ANSYS結(jié)構(gòu)分析入門01

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁1ANSYS概述1.1ANSYS簡介ANSYS是一種廣泛的商業(yè)套裝工程分析軟件。所謂工程分析軟件，主要是在機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載所浮上的反應(yīng)，例如應(yīng)力、位移、溫度等，按照該反應(yīng)可知道機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載后的狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。普通機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，受的負(fù)載也相當(dāng)多，理論分析往往無法舉行。想要解答，必須先簡化結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬主意分析。因?yàn)橛?jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的軟件也應(yīng)運(yùn)而生，ANSYS軟件在工程上應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在機(jī)械、電機(jī)、土木、電子及航空等領(lǐng)域的使用，都能達(dá)到某種程度的可信度，頗獲各界好評。使用該軟件，能夠降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時光。到80年代初期，國際上較大型的面向工程的有限元通用軟件主要有：ANSYS,NASTRAN,ASKA,ADINA,SAP等。以ANSYS為代表的工程數(shù)值模擬軟件，是一個多用途的有限元法分析軟件，它從1971年的2.0版本與今天的5.7版本已有很大的不同，起初它僅提供結(jié)構(gòu)線性分析和熱分析，現(xiàn)在可用來求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。它包含了前置處理、解題程序以及后置處理，將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為現(xiàn)代工程知識題必不可少的有力工具。ANSYS軟件主要功能ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件，可廣泛的用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械發(fā)明、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等普通工業(yè)及科學(xué)研究。該軟件提供了不斷改進(jìn)的功能清單，詳細(xì)包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體力學(xué)分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分及利用ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語言擴(kuò)展宏命令功能。ANSYS軟件主要特點(diǎn)主要技術(shù)特點(diǎn)：唯一能實(shí)現(xiàn)多場及多場耦合分析的軟件唯一實(shí)現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型FEA軟件唯一具有多物理場優(yōu)化功能的FEA軟件唯一具有中文界面的大型通用有限元軟件強(qiáng)大的非線性分析功能多種求解器分離適用于不同的問題及不同的硬件配置支持異種、異構(gòu)平臺的網(wǎng)絡(luò)浮動，在異種、異構(gòu)平臺上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件所有兼容強(qiáng)大的并行計(jì)算功能支持分布式并行及分享內(nèi)存式并行多種自動網(wǎng)格劃分技術(shù)良好的用戶開辟環(huán)境支持的圖形傳遞標(biāo)準(zhǔn)：SATParasolidSTEP與CAD軟件的接口UnigraphicsPro/ENGINEERI-DeasCatiaCADDSSolidEdgeSolidWorks1.4運(yùn)行環(huán)境（ANSYS5.7）Computer:Pentium-classsystemMemory(RAM):64MB以上HardDisk:500MB以上自由空間.OperatingSystem:MicrosoftWindows2000,WindowsNT4.0(SP5orhigher)orWindows98Graphics:AWindows2000/NT4.0or98supportedGraphicsCard,capableof1024x768inHighColor(16-bit).A17inchmonitor(orlarger)compatiblewiththeabovementionedcardisrecommended.2ANSYS的基本使用2.1ANSYS環(huán)境簡介ANSYS有兩種模式：一種是交互模式（InteractiveMode），另一個是非交互模式（BatchMode）。交互模式是初學(xué)者和大多數(shù)使用者所采用，包括建模、保存文件、打印圖形及結(jié)果分析等，普通無異常緣故皆用交互模式。但若分析的問題要很長時光，如一、兩天等，可把分析問題的命令做成文件，利用它的非交互模式舉行分析。運(yùn)行該程序普通采用Interactive進(jìn)入，這樣可以定義工作名稱，并且存放到指定的工作目錄中。若使用RunInteractiveNow進(jìn)入還需使用命令定義工作文件名或使用默認(rèn)的文件名，使用該方式進(jìn)入普通是為恢復(fù)上一次中斷的分析。所以在開始分析一個問題時，建議使用Interactive進(jìn)入交互模式。進(jìn)入系統(tǒng)后會有6個窗口，提供使用者與軟件之間的交流，憑借這6個窗口可以異常容易的輸入命令、檢查模型的的建立、看見分析結(jié)果及圖形輸出與打印。囫圇窗口系統(tǒng)稱為GUI(GraphicalUserInterface).如圖2-1所示。各窗口的功能如下：應(yīng)用命令菜單（UtilityMenu）：包含各種應(yīng)用命令，如文件控制（File）、對象挑選（Select）、資料列式（List）、圖形顯示（Pplot）、圖形控制（PlotCtrls）、工作界面設(shè)定（WorkPlane）、參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parameers）、宏命令（Macro）、窗口控制（MenuCtrls）及輔助說明（Help）等。主菜單（MainMenu）：包含分析過程的主要命令，如建立模塊、外力負(fù)載、邊界條件、分析類型的挑選、求解過程等。工具欄（Toolbar）：執(zhí)行命令的快捷方式，可依照各人興趣自行設(shè)定。輸入窗口（InputWindow）：該窗口是輸入命令的地方，同時可監(jiān)視命令的歷程。圖形窗口（GraphicWindow）：顯示使用者所建立的模塊及查看結(jié)果分析。輸出窗口（OutputWindow）：該窗口講述了輸入命令執(zhí)行的結(jié)果。2.2有限元法的基本構(gòu)架目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬主意有：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。它的基本思想是將問題的求解域劃分為一系列的單元，單元之間僅靠節(jié)點(diǎn)相連。單元內(nèi)部的待求量可由單元節(jié)點(diǎn)量通過選定的函數(shù)關(guān)系插值得到。因?yàn)閱卧螤钊菀?，易于平衡關(guān)系和能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量的方程式，然后將各單元方程集組成總體代數(shù)方程組，計(jì)入邊界條件后可對方程求解。有限元的基本構(gòu)成：節(jié)點(diǎn)（Node）：就是考慮工程系統(tǒng)中的一個點(diǎn)的坐標(biāo)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(yīng)。元素（Element）：元素是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相連而成，元素的組合由各節(jié)點(diǎn)互相銜接。不同特性的工程統(tǒng)，可選用不同種類的元素，ANSYS提供了一百多種元素，故使用是必須慎重選則元素型號。自由度（DegreeOfFreedom）：上面提到節(jié)點(diǎn)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(yīng)結(jié)果。要知道節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)，請查看ANSYS自帶的協(xié)助文檔（Help/ElementRefrence），那里有每種元素類型的詳盡推薦。2.3ANSYS架構(gòu)及命令A(yù)NSYS構(gòu)架分為兩層，一是起始層（BeginLevel），二是處理層（ProcessorLevel）。這兩個層的關(guān)系主要是使用命令輸入時，要通過起始層進(jìn)入不同的處理器。處理器可視為解決問題步驟中的組合命令，它解決問題的基本流程講述如下：1.