完整版ANSYS命令流教學(xué)手冊(cè)

1、目 錄1ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性11.1桿單元: LINK1、8、10、11、18011.2梁?jiǎn)卧?BEAM3、4、23、24，44，54，188，18921.3管單元:PIPE16，17，18，20，59，6031.42D實(shí)體單元:PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，18341.53D實(shí)體元:SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，19151.6殼單元:SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，20961.7彈簧單元:COMBIN7，14，37，3

2、9，4061.8質(zhì)量單元:MASS2161.9接觸單元:CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，17861.10 矩陣單元:MATRIX27，5071.11 表面效應(yīng)元:SURF153，15471.12 粘彈實(shí)體元:VISCO88，89，106，107，108，81.13 超彈實(shí)體元:HYPER56，58，74，84，86，15881.14 耦合場(chǎng)單元:SOLID5，PLANE13，F(xiàn)LUID29，30，38，SOLID62，F(xiàn)LUID79，F(xiàn)LUID80，81，SOLID98，F(xiàn)LUID129，INFIN110，111，F(xiàn)LUID1

3、16，13081.15 界面單元:INTER192，193，194，19581.16 顯式動(dòng)力分析單元:LINK160，BEAM161，PLANE162，SHELL163，SOLID164，COMBI1681.17 預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元82ANSYS 的基本使用102.1ANSYS環(huán)境簡(jiǎn)介102.2有限元法的基本構(gòu)架122.3ANSYS架構(gòu)及命令132.4典型的分析過程162.5ANSYS 文件及工作文件名162.6圖形控制183第三章 有限元模型的建立203.1建模方法203.2坐標(biāo)系統(tǒng)及工作平面213.2.1局部坐標(biāo)系213.2.1.1激活總體和局部坐標(biāo)系（聲明坐標(biāo)系統(tǒng)）213.2.1

4、.2根據(jù)總體坐標(biāo)系定義局部坐標(biāo)系223.2.1.3根據(jù)已有的三個(gè)節(jié)點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系223.2.1.4根據(jù)已有的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系223.2.1.5根據(jù)當(dāng)前工作平面定義局部坐標(biāo)系223.2.1.6根據(jù)激活的坐標(biāo)系定義局部坐標(biāo)系233.2.1.7刪除局部坐標(biāo)系233.2.1.8查看激活坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系233.2.2節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)與修改233.2.2.1將某些節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到與當(dāng)前激活坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱“當(dāng)前坐標(biāo)系”）方向一致233.2.2.2將既有節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度233.2.2.3在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)直接定義其坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度243.2.2.4按方向余弦旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系243.2.2.5節(jié)

5、點(diǎn)坐標(biāo)系列表243.2.3單元坐標(biāo)系的定義與修改243.2.3.1設(shè)置單元坐標(biāo)系243.2.3.2修改單元坐標(biāo)系方向243.2.3.3激活顯示坐標(biāo)系253.2.3.4激活結(jié)果坐標(biāo)系253.2.4工作平面253.2.4.1定義工作平面253.2.4.2通過3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)定義工作平面253.2.4.3通過3個(gè)節(jié)點(diǎn)定義工作平面263.2.4.4通過3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義工作平面263.2.4.5通過垂直于線上的某個(gè)位置定義工作平面263.2.4.6查看工作平面的當(dāng)前狀態(tài)263.2.4.7恢復(fù)到ANSYS默認(rèn)狀態(tài)263.2.4.8移動(dòng)工作平面263.2.5聲明單位系統(tǒng)273.3節(jié)點(diǎn)定義283.3.1創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)283

6、.3.2刪除節(jié)點(diǎn)283.3.3節(jié)點(diǎn)顯示283.3.4節(jié)點(diǎn)列式293.3.5節(jié)點(diǎn)的填充293.3.6節(jié)點(diǎn)復(fù)制293.4單元的定義303.4.1定義單元類型303.4.2定義材料的屬性313.4.3定義實(shí)常數(shù)313.4.4定義單元的連接方式313.4.5單元復(fù)制323.4.6單元顯示323.4.7單元列示323.4.8聲明使用已定義單元類型323.4.9聲明使用已定義的實(shí)常數(shù)333.4.10聲明使用已定義的單元屬性，333.5負(fù)載定義333.5.1進(jìn)入解題處理器343.5.2聲明分析類型343.5.3定義節(jié)點(diǎn)的集中力353.5.4定義節(jié)點(diǎn)自由度353.5.5定義在梁?jiǎn)卧系姆植剂?63.5.6定義

