ANSYS教材演示

1、ANSYSANSYS有限元有限元及其在加工中的應用及其在加工中的應用軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（東北大學）軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（東北大學）2010,03,10RAL目目 錄錄1 金屬塑性成形技術的分類2 成形工步分類及簡要說明3 理論解析方法及有限元方法簡介4 有限元法在應用中存在的問題5 ANSYS有限元法 5.1 軟件的概況及發(fā)展 5.2 前處理：實體建模及模型直接生成 5.3 分析問題的類型： 1) 結構靜力分析 2) 結構動力分析 3) 熱分析 4) 電磁場分析 5) 電場分析 6) 流體動力分析 5.4 ANSYS單元庫 5.5 后處理：通用后處理、時間-歷程后

2、處理 5.6 ANSYS參數(shù)化設計語言APDL 5.7 與其它軟件的集成6 計算實例 6.1 壓入過程分析 6.2 熱傳導過程分析 6.3 二維板帶軋制過程的模擬7 大型有限元程序簡介RAL目目 錄錄 金屬塑性成形技術金屬塑性成形技術是指金屬坯料在工模具的外力作用下發(fā)生塑性變形，是指金屬坯料在工模具的外力作用下發(fā)生塑性變形，并被加工成棒材、板材、管材以及各種機械零件、構件或日用器具等技并被加工成棒材、板材、管材以及各種機械零件、構件或日用器具等技術。術。塑性成形加工的作用塑性成形加工的作用如下：如下：1）塑性成形可將金屬坯料內的疏松和空洞壓實，提高其）塑性成形可將金屬坯料內的疏松和空洞壓實，提

3、高其性能性能和質量；和質量；2）塑性成形引起再結晶，從而改變金屬坯料的鑄態(tài)組織、晶粒和偏析狀態(tài)，）塑性成形引起再結晶，從而改變金屬坯料的鑄態(tài)組織、晶粒和偏析狀態(tài)，改善金屬坯料的改善金屬坯料的組織結構組織結構；3）在塑性成形過程中，通常采用各種模具型腔，可制造各種）在塑性成形過程中，通常采用各種模具型腔，可制造各種形狀形狀的構件。的構件。 塑性成形是在一定工模具和設備動力作用下進行的，坯料在一種工模具塑性成形是在一定工模具和設備動力作用下進行的，坯料在一種工模具和設備動力作用下獲得一定的變形，改變了原始形狀，稱為一個和設備動力作用下獲得一定的變形，改變了原始形狀，稱為一個工步工步。工步是塑性成形

4、技術的基元。其從材料變形上分類如下工步是塑性成形技術的基元。其從材料變形上分類如下： RAL一、金屬塑性成形技術的分類一、金屬塑性成形技術的分類RAL一、金屬塑性成形技術的分類一、金屬塑性成形技術的分類圖1，金屬塑性成形技術的分類(連鑄坯連鑄坯)RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明 不同的工步，由于其坯料形狀不同及工、模具形狀和運動不同的工步，由于其坯料形狀不同及工、模具形狀和運動方式不同，坯料在塑性成形過程中的應力和應變狀態(tài)有很方式不同，坯料在塑性成形過程中的應力和應變狀態(tài)有很大的差別。大的差別。( (模型的建立模型的建立) )（1 1）按原料供應狀態(tài)不同，分為初加工和

5、深加工；）按原料供應狀態(tài)不同，分為初加工和深加工；（2 2）按原料形狀不同，分為體積成形和板料成形；）按原料形狀不同，分為體積成形和板料成形；（3 3）按成形過程塑性區(qū)模式不同，分為穩(wěn)態(tài)成形和非穩(wěn)態(tài)）按成形過程塑性區(qū)模式不同，分為穩(wěn)態(tài)成形和非穩(wěn)態(tài)成形；成形；（4 4）按坯料形狀及工模具和設備的不同，可分為軋制、擠）按坯料形狀及工模具和設備的不同，可分為軋制、擠壓、拉拔、自由鍛、模鍛和板料成形等。常見的工步分類壓、拉拔、自由鍛、模鍛和板料成形等。常見的工步分類如表如表1 1所示。所示。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明表表1 常見工步分類常見工步分類塑性成形工步塑性成形工

6、步分類分類工步名稱工步名稱軋制軋制板帶軋制，型材軋制，管材軋制，齒輪軋制，楔橫軋，板帶軋制，型材軋制，管材軋制，齒輪軋制，楔橫軋，切分軋制，板帶輥壓，環(huán)軋切分軋制，板帶輥壓，環(huán)軋擠壓擠壓型材擠壓，靜液擠壓，正擠壓，反擠壓，復合擠壓型材擠壓，靜液擠壓，正擠壓，反擠壓，復合擠壓拉拔拉拔棒材，線材，管材拉拔棒材，線材，管材拉拔自由鍛自由鍛鐓粗，拔長，沖孔，局部鐓頭鐓粗，拔長，沖孔，局部鐓頭模鍛模鍛開式、閉式模鍛，壓印，等溫鍛，粉末鍛，旋轉鍛造，開式、閉式模鍛，壓印，等溫鍛，粉末鍛，旋轉鍛造，彎曲彎曲板料成形板料成形沖裁，壓彎，拉彎，拉深，旋壓，翻邊，縮口，擴口，沖裁，壓彎，拉彎，拉深，旋壓，翻邊，縮

7、口，擴口，液壓成形等液壓成形等（1）軋制：）軋制：軋制是以兩個或幾個軋輥為工具，在軋軋制是以兩個或幾個軋輥為工具，在軋機動力作用下相對轉動，坯料由外力作用或由軋輥機動力作用下相對轉動，坯料由外力作用或由軋輥表面摩擦力帶動，在輥縫間壓縮成形，如軋輥為平表面摩擦力帶動，在輥縫間壓縮成形，如軋輥為平輥，則可軋制板帶，如輥面制成軋槽，可軋制各種輥，則可軋制板帶，如輥面制成軋槽，可軋制各種工型材、管材等。如圖工型材、管材等。如圖2。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖2 2 軋制過程簡圖軋制過程簡圖(a)(a)無縫管穿孔軋制無縫管穿孔軋制 (b)(b)板帶軋制板帶軋制RAL二、

