ANSYS基本應(yīng)用簡(jiǎn)介（26頁(yè)清楚明了）

1、研 究 內(nèi) 容 一 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 三 小結(jié) 二 ANSYS 基本應(yīng)用 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)。該軟件采用APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，能和AutoCAD, PRO/E ,I-DEAS，SolidWorks, UG等多種CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。 有限元分析問(wèn)題的組成：對(duì)幾何模型的模擬（建立幾何模型） 對(duì)物理模型的模擬（建立材料模型）對(duì)工藝過(guò)程的模擬（建立分析過(guò)程）結(jié)果的整理和判斷 參數(shù)的調(diào)整ANSYS 軟

2、件簡(jiǎn)介 二 基本原理 理解ANSYS中的有限元分析 基本思想 將問(wèn)題的求解域劃分為一系列單元，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(guò)選定的函數(shù)關(guān)系插值得到。由于單元形狀簡(jiǎn)單，易于利用平衡關(guān)系和能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量的方程式，將各單元方程集組成總體代數(shù)方程組計(jì)入邊界條件后即可對(duì)方程求解。 第一， 以一系列有限的幾何上簡(jiǎn)單的子域（有限元）表示一個(gè)幾何上復(fù)雜的域 第二，對(duì)每一個(gè)子域運(yùn)用基本的概念來(lái)推導(dǎo)近似因數(shù)。 基本特點(diǎn) ANSYS軟件提供的分析類型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)非線性分析 動(dòng)力學(xué)分析 熱分析 電磁場(chǎng)分析 流體動(dòng)力學(xué)分析 聲場(chǎng)分析 壓電分析 ANSYS 軟件簡(jiǎn)

3、介 分析類型 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 ANSYS程序功能強(qiáng)大，它友好的圖形用戶界面及優(yōu)秀的程序結(jié)構(gòu)使其更加方便使用，圖形用戶界面(GUI)由應(yīng)用菜單、輸入、工具條、主菜單、圖形、輸出六部分組成，都有各自的窗口和工具條，方便使用。這些窗口可進(jìn)行移動(dòng)或隱去等操作。工具條圖形窗口輸入窗口主菜單應(yīng)用菜單ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 軟件常用模塊組成：前處理模塊 實(shí)體建模網(wǎng)絡(luò)劃分分析計(jì)算模塊 加載和求解后處理模塊 通用后處理模塊(POST1）時(shí)間歷程后處理模塊（POST26）優(yōu)化模塊ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 單元選擇 材料定義 幾何建模 網(wǎng)格劃分模型局部調(diào)整施加荷載 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 建立模型幾何

4、方式建模 在ANSYS中按照點(diǎn)、線、面、體等幾何組件建立分析對(duì)象的幾何模型 建模完成后再賦予相應(yīng)的物理屬性準(zhǔn)備網(wǎng)格劃分 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 網(wǎng)格劃分ANSYS主要提供了三種網(wǎng)格劃分方式 自由網(wǎng)格劃分（Free） 映射網(wǎng)格劃分（Mapped）掃略網(wǎng)格劃分（Sweep） 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 施加荷載 ANSYS結(jié)構(gòu)分析里面的荷載主要有以下一些 ：位移 集中力（彎矩） 分布力加速度激勵(lì)譜（位移、速度、加速度）溫度 通用前處理模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 分析問(wèn)題的類型 設(shè)定分析參數(shù) 添加荷載條件 建立荷載工況求解 求解模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 分析問(wèn)題的類型 求解

5、模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 單元生死 用戶可以通過(guò)殺死或激活單元來(lái)模擬材料的消去或添加一種特殊的狀態(tài)非線性，模擬一些分析模型變化帶來(lái)的非線性 殺死：?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠融呌诹?，單元荷載、壓力和熱應(yīng)變等為零 激活：?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠然謴?fù) 求解模塊 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 結(jié)果的文字輸出（Result List） 結(jié)果的云圖輸出（Result Contour） 結(jié)果的矢量輸出（Result Vector） 結(jié)果的路徑輸出（Result Mapping）Element Table的提取Load Case及其組合 通用后處理模塊 ANSYS可模擬采礦中的一系列問(wèn)題 采場(chǎng)礦壓規(guī)律的有限元分析開(kāi)采后地表的沉陷露天礦邊坡的穩(wěn)定性