7、分布力作用于單元上的方式和大小373.5.7定義節(jié)點(diǎn)間分布力373.5.8對(duì)象選擇383.6求解403.7用POST1進(jìn)行結(jié)果后處理403.7.1進(jìn)入POST1403.7.2讀取結(jié)果403.7.3繪變形圖403.7.4變形動(dòng)畫413.7.5列表支反力413.7.6應(yīng)力等值線與應(yīng)力等值線動(dòng)畫413.7.7應(yīng)力等值線動(dòng)畫414實(shí)體模型的建立454.1實(shí)體模型簡(jiǎn)介454.2實(shí)體模型的建立方法454.3群組命令介紹464.4點(diǎn)定義474.4.1創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)474.4.1.1在給定坐標(biāo)點(diǎn)創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)474.4.1.2在兩關(guān)鍵點(diǎn)之間創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)474.4.1.3在兩關(guān)鍵點(diǎn)之間填充多個(gè)點(diǎn)484.4.1.4復(fù)制

8、創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)484.4.1.5鏡像創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)494.4.1.6列表顯示關(guān)鍵點(diǎn)信息494.4.1.7屏幕上顯示關(guān)鍵點(diǎn)504.4.1.8刪除關(guān)鍵點(diǎn)504.4.1.9選擇關(guān)鍵點(diǎn)504.4.1.10選擇與所選線相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)514.4.1.11修改關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)524.4.1.12定義點(diǎn)（NPT）于已知節(jié)點(diǎn)上524.4.2創(chuàng)建線524.4.2.1通過兩關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建線524.4.2.2通過兩關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建直線534.4.2.3通過關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建圓弧線534.4.2.4創(chuàng)建圓或圓弧線544.4.2.5兩條相交線倒角創(chuàng)建圓弧線554.4.2.6復(fù)制創(chuàng)建線564.4.2.7合并兩條或多條線574.4.2.8將一條線分為多條線5

9、74.4.2.9延長(zhǎng)一條線584.4.2.10通過多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)按樣條創(chuàng)建一條曲線584.4.2.11關(guān)鍵點(diǎn)繞軸線創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)線594.4.2.12通過坐標(biāo)軸鏡像創(chuàng)建線594.4.2.13顯示線和刪除線594.4.2.14列表輸出線信息604.4.2.15選擇一組線604.4.2.16選擇與面相關(guān)的線614.4.2.17選擇與關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的線614.4.2.18練習(xí)點(diǎn)和線段的生成614.4.3創(chuàng)建面644.4.3.1通過關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建面644.4.3.2通過線創(chuàng)建面654.4.3.3沿路徑拖拉創(chuàng)建面654.4.3.4線繞軸旋轉(zhuǎn)生成弧面664.4.3.5既有面偏移創(chuàng)建新面664.4.3.6蒙皮創(chuàng)建光滑曲面67

10、4.4.3.7復(fù)制創(chuàng)建面674.4.3.8通過坐標(biāo)軸對(duì)稱創(chuàng)建面684.4.3.9列表輸出面信息684.4.3.10顯示面684.4.3.11刪除面684.4.3.12選擇一組面694.4.3.13選擇與所選線相關(guān)的面694.4.3.14選擇與所選體相關(guān)的面704.4.3.15通過兩角點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建矩形面704.4.3.16通過一角點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)建矩形面704.4.3.17通過中心坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)建矩形面704.4.3.18在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建圓面或環(huán)面714.4.3.19通過圓心坐標(biāo)和半徑等創(chuàng)建圓或環(huán)面714.4.3.20通過圓上直徑端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建圓面724.4.3.21在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建正多邊形面724

11、.4.3.22在工作平面任意位置創(chuàng)建正多邊形面724.4.4創(chuàng)建體734.4.4.1通過關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建體744.4.4.2通過面創(chuàng)建體754.4.4.3沿路徑拖拉面創(chuàng)建體764.4.4.4面繞軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建柱體764.4.4.5面偏移創(chuàng)建體774.4.4.6通過面延伸創(chuàng)建體784.4.4.7復(fù)制創(chuàng)建體784.4.4.8通過坐標(biāo)軸鏡像創(chuàng)建體794.4.4.9列表輸出體信息794.4.4.10顯示體794.4.4.11刪除體794.4.4.12創(chuàng)建長(zhǎng)方體794.4.4.13通過一角點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)建長(zhǎng)方體804.4.4.14通過面中心坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)建長(zhǎng)方體804.4.4.15在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建圓柱體或部分圓柱

12、體804.4.4.16通過圓心坐標(biāo)和半徑等創(chuàng)建圓柱體804.4.4.17通過圓上直徑兩端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建圓柱體804.4.4.18在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建正棱柱體814.4.4.19在工作平面任意位置創(chuàng)建正棱柱體814.4.4.20在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建球體814.4.4.21在工作平面任意位置創(chuàng)建球體814.4.4.22通過直徑端點(diǎn)生成球體814.4.4.23以工作平面原點(diǎn)為圓心創(chuàng)建圓錐體814.4.4.24在工作平面任意位置創(chuàng)建圓錐體824.4.4.25以工作平面原點(diǎn)為環(huán)心創(chuàng)建環(huán)體824.5布爾操作844.5.1布爾運(yùn)算的一般設(shè)置844.5.1.1布爾運(yùn)算的容差設(shè)置854.5.1.2交運(yùn)算Intersec

