ANSYS10.0結(jié)構(gòu)分析從入門到精通-緒論

ANSYS10.0結(jié)構(gòu)分析從入門到精通主講人:徐紅玉2023/2/6ANSYS簡(jiǎn)介ANSYS公司

美國(guó)，成立于1970年總部位于

Canonsburg,PA-USA(匹茲堡南部)2023/2/6ANSYS支持銷售商(ASDs)ANSYS銷售、支持網(wǎng)絡(luò)遍布世界共有75個(gè)辦事處ANSYS地區(qū)級(jí)專家咨詢及培訓(xùn)ANSYS主頁(yè)：

ANSYS-CHINA(安世亞太):.cn2023/2/6ANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpaceANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/MultiphysicsANSYS/FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/MechanicalANSYS的產(chǎn)品家族2023/2/6ANSYS系列產(chǎn)品簡(jiǎn)介ANSYS是一個(gè)完整的協(xié)同仿真軟件包，它適合世界范圍各個(gè)工程領(lǐng)域的工程師們使用。構(gòu)成協(xié)同仿真環(huán)境的CAE產(chǎn)品包括：結(jié)構(gòu)分析體系電磁場(chǎng)分析體系流體分析體系行業(yè)化定制模塊仿真模型建造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員快捷分析工具多目標(biāo)快速優(yōu)化工具客戶化開發(fā)平臺(tái)ANSYS在部分工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用如下：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械2023/2/6結(jié)構(gòu)分析體系MechanicalLS-DYNAFE-SAFEVirtualMotion2023/2/6Mechanical－－以強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)非線性著稱的機(jī)械模塊，結(jié)構(gòu)及熱分析模塊

2023/2/6LS-DYNA：以強(qiáng)大的碰撞、沖擊、爆炸、穿甲模擬能力著稱的顯式模塊

2023/2/6FE-SAFE：高級(jí)疲勞分析專用軟件，提供了豐富的材料疲勞特性數(shù)據(jù)庫(kù)，強(qiáng)大載荷歷史組合功能可處理任意復(fù)雜工況，細(xì)致的功能和多軸疲勞算法

2023/2/6VirtualMotion：機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析模擬模塊2023/2/6電磁場(chǎng)分析體系EMAGFEKO2023/2/6EMAG

：FEM法高低頻電磁分析模塊

2023/2/6FEKO：MOM法高頻電磁分析模塊

同軸電纜中的電場(chǎng)(EFSUM)2023/2/6流體力學(xué)分析體系CFXCart3DBladeGenTurboGrid2023/2/6CFX：高級(jí)流體動(dòng)力學(xué)分析專用軟件

2023/2/6Cart3D：飛行器外流快速分析專用軟件

2023/2/6BladeGen：交互式渦輪機(jī)械葉片專用設(shè)計(jì)工具TurboGrid：渦輪葉柵通道網(wǎng)格劃分系統(tǒng)

2023/2/6行業(yè)化定制模塊DesignSpace：快捷分析工具DesignXplorer：快捷優(yōu)化工具Fatigue：快捷疲勞分析工具2023/2/6仿真模型建造系統(tǒng)WorkbenchEntironment：協(xié)同仿真DesignModeler：實(shí)體建模AIEntironment：CAE網(wǎng)格雕塑ICEMCFD：CFD網(wǎng)格雕塑2023/2/6設(shè)計(jì)人員快捷分析工具箱DesignXplorer：基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化工具DesignXplorerVT：基于變分技術(shù)優(yōu)化工具2023/2/6多目標(biāo)快速優(yōu)化工具CivilFEM:土木工程專用DYNAFORM：板成形仿真專用VPG：汽車虛擬試驗(yàn)場(chǎng)專用Sysnoise：聲學(xué)分析專用DropTest：跌落仿真專用MEMSPro：MEMS設(shè)計(jì)、分析工具2023/2/6客戶化開發(fā)平臺(tái)ANSYSWorkbenchSDK2023/2/6有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。定義歷史典故結(jié)構(gòu)分析的有限元方法是由一批學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究者在二十世紀(jì)五十年代到二十世紀(jì)六十年代創(chuàng)立的。有限元分析理論已有100多年的歷史，是懸索橋和蒸汽鍋爐進(jìn)行手算評(píng)核的基礎(chǔ)。ANSYS理論基礎(chǔ)(有限元法)簡(jiǎn)介模擬設(shè)計(jì)載荷條件并確定設(shè)計(jì)對(duì)這些條件的響應(yīng)設(shè)計(jì)利用離散的結(jié)構(gòu)塊稱為單元來建模每一個(gè)單元都有精確的方程來描述它如何對(duì)一定載荷的響應(yīng)模型中所有單元的響應(yīng)之和給出設(shè)計(jì)的總響應(yīng)單元具有有限數(shù)目的未知量,因此稱為有限單元有限元分析(FEA)2023/2/6

