有限元分析及應用ansys課件

1、第六章 ANSYS 軟件 第1講ANSYS 軟件概述及操作界面一. ANSYS功能概覽第一個通過 ISO9001 質(zhì)量體系認證的分析設類軟件；首個在我國壓力容器標準化技術委員會認證的分析軟件；程序分析功能：結構分析熱分析高度非線性瞬態(tài)動力分析（LSDYNAN）流體靜力學和動力學分析（FLOTRAN）電磁場分析聲學分析壓電分析多場耦合分析設計靈敏度及優(yōu)化分析結構分析的類型:靜力分析 用于靜態(tài)載荷?？梢钥紤]結構的線性及非線性行為，例如：大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等。模態(tài)分析 計算線性結構的自振頻率及振形。譜分析 是模態(tài)分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變 (也

2、叫作 響應譜或PSD)。結構分析用于確定結構的變形、應變、應力及反作用力等.(1) 結構分析諧響應分析 確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應。瞬態(tài)動力學分析 確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應。 可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為。特征屈曲分析 用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀。 (結合瞬態(tài)動力學分析可以實現(xiàn)非線性屈曲分析。)專項分析 斷裂分析, 復合材料分析，疲勞分析。用于模擬非常大的變形，慣性力占支配地位，并考慮所有的非線性行為。它的顯式方程求解沖擊、碰撞、快速成型等問題，是目前求解這類問題最有效的方法。 ANSYS除了提供標準的隱式動力學分析以外， 還提供了顯式動力

3、學分析模塊ANSYS/LS-DYNA。熱分析之后往往進行結構分析,計算由于熱膨脹或收縮不均勻引起的應力。 ANSYS功能:相變 (熔化及凝固), 內(nèi)熱源 (例如電阻發(fā)熱等)三種熱傳遞方式 (熱傳導、熱對流、熱輻射)ANSYS 熱分析計算物體的穩(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。(2) 熱分析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.磁場可由電流、永磁體、外加磁場等產(chǎn)生.磁場分析用于計算磁場.(3) 電磁分析磁場分析的類型:靜磁場分析 - 計算直流電（DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場。交變磁場分析 - 計算由于交流電(AC)

4、產(chǎn)生的磁場。瞬態(tài)磁場分析- 計算隨時間隨機變化的電流或外界引起的磁場。電場分析用于計算電阻或電容系統(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。高頻電磁場分析用于微波及RF無源組件，波導、雷達系統(tǒng)、同軸連接器等分析。CFD ANSYS/FLOTRAN 提供強大的計算流體動力學分析功能，包括不可壓縮或可壓縮流體、層流及湍流，以及多組份流等。聲學分析 考慮流體介質(zhì)與周圍固體的相互作用, 進行聲波傳遞或水下結構的動力學分析等。容器內(nèi)流體 分析 考慮容器內(nèi)的非流動流體的影響。 可以確定由于晃動引起的靜水壓力。流體動力學耦合分析 在考慮流體約束質(zhì)量的動力響應基礎上，在結構動力學分析中使用

5、流體耦合單元。(4) 流體分析流體分析用于確定流體的流動及熱行為。 耦合場分析 考慮兩個或多個物理場之間的相互作用。如果兩個物理場之間相互影響，單獨求解一個物理場是不可能得到正確結果的，因此你需要一個能夠?qū)蓚€物理場組合到一起求解的分析軟件。例如： 在壓電力分析中，需要同時求解電壓分布（電場分析）和應變（結構分析）。其他需要耦合場分析的典型情況有：熱應力分析流體結構相互作用感應加熱（電磁熱）, 感應振蕩兩根熱膨脹系數(shù)不同的棒焊接在一起，圖示為加熱后的變形.(5) 耦合分析Windows平臺交互方式 在Windows 系統(tǒng)中, 按 Start Programs ANSYS 10.0 ANSYS

6、Product Launcher1. 啟動 ANSYS二、ANSYS圖形用戶界面有兩種方式啟動 ANSYS： 通過交互方式 通過命令(UNIX系統(tǒng))License設置： ANSYS Multiphysics/LS-DYNAFile Management設置： Working Directory ：所有文件將要存貯 的目錄。 Job Name：設定作業(yè)名。作業(yè)名不超過 32 個字符, 作為所有生成文 件的前綴。缺省為 file或為上 一次定義的作業(yè)文件名。Customization Preferences設置Graphics Device Name：如果配置了 3-D顯示卡選擇 3-D。在Win

7、dows系統(tǒng)上選擇win32。Memory：缺省值將滿足大多數(shù)情況彈出的產(chǎn)品配置對話框：進入 ANSYS 后顯示如下的 GUI窗口:2. 圖形用戶界面(GUI)應用菜單(Utility Menu): 包括文件管理、選擇、顯示控制、參數(shù)設置等應用功能主菜單(Main Menu): 包括Ansys的主要功能，分為前處理、求解、后處理等輸入窗口(Input): 顯示提示信息，輸入Ansys命令圖形窗口(Graphics): 顯示由Ansys創(chuàng)建或傳遞到Ansys的模型以及分析結果圖形輸出窗口(Output): 顯示軟件的文本輸出，通常在后面需要時點擊打開工具條(Toolbar): 將常用的命令制成工

8、具條，方便調(diào)用 包含ANSYS運行過程中通常使用的功能(10個下拉式菜單)。如：文件管理(File)、選擇(Select)、圖形(Plot) 、 、在線幫助(Help)等。關閉此窗口就關閉Ansys程序。3. 應用菜單提供了一些對程序文件進行操作的命令。Clear & Start NewChange Jobname/ Directory/ Title Save as Jobename.db/ Import/Export (1) 文件管理(File)Ansys文件系統(tǒng)ANSYS 在一個分析中要讀寫幾個文件。文件名的格式為jobname.ext.工作名在啟動 ANSYS之前選擇一個不超過 32個的