13、tion854.5.1.3加運(yùn)算Addition864.5.1.4減運(yùn)算Subtract874.5.1.5用工作平面切分圖素Subtract884.5.1.6分割運(yùn)算Partition894.5.1.7分類運(yùn)算Classify904.5.1.8搭接運(yùn)算Overlap904.5.1.9粘接Glue (或Merge)914.5.2幾何建模的其它常用命令934.5.2.1圖形平移、縮放和旋轉(zhuǎn)934.5.2.2設(shè)置坐標(biāo)軸方向934.5.2.3設(shè)置視圖方向934.5.2.4設(shè)置視圖旋轉(zhuǎn)角度944.5.2.5編號(hào)顯示控制944.5.2.6顏色顯示控制954.5.2.7顯示邊界條件和荷載的符號(hào)及數(shù)值954.

14、5.2.8顯示邊界條件及數(shù)值964.5.2.9顯示風(fēng)格設(shè)置964.5.2.10單元尺寸和形狀974.5.2.11圖素收縮顯示控制974.5.2.12顯示單元形狀974.5.2.13等值線顯示控制974.5.2.14均勻等值線設(shè)置984.5.2.15設(shè)置等值線的文字標(biāo)注984.5.2.16顏色設(shè)置984.5.2.17設(shè)置圖形中浮點(diǎn)數(shù)顯示方式1004.5.2.18設(shè)置變形放大系數(shù)1004.5.2.19設(shè)置矢量顯式長(zhǎng)度1014.5.2.20設(shè)置窗口布局1014.5.2.21圖素顯示控制1024.5.2.22顯示所有圖素1024.5.2.23圖形擦除1025網(wǎng)格劃分1035.1區(qū)分實(shí)體模型和有限元模型

15、1035.2網(wǎng)格化的步驟1045.2.1定義單元類型1065.2.1.1單元類型的KEYOPT1065.2.1.2自由度集1065.2.1.3改變單元類型1065.2.1.4單元類型的刪除與列表1065.2.2實(shí)常數(shù)1075.2.2.1定義實(shí)常數(shù)1075.2.2.2變厚度殼實(shí)常數(shù)定義1075.2.2.3實(shí)常數(shù)組的刪除與列表1075.2.3材料屬性1085.2.3.1定義線性材料屬性1085.2.3.2定義線性材料屬性的溫度表1085.2.3.3定義與溫度對(duì)應(yīng)的線性材料特性1085.2.3.4復(fù)制線性材料屬性組1085.2.3.5改變指定單元的材料參考號(hào)1095.2.3.6線性材料屬性列表和刪除

16、1095.2.3.7修改與線脹系數(shù)相關(guān)的溫度1095.2.3.8計(jì)算生成線性材料溫度表1095.2.3.9繪制線性材料特性曲線1095.2.3.10設(shè)置材料庫讀寫的缺省路徑1095.2.3.11讀入材料庫文件1095.2.3.12將材料屬性寫入文件1095.2.3.13激活非線性材料屬性的數(shù)據(jù)表1095.2.3.14定義TB溫度值1095.2.3.15定義TB數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)1105.2.3.16定義非線性數(shù)據(jù)曲線上的一個(gè)點(diǎn)1105.2.3.17非線性材料數(shù)據(jù)表的刪除和列表1105.2.3.18非線性材料數(shù)據(jù)表的繪圖1105.2.4定義截面類型和截面ID1105.2.4.1定義梁截面幾何數(shù)據(jù)（T

17、ype=BEAM）1115.2.4.2定義變截面梁幾何數(shù)據(jù)（Type=TAPER）1135.2.4.3定義截面偏移1135.2.4.4梁截面特性列表1145.2.4.5刪除所定義的截面1145.2.4.6繪制所定義截面1145.2.4.7自定義截面的存盤和讀入1155.2.4.8定義層殼單元的數(shù)據(jù)（Type=SHELL）1155.2.4.9定義預(yù)緊截面的數(shù)據(jù)（Type= PRETENSION）1155.2.4.10修改預(yù)緊截面數(shù)據(jù)1165.2.4.11定義連接數(shù)據(jù)（Type=JOINT）1165.2.5設(shè)置幾何模型的單元屬性1165.2.5.1設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)單元屬性1165.2.5.2設(shè)置線的單元

