第一章 ANSYS 分析基本步驟

1、.第一章 ANSYS 分析基本步驟（黑小2）ModuleObjective本章目標(biāo)（黑小3）學(xué)習(xí)完本章后，學(xué)員應(yīng)該能夠初步掌握ANSYS分析問(wèn)題的基本操作步驟.（揩小4）LessonObjectivesLesson A. 分析過(guò)程2-1. ANSYS分析過(guò)程中的三個(gè)主要步驟.2-2. ANSYS分析步驟在GUI中的體現(xiàn).Lesson B. 文件管理2-3. ANSYS 文件系統(tǒng): a. ANSYS 在分析過(guò)程中怎樣使用文件.b. ANSYS 使用的文件名稱(chēng)的格式.c.確定 ANSYS 默認(rèn)的文件名.2-4. ANSYS的數(shù)據(jù)庫(kù):a.ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù).b.數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)操作.c.數(shù)據(jù)庫(kù)

2、的恢復(fù)操作.d.怎樣通過(guò)存儲(chǔ)及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件修改錯(cuò)誤.Lesson C. ANSYS分析基本步驟訓(xùn)練2-5. ANSYS分析過(guò)程實(shí)例演練.Lesson A. 分析過(guò)程ANSYS分析采用的是有限元分析技術(shù)。在分析時(shí)，必須將實(shí)際問(wèn)題的模型轉(zhuǎn)化為有限元模型。有限元分析(FEA) 是對(duì)物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）的模擬，是對(duì)真實(shí)情況的數(shù)值近似。通過(guò)劃分單元，求解有限個(gè)數(shù)值來(lái)近似模擬真實(shí)環(huán)境的無(wú)限個(gè)未知量。1-1. ANSYS分析過(guò)程中的三個(gè)主要步驟.Procedure1. .2. .3. . 1. 創(chuàng)建有限元模型 創(chuàng)建或讀入幾何模型. 定義材料屬性. 劃分單元 (節(jié)點(diǎn)及單元).2. 施加載荷進(jìn)行求解 施

3、加載荷及載荷選項(xiàng). 求解.3. 查看結(jié)果 查看分析結(jié)果. 檢驗(yàn)結(jié)果. (分析是否正確) 2-2. ANSYS分析步驟在GUI中的體現(xiàn).分析的三個(gè)主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn)。主菜單中各部分的順序基本上是按著常規(guī)問(wèn)題分析順序設(shè)置的。 1. 第一步創(chuàng)建有限元模型之主菜單體現(xiàn)主要部分： 2. 第二步施加荷載求解之主菜單體現(xiàn)主要部分： 3. 第三步查看結(jié)果之主菜單體現(xiàn)主要部分：Lesson B. 文件管理2-3a. ANSYS怎樣在分析中使用文件.2-3b. ANSYS使用的文件格式.2-3c. 確定默認(rèn)的ANSYS文件名. ANSYS文件及工作文件名：& ANSYS在分析過(guò)程中需要讀寫(xiě)文件。生成

4、的文件有的是程序自動(dòng)生成的（如日志文件），有的是在使用者控制下生成的。& 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)分文件的用途和類(lèi)型。& 默認(rèn)的工作文件名是 file。使用時(shí)建立自己的工作文件名。一些特殊的文件數(shù)據(jù)庫(kù)文件jobname.db二進(jìn)制Log 文件jobname.log文本結(jié)果文件（例如：結(jié)構(gòu)）jobname.rxx （jobname.rst）二進(jìn)制圖形文件jobname.grph二進(jìn)制 （特殊格式）2-4a. ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù).DefinitionANSYS的數(shù)據(jù)庫(kù)，是指在前處理、求解及

5、后處理過(guò)程中，ANSYS保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)既存儲(chǔ)輸入的數(shù)據(jù)，也存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)據(jù): 輸入數(shù)據(jù) - 必須輸入的信息 (模型尺寸、材料屬性、載荷等). 結(jié)果數(shù)據(jù) - ANSYS計(jì)算的數(shù)值 (位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等).2-4b. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)操作. 存儲(chǔ)操作將ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)從內(nèi)存中寫(xiě)入一個(gè)文件。數(shù)據(jù)庫(kù)文件（以db為擴(kuò)展名）是數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前狀態(tài)的一個(gè)備份。2-4c. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)操作.恢復(fù)操作將數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，在這個(gè)過(guò)程中，將首先清除目前內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，將之替換成數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的數(shù)據(jù)。2-4d. 怎樣利用存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，從錯(cuò)誤操作中恢復(fù).ANSYS提供數(shù)據(jù)庫(kù)文件備份。選擇 “Files Re