9、字符作為文件名。缺省為 file。在 ANSYS中，可使用 /FILNAME 命令來修改文件名。 (Utility Menu File Change Jobname).擴展名鑒別文件的內(nèi)容, 例如 .db 是數(shù)據(jù)庫文件。通常由 ANSYS 自己指定，但也可以通過(/ASSIGN)自己定義。典型文件:jobname.log:日志文件是 ASCII碼文件。包括了運行過程中的每一個命令。如果用同樣的工作名在同一目錄中開始另一輪操作, ANSYS 將會添加到日志文件中去 (作一個時間標記)。jobname.err: 出錯文件是 ASCII碼文件。包括了運行過程中的所有錯誤和警告。 ANSYS將添加到已

10、存在的錯誤文件。jobname.db, .dbb: 數(shù)據(jù)庫文件是二進制 文件。與所有的平臺兼容。jobname.rst, .rth, .rmg, .rfl: 結果文件是二進制文件。與所有平臺兼容。包括了ANSYS運算過程中的所有計算數(shù)據(jù)。文件管理技巧在一個單獨的工作目錄中作一次分析。用不同的工作名來區(qū)分不同的分析。在任何ANSYS分析之后，應保存以下的文件:日志文件 ( .log)數(shù)據(jù)庫文件 ( .db)結果文件 (.rst, .rth, )荷載步文件, 如有多少步 (.s01, .s02, .)物理文件 (.ph1, .ph2, .)使用 /FDELETE命令 或 Utility Menu

11、File ANSYS File Options 來自動刪除ANSYS分析不再需要的文件。針對程序中創(chuàng)建的實體圖形而言。EntitiesComp/AssemblyEverything(2) 選擇(Select)以文本的形式列出Ansys程序生成各文件的數(shù)據(jù)。(3) 列表(List)在圖形窗口顯示模型。(4) 繪圖(Plot)(5) 繪圖控制(PlotCtrls) PlotCtrls 菜單是用來控制圖形顯示的：繪圖方位縮放顏色符號注釋動畫等 Pan-Zoom-Rotate改變觀察方位、圖形縮放是最常用的功能缺省的視圖方位是主視圖方向：是從 +Z 軸觀察模型。用動態(tài)模式（或拖動模式：一種用 Cont

12、rol鍵和鼠標鍵調(diào)整觀察方向的途徑）Ctrl + Left( 鼠標左鍵)：平移模型。Ctrl + Middle(鼠標中鍵）：縮放模型Ctrl + Right（鼠標右鍵）：旋轉(zhuǎn)模型P ZR Ctrl如果不按住 Control 鍵，可以用Pan-Zoom-Rotat 對話框中提供的熱鍵。同樣可以用鼠標鍵來操作。在 3-D圖形設置中, 可以自動控制光源 。產(chǎn)生不同角度的光照效果。 Pan-Zoom-Rotate對話框的其它功能:預先設置的觀察方向；對模型選定的區(qū)域進行縮放；對模型進行增量式的平移拖動，縮放以及旋轉(zhuǎn) (根據(jù)滾動條上設定的比例)分別繞屏幕的 X, Y, Z軸旋轉(zhuǎn)?？s放模型至適合窗口大??；

13、返回模型到默認的取向。對繪圖區(qū)域進行設置。(6) 工作平面設置(WorkPlane)使用說明和聯(lián)機幫助(7) 幫助(Help)包括分析所需的主要功能。在進行下一個功能之前，重疊的獨立窗口允許完成所有必須的操作。4. 主菜單允許輸入命令。 (大多數(shù) GUI功能都能通過輸入命令來實現(xiàn). 如果知道這些命令,可以通過輸入窗口鍵入。)在拾取圖形時也可以通過鍵入命令的方式實現(xiàn)。5. 輸入窗口包含常用命令的縮寫形式。可使用一些預先設置好的命令，也可以添加自己的命令，但需要熟悉 ANSYS 命令。可以構造自己的“按鈕菜單”6. 工具條數(shù)據(jù)庫 ANSYS 數(shù)據(jù)庫包括了建模、求解、后處理產(chǎn)生的保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

14、數(shù)據(jù)庫存貯了輸入的數(shù)據(jù)以及 ANSYS的結果數(shù)據(jù):輸入數(shù)據(jù)：必須輸入的信息，如模型尺寸、材料特性、荷載情況。結果數(shù)據(jù)：ANSYS 的計算結果, 如位移、應力、應變、反力等。保存和恢復數(shù)據(jù)庫保存在計算機內(nèi)存中，應經(jīng)常存盤，以防在計算機死機或斷電時丟失信息。保存操作是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)拷貝到稱為數(shù)據(jù)庫的文件中。 ( db 為縮寫).最簡單的保存方式是單擊 Toolbar SAVE_DB或使用:Utility Menu File Save as Jobname.dbUtility Menu File Save asSAVE 命令 從 db文件中恢復數(shù)據(jù)庫，用 RESUME操作。Toolbar RESUM

15、E_DB或使用:Utility Menu File Resume Jobname.dbUtility Menu File Resume fromRESUME 命令保存和恢復缺省文件，然后起名為 jobname.db，也可以通過“Save as”選擇一個不同的名字，然后用 “Resume from”恢復。.保存和恢復的注意事項:選擇 “Save as” 或 “Resume from” 時并不改變當前的工作名。如果缺省保存在此之前已存在一個重名的文件, ANSYS將首先將舊的文件拷貝到 jobname.dbb 作為一個備份。 db 文件僅僅是文件被保存時在內(nèi)存中的“快照”保存和恢復技巧:做一個分析