前置處理（GeneralPreprocessor,PREP7）1）建立有限元模型所需輸入的資料，如節(jié)點(diǎn)、坐標(biāo)資料、元素內(nèi)節(jié)點(diǎn)羅列次序2）材料屬性3）元素切割的產(chǎn)生2.求解處理（SolutionProcessor,SOLU）1）負(fù)載條件2）邊界條件及求解3.后置處理（GeneralPostprocessor,POST1或TimeDomainPostprocessor,POST26）POST1用于靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、屈曲分析及模態(tài)分析，將解題部分所得的解答如：變位、應(yīng)力、反力等資料，通過圖形接口以各種不同表示方式把等位移圖、等應(yīng)力圖等顯示出來。POST26僅用于動態(tài)結(jié)構(gòu)分析，用于與時光相關(guān)的時域處理?！纠?-1】考慮懸臂梁如圖2-2，求x=L變形量。已知條件：楊氏系數(shù)E=200E9；截面參數(shù)：t=0.01m,w=0.03m,A=3E-4,I=2.5E-9；幾何參數(shù)：L=4m,a=2m,b=2m；邊界外力F=2N,q=0.05N/m.使用ANSYS解決該問題的命令如下：/FILNAM,EX2-1!定義文件名/TITLE,CANTILEVERBEAMDEFLECTION！定義分析的標(biāo)題/UNITS,SI！定義單位制（注重看見輸出窗口的單位）/PREP7！進(jìn)入前置處理ET,1,3！定義元素類型為beam3MP,EX,1,200E9!定義楊氏模量R,1,3E-4,2.5E-9,0.01！定義實(shí)常數(shù)（要鄭重按照該元素類型的說明文檔所給出的實(shí)常數(shù)格式）N,1,0,0！定義第1號節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為0，Y坐標(biāo)為0N,2,1,0！定義第2號節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為1，Y坐標(biāo)為0N,3,2,0！定義第3號節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為2，Y坐標(biāo)為0N,4,3,0！定義第4號節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為3，Y坐標(biāo)為0N,5,4,0！定義第5號節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為4，Y坐標(biāo)為0E,1,2！把1、2號節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為1號單元E,2,3！把2、3號節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為2號單元E,3,4！把3、4號節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為3號單元E,4,5！把4、5號節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為4號單元FINISH！退出該處理層/SOLU！進(jìn)入求解處理器D,1,ALL,0！對1節(jié)點(diǎn)施加約束使它X，Y向位移都為0F,3,FY,-2！在3節(jié)點(diǎn)加擴(kuò)散外力向下2NSFBEAM,3,1,PRES,0.05！在3號元素的第1個面上施加壓力（beam3有四個面可通過命令help,beam3查看，任何一個命令都可以通過help,命令查看協(xié)助文檔）SFBEAM,4,1,PRES,0.05！同上在4號元素的第1個面加壓力SOLVE！計(jì)算求解FINISH！完成該處理層/POST1！進(jìn)入后處理SET,1,1！查看子步1，在有限元中復(fù)雜的載荷可以看做容易的載荷互相疊加，在ANSYS中每施加一類載荷都可以舉行一次求解，可以查看它對結(jié)構(gòu)的影響，稱為子步。PLDISP！顯示變形后的形狀FINISH！完成在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，由BeginLevel進(jìn)入處理器，可通過斜杠加處理器的名稱，如/prep7、/solu、/post1。處理器間的轉(zhuǎn)換通過finish命令先回到BeginLevel，然后進(jìn)入想到達(dá)的處理器位置，如（圖2-3）所示。2.4典型的分析過程ANSYS分析過程包含三個主要的步驟：創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建或讀入限元模型定義材料屬性劃分網(wǎng)格施加載荷并求解施加載荷及設(shè)定約束條件求解查看結(jié)果查看分析結(jié)果檢查結(jié)果是否準(zhǔn)確2.5ANSYS文件及工作文件名ANSYS在分析過程中需要讀寫文件，文件格式為jobname.ext，其中jobname是設(shè)定的工作文件名，ext是由ANSYS定義的擴(kuò)展名，用于區(qū)別文件的用途和類型，默認(rèn)的工作文件名是file。ANSYS分析中有一些異常的文件，其中主要的幾個是數(shù)據(jù)庫文件jobname.db、記錄文件jobname.log、輸出文件jobname.out、錯誤文件jobname.err、結(jié)果文件jobname.rxx及圖形文件jobname.grph?！纠?-2】固定端桿件受到外力F1及F2的力，如圖2-4，求固定端的作使勁。圖（a）為實(shí)際的工程系統(tǒng)，圖（b）為轉(zhuǎn)化后的有限元模型系統(tǒng)，其中包含4個節(jié)點(diǎn)、3個元素。外力負(fù)載及約束條件為：第二點(diǎn)受外力負(fù)載F2第三點(diǎn)受外力負(fù)載F3第一點(diǎn)和第四點(diǎn)不產(chǎn)生任何變形（約束條件）下面給出解題的ANSYS命令，請小心輸入，注重所產(chǎn)生的文件。/FILNAM,EX2-2!定義文件名/PREP7ET,1,LINK1!定義桿單元R,1,1！定義實(shí)常數(shù)MP,EX,1,30E6N,1N,2,0,4N,3,0,7N,4,0,10E,1,2$E,2,3$E,3,4！可以有”$”在一行輸入多個命令D,1,ALL,,,4,3！在1、4節(jié)點(diǎn)施加約束F,2,FY,-500F,3,FY,-1000SAVE！存數(shù)據(jù)文件FINISH/SOLUSOLVEFINISHEXIT2.6圖形控制圖形在校驗(yàn)前處理的數(shù)據(jù)和后處理中檢查結(jié)果者是異常重要的。ANSYS的圖形常用功能如下：·在實(shí)體模型和有限元模型上邊界條件顯示·計(jì)算結(jié)果的彩色等值線顯示·可以對視圖舉行放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等操作·用于實(shí)體顯示的橡皮筋技術(shù)·多窗口顯示·躲藏線、剖面及透視顯示·邊緣顯示·變形比率控制·三維內(nèi)直觀化顯示·動畫顯示·窗口背影的挑選以上功能利用GUI可方便實(shí)現(xiàn)，如打開圖形控制窗口（UtilityMenu>PlotCtrls>Pan>Pan,Zoom,Rotate……）可對圖形舉行放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等操作。也可通過鍵盤各三鍵鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)上操作，同時按下Ctrl鍵和鼠標(biāo)左鍵并拖移可實(shí)現(xiàn)視圖的平移；同時按下Ctrl鍵和鼠標(biāo)中鍵并拖移可實(shí)現(xiàn)視圖的縮放各Z向旋轉(zhuǎn)（上下拖動實(shí)現(xiàn)縮放，左右實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)）；同時按下Ctrl鍵和鼠標(biāo)中鍵并拖移可實(shí)現(xiàn)視圖的X及Y向旋轉(zhuǎn)。3有限元模型的建立3.1建模主意由節(jié)點(diǎn)和元素構(gòu)成的有限元模型與機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何外型基本是一致的。有限元模型的建立可分為直接法和間接法（也稱實(shí)體模型SolidModeling），直接法為直接按照機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何外型建立節(jié)點(diǎn)和元素，因此直接法只適應(yīng)于容易的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。反之，間接法適應(yīng)于節(jié)點(diǎn)及元素數(shù)目較多的復(fù)雜幾何外型機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該主意通過點(diǎn)、線、面、體積，先建立有限元模型，再舉行實(shí)體網(wǎng)格劃分，以完成有限元模型的建立。請看下面向一個平板建模的例子，把該板分為四個元素。若用直接建模法，如圖3-1，首先建立節(jié)點(diǎn)1~9（如N，1，0，0），定義元素類型后，銜接相鄰節(jié)點(diǎn)生成四個元素（如E，1，2，5，4）。倘若用間接法，如圖3-2，先建立一塊面積，再用二維空間四邊形元素將面積分為9個節(jié)點(diǎn)及4元素的有限元模型，即需在網(wǎng)格劃分時，設(shè)定網(wǎng)格尺寸或密度。注重用間接法，節(jié)點(diǎn)及元素的序號不容易控制，其節(jié)點(diǎn)等對象的序號的安頓可能會與給定的圖例存在差異。