有限元法及其應(yīng)用 課件 5 ANSYS分析過程

5典型的ANSYS分析過程創(chuàng)建有限元模型——前處理模塊包括創(chuàng)建或讀入幾何模型，添加單元類型、材料屬性，定義實(shí)常數(shù)或截面，設(shè)置單元屬性、單元尺寸并劃分單元。施加載荷進(jìn)行求解——求解模塊

包括施加載荷、邊界條件和進(jìn)行求解運(yùn)算。查看分析結(jié)果——后處理模塊

結(jié)果的分析和檢驗(yàn)。典型的ANSYS分析過程5.1創(chuàng)建有限元模型——前處理模塊定義截面建模選擇單元類型定義實(shí)常數(shù)定義材料屬性劃分網(wǎng)格A.ANSYS的單元類型類別單元名稱2D實(shí)體元PLANE182（4節(jié)點(diǎn)），PLANE183（8節(jié)點(diǎn)）PLANE25，83（諧單元）3D實(shí)體元六面體SOLID185（8節(jié)點(diǎn)），186（20節(jié)點(diǎn)），四面體SOLID187殼單元SHELL181(四節(jié)點(diǎn)），281（八節(jié)點(diǎn)）軸對(duì)稱SHELL208(二節(jié)點(diǎn)），209（三節(jié)點(diǎn)）軸對(duì)稱諧單元SHELL61

桿單元LINK180梁?jiǎn)卧狟EAM188(線性單元)，BEAM189(二次單元)彈簧單元COMBIN14，214質(zhì)量單元MASS21接觸單元目標(biāo)面TARGE169，170

接觸面CONTA171，172，173，174點(diǎn)-面，線-線CONTA175，176線-面，點(diǎn)-點(diǎn)CONTA177，178ANSYS單元庫(kù)有近200種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。ANSYS單元名稱單元特性(類別,編號(hào))A.ANSYS的單元類型單元圖示常用單元的形狀.點(diǎn)(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿)......面(薄殼，二維實(shí)體，軸對(duì)稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性............................二次...A.ANSYS的單元類型MASS21為具有6個(gè)自由度的點(diǎn)單元，即只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，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。A.ANSYS的單元類型——點(diǎn)單元Link(桿)單元適用于模擬桁架、纜索、鏈桿、彈簧等構(gòu)件。Beam(梁)單元用于梁柱結(jié)構(gòu)、螺栓(桿)等連接件的模擬。Combine單元用于彈簧，螺桿，或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的模擬，或通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Pipe單元用于管件的模擬。A.ANSYS的單元類型——線單元Shell

單元用于薄面板或曲面模型。殼單元分析應(yīng)用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。Plane單元：平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱問題或諧結(jié)構(gòu)。A.ANSYS的單元類型——面單元用于由于幾何、材料、載荷等原因造成無法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。TetrahedronmeshBrickmeshA.ANSYS的單元類型——三維實(shí)體單元ANSYS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接觸面上的一層單元。點(diǎn)點(diǎn)單元用于模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸行為；點(diǎn)面單元用于模擬點(diǎn)對(duì)面的接觸行為；面面單元用于模擬面對(duì)面的接觸行為。JIGAPMorM/2CXYZFSLIDEK1K2MorM/2A.ANSYS的單元類型——接觸單元A.ANSYS的單元類型——接觸單元MPC184為多點(diǎn)約束單元，可模擬滑移、球鉸、銷釘、萬向接頭等約束，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。A.ANSYS的單元類型——多點(diǎn)約束單元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。為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)，可與任意其它單元一起使用，當(dāng)不再需要它時(shí)，可以將其刪除或保留。該單元可由2-20個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，且不具有自由度、材料特性、實(shí)常數(shù)及荷載。A.ANSYS的單元類型——網(wǎng)分單元單元類型的選擇準(zhǔn)則：在結(jié)構(gòu)分析中，根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)、材料行為（如彈性、塑性、超彈性等）和受力特點(diǎn)確定單元類型。選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果