16、過程中定期的保存數(shù)據(jù)庫。 ANSYS不能自動保存。在嘗試不熟悉的操作時（如布爾操作或剖分網(wǎng)格）或一個操作將導致較大改變時（如刪除操作），應保存數(shù)據(jù)庫。如果不滿意此次做出的結果，可以用恢復來重做。在求解之前也應保存數(shù)據(jù)庫。一些對話框中有 Apply和 OK兩種按鈕。Apply 完成對話框的設置,不退出對話框 (不關閉) 。OK完成對話框的設置, 退出對話框。ANSYS菜單輸出窗口是獨立的。 注意: 在關閉輸出窗口時將關閉ANSYS操作！主菜單中優(yōu)選框(Main Menu Preferences)可以過濾一些不必要的參數(shù)。7. 其它 GUI注意事項優(yōu)選框優(yōu)選框允許過濾掉當前分析中不用的菜單選項。例

17、如： 做一個熱分析,可以過濾掉其它選項:只有熱單元類型將在單元類型選擇對話框中出現(xiàn)。只顯示熱荷載。三種退出 ANSYS的途徑:Toolbar QUIT Utility Menu File Exit使用 /EXIT 命令8. 退出ANSYS演示:啟動 ANSYS 顯示 GUI界面彈出在“激活的坐標系下建立關鍵點”對話框，演示 OK和 Apply的區(qū)別顯示優(yōu)選對話框顯示輸出窗口的內(nèi)容1. 典型ANSYS分析的基本步驟創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建或讀入實體模型定義材料屬性劃分單元 (節(jié)點及單元)施加載荷進行求解施加載荷及載荷選項求解查看結果查看分析結果檢驗結果 (分析是否正確)三、典型ANSYS分析過程1)

18、指定作業(yè)名和分析標題 (不必要但推薦)作用：識別Ansys作業(yè)，是所有文件的第一部分(文件名) , 文件的第二部分(擴展名) 用于區(qū)分不同分析數(shù)據(jù)結構的文件。默認值為File或file，分析標題在所有的圖形中顯示。修改：a)在入口選項Ansys Product Launcher中設置 b) GUI: Utility Menu File Change Job name (or command: /filname ) 注意：a) 兩修改方式的區(qū)別：用a)方式設置作業(yè)名后，仍可以用b)方式修改，但此時所修改的作業(yè)名僅僅適用于b)方式后打開的文件，之前打開的文件如記錄文件jobname.log，出錯文

19、件jobname.err等仍是原來作業(yè)名 b)同一單位值數(shù)值的輸入2. 創(chuàng)建有限元模型2) 定義單元類型、單元實常數(shù) 每一種單元類型都有特定的編號和單元類型名。有些單元還需要定義單元實常數(shù)。3) 定義材料特性單元的材料特性一般包括： 線性與非線性 各項同性、正交異性或非彈性 特性隨溫度變化與否4) 創(chuàng)建幾何圖形材料特性選定后，可建立幾何模型，網(wǎng)格劃分生成物理模型。1) 定義分析類型和分析選項根據(jù)載荷條件和計算的響應選擇。Ansys中有靜態(tài)、瞬態(tài)等2) 加載6種載荷：DOF約束 力 表面分布載荷 體積載荷 慣性載荷 耦合場載荷 載荷步，子步3. 施加載荷并求解施加在實體/有限元模型3) 指定載荷

20、步選項對載荷步進行修改和控制（子步數(shù)、載荷步的時間和輸出）4) 求解初始化數(shù)據(jù)庫中獲得模型和載荷信息，進行求解 4. 檢查分析結果POST1: 整個模型或選定部分模型在某一時間步的計算結果POST26: 模型特定點在所有時間步內(nèi)的計算結果第2講實 體 建 模2.1 實體建模簡介2.2 自上而下建模圖元工作平面布爾運算 附：例題2.3 自下而上建模關鍵點坐標系線、面、體操作 附：例題實體建模主要內(nèi)容重點掌握兩種實體模型的創(chuàng)建方法自上而下建模：圖元，工作平面，布爾運算自下而上建模：關鍵點，坐標系，線，面，體四、例題講解例子：一個帶有3個圓孔的鋼板模型。板厚為20mm，板的材料參數(shù)為：彈性模量E=2

21、00GPa，泊松比v=0.25；大圓孔半徑為30mm；導角半徑為50mm；兩小圓孔半徑為10mm，導角半徑為20mm；大圓與小圓之間的距離為80mm，兩小圓孔之間的距離為60mm。此模型在左側(cè)的小圓孔洞上施加位移約束，在右側(cè)的大圓孔洞上施加載荷。2.1 實體建模簡介定義 層次實體建模 建立實體模型的過程。一個實體模型由體、面、線及關鍵點組成體由面圍成，面由線組成，線由關鍵點組成實體的層次從底到高: 關鍵點 、線 、面、體注意：1.如果高一級的實體存在，則低一級的與之依附的實體不能刪除.2.另外，一個只由面及面以下層次組成的實體，如殼或二維平面模型，在ANSYS中仍稱為實體.體面線及關鍵點關鍵點

22、線面體3）應用范圍直接導入幾何實體來建模很方便，但有些情況下需要在ANSYS中來建立實體模型。例如：需要建立參數(shù)模型時在優(yōu)化設計及參數(shù)敏感性分析時建立包含變量的模型時沒有ANSYS能夠讀入的幾何實體模型時計算機上沒有相關的繪圖軟件時（與ANSYS程序兼容）在對輸入的幾何實體需要修改或增加時，或者對幾何實體進行組合時由上而下建模加建立實體模型可以通過兩個途徑：由上而下：首先建立體（或面），對這些體或面按一 定 規(guī)則組合得到最終需要的形狀。4）方法提示：可以根據(jù)模型形狀選擇最佳建模途徑.由下而上：首先建立關鍵點，由這些點建立線、由線建 立面、由面建立體。由下而上建模方法：首先建立體（或面），對這些