6、sume from”, 然后選擇 jobname.dbb，恢復(fù)到上一次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)功能在錯(cuò)存數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)很有用，可以找回其前次的數(shù)據(jù)。 關(guān)于文件操作及存儲(chǔ)與恢復(fù)操作提請(qǐng)注意： 每個(gè)ANSYS使用者最好建立自己的工作目錄，因?yàn)锳NSYS分析過(guò)程中生成的（尤其是自動(dòng)生成的）大量文件，很多都存在該目錄下. 每求解一個(gè)新問(wèn)題使用不同的工作文件名. 在AYSYS啟動(dòng)對(duì)話框中設(shè)置工作文件名. 針對(duì)每個(gè)分析項(xiàng)目，設(shè)置單獨(dú)的子目錄. 您必須選擇一個(gè)存儲(chǔ)命令，將數(shù)據(jù)庫(kù)保存到文件中. 建議在分析過(guò)程中，隔一段時(shí)間存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)庫(kù)文件，且取不同名. 在進(jìn)行不清除后果的（例如劃分網(wǎng)格）或會(huì)造成重大影響的（例如刪除操作

7、）操作以前，最好先存儲(chǔ)一下數(shù)據(jù)庫(kù)文件. 如果在進(jìn)行一個(gè)操作以前剛剛存儲(chǔ)完數(shù)據(jù)庫(kù)，您可以選擇工具條中的RESUME_DB，進(jìn)行 “undo”。Lesson C. ANSYS分析基本步驟訓(xùn)練2-5. ANSYS分析過(guò)程實(shí)例演練.Exercise為了增加學(xué)好ANSYS的信心，為了掌握ANSYS分析的基本步驟，依據(jù)下列循序漸進(jìn)的求解指導(dǎo)，進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)支梁的靜力分析。注意在此分析中采用的ANSYS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。& 問(wèn)題表述：使用ANSYS分析一個(gè)矩形截面簡(jiǎn)支梁。問(wèn)題條件如圖所示：目標(biāo)：求解在力F的作用下梁的內(nèi)力與變形。已知條件： F500 kN L6 m訓(xùn)練過(guò)程中注意：

8、 各物理量單位的統(tǒng)一. 計(jì)算結(jié)果與解析解結(jié)果的對(duì)比 B400 mm H600 mm E3104 N/mm2& 分析過(guò)程：1.啟動(dòng) ANSYS.a. 開(kāi)始 程序 ANSYS*.* Configure ANSYS Productsb. 打開(kāi)窗口，在Working Directory輸入或選擇您的工作目錄，如D:張三梁分析，在Job Name欄輸入或選擇您的工作文件名，如beam.c. 選擇Run.！以交互模式進(jìn)入ANSYS，工作文件名為beam.！選擇工作目錄，命名或選擇工作文件名.2.創(chuàng)建基本模型！使用帶有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的線模擬梁，梁的高度及橫截面積將在單元的實(shí)常數(shù)中設(shè)置.a.Main Menu:

9、Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS.b.輸入關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) 1.c.輸入x,y,z坐標(biāo) 0,0,0.d.選擇 Apply.e.輸入關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) 2.f.輸入x,y,z坐標(biāo)6,0,0 .g.選擇 OK.！此時(shí)圖形顯示窗口出現(xiàn)所輸入的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)1和2.下面利用兩點(diǎn)創(chuàng)建線.h.Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line！注意彈出的拾取菜單，以及輸入窗口中的操作提示.i.用鼠標(biāo)選取兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)1和2.j.在拾取菜單中選擇OK.3.存儲(chǔ)ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù).To

