ANSYS入門及應(yīng)用緒論清楚明了

ANSYS入門及應(yīng)用章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容課時安排授課上機(jī)第一章ANSYS軟件的安裝及用戶界面22第二章ANSYS工作平臺及其運用22第三章ANSYS的基本分析步驟22第四章ANSYS軟件的應(yīng)用22第五章ANSYS高級建模技術(shù)222023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析方法匯總1力法2位移法3糖葫蘆串方法4有限差分法5有限單元法6試驗方法7混合法8邊界單元法2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析方法匯總糖葫蘆串方法糖葫蘆串方法是一種沿用較久應(yīng)用比較廣泛的簡單方便的方法。糖葫蘆串法就是將某個建筑結(jié)構(gòu)物的所有豎向構(gòu)件簡化為一個一維的豎向懸臂梁，而將各層不同的標(biāo)高處的所有水平向構(gòu)件簡化為集中質(zhì)量分布于懸臂梁上，形如插在地上的糖葫蘆串，然后應(yīng)用位移法或力法建立地震與動力方程再進(jìn)行求解，并進(jìn)行地震隨機(jī)反應(yīng)分析與研究。糖葫蘆串方法應(yīng)用效果研究：這種方法確實是一種簡單方便的研究方法，但是，無論哪一種建筑結(jié)構(gòu)，一般都屬于三維空間力系，簡化為二維平面時就已喪失了空間力系的力學(xué)特性及變形特征，再簡化為一維懸臂梁又喪失了平面力系的力學(xué)特性及變形特征，再由于力法或位移法的高階線形代數(shù)方程組的簡化，可想而知，這種糖葫蘆方法是何等的粗糙，與建筑結(jié)構(gòu)的真實變形狀態(tài)和實際力學(xué)特性相差就更遠(yuǎn)了。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析方法匯總有限差分法有限差分法是對連續(xù)體作"數(shù)學(xué)"上近似的較為一般的數(shù)值方法，亦是長期沿用的復(fù)雜繁瑣的又傳統(tǒng)經(jīng)典的一種方法，有限差分法之所以是數(shù)學(xué)上的近似，主要就是將所需求解的振動微分方程式根據(jù)微分原理以近似的有限差分式來代替，亦即將其變成一組有限個線形代數(shù)方程式，其未知數(shù)的個數(shù)等于要決定的方程式的數(shù)目，不同類型的問題可用不同形式的離散點來建立不同形式的格網(wǎng)進(jìn)行求解，但其置換的法則有多種，可任意取其中的一種。有限差分法應(yīng)用效果評論：對于某一個受力構(gòu)件用有限差分法來近似研究或計算時，差分的誤差值與所取得網(wǎng)格點的多少密切相關(guān)，格點愈少誤差值愈大；格點愈密誤差值愈小，可是構(gòu)成這個方程組的線形代數(shù)方程式就愈多，相應(yīng)的計算量就愈大；然而，對于一幢龐大的建筑物而言，有大量的梁、柱、墻和其他構(gòu)件，需建立大量的方程組，而每組又包括極多的代數(shù)方程式，其工作量和計算量相當(dāng)可觀，這還只是結(jié)構(gòu)的二維問題。對于三維問題不僅力學(xué)問題相當(dāng)復(fù)雜，而且計算問題也相當(dāng)困難，所以，有限差分法的近似性和粗糙性以及難易性更是可想而知了。