23、體或面按一定規(guī)則組合得到最終需要的形狀.2.2 由上而下建模開始建立的體或面稱為圖元工作平面用來定位并幫助生成圖元對原始體組合形成最終形狀的過程稱為布爾運算圖元圖元是預先定義好的幾何體，如圓、多邊形和球體。實體建模 - 由上而下建模1. 定義：二維圖元包括矩形、圓、三角形和其它多邊形矩形 三角形 圓其它多邊形三維圖元包括塊體、圓柱體、棱體、球體、圓錐體和環(huán)體。實體建模 - 由上而下建模塊體 圓柱體 棱體球體 圓錐 體環(huán)體當建立二維圖元時，ANSYS 將定義一個面，并包括其下層的線和關鍵點。當建立三維圖元時，ANSYS 將定義一個體，并包括其下層的面、線和關鍵點。實體建模 - 由上而下建模2.

24、由上而下建模的特點：3. 操作：圖元可以通過輸入尺寸或在圖形窗口拾取來建立。在命令窗口輸入中心及半徑指令拾取器拾取Ansys 主菜單前處理建模面積圓或在這里輸入數(shù)值-例1 建立實心圓:ANSYS Main Menu -Preprocessor -Modeling -Create -Areas - Circle 例2 生成塊體:ANSYS Main Menu -Preprocessor -Modeling - Create -Volumes- Block 實體建模 - 由上而下建模指令拾取器 在命令窗口輸入?yún)?shù).拾取或在這兒輸入值WXWYWP (X,Y)widthheight利用顯示格柵，在工作

25、平面上作圖就象在方格紙上作圖。除了格柵的設置外，工作平面是無限的。WXWYX2X1Y2Y1實體建模 - 由上而下建模工作平面工作平面 是一個可動的二維參考平面，用來定位確定圖元。缺省狀態(tài)下，工作平面原點與整體坐標系原點重合，但可以把工作平面移動或旋轉(zhuǎn)到任意位置.1. 定義：工作平面控制菜單（WP Settings）控制下列內(nèi)容:WP display - 只顯示三個坐標軸 (缺省),只顯示格柵，或兩者均顯示。Snap - 便于在工作平面上拾取格柵上點.Grid spacing 柵距.Grid size -顯示的工作平面大小(大小無限制).實體建模 - 由上而下建模所有的工作平面命令菜單均在 Ut

26、ility Menu WorkPlane.2. 設置：通過Increments移動工作平面用按扭實現(xiàn) (通過指針滑動實現(xiàn)).或輸入希望的增量值.或使用動態(tài)方式 (類似移動-縮放-轉(zhuǎn)動).實體建模 - 由上而下建模3. 位置：工作平面移動菜單 用Offset 和 Align菜單可以把工作平面移到期望的任意位置Offset WP to 保持其當前方向，簡單地平移工作平面到期望的位置:已經(jīng)存在的一個或多個關鍵點 注意：若拾取多個關鍵點，則工作平面移到這些關鍵點的 平均位置處已經(jīng)存在的一個或多個結點通過坐標值指定的一個或多個位置總體坐標系原點激活坐標系的原點實體建模 - 由上而下建模Align WP

27、with 此命令用于定位工作平面例如，Align WP with Keypoints 命令提示拾取三個關鍵點 ： 一個為原點，一個定義X-軸， 一個定義 X-Y 平面把工作平面移動到其缺省位置（總體坐標系原點，X-Y 平面內(nèi))時, 點擊 Align WP with Global Cartesian.實體建模 - 由上而下建模布爾運算 是對幾何實體進行合并的計算。ANSYS 中布爾運算包括加(Add) 、減(Subtract) 、相交(Intersect)、分割(Divide)、粘結(Glue) 、搭接(Overlap)、互分(Partition)。加輸入實體 布爾運算 輸出實體實體建模 - 由

28、上而下建模布爾運算1. 定義：布爾運算時輸入的可以是任意幾何實體，從簡單的圖元到通過CAD輸入的復雜的幾何體。所有的布爾運算可以在GUI界面下獲得 Preprocessor -Modeling- Operate.實體建模 - 由上而下建模注意：在缺省狀態(tài)下, 布爾運算時輸入的幾何實體在運算結束后將刪除.被刪除實體的編號數(shù)被“釋放” (即, 這些編號可以指定給新的實體，并從獲得的最小編號開始）。2. 布爾運算命令：Add 把兩個或多個實體合并為一個實體。實體建模 - 由上而下建模Subtract刪除“母體”中一塊或多塊與子體重合的部分。對于建立帶孔的實體或準確切除部分實體特別方便。實體建模 -

29、由上而下建模Glue把兩個或多個實體粘合到一起，在其接觸面上具有共同的邊界。當想定義兩個不同的實體時特別方便（如對不同材料組成的實體）。實體建模 - 由上而下建模Overlap類似于粘合運算，但輸入的實體有重疊.實體建模 - 由上而下建模Divide把一個實體分割為兩個或多個，它們?nèi)酝ㄟ^共同的邊界連接在一起； “切割工具” 可以是工作平面、面、線甚至于體；在用塊體劃分網(wǎng)格時，通過對實體的分割，可以把復雜的實體變?yōu)楹唵蔚捏w。實體建模 - 由上而下建模Intersect只保留兩個或多個實體重疊的部分如果輸入了多于兩個的實體,則有兩種選擇: 公共相交和兩兩相交公共相交只保留全部實體的共同部分。兩兩相