(盡量做到能選擇點(diǎn)不選擇線，能選擇線不選擇平面，能選擇平面不選擇殼，能選擇殼不選擇三維實(shí)體)。A.ANSYS的單元類型B.實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)是為了補(bǔ)充某種單元在形式上無法表現(xiàn)，但在計(jì)算中又很重要的幾何量。如SHELL單元的厚度、LINK單元的截面面積、COMBIN14單元的剛度系數(shù)和阻尼等。不同的單元類型，需要不同的實(shí)常數(shù)。并非所有的單元類型都需要定義實(shí)常數(shù)。C.材料屬性材料屬性是與幾何模型無關(guān)的本構(gòu)關(guān)系，如彈性模量、泊松比、材料密度等參數(shù)。ANSYS結(jié)構(gòu)分析材料屬性：線性(Linear)、非線性(Nolinear)、密度(Density)、熱膨脹(ThermalExpansion)、阻尼(Damping)、摩擦系數(shù)(Friction

Coefficient)、特殊材料(SpecializedMaterials)等。C.材料屬性材料特性彈性（Elastic）：卸載后，材料恢復(fù)到原來的狀態(tài)塑性：卸載后，材料不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)，發(fā)生永久變形。線性（Elastic）：力與位移之間的關(guān)系是線性的，滿足F=KU非線性（Inelastic）：力與位移之間的關(guān)系是非線性的，不滿足F=KUC.材料屬性ANSYS中常用的材料類型線彈性：絕大多數(shù)金屬（小應(yīng)變范圍，應(yīng)力未超過屈服極限）。超彈性（非線性彈性）：在較小的應(yīng)力作用下也有大變形，可承受大應(yīng)變（應(yīng)變可達(dá)100%甚至更高）和大位移；體積改變極其微?。ú豢蓧嚎s），如橡膠類。超彈性材料模型：Polynomial模型；Mooney-Rivlin模型；Ogden模型，Blatz-ko（描述可壓縮泡沫橡膠材料）。塑性（非線性）：金屬（大應(yīng)變，應(yīng)力超過屈服極限），其屬性表征方式：應(yīng)力-應(yīng)變曲線（拉伸試驗(yàn)獲得）；塑性硬化模型（雙線性等向強(qiáng)化、多線性等向強(qiáng)化、雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化，多線性隨動(dòng)強(qiáng)化等）。蠕變：在應(yīng)力不變的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象，蠕變和塑性一樣，是不可恢復(fù)的。塑性變形通常是在應(yīng)力超過彈性極限發(fā)生屈服后才出現(xiàn)，而蠕變只要當(dāng)應(yīng)力作用時(shí)間足夠長(zhǎng)，那么它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。C.材料屬性C.材料屬性直接生成方法：直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)并生成單元，在有限元模型構(gòu)建過程中需記錄所有的節(jié)點(diǎn)號(hào)，對(duì)于復(fù)雜及大模型易出錯(cuò)。實(shí)體建模方法：建立幾何模型，根據(jù)用戶定義的單元尺寸及形狀，由ANSYS程序自動(dòng)生成有限元模型的節(jié)點(diǎn)（Nodes）和單元（Elements）。實(shí)體建模方法通常比直接生成方法更加有效和通用，是首選方法。D.實(shí)體建模劃分線、面、體，生成單元有限元模型直接生成實(shí)體建模生成節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)生成單元生成關(guān)鍵點(diǎn)由關(guān)鍵點(diǎn)生成線由線生成面由面生成體自下而上自上而下直接生成線、面或體劃分線、面、體，生成單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格過程：設(shè)置單元屬性