本章主要研究直接法構(gòu)建有限元模型，下一章推薦間接法（實(shí)體模型）有限元的建立。3.2坐標(biāo)系統(tǒng)及工作平面空間任何一點(diǎn)通?？捎每ㄊ阶鴺?biāo)（Cartesian）、圓柱坐標(biāo)（Cylinder）或球面坐標(biāo)（Sphericity）來表示該點(diǎn)的坐標(biāo)位置，不管哪種坐標(biāo)系者需要三個參數(shù)來來表示該點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。每一坐標(biāo)系統(tǒng)都有決定的代號，進(jìn)入ANSYS的默認(rèn)坐標(biāo)系是卡式坐標(biāo)系統(tǒng)。上述的三個坐標(biāo)系統(tǒng)又稱為整體坐標(biāo)系統(tǒng)，在某些情況下可通過輔助節(jié)點(diǎn)來定義局部坐標(biāo)系統(tǒng)。工作平面是一個參考平面，類似于繪圖板，可依用戶要示移動。欲顯示工作平面可用如下操作：GUI:UtilityMenu>WorkPlaneGUI:UtilityMenu>workPlane>DisplayWorkingPlane欲設(shè)置平面輔助網(wǎng)格開關(guān)可用如下操作：GUI:UtilityMenu>WorkPlane>WPSettings相關(guān)命令LOCAL,KCN,KCS,XC,YC,ZC,THXY,THYZ,THZX,PAR1,PAR2定義局部坐標(biāo)系統(tǒng)，以輔助有限元模型的建立，只要在建立節(jié)點(diǎn)前決定用何坐標(biāo)系系統(tǒng)即可。KCN:坐標(biāo)系統(tǒng)代號，大于10的任何一個號碼都可以。KCS:局部坐標(biāo)系統(tǒng)的屬性。KCS=0卡式坐標(biāo)；KCS=1圓柱坐標(biāo)；KCS=2球面坐標(biāo)；XC,YC,ZC:局域坐標(biāo)與整體坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)的關(guān)系。THXY,THYZ,THZX:局域坐標(biāo)與整體坐標(biāo)系統(tǒng)X、Y、Z軸的關(guān)系。MenuPaths:UnilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreatLocalCS>AtSpecifiedLocCSYS,KSN聲明坐標(biāo)系統(tǒng)，默認(rèn)為卡式坐標(biāo)系統(tǒng)（CSYS,0），KSN為坐標(biāo)系統(tǒng)代號，1為柱面坐標(biāo)系統(tǒng)，2為球面坐標(biāo)系統(tǒng)。MenuPaths:UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>(CSYSType)MenuPaths:UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>WorkingPlaneMenuPaths:UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>GlobalOrigin/UNITS,LABEL聲明單位系統(tǒng)，表示分析時所用的單位，LABEL表示系統(tǒng)單位，如下所示LABEL=SI（公制，公尺、公斤、秒）LABEL=CSG（公制，公分、公克、秒）LABEL=BFT（英制，長度=ft）LABEL=BIN（英制，長度=in）3.3節(jié)點(diǎn)定義有限元模型的建立是將機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為多節(jié)點(diǎn)和元素相銜接，所以節(jié)點(diǎn)即為機(jī)械結(jié)構(gòu)中一個點(diǎn)的坐標(biāo)，指定一個號碼和坐標(biāo)位置。在ANSYS中所建立的對象（坐標(biāo)系、節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)、線、面、體積等）都有編號。相關(guān)命令N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX定義節(jié)點(diǎn)，若在圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)下x,y,z對應(yīng)r,θ,z,在球面系統(tǒng)下對應(yīng)r,θ,?。NODE：欲建立節(jié)點(diǎn)的號碼X,Y,Z：節(jié)點(diǎn)在目前坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)位置MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Node>InActiveCSMenuPathsMainMenu>Preprocessor>Create>Node>OnWorkingPlaneNDELE,NODE1,NODE2,NINC刪除在序號在NODE1號NODE2間隔為NINC的所有節(jié)點(diǎn)，但若節(jié)點(diǎn)已連成元素，要刪除節(jié)點(diǎn)必先刪除元素。例如：NDELE,1,100,1！刪除從1到100的所有點(diǎn)NDELE,1,100,99！刪除1和100兩個點(diǎn)MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Delete>NodesNPLOT,KNUM節(jié)點(diǎn)顯示，該命令是將現(xiàn)有卡式坐標(biāo)系統(tǒng)下節(jié)點(diǎn)顯示在圖形窗口中，以供使用者參考及查看模塊的建立。建構(gòu)模塊的顯示為軟件的重要功能之一，以檢查建立的對象是否準(zhǔn)確。有限元型的建立程中，常常會檢查各個對象的準(zhǔn)確性及相關(guān)位置，包含對象視角、對象號碼等，所以圖形顯示為有限元模型建立過程中不可缺少的步驟。KNUM=0不顯示號碼，為1顯示同時顯示節(jié)點(diǎn)號MenuPaths:UtilityMenu>plot>nodesMenuPaths:UtilityMenu>plot>Numbering…（選中NODE選項(xiàng)）NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3節(jié)點(diǎn)列式，該命令將現(xiàn)有卡式坐標(biāo)系統(tǒng)下節(jié)點(diǎn)的資料列示于窗口中（會打開一個新的窗口），使用者可檢查建立的坐標(biāo)點(diǎn)是否準(zhǔn)確，并可將資料保存為一個文件。如欲在其它坐標(biāo)系統(tǒng)下顯示節(jié)點(diǎn)資料，可以先行改變顯示系統(tǒng)，例如圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)，執(zhí)行命令DSYS,1。MenuPaths:UtilityMenu>List>NodesFILL,NODE1,NODE2,NFILL,NSTRT,NINC,ITIME,INC,SPACE節(jié)點(diǎn)的填充命令是自動將兩節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有的坐標(biāo)系統(tǒng)下填充許多點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間填充的節(jié)點(diǎn)個數(shù)及分布狀態(tài)視其參數(shù)而定，系統(tǒng)的設(shè)定為均分填滿。NODE1,NODE2為欲填充點(diǎn)的起始節(jié)點(diǎn)號碼及終結(jié)節(jié)點(diǎn)號碼，例如兩節(jié)點(diǎn)號碼為1（NODE1）和5（NODE2），則平均填充三個節(jié)點(diǎn)（2，3，4）介于節(jié)點(diǎn)1和5之間。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Node>FillbetweenNdsNGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE節(jié)點(diǎn)復(fù)制命令是將一組節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有坐標(biāo)系統(tǒng)下復(fù)制到其它位置。ITIME:復(fù)制的次數(shù)，包含自己本身。INC:每次復(fù)制節(jié)點(diǎn)時節(jié)點(diǎn)號碼的增強(qiáng)量。NODE1,NODE2,NINC:選取要復(fù)制的節(jié)點(diǎn)，即要對哪些節(jié)點(diǎn)舉行復(fù)制。DX,DY,DZ:每次復(fù)制時在現(xiàn)有坐標(biāo)系統(tǒng)下，幾何位置的改變量。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>(-Modeling-)Copy>(-Nodes-)Copy3.4元素的定義當(dāng)節(jié)點(diǎn)建立完成后，必須使用適當(dāng)元素，將機(jī)械結(jié)構(gòu)按照節(jié)點(diǎn)銜接成元素，并完成其有限元模型。元素挑選準(zhǔn)確與否，將決定其最后的分析結(jié)果。ANSYS提供了120多種不同性質(zhì)與類別的元素，每一個元素都有其固定的編號，例如LINK1是第1號元素、SOLID45是第45號元素。每個元素前的名稱可判斷該元素適用范圍及其形狀，基本上元素類別可分為1-D線元、2-D平面元素及3-D立體元素。