實常數(shù)以及材料特性等。實體建模：ANSYS程序提供了兩種建模方式，即從低級到高級建模和從高級到低級建模。從低級到高級進行實體建模時，用戶按照圖元的等級由點到線，由線到面，由面到體進行。程序提供了許多高級圖元，如球體、圓柱、棱柱等，稱為基元，生成這些高級圖元時，程序會自動生成相應的面、線和關(guān)鍵點。直接用這些基元并進行適當?shù)牟紶栠\算來建立模型的方法就是從高級到低級建模。網(wǎng)格劃分：ANSYS提供了功能強大、使用方便的高質(zhì)量網(wǎng)格劃分工具。從使用角度來講，網(wǎng)格劃分可分為系統(tǒng)智能劃分和人工控制劃分兩種。從網(wǎng)格劃分的功能來講，則主要包括4種劃分方式：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應劃分。延伸劃分可將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格；映像劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾個部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格；程序提供的自由劃分功能可對復雜的模型直接進行劃分，避免了用戶分別劃分導致網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。自適應劃分是在生成了具有邊界條件的實本模型以后，用戶指示程序自動地生成有限元網(wǎng)格，分析并估計網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計算、估計網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或用戶定義的求解次數(shù)為止。2．求解模塊（SOLUTION）模型在預處理模塊中建立完成后，就可以利用求解模塊得到分析結(jié)果。在這個模塊中，用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項，然后進行有限元求解。3．后處理模塊（POST1和POST26）后處理模塊主要是用來查看分析結(jié)果的。此模塊主要包括兩個部分：通用后處理器（POST1）和時間歷程后處理器（POST26）。通過這些處理器，用戶可以很容易地得到位移、應力、應變、溫度等的圖形和數(shù)字顯示。通用后處理器（POST1）：此模塊可以用于查看整個模型或者部分選定模型的結(jié)果，還可以查看某個特定時間步內(nèi)的結(jié)果。結(jié)果的形式可以是等值線圖，也可以是列表的形式。另外還提供了很多其他功能，如誤差估計、載荷工況組合、結(jié)果數(shù)據(jù)計算和路徑操作等。時間歷程