30、交則保留每一對實體的共同部分，這樣，有可能輸出多個實體。CommonIntersectionPairwiseIntersection實體建模 - 由上而下建模Partition把兩個或多個實體分為多個實體，但相互之間仍通過共同的邊界連接在一起。若想找到兩條相交線的交點并保留這些線時，此命令特別有用，如下圖所示。 (交運算可以找到交點但刪除了兩條線）L1L2L3L6L5L4Partition實體建模 - 由上而下建模例子： 一個帶有3個圓孔的鋼板模型。板厚為20mm，板的材料參數(shù)為：彈性模量E=200GPa，泊松比v=0.25；大圓孔半徑為30mm；導角半徑為50mm；兩小圓孔半徑為10mm，導

31、角半徑為20mm；大圓與小圓之間的距離為80mm，兩小圓孔之間的距離為60mm。此模型在左側(cè)的小圓孔洞上施加位移約束，在右側(cè)的大圓孔洞上施加載荷。問題分析：二維問題工作平面內(nèi)即可 圖形中有矩形、圓、孔可以采用加、減布爾運算 求解方法：采用實體的由上而下建模方法，通過布爾加、減最終獲得實體 模型具體操作：如下 實體建模 - 由上而下建模思考：怎樣在Ansys前處理中建立該模型？都有哪些方法呢？Step1 使用缺省狀態(tài)，工作平面原點與整體坐標系原點重合，建立80100矩形面Step2 建立100的圓面，圓心坐標(80,50)Step3 同理建立40的兩小圓面，圓心坐標分別為(0,20) ，(0,8

32、0) Step4 建立2080的矩形面，左下角點坐標 (-20,20) ，寬高分別為20，60 Step5 布爾加(Add)運算，Pick all，將所有面實體都進行加運算生 成一個新面Step6 按照Step2相同的方法生成3個圓面Step7 布爾減(Subtract)運算注意：布爾Subtract運算首先需要選擇基體，OK后再選擇被減的面積Step8 存盤Ansys Toolbar- Save_DB 例：建立一個L形實體面時, 可以先建立各個角點. 然后通過連接點形成簡單面，或者先形成線后用線定義面.實體建模 - 由下而上建模2.3 由下而上建模 方法：由下向上建模時首先建立關鍵點，從關鍵

33、點開始建立其它實體。用于：創(chuàng)建幾何模型定向載荷和DOF觀看結果模型坐標列表一、坐標系實體建模 - 由下而上建模 幾何模型的定位和創(chuàng)建可基于三種坐標系 (CS)工作平面坐標系( Working Plane CS )全局坐標系( Global CS )局部坐標系( Local CS )1. 創(chuàng)建幾何模型：實體建模 - 由下而上建模工作平面坐標系工作平面坐標系即一個2-D 作圖平面主要用于實體圖元的位置和方向也可以通過在工作平面上拾取來定義關鍵點實體建模 - 由下而上建模全局坐標系全局坐標系是模型的總體參考系可以是直角坐標系(Cartesian System 0)、柱坐標系(Cylindrical

34、System 1)或球坐標系 (Spherical System 2).缺省時，全局直角坐標系是激活坐標系激活坐標系為柱（或球、其它坐標系）局部坐標系用戶在特定位置創(chuàng)建的坐標系稱為局部坐標系可以是直角坐標系(Cartesian System 0) 、柱坐標系(Cylindrical System 1)或球坐標系(Spherical System 2)?？梢岳@X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)。其ID編號大于或等于11。 定義局部坐標系可以在:工作平面原點位于已經(jīng)存在的關鍵點或節(jié)點位于特定的坐標位置XYX11Y11X12Y12可以定義多個坐標系，但任何時候只能有一個坐標系被激活.有些幾何實體受定義時激活坐標系的影

35、響:關鍵點和節(jié)點位置線的曲率面的曲率生成或填充的關鍵點和節(jié)點等等.圖形窗口標題顯示了活動坐標系.實體建模 - 由下而上建模注意：全部力（載荷、位移、邊界條件）都定義為節(jié)點坐標系，即在模型中連接在每個節(jié)點上的坐標系。缺省時，節(jié)點坐標系與全局直角坐標系平行。2. 載荷和自由度定向節(jié)點坐標系：有時，需要旋轉(zhuǎn)模型中某些節(jié)點的節(jié)點坐標系，用于有坡度的滑動支撐或施加徑向位移：節(jié)點坐標系舉例觀看節(jié)點坐標系：Utility Menu: PlotCtrls Symbols (Nodal CS )當在通用后處理( POST1 )中觀看結果時，所有結果（應力、反力）都位于結果坐標系( results coordin

36、ate system )中。缺省時，POST1將所有結果轉(zhuǎn)化為全局直角坐標系，包括經(jīng)過“旋轉(zhuǎn)”的節(jié)點上的結果。3. 觀看結果結果坐標系：改變結果坐標系： Main Menu: General Postprocessor Options for Outp改變結果坐標系的例子列出節(jié)點坐標系：Utility Menu: List Nodes這些坐標都用顯示坐標系( DSYS )表示。缺省時，DSYS被設置為全局直角坐標系，因此無論模型在何種坐標系中創(chuàng)建，列出的坐標值都位于全局直角坐標系中。改變顯示坐標系：Utility Menu: WorkPlane Change Display CS to4. 列