（包括單元類型、材料屬性、實(shí)常數(shù)、截面等）設(shè)置單元尺寸生成網(wǎng)格E.網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分器選擇單元屬性設(shè)置Smartsize網(wǎng)格劃分控制單元尺寸控制單元形狀控制網(wǎng)格局部細(xì)化MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshToolE.網(wǎng)格劃分1、網(wǎng)格劃分工具（MeshTool）ANSYS提供了四種網(wǎng)格劃分功能：(1)自由網(wǎng)格劃分(Free)(2)映射網(wǎng)格劃分(Mapped)(3)掃掠網(wǎng)絡(luò)劃分（Sweep）(4)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分(Adaptive)2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分(1)自由網(wǎng)格劃分(Free)對(duì)實(shí)體模型無特殊要求，任何不規(guī)則的幾何模型都可以進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分。優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)省力，效率高。程序根據(jù)給定網(wǎng)格精度自動(dòng)劃分網(wǎng)格。在面上生成三角形或四邊形網(wǎng)格，在體上生成四面體網(wǎng)格。由于對(duì)體只能劃分四面體網(wǎng)格，使有限元模型網(wǎng)格數(shù)量過大而降低計(jì)算精度和效率，因此自由網(wǎng)格劃分更適合對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分(2)映射網(wǎng)格劃分(Mapped)映射網(wǎng)格劃分是對(duì)規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法。采用映射劃分，面可生成三角形或四邊形單元；體可生成六面體單元。但對(duì)幾何圖元的形狀有一定要求。優(yōu)點(diǎn):網(wǎng)格形狀規(guī)則，數(shù)量較少，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算精度。2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分自由網(wǎng)格映射網(wǎng)格較差的網(wǎng)格映射網(wǎng)格劃分不如自由劃分網(wǎng)格方便，因?yàn)槊婧腕w的形狀必須符合一定的要求：面只能包含3或4條線，體只能包含4，5或6個(gè)面；對(duì)于三角形或四面體，各邊單元的分段數(shù)必須是偶數(shù)；對(duì)于四邊形或六面體，允許對(duì)邊有不同的分段數(shù)，但是分段數(shù)必須滿足一定的條件

。2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分劃分映射網(wǎng)格的三個(gè)步驟：確保形狀規(guī)則，如：面有3或4條邊；而體有4、5或6個(gè)面。面有多于4條邊，而體有多于6個(gè)面的情況，在進(jìn)行映射劃分之前需要進(jìn)行以下操作：分割：把面(或體)切割成小的、簡(jiǎn)單的形狀（可以通過布爾減運(yùn)算實(shí)現(xiàn)）；連接：連接兩條或多條線(或面)以減少總的邊（面）數(shù)；角點(diǎn)選擇：選擇面上的3個(gè)或4個(gè)角點(diǎn)暗示一個(gè)連接。定義尺寸或形狀控制；生成網(wǎng)格。確保形狀規(guī)則——連接操作，連接兩條或多條線生成一條新線，以減少構(gòu)成面的線數(shù)。Preprocessor>Meshing>Concatenate>Lines，然后拾取須連接的線。對(duì)面進(jìn)行連接：Preprocessor>Meshing>Concatenate>Areas連接這兩條線使其成為一個(gè)由4條邊構(gòu)成的面確保規(guī)則形狀——角點(diǎn)選擇，通過一個(gè)面上的3個(gè)或4個(gè)角點(diǎn)暗示一個(gè)連接。在MeshTool中選擇Quadshape和Mapped網(wǎng)格；將3/4sided變?yōu)镻ickcorners；點(diǎn)擊Mesh，拾取面，然后拾取3或4角點(diǎn)形成一規(guī)則的形狀。E.網(wǎng)格劃分(3)拖拉、掃掠網(wǎng)格劃分（Sweep）拖拉網(wǎng)格劃分可將二維網(wǎng)格延伸成三維網(wǎng)格。先在原始面上生成面網(wǎng)格(MESH200ORSHELL)，再在拉伸(Extrude)成體的同時(shí)自動(dòng)生成三維實(shí)體網(wǎng)格。對(duì)于三維實(shí)體，如果在某個(gè)方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致（即有兩個(gè)對(duì)應(yīng)面時(shí)），可用掃掠網(wǎng)格劃分生成六面體單元。

2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分(4)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分（Adaptive）自動(dòng)估計(jì)網(wǎng)格劃分誤差并細(xì)化網(wǎng)格的過程稱為自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。生成具有邊界條件的實(shí)體模型后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。

