ANSYS結構分析入門

1、1ANSYS概述1.1 ANSYS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，主要是在機械結構系統(tǒng)受到外力負載所出現的反應，例如應力、位移、溫度等，根據該反應可知道機械結構系統(tǒng)受到外力負載后的狀態(tài)，進而判斷是否符合設計要求。一般機械結構系統(tǒng)的幾何結構相當復雜，受的負載也相當多，理論分析往往無法進行。想要解答，必須先簡化結構，采用數值模擬方法分析。由于計算機行業(yè)的發(fā)展，相應的軟件也應運而生，ANSYS軟件在工程上應用相當廣泛，在機械、電機、土木、電子及航空等領域的使用，都能達到某種程度的可信度，頗獲各界好評。使用該軟件，能夠降低設計成本，縮短設計時間。到80年代初期，國際上

2、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，起初它僅提供結構線性分析和熱分析，現在可用來求結構、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、計算機圖形學和優(yōu)化技術相結合，已成為現代工程學問題必不可少的有力工具。1.2 ANSYS軟件主要功能ANSYS軟件是融結構、熱、流體、電磁、聲學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、機械制造

3、、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。該軟件提供了不斷改進的功能清單，具體包括：結構高度非線性分析、電磁分析、計算流體力學分析、設計優(yōu)化、接觸分析、自適應網格劃分及利用ANSYS參數設計語言擴展宏命令功能。1.3ANSYS軟件主要特點主要技術特點：唯一能實現多場及多場耦合分析的軟件唯一實現前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數據庫的一體化大型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大的非線性分析功能多種求解器分別適用于不同的問題及不同的硬件配置支持異種、異構平臺的網絡浮動，在異種、異構平臺上用戶界面統(tǒng)一、數

4、據文件全部兼容強大的并行計算功能支持分布式并行及共享內存式并行多種自動網格劃分技術良好的用戶開發(fā)環(huán)境支持的圖形傳遞標準:,SATParasolidSTEP與CA"牛的接口UnigraphicsPro/ENGINEERI-DeasCatiaCADDSSolidEdgeSolidWorks1.4運行環(huán)境(Computer:Memory(RAM):ANSYS5.7)Pentium-classsystem64MB以上HardDisk:500MB以上自由空間.OperatingSystem:MicrosoftWindows2000,WindowsNT4.0(SP5orhigher)orWind

5、ows98Graphics: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)。交互模式是初學者和大多數使用者所采用，包括建模、保存文件、打印圖形及結果分析等，一般無特別原因皆用交互模

6、式。但若分析的問題要很長時間，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進行分析。運行該程序一般采用Interactive進入，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進入還需使用命令定義工作文件名或使用默認的文件名，使用該方式進入一般是為恢復上一次中斷的分析。所以在開始分析一個問題時，建議使用Interactive進入交互模式。進入系統(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個窗口可以非常容易的輸入命令、檢查模型的的建立、觀察分析結果及圖形輸出與打印。整個窗口系統(tǒng)稱為GUI(GraphicalUserInterf

7、ace).如圖2-1所示。各窗口的功能如下：1. 應用命令菜單(UtilityMenu):包含各種應用命令，如文件控制(File)、對象選擇(Select)、資料列式(List)、圖形顯示(Pplot)、圖形控制(PlotCtrls)、工作界面設定(WorkPlane)、參數化設計(Parameers)、宏命令(Macro)、窗口控制(MenuCtrls)及輔助說明(Help)等。2. 主菜單(MainMenu):包含分析過程的主要命令，如建立模塊、外力負載、邊界條件、分析類型的選擇、求解過程等。3. 工具欄(Toolbar)：執(zhí)行命令的快捷方式，可依照各人愛好自行設定。4. 輸入窗口(Inp

8、utWindow)：該窗口是輸入命令的地方，同時可監(jiān)視命令的歷程。5. 圖形窗口(GraphicWindow)：顯示使用者所建立的模塊及查看結果分析。6. 輸出窗口(OutputWindow)：該窗口敘述了輸入命令執(zhí)行的結果。顯示提示信息，犒入ANSYS所有輸入的命部在此珈顯示HUREKH*MmmHH；!IH»1_盤應用菜申包含例如文件管理.選擇、晝示栓制、套數段苴等功能，«m«uitanwhmvfNMtlfiMWHHdh«&bw<kFCIM>>ANSYS主菜單包舍ANSY5的主要功髓，分為前處理.求解、后處理等./tHMmVI

