有限元及ANSYS簡介教學(xué)PPT

1、有限元及有限元及ansys 主講：任繼文主講：任繼文 華東交通大學(xué)機(jī)制教研室華東交通大學(xué)機(jī)制教研室 主要內(nèi)容 第一章有限元及ansys簡介 第二章實(shí)體模型的建立 第三章 網(wǎng)格劃分與建立有限元模型 第四章 加載求解 第五章通用后處理器 第六章時(shí)間歷程后處理器 第七章 實(shí)例分析 主要學(xué)習(xí)網(wǎng)址及論壇 o安世亞太：http:/ o仿真論壇： http:/ o中國cae聯(lián)盟： http:/ oansys開發(fā)者 ： http:/ o仿真在線： http:/ o中國機(jī)械cad論壇 ： http:/ 考核方式 平時(shí)考勤： 20 上機(jī)練習(xí)： 40 上機(jī)考試： 40 第一章 有限元及ansys簡介 主要內(nèi)容 a.

2、 有限元法簡介 b. 有限元法基本步驟 c. ansys簡介 d. 有限元法在ansys中的實(shí)現(xiàn)步驟 e. ansys軟件安裝要點(diǎn) lesson a 有限元法簡介 概述 有限元方法是廣泛用于解決結(jié)構(gòu)分析、傳熱學(xué)、 電磁學(xué)和流體力學(xué)等工程問題的數(shù)值方法。它把需 要求解的連續(xù)體系統(tǒng)離散為有限個(gè)簡單而又相互作 用的元素，即單元，然后進(jìn)行近似求解。 工程問題物理模型數(shù)學(xué)模型（微分方程組） （邊界條件、初值條件） 求解 解析法（精確解） 數(shù)值法（近似法）有限差分法 有限元法 邊界元法 定義定義 簡單簡單 復(fù)雜復(fù)雜 fem產(chǎn)生背景 o有限元法有限元法是適應(yīng)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展形成的一種 有效的數(shù)值計(jì)算方法。

3、o這種方法大約起源于20世紀(jì)50年代航空工程中 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析。結(jié)構(gòu)矩陣分析是結(jié)構(gòu)力 學(xué)的一種分析方法。結(jié)構(gòu)矩陣分析方法結(jié)構(gòu)矩陣分析方法認(rèn)為： 整體結(jié)構(gòu)可以看作是由有限個(gè)力學(xué)小單元相互 連接而組成的集合體，每個(gè)單元的力學(xué)特性可 以比作建筑物中的磚瓦，裝配在一起就能提供 整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。 fem產(chǎn)生背景 為什么要首先分析力學(xué)小單元的特性呢為什么要首先分析力學(xué)小單元的特性呢?直接分析整體直接分析整體 結(jié)構(gòu)不是更好嗎結(jié)構(gòu)不是更好嗎? o對實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)直接進(jìn)行整體分析難度太大對實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)直接進(jìn)行整體分析難度太大，分解成單元 使得問題簡化，再將這些單元組裝原來的系統(tǒng)分析容易得 到整體特性。這是

4、工程技術(shù)人員和科學(xué)家經(jīng)常采用的分析 問題的方法。 o計(jì)算機(jī)求解離散系統(tǒng)問題一般比較容易計(jì)算機(jī)求解離散系統(tǒng)問題一般比較容易（即使單元數(shù)目非 常大），而對于連續(xù)系統(tǒng)，由于實(shí)際上有無限個(gè)單元，而 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量總是有限的，因此由計(jì)算機(jī)不容易處理。 工程上處理連續(xù)體問題的方法一般是將連續(xù)系統(tǒng)離散化， 轉(zhuǎn)化為離散系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)然離散都帶有近 似性，但是，當(dāng)離散變量的數(shù)目增加時(shí)，它可以逼近真實(shí) 的連續(xù)解。有限元法用于求解連續(xù)系統(tǒng)問題時(shí)就是一種離 散化方法。 有限元模型 有限元模型有限元模型 是真實(shí)連續(xù)系統(tǒng)經(jīng)網(wǎng)格劃分離散是真實(shí)連續(xù)系統(tǒng)經(jīng)網(wǎng)格劃分離散 化后的數(shù)學(xué)模型?；蟮臄?shù)學(xué)模型。 定義定義 實(shí)