2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析方法匯總邊界單元法邊界單元法同有限元法一樣也是將對連續(xù)體作"物理"上近似的計算方法。與有限元法不同的是有限元法是將整個連續(xù)體進(jìn)行剖分，而邊界元是將連續(xù)體的邊界進(jìn)行剖分，內(nèi)部可以通過理論推導(dǎo)可以精確滿足，是一種半解析半數(shù)值得近似方法。邊界單元法應(yīng)用效果評論：邊界單元法和有限單元法一樣是人為的將一個構(gòu)件連續(xù)體的邊界分割成有限多個邊界元，只有將邊界元分割的充分小而又相當(dāng)多的時候，建立高階線性方程組并進(jìn)行求解與計算，才能較真實地近似體現(xiàn)這一構(gòu)件的動力特性及變形特征。如果將單元分割的充分大而又相當(dāng)?shù)纳?，就會?dǎo)致這近似性很差，使建筑結(jié)構(gòu)實際動力特性與變形特性的計算結(jié)果失真。但是，由于采用了基本解，使連續(xù)體內(nèi)部的位移和應(yīng)力可以精確滿足，這樣就大大提高了解的精度。同時由于只對邊界進(jìn)行剖分，未知數(shù)的數(shù)目比有限元法少的多，計算量會大大減少。但是由于其基本解對于各個問題都不一樣而且不易找出，所以其應(yīng)用范圍受到了很大的局限。加之它的系數(shù)矩陣是滿秩矩陣，求解方程的時候累積誤差較大，而且在求解系數(shù)矩陣的過程中，奇異積分經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)致方程組出現(xiàn)病態(tài)，所以目前應(yīng)用較少。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序■ABAQUS它本身沒有前后處理，國內(nèi)其前后處理主要借助于Patran軟件，這也是發(fā)展其用戶致命的弱點，到90年代中后期，才開始其前后處理軟件的開發(fā)，也就是現(xiàn)在的ABAQUS-CAE/Viewer,但是有某些原來的參數(shù)引入不進(jìn)其CAE中，某些參數(shù)主要是涉及到巖土工程中的某些參數(shù)，的命令行可以全部引入，但其CAE中不行，但對于機(jī)械行業(yè)、板筋成形方面一點沒有問題。本身ABAQUS軟件的開發(fā)一開始就是基于高度非線性問題，其理論性較強(qiáng)，專業(yè)性較強(qiáng)，要求用戶背景知識的起點較高，加上“以前”又沒有自己的前后處理功能，其微機(jī)版的問世也比其它軟件晚，沒有高校培養(yǎng)計劃……因此，導(dǎo)致其用戶較少。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序單從在結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS的功能1).如果做接觸問題，選擇軟件的順序為Abaqus、Adina、Marc和Ansys，接觸問題本身就是一個高度非線性問題，前三者本身就是基于高度非線性問題而開發(fā)的，從建立接觸對(因為接觸對中按材料硬度可分硬－硬、硬－軟、軟－軟，如果相同硬度，那么那個接觸體誰大、誰小，那個是凸面、那個是凹面等來確定誰是接觸面、誰是目標(biāo)面等考慮)的方便程度和收斂程度為以上順序。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序2).如果對結(jié)構(gòu)要做結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計或拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，那么Ansys最強(qiáng)，Ansys軟件中直接有優(yōu)化設(shè)計模塊，是單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計變量有結(jié)構(gòu)尺寸變量和狀態(tài)變量(如某些地方的某種應(yīng)力不能超過某一值，或某一變形不能超過多少)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)變量寫入APDL程序中，如果對APDL程序不是很熟悉，那么可以通過Ansys軟件界面菜單完成建模和目標(biāo)變量和設(shè)計變量設(shè)置，然后把所有操作過程寫入*.log或*.lgw文件中，它們是文本文件，以APDL程序保存的，用記事本等調(diào)出此*.log文件進(jìn)行整理，整理出循環(huán)迭代結(jié)構(gòu)，另存文件名，在菜單中執(zhí)行優(yōu)化模塊時，直接調(diào)此文件，一次性優(yōu)化出結(jié)果。其它幾個軟件中沒有結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊，但也可以通過自己編寫個小程序，用MARc、Adina和Abaqus對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，但首先要熟悉如何取某節(jié)點或某單元的結(jié)果數(shù)據(jù)，使其在設(shè)計范圍內(nèi)尋求最優(yōu)。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序3).如果從界面菜單上建模方面來講，目前Adina、Abaqus與Ansys旗鼓相當(dāng)，MARC最弱，甚至前兩者超過ANSYS軟件的建模，Adina-m和Abaqus/CAE的建模方式是基于現(xiàn)代CAD的建模方式(如類似Pro/E、UG、Solidwork等，其蒙皮技術(shù)、復(fù)雜曲面掃描技術(shù)遠(yuǎn)強(qiáng)于ANSYS)。4).如果從編程序建模，那么Ansys最強(qiáng)，因為它有自己的APDL程序語言，所有結(jié)構(gòu)尺寸都可以參數(shù)化，這也是其率先開發(fā)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計模塊的基礎(chǔ)。Marc也有一個python,但很不好用。Adina可以在Adina-in準(zhǔn)備文本模型文件，但不能設(shè)置變量參數(shù)，可以通過文本編輯處理模型數(shù)據(jù)。Abaqus與Adina一樣，可以編輯輸入模型文件參數(shù)。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序5).如果從結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的方便程度來講(這里不指自由網(wǎng)格劃分)，設(shè)置網(wǎng)格線、面、體的分段數(shù)和質(zhì)量較好的映射網(wǎng)格方面，這幾個軟件的排序是Abaqus、Ansys、Adina和Marc。6).從用于教學(xué)方面，只有Ansys(<2000節(jié)點)和Adina有教學(xué)版(900節(jié)點)。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用有限元分析(FEA)方法有限元分析(FEA)有限元分析是對物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）的模擬，是對真實情況的數(shù)值近似。通過劃分單元，求解有限個數(shù)值來近似模擬真實環(huán)境的無限個未知量。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)行手算評核的基礎(chǔ)。定義13有限元模型真實系統(tǒng)有限元模型

有限元模型

是真實系統(tǒng)理想化的數(shù)學(xué)抽象。定義14自由度（DOFs）自由度(DOFs)

用于描述一個物理場的響應(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

方向 自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ15節(jié)點和單元節(jié)點:

空間中的坐標(biāo)位置，具有一定自由度和

存在相互物理作用。單元:

一組節(jié)點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以及二維或三維的單元等種類。有限元模型由一些簡單形狀的單元組成，單元之間通過節(jié)點連接，并承受一定載荷。載荷載荷16節(jié)點和單元節(jié)點自由度是隨連接該節(jié)點

單元類型變化的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三維桿單元(鉸接)UX,UY,UZ三維梁單元二維或軸對稱實體單元UX,UY三維四邊形殼單元UX,UY,UZ,三維實體熱單元TEMPJPOMNKJIL三維實體結(jié)構(gòu)單元ROTX,ROTY,ROTZROTX,ROTY,ROTZUX,UY,UZ,UX,UY,UZ17ANSYS分析簡介ANSYS軟件主要包括三個模塊：前處理模塊（preprocessor）前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊（solution）分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊（GeneralPostprocandTimeHistPostproc）后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。2023/5/11ANSYS入門及應(yīng)用ANSYS分析簡介ANSYS有兩種模式：交互模式（InteractiveMode）交互模式即用戶圖形界面（GUI）操作，這種模式比較適用初學(xué)者，操作過程就像使用office程序一樣，簡單明了，不需記憶太多的程序命令，針對一般的簡單