9、IHMPiwrktuFnoukHKiiHfVEHU-non礎/EHHCFILE5jifcJMTT!*T!fc»CTBF5】顯示欽件的文柿出.通常在其他窗口后虱需笙查右時可癖!前面工且條將常用的命令帶庇丁此條，方便調用.圖形髭示由ANSY匏'J建或傳繆軻ANSYS的圖族E2-1睥$6個醬口示意圖2.2有限元法的基本構架目前在工程領域內常用的數值模擬方法有：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。它的基本思想是將問題的求解域劃分為一系列的單元，單元之間僅靠節(jié)點相連。單元內部的待求量可由單元節(jié)點量通過選定的函數關系插值得到。由于單元形狀簡單，

10、易于平衡關系和能量關系建立節(jié)點量的方程式，然后將各單元方程集組成總體代數方程組，計入邊界條件后可對方程求解。有限元的基本構成：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，該自由度為結構系統(tǒng)受到外力后，系統(tǒng)的反應。2. 元素(Element):元素是節(jié)點與節(jié)點相連而成，元素的組合由各節(jié)點相互連接。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果。要知道節(jié)點的自由度數，請

11、查看ANSYS自帶的幫助文檔(Help/ElementRefrence),那里有每種元素類型的詳盡介紹。2.3ANSYS架構及命令ANSYS構架分為兩層，一是起始層(BeginLevel),二是處理層(ProcessorLevel)。這兩個層的關系主要是使用命令輸入時，要通過起始層進入不同的處理器。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敘述如下：1) 前置處理(GeneralPreprocessor,PREP/)建立有限元模型所需輸入的資料，如節(jié)點、坐標資料、元素內節(jié)點排列次序材料屬性元素切割的產生1) 求解處理(SolutionProcessor,SOLU)負載條件邊界條

12、件及求解后置處理(GeneralPostprocessor,POST1或TimeDomainPostprocessor,POST26)POST1用于靜態(tài)結構分析、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、等應力圖等顯示出來。結構分析，用于與時間相關的時域處理?！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E=200E9;截面參數:POST26僅用于動態(tài)t=0.01m,w=0.03m,A=3E-4,I=2.5E-9;幾何參數：L=4m,a=2m,b=2m;邊界外力F=2N,q=0.05N/m.圖2-2懸壁梁

13、使用ANSYS解決該問題的命令如下：/FILNAM,EX2-1!定義文件名/TITLE,CANTILEVERBEAMDEFLECTION!定義分析的標題/UNITS,SI!定義單位制（注意觀察輸出窗口的單位）/PREP7!進入前置處理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!定義實常數（要嚴格根據該元素類型的說明文檔所給出的實常數格式）N,1,0,0!定義第1號節(jié)點X坐標為0,Y坐標為0N,2,1,0!定義第2號節(jié)點X坐標為1,Y坐標為0N,3,2,0!定義第3號節(jié)點X坐標為2,Y坐標為0N,4,3,0!定義第4號節(jié)

14、點X坐標為3,Y坐標為0N,5,4,0!定義第5號節(jié)點X坐標為4,Y坐標為0E,1,2!把1、2號節(jié)點相連構成單元，系統(tǒng)將自定義為1號單元E,2,3!把2、3號節(jié)點相連構成單元，系統(tǒng)將自定義為2號單元E,3,4!把3、4號節(jié)點相連構成單元，系統(tǒng)將自定義為3號單元4,5!把4、5號節(jié)點相連構成單元，系統(tǒng)將自定義為4號單元FINISH!退出該處理層/SOLU!進入求解處理器D,1,ALL,0!對1節(jié)點施加約束使它X,Y向位移都為03,FY,-2!在3節(jié)點加集中外力向下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，