5、際系統(tǒng)實(shí)際系統(tǒng)有限元模型有限元模型 節(jié)點(diǎn)和單元 節(jié)點(diǎn)(node) : 有限元模型的坐標(biāo)位置，具有有限元模型的坐標(biāo)位置，具有 一定自由度（一定自由度（ux、uy、uz）和）和存在相存在相 互互物理作用物理作用。 單元:由節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相連而成，具有真實(shí)模型由節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相連而成，具有真實(shí)模型 的物理意義。的物理意義。 有限元模型有限元模型由一些簡單形狀的由一些簡單形狀的單元單元組成，單組成，單 元之間通過元之間通過節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)連接，并承受一定連接，并承受一定載荷和邊載荷和邊 界條件界條件的數(shù)學(xué)模型。的數(shù)學(xué)模型。 載荷載荷 位移約束（邊界條件）位移約束（邊界條件） 自由度 自由度(degree of fre

6、edom, dof)：用于描述一個(gè) 物理場的響應(yīng)特性。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 位移位移 熱熱 溫度溫度 電電 電位電位 流體流體 壓力壓力 磁磁 磁位磁位 學(xué)科方向?qū)W科方向 自由度自由度 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) dof rotz uy roty ux rotx uz 發(fā)展歷史 o有限元方法思想的萌芽可以最早追溯到18世紀(jì)末世紀(jì)末，歐拉歐拉在創(chuàng)立變分法的同時(shí) 就曾用與現(xiàn)代有限元相似的方法求解軸力桿的平衡問題，但那個(gè)時(shí)代缺乏強(qiáng) 大的運(yùn)算工具解決其計(jì)算量大的困難。 o到20世紀(jì)早期世紀(jì)早期，一些研究者應(yīng)用離散等價(jià)桿來擬合彈性體。 o1943年年courant在應(yīng)用數(shù)學(xué)界發(fā)表第一篇有限元論文第一篇有限元論文variationa

7、l methods for the solution of problems of equilibrium and vibration，文中描述了他使 用三角形區(qū)域的多項(xiàng)式函數(shù)來求解扭轉(zhuǎn)問題的近似解，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)尚未 出現(xiàn)，這篇論文并沒有引起應(yīng)有的注意。 o20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代，boeing公司采用三角元對機(jī)翼建模，大大推動(dòng)了有限元法 的應(yīng)用。1956年，m.j.turner (波音公司工程師)，r.w.clough (土木工程 教授)，h.c.martin (航空工程教授)及l(fā).j.topp (波音公司工程師) 等四位共 同在航空科技期刊上發(fā)表一篇采用有限元技術(shù)計(jì)算飛機(jī)機(jī)翼的強(qiáng)度的論文

8、， 名為stiffness and deflection analysis of complex structures，文中把 這種解法稱為剛性法(stiffness)，一般認(rèn)為這是工程上應(yīng)用有限元法的開端工程上應(yīng)用有限元法的開端 o1960年年，r. w. clough教授在美國土木工程學(xué)會(huì)(asce)之計(jì)算機(jī)會(huì)議上， 發(fā)表另一篇名為the finite element in plane stress analysis的論文， 將應(yīng)用范圍擴(kuò)展到飛機(jī)以外之土木工程上，同時(shí)有限元法有限元法(finite element method)的名稱也第一次被正式提出的名稱也第一次被正式提出。 發(fā)展歷史

9、o1971年年，首次發(fā)布ansys。 o進(jìn)入70年代年代后，隨著有限元理論的趨于成熟，cae技術(shù)也逐漸進(jìn)入了蓬勃 發(fā)展的時(shí)期，msc，ansys，sdrc三大cae公司先后組建。msc公司 旗下?lián)碛?0幾個(gè)產(chǎn)品，如nastran、patran、marc、adams、dytran和 easy 5等 ，ansys mechanical系列， ansys cfd（fluent/cfx）系 列，ansys ansoft系列以及ansys workbench和ekm等 ，sdrc把 其有限元程序supertab并入到i-deas中 。 o進(jìn)入21世紀(jì)世紀(jì)后，早期的三大軟件商msc、ansys、sdrc的

