Ansys基礎(chǔ)教程-1介紹、理論基礎(chǔ)、分析過程課件

ANSYS基礎(chǔ)教程ANSYS公司.ANSYS產(chǎn)品家族的開發(fā)者總部位于Canonsburg,PA-USA（匹茲堡南部）最新版本：14.0第一章ANSYS簡介ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊；優(yōu)勢：具有強(qiáng)大的求解器和前、后處理功能。為我們解決復(fù)雜、龐大的工程項目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個優(yōu)良的工作環(huán)境;ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力。僅靠ANSYS的GUI(圖形界面)就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；

ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口。實現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換；

一、主要功能1.結(jié)構(gòu)分析

1）靜力學(xué)分析-用于靜態(tài)載荷.可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為?！窬€性結(jié)構(gòu)靜力分析●非線性結(jié)構(gòu)靜力分析

?幾何非線性：大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力強(qiáng)化、旋轉(zhuǎn)軟化

?材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、多線性彈性、蠕變、腫脹等?接觸非線性：面面/點面/點點接觸、柔體/柔體剛體接觸、熱接觸?單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼/彈簧元、預(yù)緊力單元等

2）動力學(xué)分析

●模態(tài)分析-計算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形.譜分析是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計算由于隨機(jī)振動引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變(也叫作響應(yīng)譜或PSD).

●諧響應(yīng)分析-確定線性結(jié)構(gòu)對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng).

●瞬態(tài)動力學(xué)分析-確定結(jié)構(gòu)對隨時間任意變化的載荷的響應(yīng).可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為.

●隨機(jī)振動分析等

3）專項分析:斷裂分析,復(fù)合材料分析，疲勞分析，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析，可靠性分析5、耦合場分析熱-應(yīng)力分析；壓電分析（電場和結(jié)構(gòu)）；聲學(xué)分析（流體和結(jié)構(gòu)）；熱-電分析；感應(yīng)加熱（磁場和熱）；靜電-結(jié)構(gòu)分析2、熱分析熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量?？赡M三種熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。3、電磁分析電磁分析用于計算電磁裝置中的磁場4、流體分析計算流體動力學(xué)(CFD)：用于確定流體中的流動狀態(tài)和溫度聲學(xué)分析：用于模擬流體介質(zhì)和周圍固體的相互作用。二、主要模塊構(gòu)架ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/Emag?ANSYS/Structural?ANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNA?ANSYS/Mechanical?ANSYS/LinearPlus?ANSYS/Thermal?電磁線性結(jié)構(gòu)分析第二章ANSYS理論基礎(chǔ)有限元方法幾何離散單元特征分析構(gòu)造位移函數(shù)單元應(yīng)變能單元外力功（單元等效節(jié)點力）單元集成：系統(tǒng)的總勢能變分處理：系統(tǒng)的平衡方程（組）應(yīng)用位移邊界條件求出節(jié)點位移由節(jié)點位移求出單元的應(yīng)變、應(yīng)力一、有限元求解過程首先看一個簡單的平面問題：pStep1.幾何離散——采用3節(jié)點三角形單元整體節(jié)點位移列陣p體力：重力（密度）厚度：t表面力單位體積力整體等效節(jié)點力列陣Step2.單元分析——構(gòu)造單元位移函數(shù)位移函數(shù)（模式）:刻畫單元內(nèi)位移分布(x,y)狀態(tài)

●合理選擇一種函數(shù)來逼近這種分布是有限元分析計算過程中關(guān)鍵性的一環(huán)。

●在實際應(yīng)用中普遍采用的是多項式函數(shù)，這是因為多項式函數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算（微分和積分）比較方便，而且所有光滑函數(shù)的局部都可以用多項式來逼近。●關(guān)于多項式的項數(shù)和階次，要根據(jù)單元的節(jié)點自由度數(shù)和有關(guān)解的收斂性要求來確定。對于平面問題，位移函數(shù)如下：構(gòu)造位移函數(shù)：對u利用節(jié)點條件：