15、任何一個命令都可以通過help,命令查看幫助文檔）SFBEAM,4,1,PRES,0.05!同上在4號元素的第1個面加壓力SOLVE!計算求解FINISH!完成該處理層/POST1!進入后處理SET,1,1!查看子步1,打限兀中復雜的載M以看做簡單的載荷相互疊加，在ANSYS中每施加一類載荷都可以進行一次求解，可以查看它對結構的影響，稱為子步。PLDISP!顯示變形后的形狀FINISH!完成在靜態(tài)結構分析中，由BeginLevel進入處理器，可通過斜杠加處理器的名稱，如/prep7、/solu、/postl。處理器間的轉換通過finish命令先回到BeginLevel,然后進入想到達的處理器位

16、置，如（圖2-3）所示。圖£-3處理器間的轉化2.4典型的分析過程ANSYS分析過程包含三個主要的步驟:1. 創(chuàng)建有限元模型1）創(chuàng)建或讀入限元模型2）定義材料屬性2. 3）劃分網格施加載荷并求解1）施加載荷及設定約束條件3. 2）求解查看結果1）查看分析結果2）檢查結果是否正確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是設定的工作文件名，ext是由ANSYS定義的擴展名，用于區(qū)分文件的用途和類型，默認的工作文件名是file。ANSYS分析中有一些特殊的文件，其中主要的幾個是數據庫文件jobname.db、記

17、錄文件jobname.log、輸出文件jobname.out、錯誤文件jobname.err、結果文件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，求固定端的作用力。圖（a）為實際的工程系統(tǒng)，圖（b）為轉化后的有限元模型系統(tǒng)，其中包含4個節(jié)點、3個元素。外力負載及約束條件為：1）第二點受外力負載F22）第三點受外力負載F33）第一點和第四點不產生任何變形（約束條件）F1（工程系貌o3區(qū)'»2AH1（b）有限元系統(tǒng)U2-4桿件下面給出解題的ANSYS命令，請小心輸入，注意所產生的文件。/FILNAM,EX2-

18、2!定義文件名/PREP7ET,1,LINK1!定義桿單元R,1,1!定義實常數MP,EX,1,30E6N,1N,2,0,4N,3,0,7N,4,0,101,2$E,2,3$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)點施加約束2,FY,-500F,3,FY,-1000SAVE!存數據文件FINISH/SOLUSOLVEFINISHEXIT2.6圖形控制圖形在校驗前處理的數據和后處理中檢查結果者是非常重要的。ANSYS的圖形常用功能如下:-在實體模型和有限元模型上邊界條件顯示-計算結果的彩色等值線顯示-可以對視圖進行放大、縮小、平移、旋轉等操作-用于實體顯示的橡

19、皮筋技術-多窗口顯示-隱藏線、剖面及透視顯示-邊緣顯示-變形比率控制-三維內直觀化顯示-動畫顯示-窗口背影的選擇以上功能利用GUI可方便實現，如打開圖形控制窗口（UtilityMenu>PlotCtrls>Pan>Pan,Zoom,Rotate）可對圖形進行放大、縮小、平移、旋轉等操作。也可通過鍵盤各三鍵鼠標實現上操作，同時按下Ctrl鍵和鼠標左鍵并拖移可實現視圖的平移；同時按下Ctrl鍵和鼠標中鍵并拖移可實現視圖的縮放各Z向旋轉（上下拖動實現縮放，左右實現旋轉）；同時按下Ctrl鍵和鼠標中鍵并拖移可實現視圖的X及Y向旋轉。3有限元模型的建立3.1建模方法由節(jié)點和元素構成的有

20、限元模型與機械結構系統(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（也稱實體模型SolidModeling），直接法為直接根據機械結構的幾何外型建立節(jié)點和元素，因此直接法只適應于簡單的機械結構系統(tǒng)。反之，間接法適應于節(jié)點及元素數目較多的復雜幾何外型機械結構系統(tǒng)。該方法通過點、線、面、體積，先建立有限元模型，再進行實體網格劃分，以完成有限元模型的建立。請看下面對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19（如N,1,0,0）,定義元素類型后，連接相鄰節(jié)點生成四個元素（如E,1,2,5,4）。如果用間接法，如圖3-2,先建立一塊面積，再用二維