10、命運(yùn)各不相 同，sdrc被eds收購后與ugs進(jìn)行了重組，其產(chǎn)品i-deas已經(jīng)逐漸的 淡出了人們的視線；msc自從nastran被反壟斷拆分后一蹶不振，2009年 7月被風(fēng)投公司stg收購，前途至今還不明朗；而ansys則是最早出現(xiàn)的 三大巨頭中最為強(qiáng)勁的一支，收購了fluent、cfx、ansoft等眾多知名廠 商后，逐漸的塑造了一個(gè)體系規(guī)模龐大、產(chǎn)品線極為豐富的仿真平臺(tái)。 o目前常用的有限元軟件：ansys、adina、abaqus 。其他如 hypermesh、truegrid。另外catia，ug，proe，solidwork自己 也帶分析模塊用于簡單問題分析。 lesson b 有

11、限元法基本步驟 有限元法基本步驟 一、預(yù)處理階段 1.連續(xù)體離散化為有限單元，即將問題分解成節(jié)點(diǎn)和單元 2.定義單元行為特性。其物理意義：反映單元的力學(xué)物理特性； 數(shù)學(xué)意義：即插值位移函數(shù)，利用隨后解出的離散節(jié)點(diǎn)解和 該插值函數(shù)可以得到單元內(nèi)任意點(diǎn)的近似解。 3.對單元建立方程，構(gòu)造單元?jiǎng)偠染仃?4.將單元組合成總體的問題，構(gòu)造總體剛度矩陣 5.應(yīng)用邊界條件、初值條件和負(fù)荷 二、求解階段 6.求解線性或非線性代數(shù)方程組，以得到節(jié)點(diǎn)的值 三、后處理階段 7.得到其他重要的信息，如應(yīng)力、熱量等。 例題分析（直接公式法） 一、預(yù)處理階段 1.連續(xù)體離散化為有限單元 a1 a2 a3 a4 a5 變截

12、面彈性桿等截面彈性桿彈簧 一、預(yù)處理階段 2.定義單元行為特性 f=a，為平均應(yīng)力 由虎克定律=e=el / l f=(ea / l) l keq=ea / l kieq=e(ai+1+ai)/(2 l) i=14 物理意義:彈簧彈簧剛度k數(shù)學(xué)意義:插值形函數(shù)線性插值 j i jijjiix i j j i u u ssususu l xx s l xx s ：單元內(nèi)位移 ：形函數(shù) ui ux uj xi x xj 一、預(yù)處理階段-整體分析 節(jié)點(diǎn)1： r1 k1(u2-u1) 節(jié)點(diǎn)2： k1(u2-u1) k2(u3-u2) 節(jié)點(diǎn)3： k2(u3-u2) k3(u4-u3) 節(jié)點(diǎn)4： k3(u

13、4-u3) k4(u5-u4) 節(jié)點(diǎn)5： k4(u5-u4) p 列出節(jié)點(diǎn)平衡方程 寫成矩陣形式 總體剛度矩陣總體剛度矩陣 n個(gè)節(jié)點(diǎn)nn矩陣 一、預(yù)處理階段-單元分析 3.對單元建立方程(直接公式法) 矩陣形式 單元兩節(jié)點(diǎn)平衡方程任取一單元進(jìn)行受力分析 單元?jiǎng)偠染仃噯卧獎(jiǎng)偠染仃?最小勢能原理：對于一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，平 衡位置會(huì)出現(xiàn)位移以使系統(tǒng)的總勢能最小。 能量法（最小勢能法） 矩陣形式 (與直接公式法相同) 任取一單元進(jìn)行受力分析 系統(tǒng)總勢能 內(nèi)部應(yīng)變能u外力勢能 11 11 1 11 1 1 11 2 1 1 2 11 2 1 11 2 1 )22( )22( 0)22( 2 1 0)22(

14、 2 1 )2( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 i i i i eqeq eqeq iiieq iiieq iiieq i iiieq i iiiiiii i eq iiiiiieq iiii iieq f f u u kk kk fuuk fuuk fuuk u fuuk u ufufuuuuk ufufuuk ufuf uuku 一、預(yù)處理階段 4.將單元組合成總體的問題，構(gòu)造總體剛度矩陣 單元?jiǎng)偠染仃?在總體剛度矩陣中的位置 總體剛度矩陣 一、預(yù)處理階段 5.應(yīng)用邊界條件、初值條件和負(fù)荷 剛度矩陣位移矩陣=負(fù)荷矩陣 應(yīng)用邊界條件：u10 負(fù)荷：在節(jié)點(diǎn)5處應(yīng)用外力p 二、求解階段 6