幾何體

載荷

物理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)熱電磁物理系統(tǒng)舉例2023/2/6有限元模型真實(shí)系統(tǒng)有限元模型有限元模型

有有限數(shù)目的未知量,是對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)響應(yīng)的近似,是真實(shí)系統(tǒng)理想化的數(shù)學(xué)抽象。2023/2/6為何需要有限元?減少樣機(jī)測(cè)試數(shù)量計(jì)算機(jī)模擬允許多個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)想快速有效地進(jìn)行測(cè)試模擬不適合于進(jìn)行樣機(jī)測(cè)試的設(shè)計(jì)例如:外科手術(shù)移植,如人造膝蓋基本著眼點(diǎn):節(jié)約成本節(jié)省時(shí)間…縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的周期!創(chuàng)造更可靠,更高質(zhì)量的設(shè)計(jì)2023/2/6自由度（DOFs）自由度(DOFs)

用于描述一個(gè)物理場(chǎng)的響應(yīng)特性。結(jié)構(gòu)DOFs結(jié)構(gòu) 位移熱

溫度電 電位流體壓力

磁 磁位學(xué)科領(lǐng)域 自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ2023/2/6節(jié)點(diǎn):空間中的坐標(biāo)位置，具有一定自由度并存在相互物理作用。單元:一組節(jié)點(diǎn)自由度間相互作用的數(shù)值、矩陣描述（稱為剛度或系數(shù)矩陣)。單元有線、面或?qū)嶓w或者二維或三維的單元等種類。有限元模型由一些簡(jiǎn)單形狀的單元組成，單元之間通過節(jié)點(diǎn)連接，并承受一定載荷。載荷載荷節(jié)點(diǎn)和單元2023/2/6節(jié)點(diǎn)和單元(續(xù))

每個(gè)單元的特性是通過幾個(gè)線性方程式來描述的。作為一個(gè)整體，有限個(gè)單元形成了整體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型盡管梯子的有限元模型低于100個(gè)方程（即自由度），然而在今天一個(gè)小的ANSYS分析就可能有5000個(gè)未知量，矩陣可能有25，000，000個(gè)剛度系數(shù)。2023/2/6節(jié)點(diǎn)和單元(續(xù))信息是通過單元之間的公共節(jié)點(diǎn)傳遞的。分離但節(jié)點(diǎn)重疊的單元A和B之間沒有信息傳遞（需進(jìn)行節(jié)點(diǎn)合并處理）具有公共節(jié)點(diǎn)的單元之間存在信息傳遞

...AB........AB...1node2nodes2023/2/6節(jié)點(diǎn)和單元(續(xù))節(jié)點(diǎn)自由度是隨

單元類型變化的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三維桿單元(鉸接)UX,UY,UZ三維梁?jiǎn)卧S或軸對(duì)稱實(shí)體單元UX,UY三維四邊形殼單元UX,UY,UZ,三維實(shí)體熱單元TEMPJPOMNKJIL三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元ROTX,ROTY,ROTZROTX,ROTY,ROTZUX,UY,UZ,UX,UY,UZ2023/2/6單元形函數(shù)FEA僅僅求解節(jié)點(diǎn)處的DOF值。單元形函數(shù)是一種數(shù)學(xué)函數(shù)，規(guī)定了從節(jié)點(diǎn)DOF值計(jì)算單元內(nèi)所有點(diǎn)處DOF值的方法。因此，單元形函數(shù)提供出一種描述單元內(nèi)部結(jié)果的“形狀”。單元形函數(shù)描述的是給定單元的一種假定的特性。單元形函數(shù)與真實(shí)工作特性吻合好壞程度直接影響求解精度。2023/2/6真實(shí)的二次曲線.節(jié)點(diǎn)單元線性近似