8、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明（2 2）擠壓：）擠壓：坯料放在擠壓筒內，在擠壓桿和壓力機坯料放在擠壓筒內，在擠壓桿和壓力機外力的作用下，坯料被擠壓從凹模向外流動，從而產外力的作用下，坯料被擠壓從凹模向外流動，從而產生塑性變形。按坯料形狀和運動方式的不同，可擠壓生塑性變形。按坯料形狀和運動方式的不同，可擠壓出各種型材，如圖出各種型材，如圖3 3所示。所示。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖3 3 擠壓成形過程簡圖擠壓成形過程簡圖(a) (a) 正擠壓正擠壓 (b) (b) 反擠壓反擠壓（3 3）拉拔：）拉拔：坯料放入凹模內，在拉拔力作用下，發(fā)生坯料放

9、入凹模內，在拉拔力作用下，發(fā)生塑性變形。根據(jù)凹模型腔的不同，可拉制出各種管塑性變形。根據(jù)凹模型腔的不同，可拉制出各種管材和型材。如圖材和型材。如圖4 4所示。所示。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖4 4拉拔成形過程簡圖拉拔成形過程簡圖(a) (a) 棒材拉拔棒材拉拔 (b) (b) 管材拉拔管材拉拔（4 4）自由鍛：）自由鍛：在鍛錘或壓力機上，采用錘砧等簡單的通用工具，在鍛錘或壓力機上，采用錘砧等簡單的通用工具，將熱錠或坯料在高度方向壓縮而水平方向自由伸展，制造出將熱錠或坯料在高度方向壓縮而水平方向自由伸展，制造出各種零件，如圖各種零件，如圖5 5所示。所示。RA

10、L二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖5 5自由鍛成形過程簡圖自由鍛成形過程簡圖(a) (a) 鐓粗鐓粗 (b) (b) 拔長拔長 (c) (c) 沖孔沖孔 (d) (d) 局部鐓頭局部鐓頭（5 5）模鍛：）模鍛：坯料放入一種專用鍛模型腔內，在鍛錘坯料放入一種專用鍛模型腔內，在鍛錘或壓力機作用下，在模腔形狀的約束下產生變形，或壓力機作用下，在模腔形狀的約束下產生變形，制造各種鍛件。如圖制造各種鍛件。如圖6 6所示。所示。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖6 6模鍛成形過程簡圖模鍛成形過程簡圖(a) (a) 開式模鍛開式模鍛 (b) (b) 閉式模

11、鍛閉式模鍛（6 6）板料成形：）板料成形：以板材為坯料，沖頭在壓力機作用下，以板材為坯料，沖頭在壓力機作用下，使坯料在沖模內變形，加工成各種構件和制品。如使坯料在沖模內變形，加工成各種構件和制品。如圖圖7 7所示。所示。RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖7 7板料成形過程簡圖板料成形過程簡圖(a) (a) 剪切剪切 (b) (b) 彎曲彎曲 (c) (c) 拉深拉深l工步分析的目的：工步分析的目的： 工步分析的目的是要計算出各種塑性成形工步塑性變形區(qū)的應力工步分析的目的是要計算出各種塑性成形工步塑性變形區(qū)的應力場、應變場及溫度場，并分析其變形特性。應力場主要計算工步

12、變形場、應變場及溫度場，并分析其變形特性。應力場主要計算工步變形力和力能消耗，為選擇設備，計算和設計工模具結構及強度提供依據(jù)。力和力能消耗，為選擇設備，計算和設計工模具結構及強度提供依據(jù)。應變場可了解應變分布狀態(tài)，為設計坯料和模具型腔，控制應變集中，應變場可了解應變分布狀態(tài)，為設計坯料和模具型腔，控制應變集中，避免出現(xiàn)變形過程的破裂、折疊或充不滿現(xiàn)象提供理論依據(jù)。同時以避免出現(xiàn)變形過程的破裂、折疊或充不滿現(xiàn)象提供理論依據(jù)。同時以此分析和確定改變坯料的原始鑄態(tài)組織結構，焊合空洞等缺陷所需的此分析和確定改變坯料的原始鑄態(tài)組織結構，焊合空洞等缺陷所需的變形量；通過與溫度場聯(lián)合使用，分析產品變形后的組

13、織狀態(tài)、晶粒變形量；通過與溫度場聯(lián)合使用，分析產品變形后的組織狀態(tài)、晶粒度和硬度分布。度和硬度分布。 獲得工步分析數(shù)據(jù)，為制定和優(yōu)化工藝規(guī)程，控制產品質量及開獲得工步分析數(shù)據(jù)，為制定和優(yōu)化工藝規(guī)程，控制產品質量及開發(fā)新工藝提供科學依據(jù)。塑性成形的理論和工藝學組成了塑性成形技發(fā)新工藝提供科學依據(jù)。塑性成形的理論和工藝學組成了塑性成形技術的整體系統(tǒng)工程。如圖術的整體系統(tǒng)工程。如圖8 8所示。所示。 RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明圖圖8 8 金屬塑性成形系統(tǒng)工程框圖金屬塑性成形系統(tǒng)工程框圖 RAL二、成形工步分類及簡要說明二、成形工步分類及簡要說明（1）數(shù)學解析法：）數(shù)學

14、解析法： 塑性成形時力學解析的最精確的解法是聯(lián)立求解塑性應力塑性成形時力學解析的最精確的解法是聯(lián)立求解塑性應力狀態(tài)和應變狀態(tài)的基本方程，這些方程是微分平衡方程、狀態(tài)和應變狀態(tài)的基本方程，這些方程是微分平衡方程、變形一致性方程、本構關系，塑性條件和邊界條件等。一變形一致性方程、本構關系，塑性條件和邊界條件等。一般情況下共有般情況下共有16個未知數(shù)，聯(lián)立求解個未知數(shù)，聯(lián)立求解16個方程。實際求解個方程。實際求解時很困難，通常只能求解簡單的二維問題。不少學者在簡時很困難，通常只能求解簡單的二維問題。不少學者在簡化求解問題上給出了很多近似方程和實驗方法?；蠼鈫栴}上給出了很多近似方程和實驗方法。RAL

15、三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介（2 2）主應力法：）主應力法： 又稱切塊法，是一種近似解法，是通過對變形體的應力狀態(tài)又稱切塊法，是一種近似解法，是通過對變形體的應力狀態(tài)作一些假設，建立以主應力表示的平衡方程和塑性條件，然作一些假設，建立以主應力表示的平衡方程和塑性條件，然后求解接觸面上的應力大小和分布。其基本要點是：后求解接觸面上的應力大小和分布。其基本要點是：a)a)根據(jù)金屬流動方向，沿變形體整個截面切取基元體，切面上根據(jù)金屬流動方向，沿變形體整個截面切取基元體，切面上正應力假定為主應力，且均布，以此建立基元體的常微分平正應力假定為主應力，且均布，以此建立基元體