15、.求解代數(shù)方程組 桿在y方向橫截面面積的變化可由下式表示 計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的橫截面面積 假設(shè)已知 求解階段 計(jì)算每個(gè)單元的等效剛度系數(shù) 將單元?jiǎng)偠染仃嚱M合成總體剛度矩陣 應(yīng)用邊界條件u10和負(fù)荷p1000lb 解出位移解 單元?jiǎng)偠染仃?三、后處理階段 7.得到其他重要的信息（如每個(gè)單元的平均應(yīng)力） 精確解(解析法) ln)(ln( )( pl )( )()( )( )( )( )( 0)( )(0)( 0)()( 1 12 1 12 12 1 0 12 1 00 wy l ww w wwet yu ty l ww wya ty l ww we pdy yea pdy duyu yea pdy

16、du dy du yeap dy du eyaep yap yyy avg avg ）（其中 虎克定理 任取一單元體dy，假設(shè)變形du 進(jìn)行受力分析 結(jié)果比較 u1= u2= u3= u4= u5= 有限元求解的基本過程總結(jié) 結(jié)構(gòu)離散化并生成有限元網(wǎng)格 由單元?jiǎng)偠染仃囆纬煽傮w剛度矩陣 應(yīng)用邊界條件和負(fù)荷 求解線性方程組 得到節(jié)點(diǎn)位移 計(jì)算單元或節(jié)點(diǎn)應(yīng)力 （基本解） （導(dǎo)出解） 有限元法主要優(yōu)點(diǎn) o概念淺顯，容易掌握； o具有很強(qiáng)的適用性，應(yīng)用范圍極廣；可用來解 決結(jié)構(gòu)分析、熱分析、流體力學(xué)及電磁場領(lǐng)域 的許多問題。 o采用矩陣形式表達(dá)，便于編程求解；可充分利 用電子計(jì)算機(jī)所提供的方便。 o有限

17、單元法具有靈活性和通用性，可以解決一 些復(fù)雜的特殊問題，例如復(fù)雜的幾何形狀，任 意的邊界條件，不均勻的材料特性，結(jié)構(gòu)中包 含桿件、板、殼等不同類型的構(gòu)件等。 lesson c ansys簡介 ansys簡介 p ansys是目前市場份額最大的有限元分析軟件，它能與 多數(shù)cad軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是經(jīng)典 cae工具，在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用。能實(shí)現(xiàn)多場及 多場耦合分析，具有多物理場優(yōu)化功能，良好的用戶開 發(fā)環(huán)境。 p 包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊，具有強(qiáng)大的 求解器和前、后處理功能，為我們解決復(fù)雜、龐大的工 程項(xiàng)目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個(gè)優(yōu)良的工 作環(huán)境，更使我們從

18、繁瑣、單調(diào)的常規(guī)有限元編程中解 脫出來。ansys本身不僅具有較為完善的分析功能，同 時(shí)也為用戶自己進(jìn)行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)境。 歷史版本 oansys 1.0 發(fā)布于 1970年 oansys 3.0 發(fā)布于 1979年 oansys 4.0 發(fā)布于 1984年 oansys 5.0 發(fā)布于 1993年 oansys 6.0 發(fā)布于 2001年 oansys 7.0 發(fā)布于 2002年 oansys 10.0 發(fā)布于 2006年 oansys 11.0 發(fā)布于 2008年 oansys 12.0 發(fā)布于 2009年 oansys 13.0 發(fā)布于 2010年 oansys 14.0 發(fā)

19、布于 2011年 oansys 15.0 發(fā)布于 2013年 ansys系列產(chǎn)品 ansys系列產(chǎn)品（續(xù)） o1. ansys/mechanical（機(jī)械仿真分析系統(tǒng)）：是 ansys的核心產(chǎn)品，包含通用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析部分 （structure模塊）、熱分析部分（thermal模塊）及其 耦合分析，涵蓋線性、非線性、靜力、動(dòng)力、疲勞、斷 裂、復(fù)合材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱及熱結(jié)構(gòu)耦合、壓電等機(jī) 械分析中幾乎所有的功能。 o2. ansys/structural（結(jié)構(gòu)分析模塊）：mechanical的 子模塊，也可單獨(dú)運(yùn)行。通過利用其強(qiáng)大的非線性功能 （幾何非線性、材料非線性、單元非線性），該模塊可 以使