6、開(kāi)采引起地表移動(dòng)規(guī)律的有限元分析 巷道問(wèn)題的有限元分析巷道頂板的穩(wěn)定性巷道開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng) 多場(chǎng)耦合問(wèn)題溫度場(chǎng)與固體應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用巖體與液體的耦合作用溫度場(chǎng)、固體和液體三相耦合作用 采場(chǎng)風(fēng)流的有限元分析 煤層注水問(wèn)題的有限元分析 應(yīng) 用 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 實(shí)例一隧道開(kāi) 挖 圖 1 模型邊界圖 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 圖1為在地面有建筑荷載作用下的隧道開(kāi)挖剖面圖。由于建筑荷載已經(jīng)存在，所以首先計(jì)算在自重作用下的沉降值，其次進(jìn)行外荷載的施加，計(jì)算出所有外荷作用下的沉降值，再將隧洞范圍內(nèi)的單元設(shè)為死單元再進(jìn)行一次計(jì)算，得出總的沉降值，由此總沉降值減去自重作用下的沉降值即為所求的沉降值。 計(jì)

7、算模型的選擇： （1）計(jì)算模型邊界的確定 本模型中隧洞以上由工程限制為拱頂至地面，其余三方向均取以隧洞底板中心向外延伸50m。圖 2 荷載和邊界約束圖 （2）模型的選擇 根據(jù)工程情況，將其視為連續(xù)體進(jìn)行考慮，考慮荷載對(duì)隧洞的影響僅在一定范圍內(nèi)，故對(duì)隧洞左方、右方、下方進(jìn)行約束，左右限制其X 方向的位移，下方限制其Y 方向的位移，其邊界約束如圖2。（3）單元類型的選擇 分析中采用PLANE42單元。PLANE42單元可以用于平面應(yīng)變，也可以用于平面應(yīng)力分析。此單元在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上有兩個(gè)自由度。即沿著坐標(biāo)X軸和Y 軸方向的自由度。單元中包含了塑性、蠕變、應(yīng)力剛度、大變形和大應(yīng)變分析。其它區(qū)域?yàn)榉羌?xì)化

8、區(qū)，單元邊長(zhǎng)取為2 。 實(shí)例一隧道開(kāi)挖 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 表1 隧道開(kāi)挖區(qū)域及圍巖材料參數(shù) 實(shí)例隧道開(kāi)挖 （4）材料類型的確定根據(jù)巖石參數(shù)及相關(guān)分析，材料選擇情況為：在各向同性線彈性材料中輸入彈性模量和泊松比兩個(gè)參數(shù)，在非線性材料中的D-P材料中輸入粘聚力和磨擦角這兩個(gè)參數(shù)，再在密度欄中輸入密度值。（5）單元的劃分分析采用四邊形四節(jié)點(diǎn)等參單元?？紤]到單元?jiǎng)澐值氖杳?、大小和形狀影響?jì)算精度，在實(shí)際分析中在所關(guān)注的區(qū)域單元?jiǎng)澐指?，而其它區(qū)域劃分得稀疏一些。本分析中將隧洞建筑荷載直接作用范圍內(nèi)作為細(xì)化區(qū)域，單元邊長(zhǎng)取為1 ；而其它區(qū)域?yàn)榉羌?xì)化區(qū)，單元邊長(zhǎng)取為2 。材料名稱彈性模量/GPA

9、泊松比粘聚力/MPa內(nèi)摩擦角/ 密度kg/m3類單元140.250.302401700類單元140.250.302402000 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 實(shí)例二邊坡穩(wěn)定性分析 邊坡截面形式如圖所示，圖中所有長(zhǎng)度單位為米，模型為公路附近邊坡的整體形式。D區(qū)域?yàn)楦咚俟返穆访鎸挾?，C為支護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土擋土墻，擋土墻的支護(hù)厚度為1米，采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。A部分區(qū)域巖層為類巖層，E部分及B部分D部分為類巖層。 材料名稱彈性模量GPA泊松比密度kg/m3類圍巖10.41700類圍巖20.352000C30混凝土300.22500表2 巖層及混凝土屬性 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 圖3 高速