10、olbar: SAVE_DB！工作目錄中已保存了以工作名命名的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，可到工作目錄中查查看！ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)用戶在建模求解時(shí)ANSYS保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù). 由于在ANSYS初始對(duì)話框中定義的工作文件名為beam，因此存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)到了名為beam.db的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中. 經(jīng)常存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)文件是必要的. 這樣在進(jìn)行了誤操作后，可以恢復(fù)上次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件. 存儲(chǔ)及恢復(fù)操作，可以點(diǎn)取工具條，也可以選擇菜單：Utility Menu：File.4.設(shè)定分析模塊.a.Main Menu: Preferencesb.選擇 Structural.c. 選擇 OK.！使用“Preferences” 對(duì)

11、話框選擇分析模塊，以便于對(duì)菜單進(jìn)行過(guò)濾. 如果不進(jìn)行選擇，所有的分析模塊的菜單都將顯示出來(lái). 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(guò)濾掉，使菜單更簡(jiǎn)潔明了.！創(chuàng)建好幾何模型以后，就要準(zhǔn)備單元類(lèi)型、實(shí)常數(shù)、材料屬性，然后劃分網(wǎng)格.5.設(shè)定單元類(lèi)型相應(yīng)選項(xiàng).！對(duì)于任何分析，您必須單元類(lèi)型庫(kù)中選擇一個(gè)或幾個(gè)適合您的分析的單元類(lèi)型（對(duì)應(yīng)于梁的是梁?jiǎn)卧?，?duì)應(yīng)于二維實(shí)體的是2D實(shí)體單元，對(duì)應(yīng)三維實(shí)體的是3D實(shí)體單元，不能選錯(cuò)）. 單元類(lèi)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)置一些單元的選項(xiàng)，諸如單元特性和假設(shè)，單元結(jié)果的打印輸出選項(xiàng)等。對(duì)于本問(wèn)題，只須選擇 BEA

12、M3 并默認(rèn)單元選項(xiàng)即可.a.Main Menu: Preprocessor Element Type Add/Edit/Deleteb.選擇 Add . . .c.左邊單元庫(kù)列表中選擇 Beam.d.在右邊單元列表中選擇 2D elastic 3 (BEAM3).e.選擇 OK 接受單元類(lèi)型并關(guān)閉對(duì)話框.f.選擇 Close 關(guān)閉單元類(lèi)型對(duì)話框.6.定義實(shí)常數(shù).！有些單元的幾何特性，不能僅用其節(jié)點(diǎn)的位置充分表示出來(lái)，需要提供一些實(shí)常數(shù)來(lái)補(bǔ)充幾何信息. 典型的實(shí)常數(shù)有殼單元的厚度，梁?jiǎn)卧臋M截面積等. 某些單元類(lèi)型所需要的實(shí)常數(shù)，以實(shí)常數(shù)組的形式輸入. 本例中用一條線表示梁顯然不足以完全描述梁

13、的性質(zhì)，需要實(shí)常數(shù)來(lái)補(bǔ)充. （此外對(duì)于彈簧單元，彈性系數(shù)需作為實(shí)常數(shù)輸入.）a.Main Menu: Preprocessor Real Constantsb.選擇 Add . . .c.選擇 OK 定義BEAM3的實(shí)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 0.4*0.6 （橫截面積）.h.在IZZ框中輸入 0.4*(0.6*3)/12 （慣性矩）.i.在HEIGHT框中輸入 0.6 （梁的高度）. j.選擇 OK 定義實(shí)常數(shù)并關(guān)閉對(duì)話框.k.選擇 Close 關(guān)閉實(shí)常數(shù)對(duì)話框.7.定義材料屬性

14、.！材料屬性是與幾何模型無(wú)關(guān)的本構(gòu)屬性，例如楊氏模量、密度等. 雖然材料屬性并不與單元類(lèi)型聯(lián)系在一起，但由于計(jì)算單元矩陣時(shí)需要材料屬性，ANSYS為了用戶使用方便，還是對(duì)每種單元類(lèi)型列出了相應(yīng)的材料類(lèi)型. 根據(jù)不同的應(yīng)用，材料屬性可以是線性或非線性的. 與單元類(lèi)型及實(shí)常數(shù)類(lèi)似，一個(gè)分析中可以定多種材料. 每種材料設(shè)定一個(gè)材料編號(hào)（材料參考號(hào)）. 對(duì)于本問(wèn)題，只須定義一種材料，這種材料只須定義一個(gè)材料屬性楊氏模量 3.0e7 kPa3.0e4N/mm2.a. Preprocessor Material Props Material Modelsb.選擇右欄各向同性線彈性材料：Strucrural