37、表顯示坐標系：坐標系總結工作平面全局坐標系 用于定義和定位幾何項局部坐標系節(jié)點坐標系用于載荷和自由度定向結果坐標系 用于顯示和解釋結果顯示坐標系-用于各坐標值列表圖元: 點、線、面、體圖元的等級：由低至高 = 點、線、面、體 要點：修改圖元必須由低至高 刪除圖元必須由高至低幾何實體：由一系列圖元組成幾何實體二、圖元及基本圖元的生成定義關鍵點:Preprocessor -Modeling - Create -Keypoints生成關鍵點時只需要關鍵點的編號及點的坐標值數(shù)據(jù)關鍵點編號的缺省值為下一個整數(shù);坐標位置可以通過在工作平面上拾取或輸入X,Y,Z; 坐標值確定。注意：坐標值如何確定？它依賴于

38、當前激活坐標系實體建模 - 由下而上建模1、關鍵點（Keypoints)有許多方法定義線，如下圖如果定義面或體, ANSYS 將自動生成未定義的線，線的曲率由當前激活坐標系確定.在生成線時，關鍵點必須存在。實體建模 - 由下而上建模2.線（Lines）Create -Lines- ArcsCreate -Lines- LinesCreate -Lines- SplinesOperate Extrude -Lines用由下向上的方法生成面時，需要的關鍵點或線必須已經(jīng)定義如果定義體，ANSYS 將自動生成未定義的面、線，線的曲率由當前激活坐標系確定.實體建模 - 由下而上建模3、面（Area）Cr

39、eate -Areas- ArbitraryOperate Extrude-Areas用由下向上的方法生成體時，需要的關鍵點或線或面必須已經(jīng)定義實體建模 - 由下而上建模四、體（Volumes)Create -Volumes- Arbitrary布爾運算： 由上而下和由下而上的建模方式均可對實體進行布爾運算。其它操作命令：拖拉縮放移動拷貝反射合并倒角實體建模 - 由下而上建模三 、操作利用已經(jīng)存在的面快速生成體 (或由線生成面或由關鍵點生成線).如果面已經(jīng)劃分了網(wǎng)格，單元也可以隨著面一起拖拉有四種方法拖拉面:法向拖拉 通過對面的法向偏移形成體 VOFFST .XYZ偏移 通過對面的總體XYZ方

40、向偏移形成體 VEXT. 可以錐形拖拉沿坐標軸 繞坐標軸旋轉(zhuǎn)面形成體(也可通過兩個關鍵點旋轉(zhuǎn)) VROTAT.沿直線沿一條線或一組鄰近的線拖拉面形成體 VDRAG.實體建模 - 由下而上建模1. 拖拉：通過增量DX,DY,DZ控制實體的移動或旋轉(zhuǎn).DX,DY,DZ定義在激活坐標系中平移實體時，令激活坐標系為直角坐標系轉(zhuǎn)動實體時，令激活坐標系為柱或球坐標系另一個選項是把坐標轉(zhuǎn)換到另一個坐標系中.轉(zhuǎn)換發(fā)生在激活坐標系與指定的坐標系之間. 此命令在對一個實體的移動和旋轉(zhuǎn)同時進行時很有用.從 csys,0 向 csys,11 轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn) -30 實體建模 - 由下而上建模3. 移動：從一種單位系統(tǒng)轉(zhuǎn)到另

41、一種單位系統(tǒng)時特別方便.2. 縮放：生成實體的多個拷貝通過復制的份數(shù)（2及其以上）及增量 DX,DY,DZ 控制. DX,DY,DZ定義在激活坐標系中.對于生成多個孔、翼等特別有用.Copy inlocalcylindricalCSCreate outerareas byskinning實體建模 - 由下而上建模4. 拷貝：沿平面反射實體.修改反射方向:X 關于YZ平面反射Y關于XZ平面反射Z關于XY平面反射所有的方向均定義在激活坐標系，且必須是直角坐標系What is the direction of reflection in this case? 實體建模 - 由下而上建模5. 反射：把

42、兩個實體合并，并刪除重合的關鍵點.合并關鍵點時，如果存在高一層次重合的實體，也將自動被合并.通常在反射、復制或其它操作后產(chǎn)生重合的實體時需要合并.Merge or gluerequiredReflect實體建模 - 由下而上建模6. 合并：Subtract frombase area線的倒角連接需要兩條相交的線，且在相交處有共同的關鍵點.如果共同的關鍵點不存在，則首先作互分的運算.ANSYS不改變依附的面（如果有），因此，需要用加或減的命令修改倒角區(qū)域.面的倒角與此相似CreatefilletCreatearea實體建模 - 由下而上建模7. 倒角：建模練習及思考練習由上而下建模中布爾運算方法

43、;思考上述建模方法的優(yōu)缺點，給出幾種不同的建模步驟;練習由下而上建模方法;思考兩種建模方法的各自實用范圍。112第 3 講 單元實常數(shù)材料劃分113.一、單元種類常用單元的形狀點 (質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面 (薄殼, 二維實體,軸對稱實體)線性二次體(三維實體)線性二次.114ANSYS單元庫有100多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。你要做的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上。具體單元名稱單元圖示ANSYS 單元名稱單元特性(類別, 編號)常用ANSYS單元桿Link1；梁Beam3(4)；平面Plane42；殼shell63(143)；實體So

44、lid45(187)ANSYS添加單元如下圖所示。115準則選擇單元類型的原則在結構分析中，結構的應力狀態(tài)決定單元類型的選擇。選擇維數(shù)最低的單元去獲得預期的結果 (盡量做到能選擇點而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實體)。對于復雜結構，應當考慮建立兩個或者更多的不同復雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對結構承載狀態(tài)或采用不同分析選項作實驗性探討。116主要單元類型舉例殼單元:Shell (殼)單元用于薄面板或曲面模型。殼單元分析應用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。117X-Y 平面單元: 在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)）