21、空間四邊形元素將面積分為9個節(jié)點及4元素的有限元模型，即需在網格劃分時，設定網格尺寸或密度。注意用間接法，節(jié)點及元素的序號不容易控制，其節(jié)點等對象的序號的安排可能會與給定的圖例存在差異。本章主要討論直接法構建有限元模型，下一章介紹間接法（實體模型）有限元的建立。囹3-1苴授法圖3-2詞接1法3.2坐標系統(tǒng)及工作平面空間任何一點通?？捎每ㄊ阶鴺耍–artesian）、圓柱坐標（Cylinder）或球面坐標（Sphericity）來表示該點的坐標位置，不管哪種坐標系者需要三個參數來來表示該點的正確位置。每一坐標系統(tǒng)都有確定的代號，進入ANSYS的默認坐標系是卡式坐標系統(tǒng)。上述的三個坐標系統(tǒng)又稱為整

22、體坐標系統(tǒng)，在某些情況下可通過輔助節(jié)點來定義局部坐標系統(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欲設置平面輔助網格開關可用如下操作：GUI:UtilityMenu>WorkPlane>WPSettings相關命令LOCAL,KCN,KCS,XC,YC,ZC,THXY,THYZ,THZX,PAR1,PAR2定義局部坐標系統(tǒng)，以輔助有限元模型的建立，只要在建立節(jié)點前確定用何坐標系系統(tǒng)即

23、可。KCN:坐標系統(tǒng)代號，大于10的任何一個號碼都可以。KCS:局部坐標系統(tǒng)的屬性。KCS=0卡式坐標；KCS=1圓柱坐標；KCS=2球面坐標；XC,YC,ZC:局域坐標與整體坐標系統(tǒng)原點的關系。THXY,THYZ,THZX:局域坐標與整體坐標系統(tǒng)X、Y、Z軸的關系。MenuPaths:UnilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreatLocalCS>AtSpecifiedLocCSYS,KSN聲明坐標系統(tǒng)，默認為卡式坐標系統(tǒng)(CSYS,0),KSN為坐標系統(tǒng)代號，1為柱面坐標系統(tǒng)，2為球面坐標系統(tǒng)。MenuPaths:

24、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）LA

25、BEL=BIN（英制，長度=in）3.3節(jié)點定義有限元模型的建立是將機械結構轉換為多節(jié)點和元素相連接，所以節(jié)點即為機械結構中一個點的坐標，指定一個號碼和坐標位置。在ANSYS中所建立的對象（坐標系、節(jié)點、點、線、面、體積等）都有編號。相關命令N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX定義節(jié)點，若在圓柱坐標系統(tǒng)下x,y,z對應r,0,z,在球面系統(tǒng)下對應r,0,?。NODE:欲建立節(jié)點的號碼X,Y,Z:節(jié)點在目前坐標系統(tǒng)下的坐標位置MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Node>InActiveCSMenuPathsMa

26、inMenu>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，但若節(jié)點已連成元素，要刪除節(jié)點必先刪除元素。例如：NDELE,1,100,1!刪除從1到100的所有點NDELE,1,100,99!刪除1和100兩個點MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Delete>NodesNPLOT,KNUM節(jié)點顯示，該命令是將現有卡式坐標系統(tǒng)下節(jié)點顯示在圖形窗口中，以供使用者參考及查看模塊的建立。建構模塊的

27、顯示為軟件的重要功能之一，以檢查建立的對象是否正確。有限元型的建立程中，經常會檢查各個對象的正確性及相關位置，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)點號MenuPaths:UtilityMenu>plot>nodesMenuPaths:UtilityMenu>plot>Numbering(選中NODE選項)NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3節(jié)點列式，該命令將現有卡式坐標系統(tǒng)下節(jié)點的資料列示于窗口中(會打開一個新的窗口)，使用者可檢查

28、建立的坐標點是否正確，并可將資料保存為一個文件。如欲在其它坐標系統(tǒng)下顯示節(jié)點資料，可以先行改變顯示系統(tǒng)，例如圓柱坐標系統(tǒng)，執(zhí)行命令DSYS,1。MenuPaths:UtilityMenu>List>NodesFILL,NODE1,NODE2,NFILL,NSTRT,NINC,ITIME,INC,SPACE節(jié)點的填充命令是自動將兩節(jié)點在現有的坐標系統(tǒng)下填充許多點，兩節(jié)點間填充的節(jié)點個數及分布狀態(tài)視其參數而定，系統(tǒng)的設定為均分填滿。NODE1,NODE2為欲填充點的起始節(jié)點號碼及終結節(jié)點號碼，例如兩節(jié)點號碼為1(NODE1)和5(NODE2)，則平均填充三個節(jié)點(2,3,4)介于節(jié)點1