10、公路邊坡截面形式及巖層分布實(shí)例二邊坡穩(wěn)定性分析 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 公路邊坡的修建過(guò)程的仿真模擬包括加載與初始地應(yīng)力模擬、上臺(tái)邊坡開(kāi)挖求解和路基開(kāi)挖與擋墻支護(hù)求解分析等步驟。本例采用彈塑性力學(xué)中的平面應(yīng)變理論以及ANSYS分析中的單元生死功能對(duì)高速公路邊坡的修建過(guò)程中的第一步，加載與初始地應(yīng)力進(jìn)行模擬分析。 邊坡可分為穩(wěn)定邊坡、可能失穩(wěn)邊坡和失穩(wěn)邊坡。通常又將可能失穩(wěn)邊坡和失穩(wěn)邊坡統(tǒng)稱為病害邊坡。病害邊坡的發(fā)展受諸多因素的影響。一般而言，巖質(zhì)邊坡的病害發(fā)展受坡體主導(dǎo)結(jié)構(gòu)面的控制，其破壞形式多呈平面破壞、楔體破壞和傾倒破壞，對(duì)于土坡或破碎巖體邊坡，其破壞形式多呈圓弧破壞。對(duì)于工程邊坡，工

11、程開(kāi)挖破壞了自然邊坡的原有平衡，致使邊坡病害進(jìn)一步加劇，存在由可能失穩(wěn)邊坡發(fā)展為失穩(wěn)邊坡的趨勢(shì)，因此，工程開(kāi)挖成為邊坡發(fā)展的重要影響因素。邊坡的防護(hù)對(duì)于邊坡的穩(wěn)定、安全使用、美化道路、保護(hù)環(huán)境、水土保持以及保證運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響等起著重要作用。由于邊坡防護(hù)工程與地質(zhì)條件密切相關(guān)，因此很難通過(guò)手工計(jì)算來(lái)驗(yàn)證防護(hù)措施是否能夠起到穩(wěn)定邊坡的作用。但是，隨著計(jì)算機(jī)模擬數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，可采用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算。 實(shí)例二邊坡穩(wěn)定性分析 過(guò)程分析 二 ANSYS 的基本應(yīng)用 ANSYS使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 緊密結(jié)合自身專業(yè)知識(shí) 復(fù)習(xí)有限元的理論知識(shí)，加深對(duì)有限元單元法及其基本概念的理解

12、 結(jié)果分析需要用到材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等方面的知識(shí)進(jìn)行理論上的判斷；熟悉計(jì)算方法、數(shù)值分析等，對(duì)具體的問(wèn)題選擇相應(yīng)計(jì)算方法做出正確判斷并且對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)控制 實(shí)際的工程問(wèn)題分析需要較高的有限元建模能力，掌握好的建模思想和技巧，會(huì)使后繼分析工作變得相對(duì)簡(jiǎn)單 三 小結(jié) ANSYS使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 審問(wèn)之 慎 思之討論交流是學(xué)習(xí)的最好方式 。在使用ANSYS處理問(wèn)題時(shí)，可能會(huì)遇到大量ERROR提示。其中許多ERROR經(jīng)過(guò)自己的思考是能夠解決的簡(jiǎn)單的問(wèn)題。 遇到問(wèn)題要有耐心，調(diào)整好心態(tài)，坦然面對(duì)，并積極思考問(wèn)題出現(xiàn)的原因。堅(jiān)持學(xué)習(xí)，當(dāng)出現(xiàn)的問(wèn)題有突破性進(jìn)展時(shí)，自身的水平也得到提高 注意經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，善于總結(jié)的人才能不斷提高。一方面，初學(xué)時(shí)，要注重自己經(jīng)驗(yàn)的積累；另一方面，當(dāng)運(yùn)