1-D線元素同兩點(diǎn)銜接而成，2-D元素由三點(diǎn)連成三角形或四點(diǎn)連成四邊形，3-D元素可由八點(diǎn)銜接成六面體、四點(diǎn)銜接成角錐體或六點(diǎn)銜接成三角柱體。每個元素的用法在ANSYS的協(xié)助文檔中都有詳細(xì)的說明，可用HELP命令查看。建立元素前必須先行定義使用者欲挑選的元素型號、元素材料特性、元素幾何特性等，為了程序的協(xié)調(diào)性普通在/PREP7后，就定義元素型號及相關(guān)資料，只要在建立元素前說明使用哪種元素即可。相關(guān)命令ET,ITYPE,Ename,KOPT1,KOPT2,KOPT3,KOPT4,KOPT5,KOPT6,INOPR元素類型（ElementType）為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的含的元素類型種類，例如桌子可由桌面平面單元各桌腳梁單元構(gòu)成，故有兩個元素類型。ET命令是由ANSYS元素庫中挑選某個元素并定義該結(jié)構(gòu)分析所使用的元素類型號碼。ITYPE:元素類型的號碼Ename:ANSYS元素庫的名稱，即使用者所挑選的元素。KOPT1~KOPT6:元素特性編碼。MenuPaths:MainMenu>PreprocessorElementType>Add/Edit/DeleteMP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4定義材料的屬性（MaterialProperty），材料屬性為固定值時，其值為C0，當(dāng)隨溫度變化時，由后四個參數(shù)控制。MAT:對應(yīng)ET所定義的號碼（ITYPE），表示該組屬性屬于ITYPE。Lab:材料屬性類別，任何元素具備何種屬性在元素屬性表中均有說明。例如楊氏系數(shù)（Lab=EX,EY,EZ），密度（Lab=DENS），泊松比（Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX），剪切模數(shù)（Lab=GXY,GYZ,GXZ），熱膨脹系數(shù)（Lab=ALPX,ALPY,ALPZ）等。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>MatialProps>IsotropicR,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6定義”實(shí)常數(shù)”，即某一單元的補(bǔ)充幾何特征，如梁單元的面積，殼單元的厚度。所帶的的參數(shù)必須與元素表的順序一致。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>RealConstantsE,I,J,K,L,M,N,O,P定義元素的銜接方式，元素表已對該元素銜接順序作出了說明，通常2-D平面元素節(jié)點(diǎn)順序采用順時針逆時針均可以，但結(jié)構(gòu)中的所有元素并不一定全采用順時針或逆時針順序。3-D八點(diǎn)六面體元素，節(jié)點(diǎn)順序采用相對應(yīng)的順時針或逆時針皆可。當(dāng)元素建立后，該元素的屬性便由前面所定義的ET,MP,R來決定，所以元素定義前一定要定義ET,MP,R。I~P為定義元素節(jié)點(diǎn)的順序號碼。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ThruNodesEGEN,IIME,NINC,IEL1,IEL2,IEINC,MINC,IINC,RINC,CINC元素復(fù)制命令是將一組元素在現(xiàn)有坐標(biāo)下復(fù)制到其他位置，但條件是必須先建立節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的號碼要有所關(guān)聯(lián)。ITIME:復(fù)制次數(shù)，包括自己本身。NINC:每次復(fù)制元素時，相對應(yīng)節(jié)點(diǎn)號碼的增強(qiáng)量。IEL1,IEL2,IEINC: 遠(yuǎn)取復(fù)制的元素，即哪些元素要復(fù)制。EPLOT元素顯示，該命令是將現(xiàn)有元素在卡式坐標(biāo)系統(tǒng)下顯示在圖形窗口中，以供使用者參考及查看模塊。Menupaths:UtilityMenu>plot>ElementsMenupaths:UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering…ELIST元素列示命令是將現(xiàn)有的元素資料，以卡式坐標(biāo)系統(tǒng)列于窗口中，使用者可檢查其所建元素屬性是否準(zhǔn)確。Menupaths:UtilityMenu>List>Element>(AttributesType)TYPE,ITYPE聲明使用哪一組定義了的元素類型，與ET命令相對應(yīng)。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ElemAttributesMenupaths:MainMenu>Preprocessor>Define>DefaultAttribsREAL,NSET聲明使用哪一組定義了的實(shí)常數(shù)，與R命令相對應(yīng)。Menupaths:同上。MAT,MAT使用哪一組定義了的元素屬性，與MP命令相對應(yīng)。Menupaths:同上。3.5負(fù)載定義ANSYS中有不同的主意施加負(fù)載以達(dá)到分析的需要。負(fù)載可分為邊界條件（boundarycondition）和實(shí)際外力(externalforce)兩大類，在不同領(lǐng)域中負(fù)載的類型有：結(jié)構(gòu)力學(xué)：位移、擴(kuò)散力、壓力（分布力）、溫度（熱應(yīng)力）、重力熱學(xué)：溫度、熱流率、熱源、對流、無限表面磁學(xué)：磁聲、磁通量、磁源密度、無限表面電學(xué)：電位、電流、電荷、電荷密度流體力學(xué)：速度、壓力以特性而言，負(fù)載可分為六大類：DOF約束、力（擴(kuò)散載荷）、表面載荷、體積載荷、慣性力有耦合場載荷。DOFconstraint(DOF約束)將給定某一自由度用一已知值。例如，結(jié)構(gòu)分析中約束被指定為位移和對稱邊界條件；在熱力學(xué)分析中指定為溫度和熱通量平行的邊界條件。Force(力)為施加于模型節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)散荷。如在模型中被指定的力和力矩。Surfaceload(表面載荷)為施加于某個面的分布載荷。例如在結(jié)構(gòu)分析中為壓力。Bodyload(體積載荷)為體積的或場載荷。在結(jié)構(gòu)分析中為溫度和fluences。Interialoads(慣性載荷)由物體慣性引起的載荷，如重力和加速度，角速度和角中速度。Coupled-fieldloads(耦合場載荷)為以上載荷的一種異常情況，從一種分析得到的結(jié)果用作為另一種分析的載荷。相關(guān)命令/SOLU進(jìn)入解題處理器，當(dāng)有限元模型建立完以后，便可以進(jìn)入/SOLU處理器，聲明各種負(fù)載。但大部分負(fù)載的載聲明也可在/PREP7中完成，建義所有負(fù)載在/SOLU處理中舉行聲明。/ANTYPE,Antype,Status聲明分析類型，即欲舉行哪種分析，系統(tǒng)默認(rèn)為靜力學(xué)分析。Antype=STATICor0靜態(tài)分析（系統(tǒng)默認(rèn)）BUCKLEor1屈曲分析MODALor2振動模態(tài)分析HARMICor3調(diào)和外力動和系統(tǒng)TRANSor4瞬時動力系統(tǒng)分析MenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Loads>NewAnalysisMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Loads>RestartMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Solution>NewAnalysisMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Solution>RestartF,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC定義節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)散力（Force）.NODE:節(jié)點(diǎn)號碼。Lab:外力的形式。Lab=FX,FY,FZ,MX,MY,MZ(結(jié)構(gòu)力學(xué)的方向、力矩方向)=HEAT(熱學(xué)的熱流量)=AMP,CHRG(電學(xué)的電流、載荷)=FLUX(磁學(xué)的磁通量)VALUE:外力的大小。NODE,NEND,NINC:選取施力節(jié)點(diǎn)的范圍，故在建立節(jié)點(diǎn)時應(yīng)先計(jì)劃節(jié)點(diǎn)的號碼，以方便囫圇程序的編輯。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(LoadType)>OnNodeD,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,…,Lab6定義節(jié)點(diǎn)自由度（DegreeofFreedom）的限制。NODE,NEND,NINC:選取自由度約束節(jié)點(diǎn)的范圍。Lab:相對元素的每一個節(jié)點(diǎn)受自由度約束的形式。