16、的常微分平衡方程；衡方程；b)b)列出基元體塑性條件時，常假設接觸面上正應力為主應力，列出基元體塑性條件時，常假設接觸面上正應力為主應力，即忽略摩擦的影響，以簡化求解。其計算的準確性有賴于切即忽略摩擦的影響，以簡化求解。其計算的準確性有賴于切塊法與主應力假設是否合理。塊法與主應力假設是否合理。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介（3 3）滑移線法：）滑移線法： 由列維由列維(M. levy)(M. levy)于于18711871年提出，年提出，19231923年年PrantlePrantle第一個第一個應用以解決平面應變問題，是一個比較完善的近似計算方應用以解決平

17、面應變問題，是一個比較完善的近似計算方法。它認為材料符合于法。它認為材料符合于MisesMises假設，忽略彈性變形。一般認假設，忽略彈性變形。一般認為材料變形是剪切應力作用引起的，塑性條件滿足為材料變形是剪切應力作用引起的，塑性條件滿足MisesMises塑塑性判據(jù)。由于剪應力成對、正交，所以在變形體內可以找性判據(jù)。由于剪應力成對、正交，所以在變形體內可以找到由各點最大剪應力組成的兩組互相垂直的曲線族，金屬到由各點最大剪應力組成的兩組互相垂直的曲線族，金屬的塑性變形沿兩族曲線進行。的塑性變形沿兩族曲線進行。 近年來已解決了軸對稱問題，考慮了加工硬化，出現(xiàn)了近年來已解決了軸對稱問題，考慮了加工

18、硬化，出現(xiàn)了滑移線場的矩陣算法，應用矩陣算法和迭加原理求解滑移滑移線場的矩陣算法，應用矩陣算法和迭加原理求解滑移線場。線場。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介（4 4）極限分析法（上限法和下限法）：）極限分析法（上限法和下限法）： 上限法是使變形體在邊界上滿足速度邊界條件，而下限法只上限法是使變形體在邊界上滿足速度邊界條件，而下限法只管應力邊界條件。都假設變形體符合管應力邊界條件。都假設變形體符合MisesMises條件，根據(jù)塑性理條件，根據(jù)塑性理論的基本能量方程式來求解。論的基本能量方程式來求解。 上限法是從假定滿足速度邊界條件的速度場出發(fā)，再滿足上限法是從假

19、定滿足速度邊界條件的速度場出發(fā)，再滿足塑性條件和動可容條件，根據(jù)最小耗能原理，求出滿足速度邊塑性條件和動可容條件，根據(jù)最小耗能原理，求出滿足速度邊界條件的速度場，認為是真實速度場，所得解大于真實解。用界條件的速度場，認為是真實速度場，所得解大于真實解。用上限法確定變形載荷，在選用設備時有一定的應用價值。其基上限法確定變形載荷，在選用設備時有一定的應用價值。其基本方程為：本方程為： 下限法是從假設滿足應力邊界的應力場出發(fā)，根據(jù)平衡方下限法是從假設滿足應力邊界的應力場出發(fā)，根據(jù)平衡方程求解變形區(qū)應力場，即認為是真實解，所得解小于真實解。程求解變形區(qū)應力場，即認為是真實解，所得解小于真實解。RAL三

20、、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介.S*D*ijSVijUi*i*DUdSUKdVdSUT Vij*ij.TiSS*iUi*idVddSdUTdSUTUT（5）直觀塑性法（視塑性法）：）直觀塑性法（視塑性法）： 直觀塑性法是一種半經驗法，它是在試件的典型代表直觀塑性法是一種半經驗法，它是在試件的典型代表面上用光刻法或其它方法刻出坐標網格，使其塑性變形，面上用光刻法或其它方法刻出坐標網格，使其塑性變形，再精確測量變形后試件上網格的變化，以此計算出速度場再精確測量變形后試件上網格的變化，以此計算出速度場和應變速率，應用本構關系求得應力?？捎昧骱瘮?shù)法或差和應變速率，應用本構關

21、系求得應力?？捎昧骱瘮?shù)法或差分法計算速度場。其缺點是先要有準確的實驗數(shù)據(jù)，工作分法計算速度場。其缺點是先要有準確的實驗數(shù)據(jù)，工作量大。量大。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介（6 6）密柵云紋法：）密柵云紋法： 密柵云紋法是利用兩組相互重疊的柵線間光的幾何干密柵云紋法是利用兩組相互重疊的柵線間光的幾何干涉現(xiàn)象產生的明暗相間的云紋來測量各種物體變形狀態(tài)。涉現(xiàn)象產生的明暗相間的云紋來測量各種物體變形狀態(tài)。 試驗中將試件柵板貼在試件上，加載時試件柵與試件試驗中將試件柵板貼在試件上，加載時試件柵與試件一起變形，變形后將基準柵與試件柵貼在一起就能觀察到一起變形，變形后將基

22、準柵與試件柵貼在一起就能觀察到云紋圖，以此算出位移和轉角，進一步求出應變。云紋圖，以此算出位移和轉角，進一步求出應變。 式中：式中： -線應變、角應變；線應變、角應變； -基準柵與試件柵的原始節(jié)距；基準柵與試件柵的原始節(jié)距； -平行云紋的間距；平行云紋的間距； -云紋與基準柵的夾角；云紋與基準柵的夾角； -試件柵與基準柵的轉角。試件柵與基準柵的轉角。 如考慮時間因數(shù)可得到應變速率，應用本構關系可以如考慮時間因數(shù)可得到應變速率，應用本構關系可以求得應力。求得應力。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介f/p 1sin)sin( ,pf（7 7）其它數(shù)值方法：）其它數(shù)值

23、方法：l包括邊界元法包括邊界元法(BEM, Boundary Element Method)(BEM, Boundary Element Method)，加權殘數(shù)，加權殘數(shù)法法(Weighted Residuals Method)(Weighted Residuals Method)，復合數(shù)值法，復合數(shù)值法(Combined (Combined Numerical Analysis)Numerical Analysis)，變形模式法，變形模式法(Deformation Mode (Deformation Mode Method)Method)等。等。l邊界元法是繼有限元法之后發(fā)展起來的一種新的