2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分根據(jù)幾何模型各部位的特點(diǎn)，可分別采用自由、映射、掃掠等多種網(wǎng)格劃分方式，即混合網(wǎng)格劃分，以形成綜合效果盡量好的有限元模型。對(duì)面模型(包括平面、曲面)一般采用自由網(wǎng)格劃分方法，對(duì)規(guī)整體模型，可采用映射網(wǎng)格劃分方法，面柱狀的模型一般考慮使用掃掠網(wǎng)格劃分。2、網(wǎng)格劃分方法E.網(wǎng)格劃分(5)網(wǎng)格劃分方法的選擇網(wǎng)格數(shù)量網(wǎng)格疏密單元階次網(wǎng)格質(zhì)量3、網(wǎng)格劃分原則E.網(wǎng)格劃分網(wǎng)格數(shù)量影響計(jì)算的精度和效率。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加。網(wǎng)格較少時(shí)增加網(wǎng)格數(shù)量可以使計(jì)算精度明顯提高，而計(jì)算時(shí)間不會(huì)有大的增加；當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，再繼續(xù)增加網(wǎng)格時(shí)精度提高甚微，而計(jì)算時(shí)間卻有大幅度增加。在靜力分析時(shí)，如果僅僅是計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。如果需要計(jì)算應(yīng)力，應(yīng)取相對(duì)較多的網(wǎng)格。3、網(wǎng)格劃分原則——網(wǎng)格數(shù)量E.網(wǎng)格劃分在結(jié)果變化梯度較大的部位(如應(yīng)力集中處)，為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析(包括靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力)，而計(jì)算固有特性時(shí)則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式。(固有頻率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，從而減小數(shù)值誤差）決定網(wǎng)格疏密的方法：初分網(wǎng)格求得結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，對(duì)結(jié)果偏差較大的地方進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，重新求解，如果二者結(jié)果近似相同，則網(wǎng)格足夠。初分網(wǎng)格，進(jìn)行初始分析，在危險(xiǎn)區(qū)域利用兩倍多的網(wǎng)格重新分析并比較二者的結(jié)果，如果顯著不同，應(yīng)繼續(xù)細(xì)化網(wǎng)格直到隨后的劃分獲得近似相等的結(jié)果。3、網(wǎng)格劃分原則——網(wǎng)格疏密E.網(wǎng)格劃分選用高階單元可提高計(jì)算精度，因?yàn)楦唠A單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)，且高次插值位移函數(shù)可更精確地逼近復(fù)雜場(chǎng)函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時(shí)可以選用高階單元。高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多，因此在使用時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮計(jì)算精度和效率。

3、網(wǎng)格劃分原則——單元階次E.網(wǎng)格劃分網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性。質(zhì)量好壞將影響計(jì)算精度。質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。直觀上看網(wǎng)格各邊或各個(gè)內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、節(jié)點(diǎn)位于邊界等分點(diǎn)附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好。網(wǎng)格質(zhì)量可用細(xì)長(zhǎng)比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點(diǎn)位置偏差等指標(biāo)度量。二維結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用四邊形單元，三維結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用六面體單元。幾種常見的畸形網(wǎng)格3、網(wǎng)格劃分原則——網(wǎng)格質(zhì)量E.網(wǎng)格劃分5.2施加載荷進(jìn)行求解——求解模塊求解模塊(Solution)可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷和載荷步，對(duì)有限元模型進(jìn)行單元分析、系統(tǒng)組裝、求解以及結(jié)果生成。A加載－載荷定義載荷(Loads)：包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。結(jié)構(gòu)分析中的載荷類型：位移、力、彎矩、壓力、溫度和重力等。ANSYS中的載荷可分為：自由度約束（DOFconstraint）集中載荷（Force）面載荷（Surfaceloads）體載荷（Bodyloads）慣性載荷（Interialoads）耦合場(chǎng)載荷（Coupled-fieldloads）特殊載荷（如軸對(duì)稱載荷）可在實(shí)體模型或FEM模型(節(jié)點(diǎn)和單元)上加載，加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。實(shí)體模型載荷容易施加，因?yàn)橹恍枰叭∩倭繉?shí)體。實(shí)體模型載荷與網(wǎng)格無關(guān)，如果對(duì)網(wǎng)格作了修改，不必再重新施加載荷。實(shí)體模型加載到實(shí)體的載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上FEA模型沿線均布的壓力均布?jí)毫D(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上A加載－加載方式在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)加集中力1.載荷步——載荷配置在線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，可以使用不同的載荷步施加不同的載荷組合；在瞬態(tài)分析中，多個(gè)載荷步加到載荷歷程曲線的不同區(qū)段。使用多個(gè)載荷步表示瞬態(tài)載荷歷程A加載－加載方式2.子步——執(zhí)行求解的載荷步中的點(diǎn)在非線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以便能獲得精確解；在諧響應(yīng)分析中，使用子步獲得諧波頻率范圍內(nèi)多個(gè)頻率處的解；在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步滿足瞬態(tài)時(shí)間累積法則。兩個(gè)連續(xù)的子步之間的時(shí)間差稱為時(shí)間步長(zhǎng)或時(shí)間增量。A加載－加載方式3.階躍載荷和斜坡載荷階躍載荷：全部載荷施加于第一個(gè)載荷子步，且在其他載荷子步處，載荷保持不變。斜坡載荷：在每個(gè)載荷子步，載荷值逐漸增加，且全部載荷出現(xiàn)在該載荷步結(jié)束時(shí)。A加載－加載方式4.載荷步選項(xiàng)載荷步選項(xiàng)（Loadstepoptions）用于控制載荷應(yīng)用選項(xiàng)如時(shí)間、子步數(shù)、時(shí)間步長(zhǎng)及載荷階躍或斜坡遞增等。MainMenu>Solution>LoadStepOpts