(不理想結(jié)果).2單元形函數(shù)(續(xù))節(jié)點(diǎn)單元DOF值二次分布..1節(jié)點(diǎn)單元線性近似(較理想的結(jié)果)真實(shí)的二次曲線.....3節(jié)點(diǎn)單元二次近似(接近于真實(shí)的二次近似擬合)

(最理想結(jié)果)..42023/2/6單元形函數(shù)(續(xù))遵循:

DOF值可以精確或不太精確地等于在節(jié)點(diǎn)處的真實(shí)解，但單元內(nèi)的平均值與實(shí)際情況吻合得很好這些平均意義上的典型解是從單元DOFs推導(dǎo)出來的（如，結(jié)構(gòu)應(yīng)力，熱梯度）。如果單元形函數(shù)不能精確描述單元內(nèi)部的DOFs，就不能很好地得到導(dǎo)出數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些導(dǎo)出數(shù)據(jù)是通過單元形函數(shù)推導(dǎo)出來的。2023/2/6單元形函數(shù)(續(xù))遵循原則:

當(dāng)選擇了某種單元類型時(shí)，也就十分確定地選擇并接受該種單元類型所假定的單元形函數(shù)。在選定單元類型并隨之確定了形函數(shù)的情況下，必須確保分析時(shí)有足夠數(shù)量的單元和節(jié)點(diǎn)來精確描述所要求解的問題。2023/2/6ANSYS分析的基本過程ANSYS分析過程包含3個(gè)主要步驟:

前處理加載并求解后處理2023/2/6前處理創(chuàng)建實(shí)體模型及有限元模型創(chuàng)建ANSYS模型的4種途徑：(1)在ANSYS環(huán)境中創(chuàng)建實(shí)體模型并劃分有限元網(wǎng)格；(2)在其它軟件(如CAD、UG、Solidwork)創(chuàng)建實(shí)體模型，然后讀入ANSYS環(huán)境中，經(jīng)過修改后劃分有限元網(wǎng)格；(3)在ANSYS環(huán)境中直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)和單元；(4)在其它軟件中創(chuàng)建有限元模型，然后將節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù)讀入ANSYS.2023/2/6加載并求解加載類型(1)自由度(DOF):位移、溫度、磁勢(shì)；(2)面載荷(線載荷)：壓力、熱對(duì)流、麥克斯韋爾表面；(3)體積荷載：體積膨脹和內(nèi)生成熱、磁流密度；(4)慣性載荷：重力、加速度。2023/2/6加載并求解求解前的檢查(1)單元類型和選項(xiàng)、材料性質(zhì)參數(shù)、實(shí)常數(shù)以及統(tǒng)一的單位制；(2)單元實(shí)常數(shù)和材料類型設(shè)置、實(shí)體模型的質(zhì)量特性；(3)確保模型中沒有不應(yīng)存在的縫隙；(4)殼單元法線、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系；(5)集中荷載和體積荷載、面荷載的方向；(6)溫度場(chǎng)的分布和范圍、熱膨脹分析的參考溫度。2023/2/6后處理通用后處理器(POST1):用于觀看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果；(2)時(shí)間歷程后處理器(POST26):用于觀看模型在不同時(shí)間段或子步上的結(jié)果，常用于處理瞬態(tài)分析和動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果。2023/2/6ANSYS10.0－ED的安裝ANSYS10.0教學(xué)版包含有ANSYS結(jié)構(gòu)、熱、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、電磁、高速高度非線性(ANSYS/LS-DYNA)模塊。求解規(guī)模及建模規(guī)模限制：Max.NodeNo.:

1,000

Max.h-ElementNo.:

500

Max.CFDElementNo.:

2,000

Max.LFEmagElementNo.:

1,000

MaxHFEmagElementNo.:

5,000

Max.p-ElementNo.:

100Max.Keypoint

No.:

100Max.LineNo.:

100Max.AreaNo.:

50Max.VolumeNo.:

102023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6直接進(jìn)入用戶界面產(chǎn)品選擇界面協(xié)同仿真環(huán)境ANSYS10.0－ED的啟動(dòng)2023/2/62023/2/62023/2/6選擇ANSYS的工作目錄，ANSYS所有生成的文件都將寫在此目錄下.缺省為上次運(yùn)行定義的目錄。選擇ANSYS產(chǎn)品選擇模擬環(huán)境設(shè)定初始工作文件名，缺省為上次運(yùn)行定義的工作文件名，第一次運(yùn)行缺省為file2023/2/6設(shè)定ANSYS工作空間及數(shù)據(jù)庫(kù)大小選擇ANSYS語言如果配置了3D顯卡則選擇3D選擇Run，運(yùn)行ANSYS2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6ANSYS10.0的安裝與啟動(dòng)1.將ansys10.0安裝文件中MAGNiTUDE

文件夾(包括其所有的文件復(fù)制)copy到桌面上；按安裝文件中

Autorun界面上最下面的一個(gè)按鈕；或安裝文件中的WinHostId

可執(zhí)行文件。彈出如下圖界面。安裝步驟2023/2/62.用記事本打開桌面上“MAGNiTUDE”文件夾下的ansys(.dat)對(duì)于第一行“SERVERhost0000000000001055”，用前面界面上的hostname的值代替上述“host”，用flexid的值代替“000000000000”保存。

比如某人hostname為“iwantppmm”flexid為“888888888888”

則他的第一行改為：

SERVERiwantppmm8888888888881055

另：系統(tǒng)默認(rèn)裝在c盤，安裝后占的空間大概為1.4G.如果不把ANSYS裝在C盤上，還要將第二行中那個(gè)路徑前面的盤符改掉,建議按默認(rèn)的路徑安裝。2023/2/63.運(yùn)行keygen.bat，確保桌面上出現(xiàn)license.dat。

4.安裝ansys和flexlm,在安裝flexlm時(shí)，需Browsertothelicense.dat,將license的

路徑指向你的license.dat的位置，

完成!!!!!

注意：

在安裝完ansys時(shí)，它默認(rèn)繼續(xù)安裝flexlm，

隨后的第一個(gè)對(duì)話框是license模式之類的對(duì)話框，默認(rèn)是否，為了能夠使用下面的

說明，一定要選是。簡(jiǎn)單的記為只要出現(xiàn)對(duì)話框（兩個(gè)）就選是。

2023/2/65.設(shè)置環(huán)境變量

右擊我的電腦---屬性——高級(jí)——環(huán)境變量----系統(tǒng)變量（注：不是用戶變量）—

—新建變量名：ANSYSLMD_LICENSE_FILE

變量值：1055@name(注：name是你的計(jì)算機(jī)名稱)

6.Copy生成的license.dat文件到：

c:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\下7.從開始>程序>ANSYSFLEXlLicenseManager運(yùn)行FLEXlmLMTOOLSUtility，進(jìn)行如下設(shè)置：

（見頁(yè)下圖示）2023/2/62023/2/6(1)從configservices中將三個(gè)文件的地址從目錄中尋找出來:

C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\Lmgrd.exe

C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\Licensing\Intel\license.dat將這個(gè)目錄直接拷貝到第三個(gè)欄里C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\intel（注：這個(gè)常常只指明路徑就行，不用找）然后點(diǎn)擊saveservice；2023/2/62023/2/6(2)從start/stop/reread運(yùn)行stopserver然后再startserver.2023/2/69.從開始>程序>ANSYS10>ANSYS啟動(dòng)軟件一切OK！恭喜您安裝成功！?。?！2023/2/62023/2/6ANSYS10.0界面介紹輸出窗口顯示軟件的文本輸出。通常在其他窗口后面，需要查看時(shí)可提到前面。2023/2/6應(yīng)用命令菜單（UtilityMenu）：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（Pplot）、圖形控制（PlotCtrls）、工作界面設(shè)定（WorkPlane）、參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parameers）、宏命令（Macro）、窗口控制（MenuCtrls）及輔助說明（Help）等。在分析過程的任意時(shí)刻都可以執(zhí)行這些命令；狀態(tài)欄ANSYS主菜單ANSYS工具欄標(biāo)準(zhǔn)工具欄ANSYS實(shí)用菜單ANSYS命令輸入窗口ANSYS圖標(biāo)按鈕圖形窗口2023/2/6ANSYS主菜單：主菜單中包括ANSYS主要的功能，例如預(yù)處理，求解和后處理等，如圖所示。主菜單按樹形結(jié)構(gòu)分類組織，級(jí)聯(lián)菜單可以展開、折疊。GeneralPostproc(通用后處理):對(duì)應(yīng)ANSYS命令：/POST1，進(jìn)入通用后處理器?？梢砸圆煌问?比喻云圖、數(shù)據(jù)表)查看整個(gè)模型或選定的部分模型，在某一時(shí)間（或頻率）上針對(duì)特定載荷組合時(shí)的結(jié)果數(shù)據(jù)。Preference(過濾參數(shù)設(shè)置)：可以設(shè)置圖形界面的過濾類型使之符合某一種選定的分析類型，這些類型有Structural(結(jié)構(gòu)分析)、Thermal(熱分析)、ANSYSFluid(流體分析)等。如選取Structural，則ANSYS的主菜單只出現(xiàn)適合結(jié)構(gòu)分析的單元類型和菜單選項(xiàng)等。Preprocessor(預(yù)處理)：對(duì)應(yīng)ANSYS命令：/PREP7，進(jìn)入預(yù)處理器。建立模型、網(wǎng)格劃分以及施加載荷均在預(yù)處理中完成。Solution(求解)：對(duì)應(yīng)ANSYS命令：/SOLU。在求解器菜單中可以設(shè)定求解類型(Analysistype)選項(xiàng)、載荷(Loads)、載荷步(loadstep)以及具體執(zhí)行求解命令。2023/2/6ANSYS輸出文件

ANSYS廣泛采用文件來存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)，這些文件被命名為filename.ext，這里的文件名為默認(rèn)的作業(yè)名，ext表示文件的內(nèi)容。默認(rèn)的作業(yè)名是在進(jìn)入ANSYS軟件時(shí)設(shè)定的，也可以在進(jìn)入ANSYS后指定（在命令輸入窗口中輸入/FILENAME命令或?qū)嵱貌藛沃羞x擇File|ChangeJobname命令）ANSYSLog文件ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS輸出文件類型2023/2/6ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS運(yùn)行時(shí)在內(nèi)存中維護(hù)著一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括模型數(shù)據(jù)、有限元網(wǎng)格數(shù)據(jù)、載荷數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等所有的ANSYS支持的對(duì)象的數(shù)據(jù)信息。在任意的處理器中，ANSYS使用和維護(hù)著同樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶所作的一切工作，其結(jié)果都會(huì)被存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括了所有的輸入數(shù)據(jù)，因此有必要經(jīng)常保存以備出錯(cuò)時(shí)恢復(fù)。由于保存與恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，作業(yè)名并不改變，建議如下操作：（1）針對(duì)每一個(gè)問題設(shè)置不同的作業(yè)名和工作文件夾；（2）分析求解過程中，每隔一段時(shí)間存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)庫(kù)文件（3）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)文件時(shí)從實(shí)用菜單中選擇File|Saveas，換個(gè)文件名保存，選擇File|Resumefrom命令可從當(dāng)前備份的某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件恢復(fù)。清除內(nèi)存中ANSYS正在使用的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而得到一個(gè)空白數(shù)據(jù)庫(kù)選擇File|Clear&StartNew命令。2023/2/6ANSYSLog文件

ANSYSLog文件是在ANSYS運(yùn)行過程中自動(dòng)生成的Jobname.log，它記錄了從ANSYS運(yùn)行以來所執(zhí)行的一切命令，包括GUI界面操作和輸入窗口直接輸入的合法命令。

用途：Log文件是文本文件，再現(xiàn)同樣的一個(gè)分析過程，可以通過編輯得到分析過程的命令流。例如通過改變一些命令的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單意義上的所謂參數(shù)化分析和建模。

ANSYS讀入命令流的菜單命令是：File|Read