24、數(shù)值方法，邊界元法是繼有限元法之后發(fā)展起來的一種新的數(shù)值方法，它僅僅在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)它僅僅在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)去逼近邊界條件，單元和未知數(shù)少，數(shù)據(jù)準備簡單，但求解去逼近邊界條件，單元和未知數(shù)少，數(shù)據(jù)準備簡單，但求解非線性問題時，遇到同非線性項對應的區(qū)域積分，存在奇異非線性問題時，遇到同非線性項對應的區(qū)域積分，存在奇異性，使求解困難。性，使求解困難。l加權殘數(shù)法是比有限元法和邊界元法更為普遍的數(shù)值計算方加權殘數(shù)法是比有限元法和邊界元法更為普遍的數(shù)值計算方法。其出發(fā)點是把未知數(shù)按一組選定的試探函數(shù)展開，通過法。其出發(fā)點是把未知數(shù)按一組選定的試

25、探函數(shù)展開，通過調整系數(shù)和函數(shù)，有選擇地給出方程的最佳解。結果與有限調整系數(shù)和函數(shù)，有選擇地給出方程的最佳解。結果與有限元法相近，計算時間較短。元法相近，計算時間較短。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介l復合數(shù)值法是日本學者木內學首先提出的。其基本思想是復合數(shù)值法是日本學者木內學首先提出的。其基本思想是把有限元法與其它方法想結合，既可得有限元法的詳細解，把有限元法與其它方法想結合，既可得有限元法的詳細解，又可大幅度減少計算時間。又可大幅度減少計算時間。l變形模式法由辛平等人提出，是把變形模式法由辛平等人提出，是把3 3維變形分解為橫斷面維變形分解為橫斷面上的上的

26、2 2維變形和縱向延伸兩部分，同時把橫斷面劃分為若維變形和縱向延伸兩部分，同時把橫斷面劃分為若干個子區(qū)，在子區(qū)內用有限元法求解橫向和高向速度，由干個子區(qū)，在子區(qū)內用有限元法求解橫向和高向速度，由最小能耗原理求解待定參數(shù)最小能耗原理求解待定參數(shù)P P，然后得到最終解。，然后得到最終解。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介（8 8）有限元法：）有限元法：l有限元法首先在結構分析中得到應用，由于此時應力有限元法首先在結構分析中得到應用，由于此時應力-應變應變是線性關系，求解過程最終轉化為線性矩陣。而在塑性加工是線性關系，求解過程最終轉化為線性矩陣。而在塑性加工領域中，由

27、于邊界條件的復雜化，加工表面幾何形狀復雜且領域中，由于邊界條件的復雜化，加工表面幾何形狀復雜且不斷變化，理論上難以確定。因為是大變形，表現(xiàn)為幾何上不斷變化，理論上難以確定。因為是大變形，表現(xiàn)為幾何上的非線性，應力的非線性，應力-應變關系為非線性應變關系為非線性( (雙非線性雙非線性) )。到上世紀。到上世紀八十年代后期，非線性有限元法的研究分為三大類：八十年代后期，非線性有限元法的研究分為三大類：a) a) 彈塑性有限元：對于非線性，用應力彈塑性有限元：對于非線性，用應力- -應變增量方程，將其應變增量方程，將其歸結為一系列線彈性問題求解，符合廣義虎克定律。歸結為一系列線彈性問題求解，符合廣義

28、虎克定律。b) b) 剛塑性有限元：忽略彈性變形，把計算步距拉大，用小變剛塑性有限元：忽略彈性變形，把計算步距拉大，用小變形方法處理大變形，使計算機時縮短。形方法處理大變形，使計算機時縮短。c) c) 粘塑性有限元：主要由于超塑性材料。粘塑性有限元：主要由于超塑性材料。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介l有限元法的基本原理有限元法的基本原理 是將求解未知場變量的連續(xù)介質劃分為有是將求解未知場變量的連續(xù)介質劃分為有限個單元，單元用節(jié)點連接，每個單元內用插限個單元，單元用節(jié)點連接，每個單元內用插值函數(shù)表示場變量，插值函數(shù)由節(jié)點值確定，值函數(shù)表示場變量，插值函數(shù)由節(jié)點

29、值確定，單元之間的作用由節(jié)點傳遞，建立物理方程。單元之間的作用由節(jié)點傳遞，建立物理方程。將全部單元的插值函數(shù)集成整體場變量方程組，將全部單元的插值函數(shù)集成整體場變量方程組，然后進行數(shù)值計算。然后進行數(shù)值計算。RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介有限元的計算步驟如下：有限元的計算步驟如下：a)a)連續(xù)介質的離散化。把求解的連續(xù)體劃分成很多單元，單元連續(xù)介質的離散化。把求解的連續(xù)體劃分成很多單元，單元為三角形、四邊形等不同的幾何形狀。利用這些單元求解場為三角形、四邊形等不同的幾何形狀。利用這些單元求解場變量。變量。b)b)選擇插值函數(shù)。劃分單元后，選擇單元的插值函數(shù)形

30、式，插選擇插值函數(shù)。劃分單元后，選擇單元的插值函數(shù)形式，插值函數(shù)表示每個單元內場變量的變化，通常選擇多項式形式，值函數(shù)表示每個單元內場變量的變化，通常選擇多項式形式，易于積分和微分。易于積分和微分。c)c)進行單元分析，建立單元基本方程。根據(jù)所選插值函數(shù)建立進行單元分析，建立單元基本方程。根據(jù)所選插值函數(shù)建立單元模型和矩陣方程，方程的建立可選用直接法、變分法或單元模型和矩陣方程，方程的建立可選用直接法、變分法或加權剩余法。加權剩余法。d)d)集成系統(tǒng)方程組。根據(jù)單元之間的相互關系，將單元方程有集成系統(tǒng)方程組。根據(jù)單元之間的相互關系，將單元方程有序地集成整體系統(tǒng)的方程組，并表示成矩陣形式。序地集