29、和5之間。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Node>FillbetweenNdsNGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE節(jié)點復制命令是將一組節(jié)點在現有坐標系統(tǒng)下復制到其它位置。ITIME:復制的次數，包含自己本身。INC:每次復制節(jié)點時節(jié)點號碼的增加量。NODE1,NODE2,NINC:選取要復制的節(jié)點，即要對哪些節(jié)點進行復制。DX,DY,DZ:每次復制時在現有坐標系統(tǒng)下，幾何位置的改變量。MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>(-Mo

30、deling-)Copy>(-Nodes-)Copy3.4元素的定義當節(jié)點建立完成后，必須使用適當元素，將機械結構按照節(jié)點連接成元素，并完成其有限元模型。元素選擇正確與否，將決定其最后的分析結果。ANSYS提供了120多種不同性質與類別的元素，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線元素同兩點連接而成，2-D元素由三點連成三角形或四點連成四邊形，3-D元素可由八點連接成六面體、四點連接成角錐體或六點連接成三角柱體。每個元素的用

31、法在ANSYS的幫助文檔中都有詳細的說明，可用HELP命令查看。建立元素前必須先行定義使用者欲選擇的元素型號、元素材料特性、元素幾何特性等，為了程序的協(xié)調性一般在/PREP7后，就定義元素型號及相關資料，只要在建立元素前說明使用哪種元素即可。相關命令ET,ITYPE,Ename,KOPT1,KOPT2,KOPT3,KOPT4,KOPT5,KOPT6,INOPR元素類型(ElementType)為機械結構系統(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成，故有兩個元素類型。ET命令是由ANSYS元素庫中選擇某個元素并定義該結構分析所使用的元素類型號碼。ITYPE:元素類型的號碼En

32、ame:ANSYS元素庫的名稱，即使用者所選擇的元素。KOPT1KOPT6: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,當隨溫度變化時，由后四個參數控制。MAT:對應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(Lab=EX,EY,EZ),密度(Lab=DENS)，泊松比(

33、Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX)，剪切模數(Lab=GXY,GYZ,GXZ),熱膨脹系數(Lab=ALPX,ALPY,ALPZ)等。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>MatialProps>IsotropicR,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6定義”實常數”，即某一單元的補充幾何特征，如梁單元的面積，殼單元的厚度。所帶的的參數必須與元素表的順序一致。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>RealConstantsE,I,J,K,L,M,N,O,P定義元素的連接方式，元素表已對該元素連接順序

34、作出了說明，通常2-D平面元素節(jié)點順序采用順時針逆時針均可以，但結構中的所有元素并不一定全采用順時針或逆時針順序。3-D八點六面體元素，節(jié)點順序采用相對應的順時針或逆時針皆可。當元素建立后，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。IP為定義元素節(jié)點的順序號碼。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ThruNodesEGEN,IIME,NINC,IEL1,IEL2,IEINC,MINC,IINC,RINC,CINC元素復制命令是將一組元素在現有坐標下復制到其他位置，

35、但條件是必須先建立節(jié)點，節(jié)點之間的號碼要有所關聯。ITIME:復制次數，包括自己本身。NINC:每次復制元素時，相對應節(jié)點號碼的增加量。IEL1,IEL2,IEINC:遠取復制的元素，即哪些元素要復制。EPLOT元素顯示，該命令是將現有元素在卡式坐標系統(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>NumberingELIST元素列示命令是將現有的元素資料，以卡式坐標系統(tǒng)列于窗口中，使用者可檢查其所建元素屬性是否正確。Menupaths:

36、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。Menupaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ElemAttributesMenupaths:MainMenu>Preprocessor>Define>DefaultAttribsREAL,NSET聲明使用哪一組定義了的實常數，與R命令相對應。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。Menu