A加載－加載方式5.創(chuàng)建多載荷步文件所有載荷和載荷步選項(xiàng)一起構(gòu)成一個(gè)載荷步，如果有多個(gè)載荷步，可將每個(gè)載荷步存入一個(gè)文件，以Jobname.S01,Jobname.S02,Jobname.S03等識(shí)別。調(diào)入該載荷步文件，并從文件中讀取數(shù)據(jù)求解。GUI:MainMenu>Solution>WriteLSFileMainMenu>Solution>ReadLSFileA加載－加載方式載荷類型主變量位移TIME,X,Y,Z,TEMP力和力矩TIME,X,Y,Z,TEMP壓力TIME,X,Y,Z,TEMP溫度TIME,X,Y,Z表格加載可以控制載荷分布（坐標(biāo)、溫度、時(shí)間等），主要用于瞬態(tài)和非線性穩(wěn)態(tài)分析。并非所有荷載類型都可以用表格載荷，對(duì)于結(jié)構(gòu)分析來說，位移、力和力矩、壓力、溫度載荷支持表格載荷。表格載荷的變量為主變量，變量名要和各種載荷對(duì)應(yīng)的主變量名一致，以便程序識(shí)別。6.表格加載

A加載－加載方式7.函數(shù)加載函數(shù)工具可以在模型上施加復(fù)雜載荷：用函數(shù)編輯器定義函數(shù)，并保存函數(shù)：UtilityMenu>Parameters>Functions>Define/Edit.加載函數(shù)：UtilityMenu>Parameters>Functions>Readfromfile在施加載荷的選項(xiàng)卡中選Existingtable，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇步驟1定義的函數(shù)。A加載－加載方式DOF約束：給某個(gè)自由度(DOF)指定一已知數(shù)值(值不一定是零)。結(jié)構(gòu)分析中DOF約束被指定為位移約束（平移、旋轉(zhuǎn)或?qū)ΨQ、反對(duì)稱邊界條件）；標(biāo)識(shí)的方向均在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中；位移約束可施加于節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、線和面上，用來限制對(duì)象某一方向上的自由度。A加載－DOF約束在ANSYS分析中，可以利用模型的對(duì)稱性。例如，只建立1/2或1/4的模型，而在對(duì)稱面上需指定對(duì)稱邊界條件。A加載－位移約束對(duì)稱結(jié)構(gòu)在對(duì)稱（反對(duì)稱）載荷作用下，對(duì)稱面上的約束條件：對(duì)稱（反對(duì)稱）邊界條件。SYMMASYMNormal2-D3-D2-D3-DXUX，ROTZUX，ROTZ，ROTYUYUY，UZ，ROTXYUY，ROTZUY，ROTZ，ROTXUXUX，UZ，ROTYZ...UZ，ROTX，ROTY...UX，UY，ROTZ對(duì)稱和反對(duì)稱載荷下，對(duì)稱面上的自由度約束對(duì)稱邊界約束為：平面外移動(dòng)和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)約束為0，UX,ROTY,ROTZ反對(duì)邊界約束為：平面內(nèi)移動(dòng)和平面外旋轉(zhuǎn)為0，UY,UZ,ROTXA加載－位移約束例如：對(duì)左側(cè)端面施加對(duì)稱約束MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>SymmetryB.C.>OnAreas對(duì)稱邊界上標(biāo)有S標(biāo)記A加載－位移約束A加載－集中載荷集中載荷就是作用在模型的一個(gè)點(diǎn)上的載荷。