18、屬性1165.2.5.3設(shè)置面的單元屬性1175.2.5.4設(shè)置體的單元屬性1175.2.5.5單元形狀控制1175.2.5.6網(wǎng)格類型選擇1185.2.5.7中間節(jié)點(diǎn)的位置控制1185.2.6單元尺寸控制1195.2.6.1映射網(wǎng)格單元尺寸控制的DESIZE命令1195.2.6.2自由網(wǎng)格單元尺寸控制的SMRTSIZE命令1195.2.6.3線的單元尺寸定義1205.2.6.4關(guān)鍵點(diǎn)最近處單元邊長(zhǎng)定義1215.2.6.5面內(nèi)部的單元尺寸定義1225.3網(wǎng)格劃分工具1225.3.1在關(guān)鍵點(diǎn)處生成點(diǎn)單元1245.3.2在幾何線上生成線單元1245.3.3在幾何面上生成面單元1245.3.4在幾何

19、體上生成體單元1245.3.4.1單元有效性檢查-單元形狀參數(shù)限值設(shè)置1265.3.5網(wǎng)格修改1275.3.5.1關(guān)鍵點(diǎn)網(wǎng)格清除1275.3.5.2線網(wǎng)格清除1275.3.5.3面網(wǎng)格清除1275.3.5.4體網(wǎng)格清除1275.3.6細(xì)化局部網(wǎng)格1285.3.6.1節(jié)點(diǎn)附近細(xì)化1285.3.6.2單元附近細(xì)化1285.3.6.3關(guān)鍵點(diǎn)附近細(xì)化1285.3.6.4線附近細(xì)化1285.3.6.5面附近細(xì)化1286第六章 實(shí)體模型的外力1296.1對(duì)節(jié)點(diǎn)施加自由度約束1296.2關(guān)鍵點(diǎn)自由度約束及相關(guān)命令1306.2.1列表和刪除關(guān)鍵點(diǎn)自由度約束的命令1306.3對(duì)線施加自由度約束1306.3.1而

20、列表和刪除線上自由度約束1316.4對(duì)面施加自由度約束1316.4.1列表和刪除面上自由度約束1326.5約束轉(zhuǎn)換命令1326.5.1僅轉(zhuǎn)換約束自由度1326.5.2邊界條件和荷載轉(zhuǎn)換1326.6施加集中荷載1326.6.1施加節(jié)點(diǎn)集中荷載1326.6.1.1節(jié)點(diǎn)集中荷載列表：FLIST1326.6.1.2刪除節(jié)點(diǎn)集中荷載：FDELE1326.6.2施加關(guān)鍵點(diǎn)集中荷載1326.6.3施加面荷載1336.6.3.1對(duì)節(jié)點(diǎn)群施加面荷載1336.6.3.2定義節(jié)點(diǎn)號(hào)與面荷載的函數(shù)關(guān)系1336.6.3.3定義面荷載梯度1336.6.4在單元上施加面荷載1346.6.5在梁?jiǎn)卧┘用婧奢d1346.6.6

21、在線上施加面荷載1356.6.7在面上施加面荷載1366.6.8施加體荷載1366.6.9施加慣性荷載1376.6.10施加耦合場(chǎng)荷載1376.6.11初應(yīng)力荷載及施加1376.6.11.1施加初始常應(yīng)力荷載1376.6.11.2從文件施加初應(yīng)力荷載1377輸出選項(xiàng)1417.1控制寫入數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件的結(jié)果數(shù)據(jù)1417.2結(jié)果輸出控制1427.3圖形求解追蹤器1428分析類型與求解控制選項(xiàng)1429通用與時(shí)間歷程后處理技術(shù)1439.1定義矢量和主軸的計(jì)算方法1439.2定義結(jié)果數(shù)據(jù)平均處理1439.3控制殼或?qū)託卧獢?shù)據(jù)的位置1449.4定義數(shù)據(jù)輸出格式1449.5每頁的標(biāo)題輸出控制1449.6

22、顯示結(jié)構(gòu)變形圖1459.7顯示節(jié)點(diǎn)結(jié)果1459.8顯示單元結(jié)果1469.9以矢量方式顯示結(jié)果圖1469.10顯示裂縫或壓碎圖1479.11列出節(jié)點(diǎn)結(jié)果1479.12列出單元結(jié)果1479.13生成單元表1479.14云圖顯示單元表結(jié)果1489.15列表顯示單元表結(jié)果1489.16單元表絕對(duì)值操作1489.17計(jì)算并輸出單元表數(shù)據(jù)之和1489.18映射結(jié)果到路徑上1499.19圖形顯示路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)1509.20沿路徑幾何形狀顯示路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)1509.21列表顯式路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)1509.22對(duì)路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)算1509.22.1加運(yùn)算1519.22.2乘運(yùn)算1519.22.3除運(yùn)算1519.22.4冪運(yùn)算151

