有限元理論與技術(shù)分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 有限元理論與技術(shù)分析有限元理論與技術(shù)分析 第1頁(yè)/共24頁(yè) 第2頁(yè)/共24頁(yè) 第3頁(yè)/共24頁(yè) 圖 9-1 3種總體坐標(biāo)系 總體坐標(biāo)系用于定位幾何實(shí)體的位置，是一個(gè)絕對(duì)的參考系。 ANSYS提供了三種總體坐標(biāo)系：笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系 ，三種坐標(biāo)系都是右手系，它們有共同的原點(diǎn)全局原點(diǎn)。在默認(rèn)情況下 ，ANSYS使用笛卡兒坐標(biāo)系。 第4頁(yè)/共24頁(yè) 笛卡兒坐標(biāo)系笛卡兒坐標(biāo)系（Cartesian CS）：為直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系號(hào)0，坐標(biāo)(x,y,z)。 圓柱坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系（Cylindrical CS）：坐標(biāo)系號(hào)1，坐標(biāo)(r, ,z)。 球坐

2、標(biāo)系球坐標(biāo)系(Spherical CS): 坐標(biāo)系號(hào)2，坐標(biāo)(r, , )。 圓柱圓柱Y坐標(biāo)系坐標(biāo)系（Cylindrical Y CS）：坐標(biāo)系號(hào)5，坐標(biāo)(r, ,y)。這種坐標(biāo)系 與坐標(biāo)系1類(lèi)似。 可以使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令對(duì)各種全 局坐標(biāo)系進(jìn)行切換。 第5頁(yè)/共24頁(yè) 用戶可以根據(jù)需要，建立自己的坐標(biāo)系，稱為局部坐標(biāo)系局部坐標(biāo)系。局部坐 標(biāo)系的坐標(biāo)系號(hào)大于10，一旦某個(gè)局部坐標(biāo)系被定義，它立即成為活躍坐活躍坐 標(biāo)系標(biāo)系。局部坐標(biāo)系的種類(lèi)有笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和環(huán)坐笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和環(huán)坐 標(biāo)系標(biāo)

3、系，前3種比較常用，環(huán)坐標(biāo)系十分復(fù)雜，一般不用。 定義局部坐標(biāo)系的方法有： 在當(dāng)前工作平面原點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt WP Origin。 通過(guò)3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSBy 3 Keypoints。 通過(guò)3個(gè)節(jié)點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSBy 3 Node

4、s。 通過(guò)在工作平面上拾取點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt Specified Loc。 第6頁(yè)/共24頁(yè) 盡管定義了多種坐標(biāo)系，但任一時(shí)刻只能有一個(gè)是活躍的 。把某一個(gè)坐標(biāo)系激活為活躍坐標(biāo)系，可使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令。某一個(gè)坐 標(biāo)系成為活躍坐標(biāo)系后，如果未做改變，則一直處于活躍狀態(tài) 。 需要注意的是，不論活躍坐標(biāo)系的種類(lèi)如何，ANSYS總 是以x、y、z來(lái)標(biāo)識(shí)3個(gè)坐標(biāo)。 第7頁(yè)/共24頁(yè) 在默認(rèn)情況 ，ANSYS對(duì)節(jié)點(diǎn)和

5、關(guān)鍵點(diǎn)列表時(shí)，顯示的總 是直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。如果要顯示節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)在其它坐標(biāo) 系下的坐標(biāo)，需要改變顯示坐標(biāo)系。改變顯示坐標(biāo)系使用命令 Utility MenuWorkPlaneChange Display CS to。 改變顯示坐標(biāo)系也會(huì)對(duì)實(shí)體顯示產(chǎn)生影響，如果沒(méi)有特殊 需要，在使用實(shí)體創(chuàng)建、繪圖命令之前，應(yīng)將顯示坐標(biāo)系改變 為全局直角坐標(biāo)系。 第8頁(yè)/共24頁(yè) 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系用于定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度和節(jié)點(diǎn)載荷的方向。以下輸入數(shù)據(jù)是 在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下定義的：自由度約束、集中力、主自由度、從自由度、約束方程； 在POST26后處理器中，以下輸入數(shù)據(jù)是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下定義的：自由度解、節(jié)點(diǎn) 力、支反力；

6、在POST1后處理器中，所有數(shù)據(jù)都是在結(jié)果坐標(biāo)系定義。 旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向的方法有： 將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前活躍坐標(biāo)系的方向， Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Active CS。 按給定的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系， Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Angles。 直接設(shè)置節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的3個(gè)坐標(biāo)軸方向， Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Vectors。 將