31、成整體系統(tǒng)的方程組，并表示成矩陣形式。e)e)求解系統(tǒng)方程組。聯(lián)立求解方程組，求出場變量位置點值。求解系統(tǒng)方程組。聯(lián)立求解方程組，求出場變量位置點值。f)f)進行參量計算。根據(jù)問題的需要，計算各重要的參數(shù)。進行參量計算。根據(jù)問題的需要，計算各重要的參數(shù)。 RAL三、理論解析方法及有限元法簡介三、理論解析方法及有限元法簡介 有限元法在塑性加工領域的應用中，有以下問題應當很好有限元法在塑性加工領域的應用中，有以下問題應當很好地加以解決地加以解決：1)1)數(shù)學模型的建立：根據(jù)塑性加工工步的具體情況，將分析數(shù)學模型的建立：根據(jù)塑性加工工步的具體情況，將分析的問題轉化為一個數(shù)學模型，應盡量符合實際情況，

32、以提的問題轉化為一個數(shù)學模型，應盡量符合實際情況，以提高模擬的精度。同時注意邊界條件，加載方式，控制參數(shù)高模擬的精度。同時注意邊界條件，加載方式，控制參數(shù)的選擇等。的選擇等。2)2)有限元法計算時間較長，尤其是彈塑性有限元法，要進行有限元法計算時間較長，尤其是彈塑性有限元法，要進行逐次迭代求解，而剛塑性有限元法相對計算時間較少。逐次迭代求解，而剛塑性有限元法相對計算時間較少。3)3)對初學者來說，尤其是自己編制有限元程序，時間較長，對初學者來說，尤其是自己編制有限元程序，時間較長，調試程序也較困難，往往只能解決某一方面或一局部問題，調試程序也較困難，往往只能解決某一方面或一局部問題，“一百人年

33、一百人年”。因此國外大公司組織人才進行商業(yè)性大型。因此國外大公司組織人才進行商業(yè)性大型軟件開發(fā)，已達到較為完善的程度。我國也在這方面進行軟件開發(fā)，已達到較為完善的程度。我國也在這方面進行了研究和開發(fā)，但有待于進一步的完善。了研究和開發(fā)，但有待于進一步的完善。RAL四、有限元法在應用過程中四、有限元法在應用過程中應注意的問題應注意的問題l計算機應用能力計算機應用能力l外語能力：軟件使用外語能力：軟件使用l專業(yè)知識：建立模型和分析問題專業(yè)知識：建立模型和分析問題RAL對同學們的能力要求對同學們的能力要求1 1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況lANSYSANSYS有限公司是由有限公司是由John S

34、wansonJohn Swanson博士創(chuàng)建于博士創(chuàng)建于19701970年，開發(fā)年，開發(fā)利用計算機技術進行工程分析的軟件，利用計算機技術進行工程分析的軟件，ANSYSANSYS有限元程序是有限元程序是其主要產品。開發(fā)初期是用于電力工業(yè)，現(xiàn)已滿足從汽車、其主要產品。開發(fā)初期是用于電力工業(yè)，現(xiàn)已滿足從汽車、電子到宇航、化學等大多數(shù)工業(yè)領域的需要。其功能已為世電子到宇航、化學等大多數(shù)工業(yè)領域的需要。其功能已為世界公認。目前已有界公認。目前已有1300013000多商業(yè)用戶，多商業(yè)用戶，4000040000多大學用戶。多大學用戶。l該軟件第一版僅提供熱分析和線性結構分析，只能在大型上該軟件第一版僅提供

35、熱分析和線性結構分析，只能在大型上運行。從運行。從7070年代早期，在程序中加入了非線性、子結構及更年代早期，在程序中加入了非線性、子結構及更多種類單元，考察了小型計算機及矢量圖形終端，將計算機多種類單元，考察了小型計算機及矢量圖形終端，將計算機輔助工程引入到輔助工程引入到ANSYSANSYS軟件。軟件。l在在7070年代后期，加入了交互式操作系統(tǒng)，簡化了模型的生成年代后期，加入了交互式操作系統(tǒng)，簡化了模型的生成與結果評價與結果評價( (前處理和后處理前處理和后處理) )，在分析之前用交互方式驗證，在分析之前用交互方式驗證模型的材料及邊界條件，并用交互方式檢查分析結果模型的材料及邊界條件，并用

36、交互方式檢查分析結果。RAL五、五、ANSYS有限元軟件有限元軟件CAE進程進程l至今，在至今，在X X窗口環(huán)境下，基于窗口環(huán)境下，基于MotifMotif的圖形用戶界面的圖形用戶界面(GUI)(GUI)，給出直觀的途徑，提供了完整的聯(lián)機幫助及高級結構非線性、給出直觀的途徑，提供了完整的聯(lián)機幫助及高級結構非線性、電磁場、計算流體動力學、設計優(yōu)化、一般接觸面、自適應電磁場、計算流體動力學、設計優(yōu)化、一般接觸面、自適應網格劃分、大應變網格劃分、大應變/ /有限轉動和參數(shù)化建模等?；谟邢揶D動和參數(shù)化建模等?；贛otifMotif的的菜單系統(tǒng)對話框、下拉式菜單和提示數(shù)據(jù)輸入和選擇功能。菜單系統(tǒng)對話

37、框、下拉式菜單和提示數(shù)據(jù)輸入和選擇功能。實體建模包括基于實體建模包括基于NURBSNURBS的幾何表示法、幾何體系和布爾運的幾何表示法、幾何體系和布爾運算。算。lANSYSANSYS能在所有計算機平臺和操作系統(tǒng)上運行，包括巨型機、能在所有計算機平臺和操作系統(tǒng)上運行，包括巨型機、工作站、小型機和個人計算機，還支持多窗口環(huán)境下圖形顯工作站、小型機和個人計算機，還支持多窗口環(huán)境下圖形顯示選項。示選項。lANSYSANSYS可應用到可應用到CADCAD系統(tǒng)生成的模型上，通過系統(tǒng)生成的模型上，通過IGESIGES作為幾何模作為幾何模型轉換工具，實現(xiàn)型轉換工具，實現(xiàn)CADCAD接口，如接口，如Pro/FE

38、APro/FEA、ANSYS/AUTOFEAANSYS/AUTOFEA、ANSYS/UGFEAANSYS/UGFEA、ANSYS/CVFEAANSYS/CVFEA等，從軟件結構上，等，從軟件結構上，ANSYSANSYS包括包括如下幾個方面：如下幾個方面：RAL1、軟件的發(fā)展概況、軟件的發(fā)展概況1 1）用戶界面）用戶界面l采用基于采用基于OSF/MotifOSF/Motif標準的標準的X X窗口系統(tǒng)，輸入采用鼠標、鍵窗口系統(tǒng)，輸入采用鼠標、鍵盤或一起使用。提供了通用指令方法：菜單、對話框、工盤或一起使用。提供了通用指令方法：菜單、對話框、工具桿、直接命令輸入。具桿、直接命令輸入。l菜單由運行菜單