45、，有幾種類型的ANSYS單元可以選用。其中任何一種單元類型只允許有平面應力、平面應變 、軸對稱、和/或者諧結構特性。OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionY(or Axial)X (or Radial)118平面應力： 假定在Z方向上的應力為零，主要有以下特點：當Z方向上的幾何尺寸遠遠小于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應變。運動只在XY平面內(nèi)發(fā)生。允許具有任意厚度 (Z方向上) 。平面應力 分析是用來分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠離中心載荷的薄圓盤等結構。119平面應變 ：假定在Z方向的應變?yōu)榱?，主要具有以下特點

46、：當Z方向上的幾何尺寸遠遠大于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應力。運動只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應變分析是用于分析那種一個方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠遠大于其它兩個方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。120軸對稱： 假定三維實體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)360o 形成的（管，錐體，圓板, 圓頂蓋，圓盤等）。對稱軸必須和整體 Y 軸重合。不允許有負 X 坐標。Y 方向是軸向，X方向是徑向， Z方向是周向 。周向位移是零；周向應變和應力十分明顯。只能承受軸向載荷（所有載荷）。Hoop121三維實體單元: 用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結

47、果要求考慮的細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模的結構。 四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易。KRLQOPMNJIXYZTetrahedron meshBrick mesh122二、實常數(shù) 對于桿單元、梁單元和平面單元（殼）等除了選擇單元類型外，還有給定實常數(shù)，以進一步確定物理模擬屬性信息。例如：平面應力問題，需要給定單元厚度；梁單元需要給定斷面系數(shù)、形狀尺寸等等。ANSYS對三維梁單元添加實常數(shù)信息123三、材料模型材料屬性是影響有限元分析結果的重要因素之一。ANSYS軟件設置材料屬性的位置如圖所示。四、網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分要點： 控制網(wǎng)格密度 控制網(wǎng)格形狀 模型修

48、改 全局修改 局部修改控制網(wǎng)格密度有限元方法為數(shù)值計算方法，計算結果有誤差。但網(wǎng)格越密時，計算結果越接近數(shù)學模型的真實解。 通常情況下，網(wǎng)格的密度應在這兩種之間。用戶應根據(jù)分析目的和結果的精度要求決定網(wǎng)格劃分的密度大小。網(wǎng)格過于稀疏網(wǎng)格過于密CPU工作量大時間長整個模型的網(wǎng)格密度控制 可以由smart sizing slider 控制網(wǎng)格密度，另外的一個方法是關閉smart sizing，并設置全局單元尺寸值(global element size )，設置單元尺寸大小可以覆蓋任何卻省值。 有時，僅用全局單元尺寸控制來劃分單元往往不能滿足要求。ANSYS 提供在選定的線和關鍵點處控制網(wǎng)格密度的

49、功能?？梢栽谔囟ǖ木€上指定劃分的單元數(shù)目，并且網(wǎng)格的密度可以沿線過渡。（MeshTool Lines Set）。這種設置優(yōu)先于其他設置?？梢栽谀承╆P鍵點處設置網(wǎng)格單元尺寸（MeshTool Keypts Set） 。與此關鍵點相連的線如果未被預先設置劃分的話，也會被調(diào)整。在關鍵點處設置單元大小（其它單元尺寸由global element size 控制）控制網(wǎng)格形狀網(wǎng)格劃分通?？梢酝ㄟ^自由分網(wǎng)與映射分網(wǎng)二種方式進行，二種方式中用戶對網(wǎng)格形狀的控制能力不同。 自由分網(wǎng)：用戶對單元的形狀幾乎沒有控制能力映射分網(wǎng)：受映射網(wǎng)格模式及其單元形狀限制；通常單元排列整齊；幾何模型應由規(guī)則的面或體構成。自由網(wǎng)

50、格映射網(wǎng)格 映射網(wǎng)格和自由網(wǎng)格的比較映射劃分 面的單元形狀限制為四邊形,體的單元限制為六面體(方塊). 劃分映射網(wǎng)格的要求對 面 劃分映射網(wǎng)格的要求：面由3-4條線圍成；對應邊的單元數(shù)目必須相同（4邊過渡網(wǎng)格除外）；對于3邊為成的面，每邊單元數(shù)必須為偶數(shù)。對體 劃分映射網(wǎng)格的要求：體必須由4、5、或6個面圍成（四、五、六面體）；對應面的單元數(shù)目必須相同（六面體過渡網(wǎng)格除外）；對于3面圍成的體，每面單元數(shù)必須為偶數(shù)。2D四邊形過渡網(wǎng)格 對于四邊面和六面體，相對的邊或面的單元數(shù)目可以不同。過渡網(wǎng)格有幾種模式，邊線的單元數(shù)必須與給定的模式相符。對三角形面或四面體, 單元分割數(shù)必須為偶數(shù) 3-D六面體

51、過渡網(wǎng)格打開網(wǎng)格劃分工具:Main Menu: Preprocessor MeshTool網(wǎng)格劃分工具是網(wǎng)格控制的一種快捷方式單元屬性控制智能網(wǎng)格劃分控制尺寸控制指定單元形狀自由網(wǎng)格劃分或映射網(wǎng)格劃分執(zhí)行網(wǎng)格劃分清除網(wǎng)格局部細劃1234567812345678模型修改 如果發(fā)現(xiàn)生成的網(wǎng)格不理想，可以通過下面的方法改變網(wǎng)格:采用新的指定重新劃分網(wǎng)格 (全局修改)。直接重劃分使用Accept/reject提示清除網(wǎng)格，然后再重新劃分指定區(qū)域細劃 (局部修改) 。關于單元形狀檢查的說明拖拉掃略(extrude/sweep)網(wǎng)格劃分選項拖拉單元可以由2-D單元生成3-D單元定義適當?shù)?-D單元類型將所