23、9.22.5求導(dǎo)運(yùn)算1519.22.6積分運(yùn)算15110文件管理1511 ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.1 桿單元: LINK1、8、10、11、180單元名稱簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)數(shù)節(jié)點(diǎn)自由度特性備注LINK12D桿2Ux,UyEPCSDGB常用桿元LINK83D桿Ux,Uy,UzEPCSDGBLINK103D僅受拉或僅受壓桿EDGB模擬纜索的松弛及間隙LINK113D線性調(diào)節(jié)器EGB模擬液壓缸和大轉(zhuǎn)動(dòng)LINK1803D有限應(yīng)變桿EPCDFGB另可考慮粘彈塑性注：E-彈性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕變(Creep)，S-膨脹(Swelling)，D-大變形或大撓

24、度(Large deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變(Finite strain)，B-單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。通常用LINK1和LINK8模擬桁架結(jié)構(gòu)，如屋架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu)，以及吊橋的吊桿、拱橋的系桿等構(gòu)件，必須注意線性靜力分析時(shí)，結(jié)構(gòu)不能是幾何可變的，否則造成位移超限的提示錯(cuò)誤。LINK10可模擬繩索、地基彈簧、支座等，如斜拉橋的斜拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、纜風(fēng)

25、索、彈性地基、橡膠支座等。LINK180除不具備雙線性特性(LINK10)外，它均可應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)中，并且其可應(yīng)用的非線性性質(zhì)更加廣泛，增加了粘彈塑性材料。LINK1、LINK8和LINK180單元還可用于普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的模擬，其初應(yīng)變可作為施加預(yù)應(yīng)力的方式。1.2 梁?jiǎn)卧?BEAM3、4、23、24，44，54，188，189梁?jiǎn)卧譃槎喾N單元，分別具有不同的特性，是一類軸向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)(3D)單元。單元名稱簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)自由度特性備注BEAM32D彈性梁2Ux,Uy,RotzEDGB常用平面梁元BEAM232D塑性梁2EPCSDFGB具有塑性等功能BEAM542D漸變不對(duì)稱梁2ED

26、GB不對(duì)稱截面，可偏移中心軸BEAM43D彈性梁2Ux,Uy,Uz Rotx,Roty,RotzEDGB拉壓彎扭，常用3D梁元BEAM243D薄壁梁2+1EPCSDGB拉壓彎及圣文南扭轉(zhuǎn)；開口或閉口截面BEAM443D漸變不對(duì)稱梁2+1EDGB拉壓彎扭，不對(duì)稱截面，可偏移中心軸，可釋放節(jié)點(diǎn)自由度，可采用梁截面BEAM1883D線性有限應(yīng)變梁2+1Ux,Uy,UzRotx,Roty,Rotz或增加warpEPCDFGB粘彈塑Timoshenko梁，計(jì)入剪切變形影響；可增加翹曲自由度；可采梁截面BEAM1893D二次有限應(yīng)變梁3+1BEAM188，但屬二次梁?jiǎn)卧?。注：E-彈性(Elasticity

27、)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕變(Creep)，S-膨脹(Swelling)，D-大變形或大撓度(Large deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變(Finite strain)，B-單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。單元使用另外應(yīng)注意的問題：梁?jiǎn)卧娣e和長(zhǎng)度不能為零，且2D梁元必須位于XY平面內(nèi)；剪切變形的影響；自由度釋放；梁截面特性；BEAM23/24實(shí)常數(shù)的輸入比較復(fù)雜；荷載特

28、性；應(yīng)力計(jì)算。1.3 管單元:PIPE16，17，18，20，59，60管單元是一類軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的3D單元，單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有6個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由度Ux、Uy、Uz和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度Rotx、Roty、Rotz，此類單元以3D梁元為基礎(chǔ)，包含了對(duì)稱性和標(biāo)準(zhǔn)管幾何尺寸的簡(jiǎn)化特性。單元使用應(yīng)注意的其他問題：管元長(zhǎng)度、直徑及壁厚均不能為零；可計(jì)算薄壁管和厚壁管，但某些應(yīng)力的計(jì)算是基于薄壁管理論的；管單元計(jì)入了剪切變形的影響，并可考慮應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和撓曲系數(shù)。該類單元有直管、T型管、彎管和沉管四種單元類型單元名稱簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)數(shù)特性備注PIPE163D彈性直管元2EDGB可考慮兩種溫度梯度及內(nèi)部

29、和外部壓力PIPE173D彈性T型管元24EDGB可考慮絕熱、內(nèi)部流體、腐蝕及應(yīng)力強(qiáng)化PIPE183D彈性彎管元2+1EDBPIPE203D塑性直管元2EPCSDGB同PIPE16PIPE593D彈性沉管元2EDGB可模擬海洋波，可考慮水動(dòng)力和浮力等，其余同PIPE16，且可模擬電纜PIPE603D塑性彎管元2+1EPCSDB同PIPE18注：E-彈性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕變(Creep)，S-膨脹(Swelling)，D-大變形或大撓度(Large deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變(Finite strain