37、paths:同上。3.5負載定義ANSYS中有不同的方法施加負載以達到分析的需要。負載可分為邊界條件（boundarycondition）和實際外力（externalforce）兩大類，在不同領域中負載的類型有：結構力學：位移、集中力、壓力（分布力）、溫度（熱應力）、重力熱學：溫度、熱流率、熱源、對流、無限表面磁學：磁聲、磁通量、磁源密度、無限表面電學：電位、電流、電荷、電荷密度流體力學：速度、壓力以特性而言，負載可分為六大類：DOF約束、力（集中載荷）、表面載荷、體積載荷、慣性力有耦合場載荷。1. DOFconstraint（DOF約束）將給定某一自由度用一已知值。例如，結構分析中約束被指定

38、為位移和對稱邊界條件；在熱力學分析中指定為溫度和熱通量平行的邊界條件。2. Force（力）為施加于模型節(jié)點的集中荷。如在模型中被指定的力和力矩。3. Surfaceload（表面載荷）為施加于某個面的分布載荷。例如在結構分析中為壓力。4. Bodyload（體積載荷）為體積的或場載荷。在結構分析中為溫度和fluences。5. 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。6. Coupled-fieldloads（耦合場載荷）為以上載荷的一種特殊情況，從一種分析得到的結果用作為另一種分析的載荷。相關命令/SOLU進入解題處理器，當有限元模型建立

39、完以后，便可以進入/SOLU處理器，聲明各種負載。但大部分負載的載聲明也可在/PREP7中完成，建義全部負載在/SOLU處理中進行聲明。/ANTYPE,Antype,Status聲明分析類型，即欲進行哪種分析，系統(tǒng)默認為靜力學分析。Antype=STATICor0BUCKLEor1MODALor2HARMICor3TRANSor4靜態(tài)分析（系統(tǒng)默認）屈曲分析振動模態(tài)分析調和外力動和系統(tǒng)瞬時動力系統(tǒng)分析MenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Loads>NewAnalysisMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Load

40、s>RestartMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Solution>NewAnalysisMenuPaths:MainMenu>Prprocessor>Solution>RestartF,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC定義節(jié)點的集中力（Force）.NODE:節(jié)點號碼。Lab:外力的形式。Lab=FX,FY,FZ,MX,MY,MZ（結構力學的方向、力矩方向）=HEAT（熱學的熱流量）=AMP,CHRG（電學的電流、載荷）=FLUX（磁學的磁通量）VALUE:外力的大小。NODE,NEND,N

41、INC:選取施力節(jié)點的范圍，故在建立節(jié)點時應先規(guī)劃節(jié)點的號碼，以方便整個程序的編輯。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>（LoadType）>OnNodeD,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,Lab6定義節(jié)點自由度（DegreeofFreedom）的限制。NODE,NEND,NINC:選取自由度約束節(jié)點的范圍。Lab:相對元素的每一個節(jié)點受自由度約束的形式。結構力學：DX,DY,DZ（直線位移）；ROTX,ROTY,ROTZ（旋轉位移）。熱學：TEMP（溫度）。流體力學：PRES（壓力）；VX,VY

42、,VZ（速度）。磁學：MAG（磁位能）；AX,AY,AZ（向量磁位能）。電學：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點及J點分布力的值。MenuPaths:MainMenu>Solut

43、ion>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。VAL1VAL4為初建元素時節(jié)點順序。2-D元素分布力位于成上的邊為第二條邊SFE,%2,PRES,20,503-D元素分布力位于MN0F的面上MHOF為第六個面SFE?10,6,PRES,10,20,15,30圈*32D及3D元素分布力參數ELEM:兀素號碼。LKEY:建立元素后，依節(jié)點順序，該分布力定義施加邊或面的號碼Lab:力的形式。Lab=PRES結

44、構壓力=CONV熱學的對流=HFLUX熱學的熱流率VAL1-VAL4:相對應作用于元素邊及面上節(jié)點的值。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(loadtype)>(typeoption)SF,NlisT,Lab,VALUE1,VALUE2定義節(jié)點間分布力。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)，故適用于非均勻分布力。SF適用于均勻載荷，分布力作用于Nlist節(jié)點所包含元素的邊及面。如圖3-4所示。SF命令，均勻性質堂栽SFE命令，非均勻性廟位栽圖3-4SFE與鄂分布力比較Nlist:

45、分布力作用的邊或面上的所有節(jié)點。通常有NSEL命令選擇節(jié)點為Active節(jié)點，然后設定Nlist=ALL,表示Nlist含有NSEL所選擇的所有節(jié)點。Lab:力的形式。Lab=PRES結構壓力=CONV熱學的對流=HFLUX熱學的熱流率VALUE1:作用分布力的值。VALUE2:若Lab=CONV,該值為對流的外界溫度，其他領域的分析不使用該參數。MenuPaths:MainMenu>Solution>Apply>(loadtype)>OnNodesNSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KABS完成有限元模型節(jié)點、元素建立后，選擇對象非常

46、重要，正常情況下在ANSYS中所建立的任何對象(節(jié)點、元素)，皆為有效(Active)對象，只有是Active對象才能對其進行操作，為配合建模簡化命令，可適時選取某些對象為Active對象，再對其進行操作。Type:選擇方式。Type=S選擇一組節(jié)點為Active節(jié)點=R在現有的Active節(jié)點中，重新選取Active節(jié)點=A再選擇某些節(jié)點，加入Active節(jié)點中=U在現有Active節(jié)點中，排除某些節(jié)點=ALL選擇所有節(jié)點為Active節(jié)點Item:資料卷標Item=NODE用節(jié)點號碼選取=LOC用節(jié)點坐標選取Comp=(無)(Item=NODE)=X（Y,Z）（表示節(jié)點X（Y,Z）為準，當

47、Item=LOC）VIMIN,VMAX,VINC:選取范圍，Item=NODE其范圍為節(jié)點號碼，Item=LOC范圍為Comp坐標的范圍。如圖（3-5）所示。6101121415HSEUV,KOBE,1,9囹3-5選擇有效的節(jié)點3.6求解求解前先保存數據庫，將Output窗口提到最前面觀察求解信息，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。如果求解失敗，典型的原因有：1）約束不夠（通常出現的問題）。2）材料性質參數有負值，如密度值等。3）示約束皎接結構，如兩個水平運動的梁單元在堅直方向沒有約束。4）

48、屈曲一當應力剛化效應為負（壓）時，在載荷作用下整個結構剛度弱化。如果剛度減小到0或更小時，求解存在奇異性，因為整個結構已發(fā)生屈曲。5）模型中有非線性單元。3.7用POST1進行結果后處理進入POST1命令：/POST1GUI:MainMenu>GeneralPostproc讀取結果依據載荷步和子步號或者時間讀取出需要的載荷步和子步結果。命令：SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults-Loadstep繪變形圖命令：PLDISP,KUNDKUND=0顯示變形后的的結構形狀KUND=1同時顯示變形前及變形后的的結構形狀KUND=1同時顯

49、示變形前及變形后的的結構形狀，但僅顯示結構外觀GUI:MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>DeformedShape變形動畫以動畫的方式模擬結構靜力作用下的變形過程GUI:UtilityMenu>Plotctrls>Animate>DeformedShape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-應力等值線與應力等值線動畫應力等值線方法可清晰描述一種結果在

50、整個模型中的變化，可以快速確定模型中的危險區(qū)域。GUI:MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolution-應力等值線動畫GUI:UtilityMenu>Plotctrls>Animate>DeformedShape【例3-1】建一個平面結構節(jié)點的安排圖，如圖3-6所示圖3-6例3T由/FILNAME,EX3-1/UNITS,BIN/TITLE,PLANENODESGENERATION/PREP7LOCAL,11,1,5,0,0N,1,5,30N,2,5,60CSYS,0N

51、,3,0,5N,4,2.5,-5CSYS,11N,5,5,0N,6,0,0N,7,5,-45CSYS,0N,8,5,5N,9,7.5,0!建立11號局部圓柱區(qū)域坐標!回至卡式坐標!回至11號圓柱坐標【例3-2】有一個梁結構如圖3- 7(a)所示，L=30cm,F=1000N,q=600N/m圖3-6(b)為均布11個節(jié)點的規(guī)劃。L/2UZ圖3-7例37圖解題的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,1,1

52、e-4,2.083e-10,0.005E,1,2EGEN,10,1,1,1,1EPLOT/PNUM,ELEM,1EPLOTFINISH/SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALL!彳D,1,UX,0,UY,ROTZD,11,UX,0,UYSFBEAM,1,1,PRES,0,60SFBEAM,2,1,PRES,60,120SFBEAM,4,1,PRES,180,240SFBEAM,6,1,PRES,300,360SFBEAM,8,1,PRES,420,480SFBEAM,10,1,PRES,540,600F,6,FY,-1000SOLVE!在輸出窗口中列出元素的結果$SFB