結(jié)構(gòu)力學(xué)：DX,DY,DZ（直線位移）；ROTX,ROTY,ROTZ（旋轉(zhuǎn)位移）。熱學(xué)：TEMP（溫度）。流體力學(xué)：PRES（壓力）；VX,VY,VZ（速度）。磁學(xué)：MAG（磁位能）；AX,AY,AZ（向量磁位能）。電學(xué)：VOLT（電壓）。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(displacementtype)>OnNodesSFBEAM,ELEM,LKEY,Lab,VALI,VALJ,VAL2I,VAL2J,IOFFST,JOFFST定義在梁元素上的分布力。ELEM:元素號碼。LKEY:建立元素后，依節(jié)點(diǎn)順序梁元素有四個面，該參為分力所施加的面號。Lab:PRES(表示分布壓力)。VALI,VALJ:在I點(diǎn)及J點(diǎn)分布力的值。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>Plessure>OnBeamsSFE,ELEM,LKEY,Lab,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4定義分布力作用于元素上的方式和大小，元素可分為2-D元素及3-D元素，如圖3-3所示。VAL1~VAL4為初建元素時節(jié)點(diǎn)順序。ELEM:元素號碼。LKEY:建立元素后，依節(jié)點(diǎn)順序，該分布力定義施加邊或面的號碼Lab:力的形式。Lab=PRES結(jié)構(gòu)壓力=CONV熱學(xué)的對流=HFLUX熱學(xué)的熱流率VAL1~VAL4:相對應(yīng)作用于元素邊及面上節(jié)點(diǎn)的值。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(loadtype)>(typeoption)SF,NlisT,Lab,VALUE1,VALUE2定義節(jié)點(diǎn)間分布力。該命令和SFE命令相似，均為定義分布力。但SFE指定特定元素分布力，作用于元素的邊、面上的狀態(tài)，故適用于非勻稱分布力。SF適用于勻稱載荷，分布力作用于Nlist節(jié)點(diǎn)所包含元素的邊及面。如圖3-4所示。Nlist:分布力作用的邊或面上的所有節(jié)點(diǎn)。通常有NSEL命令挑選節(jié)點(diǎn)為Active節(jié)點(diǎn)，然后設(shè)定Nlist=ALL,表示Nlist含有NSEL所挑選的所有節(jié)點(diǎn)。Lab:力的形式。Lab=PRES結(jié)構(gòu)壓力=CONV熱學(xué)的對流=HFLUX熱學(xué)的熱流率VALUE1:作用分布力的值。VALUE2:若Lab=CONV,該值為對流的外界溫度，其他領(lǐng)域的分析不使用該參數(shù)。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(loadtype)>OnNodesNSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KABS完成有限元模型節(jié)點(diǎn)、元素建立后，挑選對象異常重要，正常情況下在ANSYS中所建立的任何對象（節(jié)點(diǎn)、元素），皆為有效（Active）對象，惟獨(dú)是Active對象才干對其舉行操作，為配合建模簡化命令，可適時選取某些對象為Active對象，再對其舉行操作。Type:挑選方式。Type=S挑選一組節(jié)點(diǎn)為Active節(jié)點(diǎn)=R在現(xiàn)有的Active節(jié)點(diǎn)中，重新選取Active節(jié)點(diǎn)=A再挑選某些節(jié)點(diǎn)，參加Active節(jié)點(diǎn)中=U在現(xiàn)有Active節(jié)點(diǎn)中，排除某些節(jié)點(diǎn)=ALL挑選所有節(jié)點(diǎn)為Active節(jié)點(diǎn)Item:資料卷標(biāo)Item=NODE用節(jié)點(diǎn)號碼選取=LOC用節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)選取Comp=(無)（Item=NODE）=X(Y,Z)(表示節(jié)點(diǎn)X(Y,Z)為準(zhǔn)，當(dāng)Item=LOC)VIMIN,VMAX,VINC:選取范圍，Item=NODE其范圍為節(jié)點(diǎn)號碼，Item=LOC范圍為Comp坐標(biāo)的范圍。如圖（3-5）所示。3.6求解求解前先保存數(shù)據(jù)庫，將Output窗口提到最前面看見求解信息，然后在OLU處理器里，輸入SOLVE命令即可求解。GUI路徑為MainMenu:Solution>-Solve-CurrentLS。倘若求解失敗，典型的緣故有：約束不夠（通常浮上的問題）。材料性質(zhì)參數(shù)有負(fù)值，如密度值等。示約束鉸接結(jié)構(gòu)，如兩個水平運(yùn)動的梁單元在堅(jiān)直方向沒有約束。屈曲—當(dāng)應(yīng)力剛化效應(yīng)為負(fù)（壓）時，在載荷作用下囫圇結(jié)構(gòu)剛度弱化。倘若剛度減小到0或更小時，求解存在神奇性，因?yàn)猷駠鹘Y(jié)構(gòu)已發(fā)生屈曲。模型中有非線性單元。3.7用POST1舉行結(jié)果后處理1.進(jìn)入POST1命令：/POST1GUI:MainMenu>GeneralPostproc2.讀取結(jié)果根據(jù)載荷步和子步號或者時光讀取出需要的載荷步和子步結(jié)果。命令：SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults-Loadstep3.繪變形圖命令：PLDISP,KUNDKUND=0顯示變形后的的結(jié)構(gòu)形狀KUND=1同時顯示變形前及變形后的的結(jié)構(gòu)形狀KUND=1同時顯示變形前及變形后的的結(jié)構(gòu)形狀，但僅顯示結(jié)構(gòu)外觀GUI:MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>DeformedShape4.變形動畫以動畫的方式模擬結(jié)構(gòu)靜力作用下的變形過程GUI:UtilityMenu>Plotctrls>Animate>DeformedShape5.列表支反力在任一方向，支反力總和必等于在此方向的載荷總和GUI:MainMenu>GeneralPostprocessor>ListResults>RectionSolution…6.應(yīng)力等值線與應(yīng)力等值線動畫應(yīng)力等值線主意可清晰描述一種結(jié)果在囫圇模型中的變化，可以迅速決定模型中的危險區(qū)域。GUI:MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolution…應(yīng)力等值線動畫GUI:UtilityMenu>Plotctrls>Animate>DeformedShape【例3-1】建一個平面結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的安頓圖，如圖3-6所示/FILNAME,EX3-1/UNITS,BIN/TITLE,PLANENODESGENERATION/PREP7LOCAL,11,1,5,0,0！建立11號局部圓柱區(qū)域坐標(biāo)N,1,5,30N,2,5,60CSYS,0！回至卡式坐標(biāo)N,3,0,5N,4,2.5,-5CSYS,11！回至11號圓柱坐標(biāo)N,5,5,0N,6,0,0N,7,5,-45CSYS,0N,8,5,5N,9,7.5,0…………【例3-2】有一個梁結(jié)構(gòu)如圖3-7（a）所示，L=30cm，F(xiàn)=1000N，q=600N/m圖3-6（b）為均布11個節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃。解題的ANSYS命令如下/FILNAME,EX3-2/UNITS,SI/TITLE,BEAM11NODESIMULATION/PREP7N,1,0,0N,11,0.3,0FILL,1,11ET,1,BEAM3MP,EX,1,207E9R,1,1e-4,2.083e-10,0.005E,1,2EGEN,10,1,1,1,1EPLOT/PNUM,ELEM,1EPLOTFINISH/SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALL！在輸出窗口中列出元素的結(jié)果D,1,UX,0,,,,,UY,ROTZD,11,UX,0,,,,,UYSFBEAM,1,1,PRES,0,60SFBEAM,2,1,PRES,60,120$SFBEAM,3,1,PRES,120,180SFBEAM,4,1,PRES,180,240$SFBEAM,5,1,PRES,240,300SFBEAM,6,1,PRES,300,360$SFBEAM,7,1,PRES,360,420SFBEAM,8,1,PRES,420,480$SFBEAM,9,1,PRES,480,540SFBEAM,10,1,PRES,540,600F,6,FY,-1000SOLVEFINISH/POST1PLDISP！顯示變形圖PRDISP！列出變形資料FINISH4實(shí)體模型的建立4.1實(shí)體模型簡介在上一章里已推薦了有限的直法建模，但該主意對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，建立過程復(fù)雜而且容易出錯，因此這里引入實(shí)體模型的建立，與普通的CAD軟件一樣，利用點(diǎn)、線、面、體積組合而成。