30、)，B-單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。1.4 2D實(shí)體單元:PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，1832D實(shí)體單元是一類平面單元，可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對(duì)稱問題的分析，此類單元均位于XY平面內(nèi)，且軸對(duì)稱分析時(shí)Y軸為對(duì)稱軸。單元名稱簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)自由度特性備注PLANE26節(jié)點(diǎn)三角形單元Ux,UyEPCSDFGBA適用于不規(guī)則的網(wǎng)格PLANE424節(jié)點(diǎn)四邊形單元具有協(xié)調(diào)和非協(xié)調(diào)元選項(xiàng)PLANE828節(jié)點(diǎn)

31、四邊形單元是PLANE42的高階單元；混合分網(wǎng)的結(jié)果精度高；適用于模擬曲線邊界PLANE1458節(jié)點(diǎn)四邊形P單元E支持28階多項(xiàng)式PLANE1466節(jié)點(diǎn)三角形P單元支持28階多項(xiàng)式PLANE1824節(jié)點(diǎn)四邊形單元EPCSDFGBA具有更多的非線性材料模型PLANE1838節(jié)點(diǎn)四邊形單元是PLANE182的高階單元PLANE254節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元Ux,UyUzEGB模擬非對(duì)稱荷載的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)PLANE838節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元是PLANE25的高階單元注：E-彈性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕變(Creep)，S-膨脹(Swelling)，D-大變形或大撓度(Larg

32、e deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變(Finite strain)，B-單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。單元使用應(yīng)注意的其他問題： 單元插值函數(shù)及說明；荷載特性；其它特點(diǎn)。1.5 3D實(shí)體元:SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，1913D實(shí)體單元用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，此類單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有三個(gè)自由度，即Ux、Uy、Uz三個(gè)平動(dòng)自

33、由度。單元名稱簡(jiǎn)稱/3D結(jié)點(diǎn)特性完全/減縮積分初應(yīng)力備注SOLID45實(shí)體元8EPCSDFGBAY/YY正交各向異性材料SOLID46分層實(shí)體元8EDGY/NN層數(shù)達(dá)250或更多SOLID64各向異性實(shí)體元8EDGBAY/NN各向異性材料SOLID65鋼筋混凝土實(shí)體元8EPCDFGBAY/NN開裂,壓碎,應(yīng)力釋放SOLID92四面體實(shí)體元10EPCSDFGBAY/NY正交各向異性材料SOLID95實(shí)體單元20EPCSDFGBAY/YY是SOLID45的高階元SOLID147磚形實(shí)體P元20EY/NNP可設(shè)置28階SOLID148四面體實(shí)體P元10EY/NNP可設(shè)置28階SOLID185實(shí)體單元

34、8EPCDFGBAY/Y等Y可模擬幾乎不可壓縮的彈塑和完全不可壓SOLID186實(shí)體單元20EPCDFGBAY/YY縮的超彈SOLID187四面體實(shí)體元10EPCDFGBAY/NYSOLID191分層實(shí)體元20EGAY/NN層數(shù)100注：E-彈性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕變(Creep)，S-膨脹(Swelling)，D-大變形或大撓度(Large deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變(Finite strain)，B-單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度

35、(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。單元使用應(yīng)注意的問題：關(guān)于SOLID72/73單元；（2）SOLID185積分方式可選擇。1.6 殼單元:SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，209殼單元可以模擬平板和曲殼一類結(jié)構(gòu)。殼元比梁元和實(shí)體元要復(fù)雜的多，因此殼類單元中各種單元的選項(xiàng)很多。桿、梁?jiǎn)卧鍤卧獙?shí)體單元單元使用應(yīng)注意的問題：通常不計(jì)剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計(jì)入剪切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。1.7 彈簧單元:COMBIN7，14，37，39，40彈簧單元是一

36、類專門模擬“彈簧”行為的單元，不同于用結(jié)構(gòu)單元（如LINK等）的模擬。1.8 質(zhì)量單元:MASS21MASS21為具有6個(gè)自由度的點(diǎn)單元， 即只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)自自由度可為Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz，通過不同設(shè)置可僅考慮2D或3D內(nèi)的平動(dòng)自由度及其組合，它每個(gè)坐標(biāo)方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該單元無面荷載和體荷載，支持彈性、大變形和生死單元。1.9 接觸單元:CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，178ANSYS支持三種接觸方式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面和面對(duì)面的接觸，接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面之上的一層單元

37、。點(diǎn)點(diǎn)單元用于模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸行為，且預(yù)先知道接觸位置；點(diǎn)面單元用于模擬點(diǎn)對(duì)面的接觸行為，預(yù)先不要確定接觸位置，接觸面之間的網(wǎng)格不要求一致；面面單元用于模擬面對(duì)面的接觸行為，支持低階和高階單元，支持大變形行為等。1.10 矩陣單元:MATRIX27，50MATRIX27為剛度、阻尼、質(zhì)量矩陣單元，可表示一種任意的單元。本單元具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可重合或不重合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，即Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz。該單元無面荷載和體荷載，但支持單元生死功能。其矩陣可為對(duì)稱或不對(duì)稱形式，通過Keyopt(3)設(shè)置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。本單元可模擬任意類型的單元，