39、由運行ANSYSANSYS程序對相關的命令和操作功能組成，可使程序對相關的命令和操作功能組成，可使用戶迅速訪問，用戶迅速訪問，ANSYSANSYS共有六個菜單窗口：共有六個菜單窗口：(1)(1)實用菜單：實用菜單：包括包括ANSYSANSYS的實用功能，可在任意時刻切換到的實用功能，可在任意時刻切換到此菜單，為下拉式結構，直接完成某一功能，并可完成多此菜單，為下拉式結構，直接完成某一功能，并可完成多次動作。次動作。(2)(2)主菜單：主菜單：包括包括ANSYSANSYS的主要命令。為彈出式邊菜單結構，的主要命令。為彈出式邊菜單結構，其組成基于用戶使用其組成基于用戶使用ANSYSANSYS完成分

40、析過程的順序，并且只能完成分析過程的順序，并且只能用于各自的處理器用于各自的處理器(Main Menu)(Main Menu)。RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況(3)(3)菜單輸入：菜單輸入：供用戶輸入供用戶輸入ANSYSANSYS命令。同時顯示程序提示信命令。同時顯示程序提示信息及瀏覽先前輸入的命令?？蓮南⒓盀g覽先前輸入的命令?？蓮膌oglog文件及其它文件中連接文件及其它文件中連接命令命令 (ANSYS Input)(ANSYS Input)。(4)(4)圖形窗口：圖形窗口：供顯示模型、分析結構等圖形?？烧{整圖形窗供顯示模型、分析結構等圖形。

41、可調整圖形窗口的大小口的大小(Graphics)(Graphics)。(5)(5)輸出窗口：輸出窗口：用于顯示用于顯示ANSYSANSYS程序的響應信息，在新界面下，程序的響應信息，在新界面下，始終可以訪問始終可以訪問(Output Windows)(Output Windows)。(6)(6)工具桿：工具桿：用戶將常用命令或編寫的過程置于頂層菜單，訪用戶將常用命令或編寫的過程置于頂層菜單，訪問時只需一次點擊問時只需一次點擊(Tool Bar)(Tool Bar)。RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況RALMenu-FileRALMenu-List RALMenu-PlotRALMenu-

42、PlotCtrlsRALMenu-PreferencesRALMenu-PreprocessRALMenu-SolutionRALMenu-General PostprocRALMenu-TimeHist PostprocRALMenu-Helpl對話框是用戶選擇完整操作或設定參數(shù)的窗口，如對話框是用戶選擇完整操作或設定參數(shù)的窗口，如”Pan, Pan, Zoom, Rotate”Zoom, Rotate”。由于工具桿。由于工具桿(Tool bar)(Tool bar)可設置的范圍寬，可設置的范圍寬，為提高效率，將常用命令或命令縮寫放入其中，可以用菜為提高效率，將常用命令或命令縮寫放入其中，可

43、以用菜單、對話框和工具桿選擇和執(zhí)行命令，更加容易、直觀。單、對話框和工具桿選擇和執(zhí)行命令，更加容易、直觀。如熟悉如熟悉ANSYSANSYS命令，可直接用鍵盤輸入。命令，可直接用鍵盤輸入。l命令一經執(zhí)行，就在命令一經執(zhí)行，就在log filelog file中列出。將命令流保存到一中列出。將命令流保存到一個文件中，就可用于批處理，并在輸出窗口中訪問。個文件中，就可用于批處理，并在輸出窗口中訪問。lANSYSANSYS用戶手冊用戶手冊(ANSYS Users Manual)(ANSYS Users Manual)全部內容可聯(lián)機查全部內容可聯(lián)機查閱，通過在線幫助索引中選取文本框或詞句搜索，可獲得閱，

44、通過在線幫助索引中選取文本框或詞句搜索，可獲得文字、圖表等信息。文字、圖表等信息。RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況2 2）處理器）處理器lANSYSANSYS程序有一個前處理器、一個求解器和兩個后處理器，程序有一個前處理器、一個求解器和兩個后處理器，幾個如設計優(yōu)化處理器這樣的輔助處理器。前處理器允許用幾個如設計優(yōu)化處理器這樣的輔助處理器。前處理器允許用戶生成有限元模型，并規(guī)定在隨后求解中所需的選擇項。求戶生成有限元模型，并規(guī)定在隨后求解中所需的選擇項。求解器用來施加載荷及邊界條件，然后求解。后處理器用于檢解器用來施加載荷及邊界條件，然后求解。后處理器用于檢查求解結果，以評估模型及其它計

45、算。查求解結果，以評估模型及其它計算。3 3）數(shù)據(jù)庫）數(shù)據(jù)庫lANSYS使用單獨的集中式數(shù)據(jù)庫存儲所有模型數(shù)據(jù)及求解使用單獨的集中式數(shù)據(jù)庫存儲所有模型數(shù)據(jù)及求解結果。用前處理器將模型數(shù)據(jù)結果。用前處理器將模型數(shù)據(jù)(實體模型、有限元模型幾何實體模型、有限元模型幾何結構、材料等結構、材料等)寫入數(shù)據(jù)庫中，利用求解器寫入載荷和求解寫入數(shù)據(jù)庫中，利用求解器寫入載荷和求解結果，利用后處理器寫入處理結果數(shù)據(jù)。結果，利用后處理器寫入處理結果數(shù)據(jù)。l一旦數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)即為可用的。一旦數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)即為可用的。RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況4 4）文件格式）文件格式l用于數(shù)據(jù)傳輸、存儲

46、程序等，包括數(shù)據(jù)庫文件、單元矩陣用于數(shù)據(jù)傳輸、存儲程序等，包括數(shù)據(jù)庫文件、單元矩陣文件、圖形文件等，文件格式可為編碼格式或二進制格式，文件、圖形文件等，文件格式可為編碼格式或二進制格式，缺省為二進制格式，允許在硬件系統(tǒng)內轉換。缺省為二進制格式，允許在硬件系統(tǒng)內轉換。5 5）圖形）圖形l交互式圖形是交互式圖形是ANSYSANSYS程序的重要部分。主要是前處理器及后程序的重要部分。主要是前處理器及后處理結果檢查中。包括：超級圖形功能顯示表面信息處理結果檢查中。包括：超級圖形功能顯示表面信息(10(10倍倍于普通圖形速度于普通圖形速度) )；模型上邊界條件的顯示；結果等值線顯；模型上邊界條件的顯示；