實(shí)體模型幾何圖形決定之后，由這界來決定網(wǎng)格，即每一線段要分成幾個元素或元素的尺寸是多大。決定了每邊元素數(shù)目或尺寸大小之后，ANSYS的內(nèi)建程序即能自動產(chǎn)生網(wǎng)格，即自動產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和元素，并同時完成有限元模型。4.2實(shí)體模型的建立主意實(shí)體模型建立有下列主意：由下往上法（bottom-upMethod）由建立最低單元的點(diǎn)到最高單元的體積，即建立點(diǎn)，再由點(diǎn)連成線，然后由線組合成面積，最后由面積組合建立體積。由上往下法（top-downmethod）及布爾運(yùn)算命令一起使用此主意直接建立較高單元對象，其所對應(yīng)的較低單元對象一起產(chǎn)生，對象單元高低順序依次為體積、面積、線段及點(diǎn)。所謂布爾運(yùn)算為對象互相加、減、組合等?；旌鲜褂们皟煞N主意依照個人的經(jīng)驗(yàn)，可結(jié)合前兩種主意綜合運(yùn)用，但應(yīng)考慮到要獲得什么樣的有限元模型，即在網(wǎng)格化分時，要產(chǎn)生自由網(wǎng)格劃分或?qū)?yīng)網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格劃分時，實(shí)體模型的建立比較容易，只要所有的面積或體積能接合成一個體就可以，對應(yīng)網(wǎng)格劃分時，平面結(jié)構(gòu)一定要四邊形或三邊形面積相接而成，立體結(jié)構(gòu)一定要六面體相接而成。4.3群組命令推薦表4-1給出了ANSYS中X對象的名稱，表4-2中列出了ANSYS中X對象的群組命令，命令參數(shù)大部分與節(jié)點(diǎn)及元素相似。以后對組命令不再詳述。表4-1ANSYS中X對象的名稱對象種類（X）節(jié)點(diǎn)元素點(diǎn)線面積體積對像名稱X=NX=EX=KX=LX=AX=V表4-2ANSYS中X對象的群組命令群組命令意義例子XDELE刪除X對象LDELE刪除線XLIST在窗口中列示X對象VLIST在窗口中列出體積資料XGEN復(fù)制X對象VGEN復(fù)制體積XSEL挑選X對象NSEL挑選節(jié)點(diǎn)XSUM計(jì)算X對象幾何資料ASUM計(jì)算面積的幾何資料，如面積大小、邊長、重心等XMESH網(wǎng)格化X對象AMESH面積網(wǎng)格化LMESH線的網(wǎng)格化XCLEAR清除X對象網(wǎng)格ACLEAR清除面積網(wǎng)格VCLEAR清除體積網(wǎng)格XPLOT在窗口中顯示X對象KPLOT在窗口中顯示點(diǎn)APLOT在窗口中顯示面積4.4點(diǎn)定義實(shí)體模型建立時，點(diǎn)是最小的單元對象，點(diǎn)即為機(jī)械結(jié)構(gòu)中一個點(diǎn)的坐標(biāo)，點(diǎn)與點(diǎn)銜接成線也可直接組合成面積及體積。點(diǎn)的建立按實(shí)體模型的需要而設(shè)定，但偶爾會建立些輔助點(diǎn)以協(xié)助其它命令的執(zhí)行，如圓弧的建立。相關(guān)命令：K,NPT,X,Y,Z建立點(diǎn)（Keypoint）坐標(biāo)位置（X,Y,Z）及點(diǎn)的號碼NPT時，號碼的安頓不影響實(shí)體模型的建立，點(diǎn)的建立也不一要連號，但為了數(shù)據(jù)管理方便，定義點(diǎn)之前先計(jì)劃好點(diǎn)的號碼，有利于實(shí)體模型的建立。在圓柱坐標(biāo)系下，X,Y,Z對應(yīng)于R，θ，Z，球面坐標(biāo)下對應(yīng)著R，θ，Ф。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPoint>InActiveCsMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPoint>OnWorkingPlaneKFILL,NP1,NP2,NFILL,NSTRT,NINC,SPACE點(diǎn)的填充命令是自動將兩點(diǎn)NP1,NP2間，在現(xiàn)有的坐標(biāo)系下填充許多點(diǎn)，兩點(diǎn)間填充點(diǎn)的個數(shù)（NFILL）及分布狀態(tài)視其參數(shù)（NSTRT,NINC,SPACE）而定，系統(tǒng)設(shè)定為均分填充。如語句FILL,1,5，則平均填充3個點(diǎn)在1和5之間。如圖4-1所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPoint>FillKNODE,NPT,NODE定義點(diǎn)（NPT）于已知節(jié)點(diǎn)上MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Keypoint>OnNode4.5線段定義建立實(shí)體模型時，線段為面積或體積的邊界，由點(diǎn)與點(diǎn)銜接而成，構(gòu)成不向種類的線段，例如直線、曲線、BSPLIN、圓、圓弧等，也可直接由建立面積或體積而產(chǎn)生。線的建立與坐標(biāo)系統(tǒng)有關(guān)，直角坐標(biāo)系為直線，圓柱坐標(biāo)下曲線。相關(guān)命令L,P1,P2,NDIV,SPACE,XV1,YV1,ZV1,XV2,YV2,ZV2此命令是用兩個點(diǎn)來定義線段，此線段的形狀可為直線或曲線，此線段在產(chǎn)生面積之前可做任何修改，但若已成為面積的一部分，則不能再做任何改變，除非先把面積刪除。NDIV指欲舉行網(wǎng)格化時所要分的元素數(shù)目。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Lines>InActiveCoordLDIV,NL1,RATIO,PDIV,NDIV,KEEP此命令是將線分割成數(shù)條線，NL1為線段的號碼，NDIV為線段欲分的段數(shù)（系統(tǒng)默認(rèn)為兩段），在于2時為均分，RATIO為兩段的比例（NDIV=2時才起作用），KEEP=0時原線段資料將刪除，KEP=1則保留。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Operate>Divede>(typeoptions)LFILLT,NL1,NL2,RAD,PCENT此命令是在兩條相交的線段（NL1,NL2）間產(chǎn)生一條半徑等于RAD的圓角線段，同是自動產(chǎn)生三個點(diǎn)，其中兩個點(diǎn)在NL1,NL2上，是新曲線與NL1,NL2相切的點(diǎn)，第三個點(diǎn)是新曲線的圓心點(diǎn)（PCENT,若PENT=0則不產(chǎn)生該點(diǎn)），新曲線產(chǎn)生后本來的兩條線段會改變，新形成的線段和點(diǎn)的號碼會自動編排上去。如圖4-2所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>LineFilletLARC,P1,P2,PC,RAD定義兩點(diǎn)（P1,P2）間的圓弧線（LineofArc），其半徑為RAD，若RAD的值沒有輸入，則圓弧的半徑直接從P1,PC到P2自動計(jì)算出來。不管現(xiàn)在坐標(biāo)為何，線的形狀一定是圓的一部分。PC為圓弧曲率中央部分任何一點(diǎn)，不一定是圓心。如圖4-3所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arcs>ByEndKPs&RadMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arcs>Through3KpsCIRCLE,PCENT,RAD,PAXIS,PZERO,ARC,NSEG此命令會產(chǎn)生圓弧線（CIRCLELine）,該圓弧線為圓的一部分，依參數(shù)情況而定，與目前所在的坐標(biāo)系統(tǒng)無關(guān)，點(diǎn)的號碼和圓弧的線段號碼會自動產(chǎn)生。PCENT:圓弧中央點(diǎn)坐標(biāo)號碼PAXIS:定義圓心軸正向上隨意點(diǎn)的號碼。PZERO:定義圓弧線起點(diǎn)軸上的隨意點(diǎn)的號碼，此點(diǎn)不一定在圓上。RAD:圓的半徑，若此值不輸，則半徑的定義為PCENT到PZERO的距離ARC:弧長（以角度表示），若輸入為正當(dāng)，則由開始軸產(chǎn)生一段弧長，若沒輸和，產(chǎn)生一個整圓。NSEG:圓弧欲劃分的段數(shù)，此處段數(shù)為線條的數(shù)目，非有限元網(wǎng)格化時的數(shù)目。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arcs>ByEndCent&RadiusMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arcs>FullCircle【例4-1】練習(xí)點(diǎn)和線段的生成/PREP7K,1,5,4 ！建立點(diǎn)1坐標(biāo)（5，4）K,4,-1,2 ！建立點(diǎn)4坐標(biāo)（-1，2）KPLOT ！顯示點(diǎn)，無號碼/PNUM,KP,1KPLOT ！顯示點(diǎn)，無號碼KLIST ！列出點(diǎn)的資料K,,2,-2 ！建立點(diǎn)2坐標(biāo)（2，-2），點(diǎn)2是自動獲得的最小號碼DSYS,1 ！改變顯示坐標(biāo)系統(tǒng)為圓柱坐標(biāo)KLISTDSYS ！回復(fù)顯示卡式坐標(biāo)系統(tǒng)K,2,,-3 ！改變2點(diǎn)的坐標(biāo)為（0，-3）CSYS,1 ！改變坐標(biāo)系統(tǒng)為圓柱坐標(biāo)K,,4 ！