52、有將要拖拉操作的面劃分單元定義適當?shù)?-D單元類型， （2-D單元：triangel vs. quad, 3-D單元：tet vs. Brick, 單元階數(shù)：低階單元 vs. 高階單元）。設置3-D單元屬性 Main Menu: Preprocessor Operate Extrude/Sweep Elem Ext Opts Select Element Type Number (to 3-D)設置沿拖拉方向生成的單元數(shù)。 Main Menu: Preprocessor Operate Extrude/Sweep Elem Ext Opts Set No. of Element Divisio

53、ns ( VAL1 ) to appropriate size.初始化拖拉操作（參見第E課：Bottom-up Modeling）.刪除成不選擇(Delete or unselect) 2-D單元網(wǎng)格面拖拉生成網(wǎng)格體 掃略網(wǎng)格可以由幾何體上未劃分的網(wǎng)格的面掃略生成整個幾何體上的網(wǎng)格。通過掃略功能在幾何體生成3-D單元不需要出示的2-D網(wǎng)格對讀入的幾何體劃分單元是非常有用(IGES, Comection products) 掃略網(wǎng)格劃分: Main Menu Preprocessor Mesh -Volume- Sweep拾取幾何體選擇幾何體上的初始面(不必已劃分網(wǎng)格)選擇目標面(目標面與初始面

54、相對)說明: 幾何體應滿足 topologically consistent140第4講加載、求解與后處理 141一、加載ANSYS中的載荷可分為:自由度DOF - 定義節(jié)點的自由度（ DOF ） 值 (結構分析_位移、熱分析_ 溫度、電磁分析_磁勢等)集中載荷 - 點載荷 (結構分析_力、熱分析_ 熱導率、電磁分析_ magnetic current segments)面載荷 - 作用在表面的分布載荷 (結構分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等)體積載荷 - 作用在體積或場域內(nèi) (熱分析_ 體積膨脹、內(nèi)生成熱、電磁分析_ magnetic

55、 current density等)慣性載荷 - 結構質(zhì)量或慣性引起的載荷 (重力、角速度等)載荷分類142加載可在實體模型或 FEA 模型 (節(jié)點和單元) 上加載.在關鍵點處約束實體模型沿線均布的壓力在關鍵點加集中力在節(jié)點處約束FEA 模型沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點加集中力幾何模型加載獨立于有限元網(wǎng)格. 重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷.加載的操作更加容易 ,尤其是在圖形中直接拾取時.直接在實體模型加載的優(yōu)點:143 無論采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型.因此, 加載到實體的載荷將自動轉(zhuǎn)化到 其所屬的節(jié)點或單元上。實體模型加載到實體的載荷自動轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點或

56、單元上FEA 模型沿線均布的壓力 均布壓力轉(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上144加載:Main Menu: Solution -Loads- Apply 說明: 可通過在preferences 中選擇適當?shù)姆治鲱愋瓦^濾菜單中的選項。145說明：壓力數(shù)值為正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加載面力載荷:146VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度壓力載荷沿起始關鍵點(I) 線性變化到第二個關鍵點

57、 (J)。 如果加載后坡度的方向相反, 將兩個壓力數(shù)值顛倒即可。軸對稱載荷可加載到具有對稱軸的3-D 結構上。3-D 軸對稱結構可用一2-D 軸對稱模型描述。加載軸對稱載荷：10” 直徑5” 半徑軸對稱模型3-D 結構對稱軸148加載 軸對稱載荷, 注意以下方面:載荷數(shù)值 (包括輸出的反力) 基于360度轉(zhuǎn)角的3-D結構。在右圖中，軸對稱模型中的載荷是3-D結構均布面力載荷的總量。Total Force = 2pr = 47,124 lb.3-D 結構2-D 有限元模型Axis of symmetry149在關鍵點加載位移約束: 加載約束載荷：Main Menu: Solution -Load

58、s- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +Expansion option 可使相同的載荷加在位于兩關鍵點連線的所有節(jié)點上150在線和面上加載位移約束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+151通過 plotting畫出載荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .或通過 listing列表載荷:Utility Menu: List Loads校驗載荷：152將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型

59、上說明: 只有到求解初始化時，才將模型中的載荷自動轉(zhuǎn)化到有限元模型中的節(jié)點和單元上。下面將載荷轉(zhuǎn)化到節(jié)點和單元上，不進行求解:Main Menu: Solution -Loads-Operate153刪除載荷：Main Menu: Solution -Loads- Delete 154當刪除實體模型時, ANSYS 將自動刪除其上所有的載荷實體模型FEA 模型l刪除線上的均布壓力 自動刪除以線為邊界的各單元均布壓力 記住這 一關系?155兩關鍵點的擴展位移約束載荷例外：刪除兩點的約束 只刪除了兩角點（ CORNER ）約束， 而加載時擴展的 （ inside ） 節(jié)點約束必須手工刪除.實體 模

60、型FEA 模型l156二、求解求解結果保存在數(shù)據(jù)庫中并輸出到結果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL)157求解時模型是否準備就緒?在求解初始化前，應進行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容:統(tǒng)一的單位單元類型和選項材料性質(zhì)參數(shù)考慮慣性時應輸入材料密度熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數(shù)實常數(shù) (單元特性)單元實常數(shù)和材料類型的設置實體模型的質(zhì)量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items)模型中不應存在的縫隙殼單元的法向節(jié)點坐標系集中、體積載荷面力方向溫度場的分布和范圍熱膨脹分析的參考溫度