20、用戶精確模擬大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性能。 o3. ansys/linear plus（線性結(jié)構(gòu)分析）：該模塊是從 ansys/structural派生出來的一個(gè)線性結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng)， 可用于線性的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及屈曲分析。 o4. ansys/thermal（熱分析模塊）： mechanical的子 模塊，也可單獨(dú)運(yùn)行，可用于穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)熱分析。 o5. ansys/flotran（流體分析模塊）：該程序是個(gè)靈活 的cfd(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) )軟件，可求解各種流體流動(dòng)問 題，具體包括：層流、紊流、可壓縮流及不可壓縮流等。 可以與ansys/mechanical進(jìn)行耦合。 o6. ansys/emag（電磁分析模塊

21、）：可模擬電磁場、靜 電學(xué)、電路及電流傳導(dǎo)分析。當(dāng)該程序與其它ansys模 塊聯(lián)合使用時(shí)，則具有了多物理場分析功能，能夠研究 流場、電磁場及結(jié)構(gòu)力學(xué)間的相互影響。 ansys系列產(chǎn)品（續(xù)） o7. ansys/ls-dyna（碰撞沖擊分析模塊）：ls-dyna 是顯式非線性有限元程序分析軟件，非線性包括幾何非線 性（大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和大應(yīng)變）、材料非線性（160多種 材料模型）和接觸非線性（50多種接觸類型）。該程序特 別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的碰撞、金屬成型 等非線性動(dòng)力沖擊問題 o8.ansys/connection（接口模塊）：ansys與cad軟件 的接口產(chǎn)品?？梢詫ad模型

22、數(shù)據(jù)或國際標(biāo)準(zhǔn)格式cad模 型數(shù)據(jù)直接讀入并進(jìn)行任意ansys支持的分析。 o9.ansys/ multiphysics （多物理場耦合）：ansys不僅 提供了結(jié)構(gòu)、流體、熱、電磁單場分析功能，而且這些分 析在統(tǒng)一模擬環(huán)境、數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行，通過多場耦合處理工 具，可以進(jìn)行復(fù)雜的多物理場耦合分析。 o ansys系列產(chǎn)品（續(xù)） ansys功能概覽 o結(jié)構(gòu)分析 o熱分析 o電磁分析 o流體分析 (cfd) o耦合場分析 - 多物理場 ansys 結(jié)構(gòu)分析概覽 結(jié)構(gòu)分析的類型: o靜力分析 o瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 o模態(tài)分析 o響應(yīng)譜分析、隨機(jī)振動(dòng) o諧響應(yīng)分析 o屈曲分析 o專項(xiàng)分析: （斷裂分析, 復(fù)

23、合材料分析，疲勞分析） 結(jié)構(gòu)分析用于確定結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)變、應(yīng)力及作用力等 ansys 結(jié)構(gòu)分析 概覽(續(xù)) o靜力分析 - 用于求 解靜態(tài)載荷引起的 位移、應(yīng)力. 不僅 可以進(jìn)行線性分析， 而且可以進(jìn)行非線 性分析，例如:塑性、 蠕變、膨脹、 大變 形、大應(yīng)變及接觸 問題等. o瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 - 確定結(jié)構(gòu)對隨時(shí)間 任意變化的載荷的 響應(yīng). 顯示器玻殼強(qiáng)度分析 輸電線路覆冰倒塔原因分析 ansys 結(jié)構(gòu)分析 概覽(續(xù)) o模態(tài)分析 - 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的固有頻 率及振形. o響應(yīng)譜分析、隨機(jī)振動(dòng) 用于計(jì)算由 于受到不確定載荷（如地震、隨機(jī) 振動(dòng)等）引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變. 整機(jī)模態(tài)分析 ansys