建立點(diǎn)3坐標(biāo)，半徑=4，角度=0K,4,4,30 ！建立點(diǎn)4坐標(biāo)，半徑=4，角度=30K,,4,60 ！建立點(diǎn)5坐標(biāo)，半徑=4，角度=60KLISTDSYS,1 ！改變顯示坐標(biāo)系統(tǒng)為圓柱坐標(biāo)KLISTCSYS ！回復(fù)坐標(biāo)系統(tǒng)為卡式坐標(biāo)DSYS ！回復(fù)顯示坐標(biāo)系統(tǒng)為卡式坐標(biāo)L,3,5 ！建立點(diǎn)3至點(diǎn)5的直線段LPLOT ！顯示線段，無號碼/PNUM,LINE,1LPOT ！顯示線段，有號碼LLIST ！列出線段資料L,2,3 ！建立點(diǎn)2至點(diǎn)3的直線段CSYS,1 ！改變坐標(biāo)系統(tǒng)為圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)L,2,5 ！建立點(diǎn)2至點(diǎn)5的圓柱坐標(biāo)線段LPLOT ！顯示線段【例4-2】練習(xí)LARC命令產(chǎn)生圓弧線段/PREP7K,1,0K,2,1,2K,3,1,-1/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1KPLOTLARC,1,2,3,2 ！建立點(diǎn)1至點(diǎn)2的圓弧，半徑為2LARC,1,2,3,4 ！建立點(diǎn)1至點(diǎn)2的圓弧，半徑為4LARC,1,2,3,-2 ！建立點(diǎn)1至點(diǎn)2的圓弧，半徑為2，反曲率【例4-3】練習(xí)CIRCLE命令產(chǎn)生圓弧線段/PREP7K,1K,2,3K,3,0,3K,4,0,0,3/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1KPLOTCIRCLE,1,2CIRCLE,1,1.5,3,4,135,4!產(chǎn)生一個X-Z平面，135o，4段的圓弧4.6面積定義實(shí)體模型建立時，面積為體積的邊界，由經(jīng)銜接而成，面積的建立可由點(diǎn)直接相接或線段圍接而成，并構(gòu)成不同數(shù)目邊的面積。也可直接建構(gòu)體積而產(chǎn)生面積，如要舉行對應(yīng)網(wǎng)格化，則必須將實(shí)體模型建構(gòu)為四邊形面積的組合，最容易的面積為3點(diǎn)銜接面成，以點(diǎn)圍成面積時，點(diǎn)必須以順時針或逆時針輸入，面積的法向按點(diǎn)的順序依右手定則決定。相關(guān)命令A(yù),P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9此命令用已知的一組點(diǎn)（P1~P9）來定義面積（Area），最少使用三個點(diǎn)才干圍成面積，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)圍繞些面積的線段。點(diǎn)要依次序輸入，輸入的順序會決定面積的法線方向。倘若此面積超過了四個點(diǎn)，則這些點(diǎn)必須在同一個平面上。如圖4-4所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arbitrary>ThroughKPsAL,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10此命令由已知的一組直線（L1, …L10）線段（Lines）圍繞而成的面積（Area），至少須要3條線段才干形成平面，線段的號碼沒有鄭重的順序限制，只要它們能完成封閉的面積即可。同時若使用超過4條線段去定義平面時，所有的線段必須在同一平面上，以右手定則來決定面積的方向。如圖4-5所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arbitrary>ByLinesAROTAT,NL1,NL2,NL3,NL4,NL5,NL6,PAX1,PAX2,ARC,NSEG建立一組圓柱型面積（Area）,產(chǎn)生方式為繞著某軸PAX1,PAX2為軸上的隨意兩點(diǎn)，并定義軸的方向），旋轉(zhuǎn)一組已知線段（NL1~NL6），以已知線段為起點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為ARC，NSEG為在旋轉(zhuǎn)角度方向可分的數(shù)目。如圖4-6所示。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Operator>Extrude/Sweep>AboutAxis4.7體積定義體積為對象的最高單元，最容易體積定義為點(diǎn)或面積組合而成。由點(diǎn)組合時，最多由八點(diǎn)形成六面積，八點(diǎn)順序?yàn)橄鄳?yīng)面順時針或逆時針皆可，其所屬的面積、線段，自動產(chǎn)生。以面積組合時，最多為十塊面積圍成的封閉體積。也可由原始對象（PrimitiveObject）建立，例如：圓柱、長方體、球體等可直接建立。相關(guān)命令：V,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8此命令由已知的一組點(diǎn)（P1~P8）定義體積（Volume），同時也產(chǎn)生相對應(yīng)的面積及線。點(diǎn)的輸入必須依延續(xù)的順序，以八點(diǎn)面言，銜接的原則為相對應(yīng)面相同方向，對于四點(diǎn)角錐、六點(diǎn)角柱的建立都適用。如圖4-7所示。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arbitrary>ThroughKPsVA,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10定義由已知的一組面（VA1~VA10）包圍成的一個體積，至少需要4上面才干圍成一個體積，些命令適用于當(dāng)體積要多于8個點(diǎn)才干產(chǎn)生時。平面號碼可以是任何次序輸入，只要該組面積能圍成封閉的體積即可。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Arbitrary>ByArearsMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>VolumebyAreasMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>GeomRepair>CreateVlumeVDRAG,NA1,NA2,NA3,NA4,NA5,NA6,NLP1,NLP2,NLP3,NLP4,NLP5,NLP6體積（Volume）的建立是由一組面積（NA1~NA6），延某組線段（NL1~NL6）為路徑，拉伸而成。MenuPaths:MainMenu>Operate>Extrude/Sweep>AlongLinesVROTAT,NA1,NA2,NA3,NA4,NA5,NA6,PAX1,PAX2,ARC,NSEG建立柱形體積，即將一組面（NA1~NA6）繞軸PAX1,PAX2旋轉(zhuǎn)而成，以已知面為起點(diǎn)，ARC為旋轉(zhuǎn)的角度，NSEG為囫圇旋轉(zhuǎn)角度中欲分的數(shù)目。MenuPaths:MainMenu>Operate>Extrude/Sweep>AboutAxis【例4-4】綜合點(diǎn)、線、面、體積練習(xí)/PREP7/PNUM,KP,1 $/PUM,LINE,1/PNUM,AREA,1 $/PNUM,VOLU,1K,1,2 ！建立點(diǎn)1，坐標(biāo)（2，0）K,2,3,4 ！建立點(diǎn)2，體壇（3，4）K,3,-0.5,3 ！建立點(diǎn)3，體壇（-0.5，3）K,4,-2,0.5 ！建立點(diǎn)4，體壇（-2，0.5）A,1,2,3,4 ！由點(diǎn)1，2，3，4生成面CSYS,1 !轉(zhuǎn)為圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)K,5,4 ！建立點(diǎn)5，半徑=4，角度=0K,6,4,45 ！建立點(diǎn)6，半徑=4，角度=45K,7,4,45,5 ！建立點(diǎn)7，半徑=4，角度=45，高度=5K,8,4,,5 ！建立點(diǎn)7，半徑=4，角度=0，高度=5A,5,6,7,8 ！生成一個中央角為45度的圓柱面ADEL,1 ！刪除面1LDEL,3 ！刪除線1A,1,2,3,4 ！生成面ADEL,2A,5,6,8A,8,5,6CSYS ！轉(zhuǎn)到卡式坐標(biāo)K,,7,1,3/PNUM,KP,1V,8,5,6,94.8用體素創(chuàng)建ANSYS對象這里先引入體素（Primitive）的概念，ANSYS中，體素指預(yù)先定義好的具有共同形狀的面或體。利用它可直接建立某些形狀的高級對象，例如矩形、正多邊形、圓柱體、球體等，高級對象的建立可節(jié)約無數(shù)時光，其所對應(yīng)的低級對象同時產(chǎn)生，系統(tǒng)并賦予最小的編號。我們用體素創(chuàng)建對象時，通常要結(jié)合一定的布你操作才干完成實(shí)體模型的建立。常用的2-D及3-D體素如下圖4-10所示在創(chuàng)創(chuàng)建對象時，要注重的是，3-D對象具有高度的，其高度必須在Z軸方向，如欲在非原點(diǎn)坐標(biāo)建立3-D體素對象，必須移動坐標(biāo)平面至所需的點(diǎn)上，對象的高度非Z軸的，必須旋轉(zhuǎn)工作平面。圖4-11為一個空心球暗示圖，當(dāng)命令Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Sphere>ByDimensions執(zhí)行完后，其中的4個面、10條線及8個關(guān)鍵點(diǎn)自動產(chǎn)生。