38、如可模擬特殊彈簧和節(jié)點(diǎn)柔性連接等。MATRIX50為超單元，它是預(yù)先裝配好的可獨(dú)立使用的一組單元。該單元無節(jié)點(diǎn)和實(shí)常數(shù)，其自由度數(shù)目由所包含的單元決定，其面荷載和體荷載可通過總的載荷向量和比例系數(shù)施加，該單元支持大變形功能。該單元不能包含基于拉格朗日乘子的單元（如MPC184等），不支持非線性（忽略所包含的單元非線性）。超單元可包含其它超單元，2D超單元只能用于二維分析，而3D超單元?jiǎng)t只能用于三維分析。1.11 表面效應(yīng)元:SURF153，154SURF153和SURF154分別為2D和3D結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)單元，可用于各種荷載（法向、切向、法向漸變、輸入矢量方向等）及表面效應(yīng)（基礎(chǔ)剛度、表面張力及

39、附加質(zhì)量等）情況，可覆蓋于任何二維（軸對(duì)稱諧結(jié)構(gòu)單元PLANE25/83除外）和三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元表面。1.12 粘彈實(shí)體元:VISCO88，89，106，107，108，1.13 超彈實(shí)體元:HYPER56，58，74，84，86，1581.14 耦合場(chǎng)單元:SOLID5，PLANE13，F(xiàn)LUID29，30，38，SOLID62，F(xiàn)LUID79，F(xiàn)LUID80，81，SOLID98，F(xiàn)LUID129，INFIN110，111，F(xiàn)LUID116，1301.15 界面單元:INTER192，193，194，1951.16 顯式動(dòng)力分析單元:LINK160，BEAM161，PLANE162，SHE

40、LL163，SOLID164，COMBI161.17 預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元（1）PRETS179為2D/3D預(yù)緊單元，用于定義網(wǎng)分后的二維或三維結(jié)構(gòu)預(yù)緊區(qū)，可由任意結(jié)構(gòu)單元（桿、梁、管、殼、2D實(shí)體和3D實(shí)體）建立。該單元具有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)自由度Ux，該Ux為預(yù)緊方向的位移，ANSYS通過幾何條件將預(yù)緊力施加到指定的預(yù)緊荷載方向上，而不必考慮模型是如何定義的。該單元不支持面荷載和體荷載，僅支持非線性特性；不能使用約束方程和自由度耦合，NROTAT命令不能用于節(jié)點(diǎn)K，且K節(jié)點(diǎn)必須位于整體直角坐標(biāo)系。（2）MPC184為多點(diǎn)約束單元，有剛性桿、剛性梁、滑移、球形、銷釘、萬向接頭的約

41、束，適用于使用拉格朗日乘子的具有運(yùn)動(dòng)約束時(shí)情況，該單元可用于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)，如起重機(jī)、挖掘機(jī)、汽車、機(jī)床和機(jī)器人等。該單元有2個(gè)或3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy(2D)或Ux、Uy、Uz(3D) 或Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz(3D)自由度。無實(shí)常數(shù)和面荷載，支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，支持大變形和單元生死。MESH200是僅用來劃分網(wǎng)格的單元，對(duì)計(jì)算結(jié)果毫無影響。它是為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)的。該單元可用于劃分兩維或三維空間的線，三維空間中的三角形、四邊形、四面體或六面體單元組成的面或體，且均包括有或沒有中間節(jié)點(diǎn)的情況。MESH200單元可與任意其它單元一起使用，當(dāng)不

42、再需要它時(shí)，可以將其刪除或保留2 ANSYS 的基本使用2.1 ANSYS環(huán)境簡(jiǎn)介ANSYS有兩種模式：一種是交互模式（Interactive Mode），另一個(gè)是非交互模式（Batch Mode）。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，一般無特別原因皆用交互模式。但若分析的問題要很長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行分析。運(yùn)行該程序一般采用 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 Run Interactive Now 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

43、，使用該方式進(jìn)入一般是為恢復(fù)上一次中斷的分析。所以在開始分析一個(gè)問題時(shí)，建議使用 Interactive 進(jìn)入交互模式。進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)有6個(gè)窗口，提供使用者與軟件之間的交流，憑借這6個(gè)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(jié)果及圖形輸出與打印。整個(gè)窗口系統(tǒng)稱為GUI(Graphical User Interface).如圖2-1所示。各窗口的功能如下：應(yīng)用命令菜單（Utility Menu）：包含各種應(yīng)用命令，如文件控制（File）、對(duì)象選擇（Select）、資料列式（List）、圖形顯示（plot）、圖形控制（PlotCtrls）、工作界面設(shè)定（WorkPlane）、參數(shù)化設(shè)計(jì)