24、結(jié)構(gòu)分析 概覽(續(xù)) o諧響應(yīng)分析 - 確定線性結(jié) 構(gòu)對隨時(shí)間按正弦曲線 變化的載荷的響應(yīng). o屈曲分析 -屈曲分析主要 用于研究結(jié)構(gòu)在特定載 荷下的穩(wěn)定性以及確定 結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷.包 括線性屈曲分析和非線 性屈曲分析. o專項(xiàng)分析: 斷裂分析, 復(fù) 合材料分析，疲勞分析 courtesy: sikorsky aircraft ansys 沖擊碰撞分析 ansys除了提供標(biāo)準(zhǔn)的隱式動(dòng)力學(xué)分析以外， 還提 供了顯式動(dòng)力學(xué)分析模塊ansys/ls-dyna.主要用于求解 沖擊、碰撞、快速成型等問題 應(yīng)用領(lǐng)域 o航空航天：鳥撞（風(fēng)擋、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等）、 星際探測、結(jié)構(gòu)防撞性等； o金屬成形：沖壓、

25、鍛造、軋制、鑄造、液 壓成形、切邊、回彈及多工步分析等； o汽車：汽車防撞性、安全性分析； o土木建筑：橋梁動(dòng)力響應(yīng)、抗震分析等； o石油及海洋工程：液體晃動(dòng)、完井射孔等； o交通運(yùn)輸：列車碰撞、船舶碰撞； o其他：生物醫(yī)學(xué)、電子產(chǎn)品、mems動(dòng)力 分析等。 手機(jī)跌落分析droptest ansys熱分析概覽 o穩(wěn)態(tài)溫度場：熱傳導(dǎo)、 熱對流、熱輻射 o瞬態(tài)溫度場：熱傳導(dǎo)、 熱對流、熱輻射、相 變(熔化及凝固) ansys 熱分析計(jì)算物體的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)溫度 分布以及熱量的獲取或損失、熱梯度、熱通量等. 發(fā)動(dòng)機(jī)箱體工作時(shí)溫度分布 ansys電磁分析概覽(續(xù)) 磁場分析的類型: o靜磁場分析 - 計(jì)算

26、直流電（dc) 或永磁體產(chǎn)生的磁場. o交變磁場分析 - 計(jì)算由于交流電 (ac)產(chǎn)生的磁場. o瞬態(tài)磁場分析- 計(jì)算隨時(shí)間隨機(jī) 變化的電流或外界引起的磁場. 3d永磁電機(jī)的電磁特性分析 磁場可由電流、永磁體、外 加磁場等產(chǎn)生. 磁場分析 用于計(jì)算磁場.磁場分析中考慮的物理量是磁通 量密度、磁場密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、 能耗及磁通量泄漏等. ansys電磁分析概覽(續(xù)) o電場分析 用于計(jì)算電阻 或電容系統(tǒng)的電場. 典型 的物理量有電流密度、電 荷密度、電場及電阻熱等. o高頻電磁場分析 用于微 波及rf無源組件，波導(dǎo)、 雷達(dá)系統(tǒng)、同軸連接器等 分析. 某型號手機(jī)的輻射電磁波分析

27、 大型軍艦的天線布局 ansys 流體分析 概覽 ocfd - ansys/flotran 提供強(qiáng)大 的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析功能，包括不 可壓縮或可壓縮流體、層流及湍流， 以及多組份流等. o聲學(xué)分析 - 考慮流體介質(zhì)與周圍固體 的相互作用, 進(jìn)行聲波傳遞或水下結(jié) 構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析等. o容器內(nèi)流體分析 - 考慮容器內(nèi)的非流 動(dòng)流體的影響. 可以確定由于晃動(dòng)引 起的靜水壓力. o流體動(dòng)力學(xué)耦合分析 - 在考慮流體約 束質(zhì)量的動(dòng)力響應(yīng)基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)動(dòng) 力學(xué)分析中使用流體耦合單元. 流體分析 用于確定流體的流動(dòng)及熱行為. ansys 耦合場分析概覽 耦合場分析 考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場之間的相互 作用。如

28、果兩個(gè)物理場之間相互影響，單獨(dú)求解 一個(gè)物理場是不可能得到正確結(jié)果的，需要將兩 個(gè)物理場組合到一起求解分析。 感應(yīng)煉鋼爐電-流-固-熱耦合分析 不同熱膨脹系數(shù)的棒焊 接產(chǎn)生的熱應(yīng)力耦合 lesson d 有限元法在ansys 中實(shí)現(xiàn)步驟 ansys的基本步驟 一、預(yù)處理階段 1.設(shè)定單元類型 2.定義實(shí)常數(shù) 3.定義材料屬性 4.創(chuàng)建基本模型 5.劃分網(wǎng)格 6.施加載荷及約束 二、求解階段 7.求解線性或非線性代數(shù)方程組，以得到節(jié)點(diǎn)的值 三、后處理階段 8.讀取分析結(jié)果并顯示。 練習(xí)1 變截面板 依照如下循序漸進(jìn)的求解指導(dǎo)，進(jìn)行一 個(gè)變截面板受拉變形的靜力分析. 注意在 此分析中采用的ansy