15、 Liner Elastic Isotropic.c.在EX框中輸入3e7（彈性模量）. d.選擇OK 定義材料屬性并關(guān)閉對(duì)話框.8.保存ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)文件 beamgeom.db.！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(kù)文件。一旦需要返回重新劃分網(wǎng)格時(shí)就很方便了，因?yàn)榇藭r(shí)需要恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件。a.Utility Menu: File Save asb.輸入文件名 beamgeom.db.c.選擇 OK 保存文件并退出對(duì)話框.9.對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格.！必須將幾何模型轉(zhuǎn)化為有限元模型才能進(jìn)行求解！必須為幾何模型指定單元類(lèi)型、材料類(lèi)型、實(shí)常數(shù)類(lèi)型！a.Main Menu: Prepro

16、cessor Meshing MeshTool. b.選擇Element Attributes下的Set按鈕，在彈出窗口選擇所需的單元類(lèi)型、材料類(lèi)型、實(shí)常數(shù)類(lèi)型，選擇OK.c.選Size Controls中Lines下的Set按鈕，鼠標(biāo)左鍵拾取代表梁的線，OK，在彈出對(duì)話框NDIV欄輸入12，OK！此步意味著要將此梁劃分成12個(gè)單元，共有13個(gè)節(jié)點(diǎn).！一定要注意此時(shí)并未進(jìn)行劃分單元，只是想劃12個(gè)而已.d.擊Mesh按鈕.，鼠標(biāo)左鍵拾取線，在拾取對(duì)話框中選擇 OK.！此時(shí)才真正的劃分了單元，即將幾何模型轉(zhuǎn)化為了有限元模型.e.(可選) 在MeshTool對(duì)話框中選擇 Close.10.保存AN

17、SYS數(shù)據(jù)庫(kù)到文件 beammesh.db.！這次用表示已經(jīng)劃分網(wǎng)格后的文件名存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù).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(duì)話框.11.施加載荷及約束.！您現(xiàn)在要施加載荷及約束，默認(rèn)為一個(gè)新的、靜力的分析，因此您不必設(shè)定分析類(lèi)型及分析選項(xiàng).a.Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodesb.拾取最左邊的節(jié)點(diǎn).c.在拾取菜單中選擇 OK.d. 選擇All DOF.e. 選擇 OK. （如果不輸入任何值，位

18、移約束默認(rèn)為0）！ac為施加左端水平、豎直兩向線位移約束與轉(zhuǎn)動(dòng)位移約束.f.Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Nodesg.拾取最右邊的節(jié)點(diǎn). h.在選取對(duì)話框中選擇OK.i.選擇 FY.j.在VALUE框中輸入-500.k.選擇 OK.！fk為施加右端豎向集中荷載. 12.保存數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)話框.13.進(jìn)行求解.！您將對(duì)一端固支，另一端施加向下力的懸

19、壁梁?jiǎn)栴}進(jìn)行求解。由于這個(gè)問(wèn)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(rèn)的波前求解器進(jìn)行求解.a.Main Menu: Solution Solve Current LSb.查看狀態(tài)窗口中的信息, 然后選擇狀態(tài)窗口 File Closec.選擇 OK開(kāi)始計(jì)算.d.當(dāng)出現(xiàn) “Solution is done!” 提示后，選擇OK關(guān)閉此窗口.14.進(jìn)入通用后處理讀取分析結(jié)果.a.Main Menu: General Postproc Read Results First Set！后處理用于通過(guò)圖形或列表方式顯示分析結(jié)果。通用后處理（POST1)用于觀察指定載荷步的整個(gè)模型的結(jié)果.本問(wèn)題只有一個(gè)載荷步。15.圖形顯示變形.a.Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shapeb.在對(duì)話中選擇 deformed and undeformed.c.選