44、（Parameers）、宏命令（Macro）、窗口控制（MenuCtrls）及輔助說明（Help）等。主菜單（Main Menu）：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、分析類型的選擇、求解過程等。工具欄（Toolbar）：執(zhí)行命令的快捷方式，可依照各人愛好自行設(shè)定。輸入窗口（Input Window）：該窗口是輸入命令的地方，同時(shí)可監(jiān)視命令的歷程。圖形窗口（Graphic Window）：顯示使用者所建立的模塊及查看結(jié)果分1析。1輸出窗口（Output Window）：該窗口敘述了輸入命令執(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)值模擬方法有：有限元法

45、、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。由于單元形狀簡(jiǎn)單，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(duì)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(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，構(gòu)成有限元系統(tǒng)的基本對(duì)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)。單元（Element）：?jiǎn)卧枪?jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相連而成，單元的組合由各節(jié)點(diǎn)相互連接。不同特性的工程統(tǒng)，可選用不同種

46、類的單元，ANSYS提供了一百多種單元，故使用是必須慎重選則單元型號(hào)。自由度（Degree Of Freedom）：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(qǐng)查看ANSYS自帶的幫助文檔（Help/Element Refrence），那里有每種單元類型的詳盡介紹。2.3 ANSYS架構(gòu)及命令A(yù)NSYS構(gòu)架分為兩層，一是起始層（Begin Level），二是處理層（Processor Level）。這兩個(gè)層的關(guān)系主要是使用命令輸入時(shí)，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敘述如下：1.前置處理（

47、General Preprocessor, 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、單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)排列次序2）材料屬性3）單元切割的產(chǎn)生2.求解處理（Solution Processor, SOLU）1）負(fù)載條件2）邊界條件及求解3.后置處理（General Postprocessor, POST1或Time Domain Postprocessor, 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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析，用于與時(shí)間相關(guān)的時(shí)域

48、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,CANTILEVER BEAM DEFLECTION ！定義分析的標(biāo)題/UNITS,SI ！定義單位制（注意觀察輸出窗口的單位）/PREP7 ！進(jìn)入前置處理ET,1,3 ！定義單元類型為beam3MP,EX,1,200E9 ! 定義楊氏模量R,1,3E-

49、4,2.5E-9,0.01 ！定義實(shí)常數(shù)（要嚴(yán)格根據(jù)該單元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(hào)節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為0，Y坐標(biāo)為0N,2,1,0 ！定義第2號(hào)節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為1，Y坐標(biāo)為0N,3,2,0 ！定義第3號(hào)節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為2，Y坐標(biāo)為0N,4,3,0 ！定義第4號(hào)節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為3，Y坐標(biāo)為0N,5,4,0 ！定義第5號(hào)節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)為4，Y坐標(biāo)為0E,1,2 ！把1、2號(hào)節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為1號(hào)單元E,2,3 ！把2、3號(hào)節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為2號(hào)單元E,3,4 ！把3、4號(hào)節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)將自定義為3號(hào)單元E,4,5 ！把4、5號(hào)節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成單元，系統(tǒng)

50、將自定義為4號(hào)單元FINISH ！退出該處理層/SOLU ！進(jìn)入求解處理器D,1,ALL,0 ！對(duì)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)加集中外力向下2NSFBEAM,3,1,PRES,0.05 ！在3 號(hào)單元的第1個(gè)面上施加壓力 SFBEAM,4,1,PRES,0.05 ！同上在4號(hào)單元的第1個(gè)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)雜的載荷可以看做簡(jiǎn)單的載荷相互疊加，在ANSYS中每施加一類載荷都可以進(jìn)行一次求解，可以查看它對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，稱為子步。PLDISP ！顯示變形后的形

51、狀FINISH ！完成在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，由Begin Level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Begin Level，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(gè)主要的步驟：1) 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2) 施加載荷并求解 施加載荷及設(shè)定約束條件 求解3) 查看結(jié)果 查看分析結(jié)果 檢查結(jié)果是否正確2.5 ANSYS 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

52、設(shè)定的工作文件名，ext是由ANSYS定義的擴(kuò)展名，用于區(qū)分文件的用途和類型，默認(rèn)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(gè)是數(shù)據(jù)庫文件jobname.db、記錄文件jobname.log、輸出文件jobname.out、錯(cuò)誤文件jobname.err、結(jié)果文件jobname.rxx及圖形文件jobname.grph。【例2-2】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(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(gè)節(jié)點(diǎn)、3 個(gè)單元。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(qǐng)小心輸入，注意所產(chǎn)生的文件。/FILNAM,EX2-2 ! 定義文件名/PREP7 ET, 1, LINK1 ! 定義桿單元R, 1, 1