29、s分析步驟分析步驟，以及幾次 將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)保存到文件中的操作. 練習(xí) 變截面板(續(xù)) 使用ansys分析受拉的變截面板，如圖所示. 求解在力p作用下板的變 形與應(yīng)力分布，已知條件 如下： w1 = 2 in w2 = 1 in l = 10 in thk =0.125 p = 1000 lb e = 10.4e6 lb/in2 = 0.3 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 1. 啟動(dòng) ansys，指定名稱. 更改文件存放路徑 更改工作文件名為first. 更改標(biāo)題為”the first example” 2.（可選）定義單位 輸入命令：/unit,bin 除磁場分析外，ansys工程

30、分 析中可使用任意一種單位制 ，只要保證所有數(shù)據(jù)使用統(tǒng) 一單位制即可。 有user（用戶自定義，默認(rèn) ）si(國際單位制)、bin（英 制）等 交互操作 3.設(shè)定分析模塊. a. main menu: preferences b. 選擇 structural. c. 選擇 ok. 使用“preferences” 對話框 選擇分析模塊，以便于對菜單 進(jìn)行過濾。如果不進(jìn)行選擇， 所有的分析模塊的菜單都將顯 示出來。例如這里選擇了結(jié)構(gòu) 模塊，那么所有熱、電磁、流 體的菜單將都被過濾掉，使菜 單更簡潔明了. 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 4.設(shè)定單元類型相應(yīng)選項(xiàng). a. main menu: pr

31、eprocessor element type add/edit/delete b. 選擇 add . . . c. 左邊單元庫列表中選 擇 solid. d. 在右邊單元列表中選 擇 8node 82. 單元類型決定單元的自由度 數(shù)和單元的維數(shù)（二維還是 三維）。ansys中每個(gè)單元 都有其單元類型名和特定的 唯一編號. 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 e. 選擇 ok 接受單元類 型并關(guān)閉對話框. f.選擇options設(shè)置單元 行為為指定厚度的平 面應(yīng)力行為（plane strs w/thk） g. 選擇 close 關(guān)閉單 元類型對話框. 本例為平面應(yīng)力問題，需要 用到單元厚度上的應(yīng)

32、力。 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 5.定義實(shí)常數(shù). a. main menu: preprocessor real constants b. 選擇 add . . . 有些單元的幾何特性，不能 僅用其節(jié)點(diǎn)的位置充分表示 出來，需要提供一些實(shí)常數(shù) 來補(bǔ)充幾何信息。 典型的 實(shí)常數(shù)有殼單元的厚度，梁 單元的橫截面積等。某些單 元類型所需要的實(shí)常數(shù)，以 實(shí)常數(shù)組的形式輸入. 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 c. 選擇 ok 定義plane82的實(shí)常數(shù). d. 選擇 help 得到有關(guān)單元 plane82的幫助. e. 查閱單元描述. f. file exit 退出幫助系統(tǒng). g. 在thk框

33、中輸入 0.125（厚度）. j. 選擇 ok 定義實(shí)常數(shù)并關(guān)閉對 話框. k. 選擇 close 關(guān)閉實(shí)常數(shù)對話框. 交互操作 6.定義材料屬性. a. preprocessor material props - constant- isotropic b. 選擇 ok to 定義材 料 1. c. 在ex框中輸入10.4e6 （彈性模量）. d.在prxy框中輸入0.3 （泊松比）. f. 選擇ok 定義材料屬 性并關(guān)閉對話框. 解 釋 材料屬性材料屬性 是與幾何模型無關(guān) 的本構(gòu)屬性，例如楊氏模量、 密度等. 根據(jù)不同的應(yīng)用，材 料屬性可以是線性或非線性的 ，可以是各向同性、正交異性 或各