在結(jié)構(gòu)分析中，集中載荷主要包括力和力矩，標(biāo)識(shí)符為FX、FY、FZ、MX、MY、MZ；可以對(duì)節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)施加集中載荷，添加到關(guān)鍵點(diǎn)上的力將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上；施加集中載荷：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment集中載荷適合于線狀模型，如梁，桁架，彈簧等；在實(shí)體單元或殼單元中，集中載荷意味存在應(yīng)力奇異點(diǎn)，如果不關(guān)心集中載荷附近節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力，結(jié)果仍是可以接受的。應(yīng)力奇異——理論上應(yīng)力無限大ANSYS中產(chǎn)生應(yīng)力奇異因素：1、點(diǎn)荷載，如集中力或集中力矩作用處；2、孤立的約束點(diǎn)；3、尖角處。應(yīng)力奇異特征：1、有限元解會(huì)逼近解析解，趨于無窮，由于離散化誤差，并不會(huì)產(chǎn)生無窮大的應(yīng)力。應(yīng)力奇異現(xiàn)象與模型本身有關(guān)，不能消除，在應(yīng)力奇異點(diǎn)處網(wǎng)格越細(xì)化，應(yīng)力值也隨之增加且不收斂；2、奇異點(diǎn)處位移值準(zhǔn)確、應(yīng)力不準(zhǔn)確；其他位置處應(yīng)力準(zhǔn)確。如何區(qū)分應(yīng)力奇異和應(yīng)力集中?1、有應(yīng)力集中未必是應(yīng)力奇異：應(yīng)力集中指在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)應(yīng)力梯度較大，但應(yīng)力并不是無窮，如果網(wǎng)格稀疏，不會(huì)捕捉到梯度變化較大的應(yīng)力，細(xì)化網(wǎng)格后總會(huì)得到一個(gè)收斂的結(jié)果。2、應(yīng)力奇異的地方一定存在應(yīng)力集中A加載－集中載荷如何處理應(yīng)力奇異?1、建立具有足夠細(xì)節(jié)的更精確的模型并細(xì)分網(wǎng)格，如將集中載荷替換成等效分布載荷或使用倒角；2、根據(jù)圣維南原理，距離奇異點(diǎn)處足夠遠(yuǎn)的地方獲得的結(jié)果是可取的。如果對(duì)奇異點(diǎn)應(yīng)力不關(guān)心，可忽略它的影響；3、可以通過選擇來忽略附近施加了集中載荷的單元。在如下二維實(shí)體單元構(gòu)成的模型中，在加力位置出現(xiàn)最大應(yīng)力SMAX(23854)；當(dāng)在力附近的節(jié)點(diǎn)和單元不被選中時(shí)，SMAX(12755)就會(huì)移到底部角點(diǎn)處，這是由于在該角點(diǎn)處約束引起的另一處應(yīng)力奇異；不選底部角點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)和單元，可以在上孔附近得到預(yù)期的應(yīng)力

SMAX(8098)。A加載－集中載荷表面載荷就是作用在單元表面上的分布載荷，如壓力(Pressure)。表面載荷可以添加到線或面上(實(shí)體模型）以及節(jié)點(diǎn)或單元上（有限元模型）。可以施加均布載荷、線性變化的梯度載荷，或按照一定函數(shù)關(guān)系變化的函數(shù)載荷。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>PressureA加載－表面載荷輸入一個(gè)壓力值定義均布載荷