47、結果等值線顯示；可控模型不連續(xù)界面處結果的平均；查詢光標點處數(shù)示；可控模型不連續(xù)界面處結果的平均；查詢光標點處數(shù)據(jù)；變形圖；同時顯示殼頂、底面結果；鋼筋混凝土單元據(jù)；變形圖；同時顯示殼頂、底面結果；鋼筋混凝土單元開裂情況及壓碎部位；開裂情況及壓碎部位； RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況l時間時間- -結果曲線；通用顯示控制（變焦、放大、旋轉）；結果曲線；通用顯示控制（變焦、放大、旋轉）；橡皮筋技術；多窗口；隱藏線、剖面及透視；陰影光源橡皮筋技術；多窗口；隱藏線、剖面及透視；陰影光源（ZbufferZbuffer）；邊緣清晰顯示；收縮顯示；重疊顯示；）；邊緣清晰顯示；收縮顯示；重疊顯示；

48、256256色；色；三維體三維體的梯度、等值面、粒子流蹤跡、立體切片；的梯度、等值面、粒子流蹤跡、立體切片；動畫動畫支持；大多數(shù)圖元的色彩說明（單元、線、面、體、支持；大多數(shù)圖元的色彩說明（單元、線、面、體、邊界條件等）；透明顯示（針對單元實體模型）；優(yōu)化分邊界條件等）；透明顯示（針對單元實體模型）；優(yōu)化分析靈敏度及變量曲線；復合材料的層和方向；析靈敏度及變量曲線；復合材料的層和方向；背景背景色色彩彩。 RAL1，軟件的發(fā)展概況，軟件的發(fā)展概況2 2 前處理前處理l用于定義求解所需數(shù)據(jù)，可選擇坐標系和單元類型，定義實用于定義求解所需數(shù)據(jù)，可選擇坐標系和單元類型，定義實常數(shù)和材料特性，生成實體模

49、型，劃分網格，控制節(jié)點和單常數(shù)和材料特性，生成實體模型，劃分網格，控制節(jié)點和單元及定義耦合和約束方程。運行統(tǒng)計模塊能計算出預期波動，元及定義耦合和約束方程。運行統(tǒng)計模塊能計算出預期波動，文件大小和內存需求。文件大小和內存需求。lANSYSANSYS中使用坐標系定義空間幾何結構位置，定義自由度及中使用坐標系定義空間幾何結構位置，定義自由度及材料特性方向，提供笛卡兒、柱、球、橢球、環(huán)坐標等。材料特性方向，提供笛卡兒、柱、球、橢球、環(huán)坐標等。l用戶輸入數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫一部分，由表構成用戶輸入數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫一部分，由表構成坐標系表、單坐標系表、單元類型表、材料特性表、關鍵點表、節(jié)點表、載荷表等。通元類型表、

50、材料特性表、關鍵點表、節(jié)點表、載荷表等。通過表項編號引用。選擇模型數(shù)據(jù)另一方法是將模型分組，以過表項編號引用。選擇模型數(shù)據(jù)另一方法是將模型分組，以不同顏色顯示組元。提供了實體建模和直接生成。不同顏色顯示組元。提供了實體建模和直接生成。RAL2，前處理，前處理實體建模：實體建模：lANSYS前處理把幾何特性和邊界條件定義與有限元網格生成分開進行。首先由用戶描述實體模型的幾何結構，然后對模型劃分網格，以定節(jié)點、單元。有兩種方法：自頂向下和自底向上。用光標以動態(tài)模式移動工作平面給體素定位及定向。且均能使用布爾運算建立復雜實體模型。lANSYS提供拖拉、拉伸、旋轉、移動或拷貝實體模型圖元功能。包括圓弧

51、構造、切線構造、旋轉面或體生成等。在實體建模中，所有線均用非均勻有理及樣條（NURBS）表示。使得蒙皮（或者放樣）的表面構造技術更容易?？煽焖俳⒆兘孛鎻碗s形狀模型，如船殼、轎車車體等。l提供強有力的模型生成工具，如鼠標拾取、橡皮筋技術和工作平面。RAL2，前處理，前處理l一旦模型生成完畢，ANSYS提供三種網格劃分方法：映象網格劃分、自由網格劃分和自適應網格劃分。映象網格劃分時，選擇合適的單元屬性和網格控制、生成網格由四邊形和六邊形組成。自由劃分時，ANSYS自動生成一組最合適的節(jié)點和單元。對2D，生成四邊形和三角形混合元。對3D，用戶可控制網格密度。l自適應網格劃分是程序通過一系列解法自動

52、生成網格?？捎妙A先些好的宏來處理，該方法可用于線性靜力結構或熱穩(wěn)態(tài)分析，能同時響應多種載荷條件。lANSYS允許用戶修改模型。對面-面接觸問題，采用接觸單元處理。某些接觸能用耦合或約束方程建立模型。lANSYS實體建模模塊和ANSYS參數(shù)設計語言（APDL）一起使用，適合優(yōu)化設計；以物體尺寸指定為變量，當物體形狀變化時，有限元模型同樣變化。 RAL2，前處理，前處理直接生成：直接生成：l借助于直接生成方法在前處理中，通過詳細說明每個節(jié)點位置及單元大小、形狀和連通性定義模型。允許用戶拷貝、反射、按比例給定節(jié)點和單元。該方法適合于線模型及有規(guī)則幾何結構的小模型。ANSYS允許用戶在直接生成和實體建

53、模間進行切換。RAL2，前處理，前處理3 3 求解求解l在求解階段，用戶先指定分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)、載荷步，在求解階段，用戶先指定分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)、載荷步，然后求解、分析類型包括：結構、熱、電磁場、電場、靜電、流體、然后求解、分析類型包括：結構、熱、電磁場、電場、靜電、流體、CFDCFD和耦合場分析。各種類型又包括幾種特定的分析類型。并指定和耦合場分析。各種類型又包括幾種特定的分析類型。并指定分析選項。分析選項。l載荷數(shù)據(jù)和約束載荷數(shù)據(jù)和約束構成模型邊界條件。載荷數(shù)據(jù)包括：自由度約束、構成模型邊界條件。載荷數(shù)據(jù)包括：自由度約束、點載荷、面、體及慣性載荷。特定載荷隨分析類型而