34、向異性的，隨溫度變化或 不隨溫度變化的. 對于本問題 ，只須定義線性材料的楊氏模 量和泊松比。 交互操作 7.創(chuàng)建基本模型 a.main menu: preprocessor -modeling- create keypoints in active cs b.輸入四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo) 1（1，0） 2（1，0） 3（0.5,-10）4(0.5,-10) c.main menu: preprocessor -modeling- create areas arbitraty through kps 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 8.保存ansys數(shù)據(jù)庫文件 firstgeom.db. a. utili

35、ty menu: file save as b. 輸入文件名 firstgeom.db. c. 選擇 ok 保存文件并 退出對話框. 解釋 在劃分網(wǎng)格以前，用一表示 幾何模型的文件名保存數(shù)據(jù) 庫文件。一旦需要返回重新 劃分網(wǎng)格時(shí)就很方便了，因 為此時(shí)需要恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件 。 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 9.對幾何模型劃分網(wǎng)格. a. main menu: preprocessor meshing size cntrls manualsize lines picked lines b. 拾取變截面板兩斜邊， 選擇ok. c. 輸入單元邊長no. element divisions值4， ok

36、； 解 釋 有了幾何模型，就開始 進(jìn)行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格 劃分有手動(dòng)和自動(dòng)兩種 方式，也可以控制單元 的大小和形狀。 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 d.main menu: preprocessor meshing size cntrls manualsize lines picked lines e.拾取變截面板上下兩邊， 選擇ok. f.輸入單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)量no. of element division值1，ok； g. main menu: preprocessor meshing mesh areas mapped3or4 sided 解 釋 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 10. 保

37、存ansys數(shù)據(jù)庫到文 件 firstmesh.db. a.utility menu: file save as b.輸入文件名： firstmesh.db. c.選擇 ok 保存文件并 退出對話框. 解 釋 這次用表示已經(jīng)劃分網(wǎng)格后 的文件名存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫. 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 11. 施加載荷及約束. a.main menu: preprocessor loads define loads apply structural displacement on lines b.拾取變截面板上邊,ok. c.選擇all dof. d. 選擇 ok. （如果不輸 入任何值，位移約束默 認(rèn)為

38、0） 解釋 交互操作 e. main menu: preprocessor loads define loads apply structural force/moment on nodes f.拾取變截面板下邊中 點(diǎn),ok g.選擇direction of force 為fy，輸入載荷force值 -1000 k.選擇 ok. 解 釋 交互操作解 釋 12.保存數(shù)據(jù)庫文件到 firstload.db. a.utility menu: file save as b.輸入文件名 firstload.db. c.選擇ok保存文件并關(guān) 閉對話框. 建議再以firstload.db文 件名保存數(shù)據(jù)庫。

39、 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 13.求解. a.main menu: solution -solve- current ls b.查看狀態(tài)窗口中的信 息, 然后選擇 file close c.選擇 ok開始計(jì)算. d.當(dāng)出現(xiàn) “solution is done!” 提示后， 選擇ok關(guān)閉此窗口. 交互操作解 釋 交互操作 14.進(jìn)入通用后處理讀取分 析結(jié)果. a.main menu: general postproc -read results- first set 解 釋 后處理用于通過圖形或列表 方式顯示分析結(jié)果。 通用后處理（post1)用于觀 察指定載荷步的整個(gè)模型的 結(jié)果。本問題只有一個(gè)

40、載荷 步。 練習(xí) -變截面板(續(xù)) 交互操作 15.圖形顯示變形. a.main menu: general postproc plot results deformed shape b.在對話中選擇 deformed and undef edge.選擇ok 顯示最終變形 c.utility menu plotctrls animate deformed shape d. 選擇def+undeformed,選 擇ok動(dòng)態(tài)顯示變形過程 解 釋 交互操作 16.列表顯示變形. a.main menu: general postproc list results nodal solutiondof

41、solutiony-component of displacement b.選擇ok列表顯示各節(jié)點(diǎn)位 移值 解 釋 交互操作 17.圖形顯示等效應(yīng)力. a.main menu: general postproc plot results contour plot nodal solu b.選擇 stress von mises stress. c.插值點(diǎn)interpolation nodes選擇all applicable d. 選擇ok顯示應(yīng)力分布 解 釋 交互操作 18. (可選)列出反作用力. a.main menu: general postproc list results reaction solu b.選擇 all items, ok 關(guān)閉對話框. c.看