相關(guān)命令RECTNG,X1,X2,Y1,Y2建立一長方形面積，以個對頂?shù)淖鴺?biāo)為參數(shù)即可。X1,X2為X方向的最小及最大值，Y1，Y2為Y方向的最小及最大值。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Rectangle>ByDimensionsPCIRC,RAD1,RAD2,THETA1,THETA2以工作平面的坐標(biāo)為基準(zhǔn)，建立平面圓面積。RAD1,RAD2為內(nèi)外圓半徑，THETA1,THETA2為圓面的角度范圍。系統(tǒng)默認(rèn)為360度，并以90度自行分段。如圖4-12所示Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>ByDimensionsBLOCK,X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2建立一個長方體，以對頂角的坐標(biāo)為參數(shù)。，X1,X2為X向最小及最大坐標(biāo)值，Y1,Y2為Y向最小及最大坐標(biāo)值,Z1,Z2為X向最小及最大坐標(biāo)值。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Block>ByDimensionsCYLIND,RAD1,RAD2,Z1,Z2,THETA1,THETA2建立一個圓柱體積，圓柱的方向?yàn)閆方向，并由Z1，Z2決定范圍，RAD1,RAD2為圓柱的內(nèi)外半徑，THETA1,THETA2為圓柱的始、終結(jié)角度，參閱PCIRC命令的圖。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Cylinder>ByDimensions4.9布爾操作布爾操作可對幾何圖元舉行布爾計(jì)算，ANSYS布爾運(yùn)算包括ADD（加），SUBTRACT（減），INTERSECT（交），DIVIDE（分解），GLUE（粘接），OVERLAP（搭接），它們不僅適用于容易的圖元，也適用于從CAD系統(tǒng)中傳入的復(fù)雜幾何模型。GUI命令路徑為MainMenu>Preprrocessor>-Modeling-Operate。通常情況下，結(jié)構(gòu)進(jìn)對應(yīng)網(wǎng)格化幾乎無法達(dá)到，故皆以自由網(wǎng)格化為主。同時布爾運(yùn)算對所操作的對象舉行編號?！纠?-5】練習(xí)，建立圖4-13的模型。/PREP7RECTNG,0,6,-1,1PCIRC,0,1,90,270RECTNG,4,6,-3,-1WPAVE,5,-3PCIRC,0,1,-180,0ADD,ALLPCIRC,0.4WPAVE,0,0,0PCIRC,0.4ASBA,5,1ASBA,3,25網(wǎng)格劃分5.1區(qū)別實(shí)體模型和有限元模型現(xiàn)今所有的有限元分析都用實(shí)體建模，類似于CAD，ANSYS以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，用于在里面填充節(jié)點(diǎn)和單元，還可以在幾何邊界上方便的施加載荷，但是幾何實(shí)體模型并不參加有限元分析，所有施加在有限元邊界上的載荷或約束，必須總算傳遞到有限元模型上（節(jié)點(diǎn)和單元）舉行求解。參見圖5-1。5.2網(wǎng)格化的步驟建立選取元素數(shù)據(jù)設(shè)定網(wǎng)格建立所需的參數(shù)產(chǎn)生網(wǎng)格第一步是建立元素的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括元素的種類（TYPE），元素的幾何常數(shù)（R），元素的材料性質(zhì)（MP），及元素形成時所在的坐標(biāo)系統(tǒng)，也就是說當(dāng)對象舉行網(wǎng)格化分后，元素的屬性是什么。固然我們可以設(shè)定不同種類的元素，相同的元素又可設(shè)定不同的幾何常數(shù)，也可以設(shè)定不同的材料待性，以及不同的元素坐標(biāo)系統(tǒng)。第二步即可舉行設(shè)定網(wǎng)格劃分的參數(shù)，最主要是定義對象邊界元素的大小和數(shù)目。網(wǎng)格設(shè)定所需的參數(shù)，將決定網(wǎng)格的大小、形狀，這一步異常重要，將影響分析時的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。網(wǎng)格細(xì)大概會得到很好的結(jié)果，但并非網(wǎng)格劃分的越細(xì)，得到的結(jié)果就越好，因?yàn)榫W(wǎng)太密太細(xì)，會占用大量的分析時光。偶爾較細(xì)的網(wǎng)格與較粗的網(wǎng)格比較起來，較細(xì)的網(wǎng)格分析確實(shí)切度只增強(qiáng)百分之幾，但占用的計(jì)算機(jī)資源比較起較粗的網(wǎng)格確是數(shù)倍之多，同時在較細(xì)的網(wǎng)格中，常會造成不同網(wǎng)格劃分時銜接的艱難，這一點(diǎn)不能不異常注重。完成前兩步即可舉行網(wǎng)格劃分，并完成有限元模型的建立，倘若不愜意網(wǎng)格化的結(jié)果，也可清除網(wǎng)格化，重新定義元素的大小、數(shù)目，再舉行網(wǎng)格化，直到得到愜意的有限元結(jié)果為止。實(shí)體模型的網(wǎng)格化可分為自由網(wǎng)格化（FreeMeshing）及對應(yīng)網(wǎng)格化（MappedMeshing）兩種不同的網(wǎng)格化，對于建構(gòu)實(shí)體模型過程有相當(dāng)大的影響。自由網(wǎng)格化時實(shí)體模型的構(gòu)建容易，無較多限制。反之，對應(yīng)網(wǎng)格化，實(shí)體模型的建立比較復(fù)雜，有較多限制。網(wǎng)格化ANSYS的基本流程如下：/PREP7ET,1MP,EX,1R,1ET,2MP,EX,2R,2ET,3MP,EX,2R,2ET,3MP,EX,3R,3!建立實(shí)體模型K,……L,……A,……V,……!聲明元素大小、形狀及網(wǎng)格種類LESIZE,……KESIZE,……ESIZE,……SMRTSIZE,……MSHKEY,……MSHAPE,……!舉行網(wǎng)格化XATT,1,1,1XMESH!X對象網(wǎng)格化后，元素屬性由XATT決定XMATT,2,1,2XMESH5.3元素形狀定義元素形狀在2-D結(jié)構(gòu)中可分為四邊形和三角形，在3-D結(jié)構(gòu)中可分為六面體和角錐體。當(dāng)實(shí)體模型舉行對應(yīng)網(wǎng)格劃分時，2-D及3-D結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的元素必為四邊形及六面體，當(dāng)無法舉行對應(yīng)網(wǎng)格化時，程序會自動用自由網(wǎng)格化，所以2-D結(jié)構(gòu)將自行以四邊形和三角形的混合方式舉行，3-D結(jié)構(gòu)以角錐體方式舉行。網(wǎng)格化，有默認(rèn)尺寸大小，也就是說不給定線段和網(wǎng)格數(shù)目，依然可以舉行網(wǎng)格劃分，但不一定能滿意設(shè)計(jì)者的要求。元素大小基本上在線段上定義，可用線段數(shù)目和線段長度來劃分，通常以線段數(shù)目分割比較方便。分割時可采用均分或不均分，不均分以線段方向或中間為準(zhǔn)，按照數(shù)定義可得到漸增或漸減的效果。除此之外，也可以以整體對象為基準(zhǔn)，決定網(wǎng)格的大小。此外在自由網(wǎng)格化普通不需要定義線段的數(shù)目及大小，程序?qū)⑻峁┲悄芑刂疲⊿MRTSIZE）；而指定線段舉行元素數(shù)目及大小的聲明，大多用于對應(yīng)網(wǎng)格化。5.4網(wǎng)格劃分工具網(wǎng)格劃分工具是網(wǎng)格控制的一種快捷方式，它能方便的實(shí)現(xiàn)單元屬性控制、智能網(wǎng)格劃分控制、尺寸控制、自由網(wǎng)格劃分和對應(yīng)網(wǎng)格劃分、執(zhí)行網(wǎng)格劃分、清除網(wǎng)格劃分以及局部細(xì)分。參見圖5-2。程序默認(rèn)為自由網(wǎng)格劃分，元素形狀以四邊形、六面體為準(zhǔn)優(yōu)先，三角形、角錐次之，網(wǎng)格化時，倘若實(shí)體模型能夠?qū)?yīng)網(wǎng)格化，而且相對應(yīng)邊長度不是差的無數(shù)，則必以以應(yīng)網(wǎng)枸化優(yōu)先考慮舉行。網(wǎng)格劃分工具中，我們普通只用它的一兩組功能，即可達(dá)到要求。這里有須要知道尺寸控制的優(yōu)先級。缺省單元尺寸控制：對線劃分的指定被最先考慮關(guān)鍵點(diǎn)附近的單元尺寸作為第二級考慮對象總體單元尺寸作為第三級考慮對象缺省尺寸最后考慮智能單元尺寸的優(yōu)先順序?qū)€劃分的指定被最先考慮關(guān)鍵點(diǎn)附近的單元尺寸作為第二級考慮對象，當(dāng)考慮到小的幾何特征和曲率時，可以忽略它總體單元尺寸作為第三級考慮對象，當(dāng)考慮到小的幾何特征和曲率時，可以忽略它智能單元尺寸設(shè)置最后考慮【例5-1】綜合練習(xí)，如圖5-3所示/PREP7ET,1,PLANE42K,1,,-2.5$K,2,6,-2.5$K,3,,2.5$K,4,6,2.5CSYS,1K,5,10,-30$K,6,10,30CSYS,0SAVEL,1,2$L,4,3CSYS,1,L,2,4$L,5,6CSYS,0A,1,2,4,3A,2,5,6,4SAVE!可以有RESUME命令回復(fù)到當(dāng)前點(diǎn)AMESH,ALL!此時網(wǎng)格以系統(tǒng)默認(rèn)的尺寸舉行自由劃