54、變化。點載荷、面、體及慣性載荷。特定載荷隨分析類型而變化。l載荷步的設置載荷步的設置可逐漸從前一載荷步的變化而來或跳到新值。后一種可逐漸從前一載荷步的變化而來或跳到新值。后一種在瞬間分析中模擬沖擊載荷。載荷步選項設置：輸出控制、收斂性在瞬間分析中模擬沖擊載荷。載荷步選項設置：輸出控制、收斂性及通用載荷控制。指定的約束限制了所有選擇節(jié)點上可應用的自由及通用載荷控制。指定的約束限制了所有選擇節(jié)點上可應用的自由度?？稍试S用戶改變材料特性和實常數(shù)，重新激活單元。指定主自度?？稍试S用戶改變材料特性和實常數(shù)，重新激活單元。指定主自由度及定義間隙條件。然后自動求解，優(yōu)化求解方程。由度及定義間隙條件。然后自動

55、求解，優(yōu)化求解方程。l求解過程是：求解過程是：分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)數(shù)學模型數(shù)學模型離散區(qū)域（單元）離散區(qū)域（單元）有限節(jié)點有限節(jié)點連接。主要未知數(shù)是模型中每個節(jié)點的自由度。包括位移、轉角、連接。主要未知數(shù)是模型中每個節(jié)點的自由度。包括位移、轉角、溫度、壓力、速度。電壓或磁勢，通過附在節(jié)點上的單元來定義。溫度、壓力、速度。電壓或磁勢，通過附在節(jié)點上的單元來定義。相應建立剛度、質量或阻尼矩陣，然后組裝，求解聯(lián)立方程組。相應建立剛度、質量或阻尼矩陣，然后組裝，求解聯(lián)立方程組。RAL3，求解，求解l求解器有兩類：求解器有兩類：一類直接求解器，如波前求解器（默認），一類直接求解器，如波前求解器（默認），計算

56、的是一系列方程組的精確解。而迭代求解器通過調整計算的是一系列方程組的精確解。而迭代求解器通過調整矩陣得到近似解。矩陣得到近似解。ANSYSANSYS提供提供兩個迭代求解器：兩個迭代求解器：有條件共軛有條件共軛梯度（梯度（PCGPCG）求解器和）求解器和JacobJacob共軛梯度（共軛梯度（JCGJCG）求解器。一般）求解器。一般說來，波前求解器對中小規(guī)模問題很有效，而對規(guī)模大復說來，波前求解器對中小規(guī)模問題很有效，而對規(guī)模大復雜問題應用迭代求解器。雜問題應用迭代求解器。lPCGPCG求解器是唯一能解決約束方程和殼單元的迭代求解器。求解器是唯一能解決約束方程和殼單元的迭代求解器。對大型問題，求

57、解時間快幾十倍，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的并行處對大型問題，求解時間快幾十倍，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的并行處理。兩個迭代求解器對勢場系統(tǒng)和具有對稱、稀疏、正定理。兩個迭代求解器對勢場系統(tǒng)和具有對稱、稀疏、正定矩陣的大問題更有效。矩陣的大問題更有效。l以上均為通用求解器，還有專用求解器，如對線性問題的以上均為通用求解器，還有專用求解器，如對線性問題的快速線性求解器，對電磁場的諧響應分析用的快速迭代求快速線性求解器，對電磁場的諧響應分析用的快速迭代求解器和分快解器和分快LanzcosLanzcos求解器。求解器。ANSYSANSYS程序每種分析類型都建程序每種分析類型都建立在一個控制方程上。立在一個控制方程上。RAL3

58、，求解，求解4 分析類型分析類型1)結構靜力分析：結構靜力分析：l用來求解外加載荷引起的位移、應力和應變、力。適用于求解慣性及阻尼時間等相關作用對結構響應的影響不顯著的問題。且同樣能包括非線性如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸面、非線性靜力分析通常通過逐漸施加載荷來完成，以獲得精確解?？刂品匠虨椋簂 結構剛度矩陣； 位移向量； 載荷向量，包括集中力、熱載荷、壓力等。l 傳統(tǒng)用h方法，它提高求解精度通過加密網格實現(xiàn)，且驗證求解精度需重新劃分網格，重新計算。P方法則通過提高多項式階次實現(xiàn)，且能控制求解精度，不需要劃分網格。RAL4，分析類型，分析類型FuKKuFRAL4，分析類型，分析類型2

59、)結構動力分析：結構動力分析：l用于求解隨時間變化的載荷對結構或部件的影響。此時要考慮隨時間變化的阻尼和慣性的影響，例如：變化力（旋轉機械）、沖擊力（爆炸）、隨機力（地震）及其它瞬態(tài)力的作用。通用運動方程：l 質量矩陣； 阻尼矩陣； 剛度矩陣； 節(jié)點加速度向量； 節(jié)點速度向量； 位移向量； 載荷向量。lANSYS可求解的動力分析包括：瞬態(tài)動力、模態(tài)、諧波相應、響應譜及隨機振動等。)(tFuKuCuM MCKu u uFRAL4，分析類型，分析類型3)結構屈曲分析：結構屈曲分析：l用于確定結構失穩(wěn)的載荷，在穩(wěn)定載荷下是否失穩(wěn)。對于確定承載結構如橋梁、塔的穩(wěn)定性極為重要、分析分為線性(特征值)屈曲

60、和非線性屈曲。l線性屈曲用來計算因壓應力而導致結構抵抗橫向載荷能力降低的強化效應。在某一載荷下，這種負的應力剛度超過線性結構剛度，造成結構屈曲。線性屈曲不考慮初始缺陷和非線性行為。更精確的確定屈曲載荷，應使用非線性屈曲分析。RAL4，分析類型，分析類型4)結構非線性分析：結構非線性分析：l結構非線性，導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例變化。實際上，所有結構本質上均為非線性。ANSYS可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題。非線性靜態(tài)分析將載荷分解成一系列遞增的載荷步，且在每一載荷步內進行一系列線性逼近以達到平衡。每次線性逼近需對方程進行一次求解（即平衡迭代）。瞬態(tài)情況包括慣性影響的時間積分。l在非線性分