7、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到面或線的法線方向， Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Surf Norm。 第9頁(yè)/共24頁(yè) 單元坐標(biāo)系用于定義各向異性材料的特性的方向、施加表面載荷的方向、單 元結(jié)果的輸出方向等。所有單元坐標(biāo)系都是右手直角坐標(biāo)系。多數(shù)單元坐標(biāo)系的默 認(rèn)方向按如下規(guī)則： 1) 線單元的x方向是從該單元的節(jié)點(diǎn)I指向節(jié)點(diǎn)J。 2) 殼單元的x方向是從節(jié)點(diǎn)I指向節(jié)點(diǎn)J；z軸垂直于殼表面，正向由I、J和 K節(jié)點(diǎn)按右手定則確定，y軸垂直于x軸和z軸。 3) 二維和三維實(shí)體單元的單元坐標(biāo)系通常平行于全局直角坐標(biāo)系。 有些單元不

8、符合這些規(guī)則，具體情況參見(jiàn)ANSYS幫助文檔。在定義單元類(lèi) 型時(shí)，可以通過(guò)其選項(xiàng)選擇采用的單元坐標(biāo)系。 大變形分析時(shí)，單元坐標(biāo)系隨著單元的剛性旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。 第10頁(yè)/共24頁(yè) 計(jì)算結(jié)果中的初始和節(jié)點(diǎn)解定義在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系上，導(dǎo)出或單元解定義 在單元坐標(biāo)系上。但是，不論計(jì)算結(jié)果定義在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系上還是單元坐標(biāo) 系上，結(jié)果數(shù)據(jù)總是旋轉(zhuǎn)到結(jié)果坐標(biāo)系上顯示，默認(rèn)的結(jié)果坐標(biāo)系為全局 直角坐標(biāo)系。 可以使用Main MenuGeneral PostprocOptions for Outp命令 將結(jié)果坐標(biāo)系改變?yōu)槠渌鴺?biāo)系。 需要注意的是，有的單元結(jié)果數(shù)據(jù)總是在單元坐標(biāo)系上定義并顯示。 大變形分析時(shí)，單元坐標(biāo)系隨

9、著單元的剛性旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。結(jié)果顯示時(shí) ，各應(yīng)力、應(yīng)變和其它導(dǎo)出的單元數(shù)據(jù)也將包含剛性旋轉(zhuǎn)效果。 第11頁(yè)/共24頁(yè) 工作平面是一個(gè)二維繪圖平面，它主要用于創(chuàng)建實(shí)體時(shí)的定位和定向。在一 個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)工作平面，工作平面的位置和方向可以改變。默認(rèn)的情況下，工 作平面為全局直角坐標(biāo)系的xy平面，工作平面的x軸、y軸和原點(diǎn)與全局直角坐標(biāo) 系的x軸、y軸和原點(diǎn)重合。與工作平面相對(duì)應(yīng)，有一個(gè)工作平面坐標(biāo)系，坐標(biāo)系 號(hào)為4。 有關(guān)工作平面的操作如下： 1) 顯示工作平面， Utility MenuWorkPlaneDisplay Working Plane。 2) 設(shè)置工作平面，包括工作平面的坐標(biāo)系、捕捉、

10、柵格等， Utility MenuWorkPlaneWP Settings。 3) 偏移和旋轉(zhuǎn)工作平面， Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments Utility MenuWorkPlaneOffset WP to Utility MenuWorkPlaneAlign WP with。 第12頁(yè)/共24頁(yè) 第13頁(yè)/共24頁(yè) n創(chuàng)建單元類(lèi)型創(chuàng)建單元類(lèi)型 (Define the element types ) n定義材料特性定義材料特性 (Define material properties) n創(chuàng)建矩形面創(chuàng)建矩形面 (Create the rec

11、tangular) n劃分單元?jiǎng)澐謫卧?(Generate area mesh) n旋轉(zhuǎn)擠出體（旋轉(zhuǎn)擠出體（Operate Extrude） n旋轉(zhuǎn)工作平面旋轉(zhuǎn)工作平面 (Offset WP by Increment) n創(chuàng)建局部坐標(biāo)系（創(chuàng)建局部坐標(biāo)系（Create Local CS） n施加約束施加約束 (Applied displacement) n施加載荷施加載荷 (Applied force) n求解求解 (Obtain solution) n查看結(jié)果查看結(jié)果 (Review result plot path graph) 第14頁(yè)/共24頁(yè) 第15頁(yè)/共24頁(yè) 第16頁(yè)/共24頁(yè) 第17頁(yè)/共24頁(yè) 第18頁(yè)/共24頁(yè) 第19頁(yè)/共24頁(yè) /POST1 PLDISP,1 RSYS