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines拾取Line500L1500IJL1IJ1000500L1IJ1000500VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500坡度壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)(I)線性變化到第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(J)；如果要使加載后坡度的方向相反,將兩個(gè)壓力數(shù)值顛倒即可。A加載－表面載荷輸入兩個(gè)壓力值定義坡度壓力線的IJ方向顯示，可選擇Utility

Menu>Plotctrl>Symbols，彈出對(duì)話框設(shè)置Ldir=On；對(duì)于某些ANSYS版本，該對(duì)話框中不出現(xiàn)Ldir選項(xiàng)，則使用命令/Psymb,Ldir,1如果需要表面壓力呈多箭頭顯示，可選擇UtilityMenu>Plotctrl>Symbols，彈出對(duì)話框，設(shè)置Showpresandconvectas選項(xiàng)為ArrowsA加載－表面載荷體載荷是分布于整個(gè)體內(nèi)或場(chǎng)內(nèi)的載荷。①結(jié)構(gòu)分析中的溫度載荷②熱分析中生熱率③電磁場(chǎng)分析中電流密度體載荷分布一般都很復(fù)雜，必須通過其它分析才能得到，例如通過熱分析獲得溫度分布。A加載－體載荷溫度載荷施加菜單A加載－慣性載荷重力加速度角加速度角速度慣性載荷：是由物體的慣性(質(zhì)量矩陣)引起的載荷，例如重力加速度，角速度以及角加速度。特點(diǎn)：①慣性載荷只有結(jié)構(gòu)分析中有；②慣性載荷是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)定義的，是獨(dú)立于實(shí)體模型和有限元模型的；③考慮慣性載荷必須定義材料密度。慣性載荷（重力加速度）：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global注意：方向和單位的一致性方向：與重力方向相反；單位：如果是mm/s2，應(yīng)為9800此外：在材料屬性里要設(shè)定材料密度，由于Gravity施加的是全局重力加速度，只要有密度的材料都能形成重力效應(yīng)，故不需要考慮重心問題。耦合場(chǎng)載荷：指從一種分析得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷。例如：將磁場(chǎng)分析中計(jì)算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析中的力載荷；將熱力分析中計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)溫度作為結(jié)構(gòu)分析中的體載荷：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Temperature>FromThermAnalyA加載－特殊載荷軸對(duì)稱載荷：對(duì)于軸對(duì)稱模型，集中載荷有特殊的含義，它表示的是力或力矩在360°范圍內(nèi)的合力，即輸入的是整個(gè)圓周上總載荷的大小。軸對(duì)稱模型計(jì)算結(jié)果輸出的反作用力值也是整個(gè)圓周上的合力，即力和力矩按總載荷值輸出。例如，一個(gè)半徑為r的圓柱形殼體邊緣施加有P(N/m)的載荷，在二維軸對(duì)稱殼體模形上（如SHELL208單元）需要施加2πrP的力。rPN/m2πrPNA加載－特殊載荷簡(jiǎn)化假定越少越好；使施加的載荷與結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載狀態(tài)保持吻合；實(shí)際上，集中載荷是不存在的，只要不關(guān)心集中載荷作用區(qū)域的應(yīng)力，可以忽略應(yīng)力奇異現(xiàn)象；軸對(duì)稱模型具有一些獨(dú)一無二的邊界特性，除了對(duì)稱邊界外，實(shí)際上不存在真正的剛性邊界；添加剛體運(yùn)動(dòng)約束,但不能添加過多的(其它)約束：二維平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、梁或桿模型至少需要三個(gè)約束。軸對(duì)稱模型至少需要一個(gè)（軸向）約束。三維實(shí)體或殼模型至少需要六個(gè)約束。A加載－加載應(yīng)遵循的原則當(dāng)刪除實(shí)體模型時(shí)，ANSYS將自動(dòng)刪除其上所有的載荷。刪除線上的均布?jí)毫ψ詣?dòng)刪除以線為邊界的各單元均布?jí)毫?shí)體模型FEA模型記住這一關(guān)系？A刪除載荷分析類型基本解派生解結(jié)構(gòu)分析位移應(yīng)力，應(yīng)變，反作用力等熱力分析溫度熱流量，熱梯度等磁場(chǎng)分析磁勢(shì)磁通量，磁流密度等電場(chǎng)分析標(biāo)量電勢(shì)電場(chǎng)，電流密度等流體分析速度，壓力壓力梯度，熱流量等載荷施加完成后，即可進(jìn)行有限元的求解。求解結(jié)果包括：節(jié)點(diǎn)的自由度值－基本解由基本解導(dǎo)出的單元解－派生解B求解ANSYS中可用的求解器可以分為三類:1、直接求解器稀疏矩陣法波前求解器（默認(rèn)）2、迭代求解器PCG(條件共軛梯度)求解器ICCG(不完全喬利斯基共軛梯度)求解器JCG(雅可比共軛梯度)求解器3、并行求解器(需要特殊的授權(quán)文件)AMG(AlgebraicMultigrid代數(shù)多網(wǎng)格)求解器DDS(分布區(qū)域)求解器B求解解法使用場(chǎng)合模型大小DOF(萬個(gè))內(nèi)存使用硬盤使用直接解法FRONTAL(缺省)要求穩(wěn)定性（非線性分析）或內(nèi)存受限制,但求解速度慢≤5低高稀疏矩陣法SPARSE要求穩(wěn)定性和求解速度（非線性分析）；線性分析收斂很慢時(shí)（尤其對(duì)病態(tài)矩陣，如形狀不好的單元）1～50（多用于板殼和梁模型）中高條件共扼梯度法PCG在單場(chǎng)問題（如熱、磁、聲等）中求解速度很重要時(shí)≥5～100中低不完全喬類斯基共扼梯度法ICCG在多物理場(chǎng)模型中求解速度很重要時(shí)，其他迭代很難收斂的模型≥5～100高低雅可比共扼梯度法JCG當(dāng)求解速度很重要的情況（大型模型的線性分析），尤其適合實(shí)體單元的大型模型≥5～100高低在求解初始化前，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析檢查，包括下面內(nèi)容：統(tǒng)一的單位單元類型和選項(xiàng)材料類型的設(shè)置，材料參數(shù)實(shí)常數(shù)(單元特性)模型中不應(yīng)存在的縫隙殼單元的法向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系集中、體積載荷面力方向B求解使用多載荷步求解法可以進(jìn)行批量處理，步驟為：