53、EAM,3,1,PRES,120,180$SFBEAM,5,1,PRES,240,300$SFBEAM,7,1,PRES,360,420$SFBEAM,9,1,PRES,480,540FINISH/POST1PLDISPPRDISP!顯示變形圖!列出變形資料FINISH4實體模型的建宜4.1實體模型簡介在上一章里已介紹了有限的直法建模，但該方法對復雜的結構，建立過程復雜而且容易出錯，因此這里引入實體模型的建立，與一般的CAD軟件一樣，利用點、線、面、體積組合而成。實體模型幾何圖形決定之后，由這界來決定網格，即每一線段要分成幾個元素或元素的尺寸是多大。決定了每邊元素數目或尺寸大小之后，ANSYS

54、的內建程序即能自動產生網格，即自動產生節(jié)點和元素，并同時完成有限元模型。4.2實體模型的建立方法實體模型建立有下列方法：1) 由下往上法(bottom-upMethod)由建立最低單元的點到最高單元的體積，即建立點，再由點連成線，然后由線組合成面積，最后由面積組合建立體積。2) 由上往下法(top-downmethod)及布爾運算命令一起使用此方法直接建立較高單元對象，其所對應的較低單元對象一起產生，對象單元高低順序依次為體積、面積、線段及點。所謂布爾運算為對象相互加、減、組合等。3) 混合使用前兩種方法依照個人的經驗，可結合前兩種方法綜合運用，但應考慮到要獲得什么樣的有限元模型，即在網格化分

55、時，要產生自由網格劃分或對應網格劃分。自由網格劃分時，實體模型的建立比較簡單，只要所有的面積或體積能接合成一個體就可以，對應網格劃分時，平面結構一定要四邊形或三邊形面積相接而成，立體結構一定要六面體相接而成。4.3群組命令介紹表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，命令參數大部分與節(jié)點及元素相似。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)點兒條點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VLIS

56、T在窗口中列出體積資料XGEN復制X對象VGEN復制體積XSEL選擇X對象NSEL選擇節(jié)點XSUM計算X對象幾何資料ASUM計算面積的幾何資料，如面積大小、邊長、重心等XMESH網格化X對象AMESH面積網格化LMESH線的網格化XCLEAR清除X對象網格ACLEAR清除面積網格VCLEAR清除體積網格XPLOT在窗口中顯示X對象KPLOT在窗口中顯示點APLOT在窗口中顯示面積4.4點定義實體模型建立時，點是最小的單元對象，點即為機械結構中一個點的坐標，點與點連接成線也可直接組合成面積及體積。點的建立按實體模型的需要而設定，但有時會建立些輔助點以幫助其它命令的執(zhí)行，如圓弧的建立。相關命令：K

57、,NPT,X,Y,ZR,0,o>InActiveCs>OnWorkingPlane建立點(Keypoint)坐標位置(X,Y,Z)及點的號碼NPT時，號碼的安排不影響實體模型的建立，點的建立也不一要連號，但為了數據管理方便，定義點之前先規(guī)劃好點的號碼，有利于實體模型的建立。在圓柱坐標系下，X,Y,Z對應于R,0,Z,球面坐標下對應著MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPointMenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPointKFILL,NP1,NP2,N

58、FILL,NSTRT,NINC,SPACE點的填充命令是自動將兩點NP1,NP2間，在現有的坐標系下填充許多點，兩點間填充點的個數(NFILL)及分布狀態(tài)視其參數(NSTRT,NINC,SPACE)而定，系統(tǒng)設定為均分填充。如語句FILL,1,5,則平均填充3個點在1和5之間。如圖4-1所示。圖4T點填充MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>KeyPoint>FillKNODE,NPT,NODE定義點(NPT)于已知節(jié)點上MenuPaths:MainMenu>Preprocessor>Create>Keypoint>OnNode4.5線段定義建立實體模型時，線段為面積或體積的邊界，由點與點連接而成，構成不向種類的線段，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生。線的建立與坐標系統(tǒng)有關，直角坐標系為直線，圓柱坐標下曲線。相關命令L,P1,P2,NDIV,SRACE,XV