1).定義第一個(gè)載荷步；2).將邊界條件寫進(jìn)文件：MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile(Jobname.S01)；3).為了進(jìn)行第二次求解按需要改變載荷條件，將邊界條件寫到第二個(gè)文件(Jobname.S02)；4).利用載荷步文件進(jìn)行求解：MainMenu>Solution>Solve>FromLSFiles.B求解5.3查看分析結(jié)果——后處理模塊POST1POST26通用后處理器(POST1)用于在指定時(shí)間或頻率點(diǎn)觀察整個(gè)模型的結(jié)果。

時(shí)間歷程后處理器(POST26)用于觀察在整個(gè)時(shí)間或頻率范圍內(nèi)模型中指定點(diǎn)處的結(jié)果。通用后處理靜力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括：繪變形圖變形動(dòng)畫支反力列表應(yīng)力等值線圖網(wǎng)格密度檢查FEA的計(jì)算結(jié)果包括基本解和派生解。節(jié)點(diǎn)處的位移值（DOF結(jié)果）是基本解，單元的應(yīng)力應(yīng)變是由位移值通過單元計(jì)算得到的派生解。在給定節(jié)點(diǎn)處，可能存在不同的應(yīng)力值，由與此節(jié)點(diǎn)相連的不同單元計(jì)算產(chǎn)生。節(jié)點(diǎn)解（NodalSolution）是節(jié)點(diǎn)處派生解的平均值，而單元解（ElementSolution）是非平均值。在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，相鄰單元計(jì)算出的結(jié)果不同。a.節(jié)點(diǎn)解與單元解Elem1Elem2savg=1100s=1200s=1000savg=1200s=1300s=1100在多數(shù)情況下，畫出平均應(yīng)力圖（NodalSolution)；在不同的材料參數(shù)或不同厚度的