ijm同理可得：因此：結(jié)論：單元內(nèi)部每一點位移由單元節(jié)點位移確定N—單元形狀函數(shù)矩陣

qe

—單元節(jié)點位移矩陣應(yīng)變矩陣Step2.單元分析——應(yīng)變結(jié)論：單元內(nèi)部每一點應(yīng)變狀態(tài)由單元節(jié)點位移確定平面應(yīng)力：Step2.單元分析——應(yīng)力應(yīng)力矩陣結(jié)論：單元內(nèi)部每一點應(yīng)力狀態(tài)由單元節(jié)點位移確定單元應(yīng)變能：Step3.確定單元節(jié)點位移——單元勢能單元剛度矩陣單元等效節(jié)點力列陣單元外力功：擴(kuò)充疊加擴(kuò)充疊加Step3.確定單元節(jié)點位移——單元集成系統(tǒng)勢能關(guān)于單元剛度矩陣的擴(kuò)充疊加mijmij單元編號

m<i<j關(guān)于單元等效節(jié)點載荷列陣的擴(kuò)充疊加mij單元編號

m<i<jStep4.

確定單元節(jié)點位移——變分處理在區(qū)域內(nèi)滿足幾何關(guān)系，在邊界上滿足給定位移條件的可能位移中，真實位移使系統(tǒng)的總位能取得最小值。體單元Step4:

處理位移邊界條件并求解Step5:

計算每個單元的應(yīng)變及應(yīng)力幾何離散單元特征分析構(gòu)造位移函數(shù)單元應(yīng)變能單元外力功（單元等效節(jié)點力）單元集成：系統(tǒng)的總勢能變分處理：系統(tǒng)的平衡方程（組）應(yīng)用位移邊界條件求出節(jié)點位移由節(jié)點位移求出單元的應(yīng)變、應(yīng)力桿系結(jié)構(gòu)單元平面單元第三章ANSYS分析過程一、一般分析過程1.前處理——創(chuàng)建有限元模型1）單元屬性定義（單元類型、實常數(shù)、材料屬性）2）創(chuàng)建或讀入幾何實體模型

3）有限元網(wǎng)格劃分

4）施加約束條件、載荷條件2.施加載荷進(jìn)行求解

1）定義分析選項和求解控制

2）定義載荷及載荷步選項

2）求解solve3.后處理

1）查看分析結(jié)果

2）提取計算數(shù)據(jù)建立有限元模型（前處理）查看結(jié)果（后處理）2.

施加載荷求解分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現(xiàn).Objective在Windows操作系統(tǒng)下,使用:Start>Programs>ANSYS10.0>ANSYSProductsLauncher二、ANSYS啟動FileManagement標(biāo)簽用于指定工作目錄(用戶文件存放的地方)和用戶選擇的作業(yè)名.Customization標(biāo)簽允許設(shè)置內(nèi)存選項.Preferences標(biāo)簽用于設(shè)置GUI語言和指定圖形驅(qū)動設(shè)備.也可以在啟動時讀入配置文件start.ans.公用菜單圖形區(qū)主菜單命令窗口當(dāng)前狀態(tài)用戶提示信息快捷命令圖標(biāo)模型控制工具條輸出窗口選擇對話框(MainMenu>Preferences)允許用戶過濾菜單，從而刪除當(dāng)前分析不需要的功能。例如，如果用戶要進(jìn)行一次熱分析，可以選擇過濾其它科目，以便GUI方式下菜單項內(nèi)容精簡：在單元類型選擇對話框中只顯示熱單元類型。只顯示熱載荷，等等菜單過濾二、ANSYS數(shù)據(jù)庫與文件jobname.log:日志文件包括了運(yùn)行過程中的每一個命令。如果用同樣的作業(yè)名在同一目錄中開始另一輪操作,ANSYS將增添原先的日志文件(作一個時間標(biāo)記)。注意：Log文件是文本文件，再現(xiàn)同樣的一個分析過程，可以通過編輯得到分析過程的命令流。例如通過改變一些命令的參數(shù)，即可實現(xiàn)簡單意義上的所謂參數(shù)化分析和建模。ANSYS讀入命令流的菜單命令是：File/ReadInputfrom

jobname.err:

錯誤信息文件，是

ASCII碼文件。包括了運(yùn)行過程中的所有錯誤和警告。

ANSYS將添加已存在的錯誤文件。jobname.db,.dbb:

數(shù)據(jù)庫文件,是二進(jìn)制文件。與所有支持平臺兼容。jobname.rst,.rth,:

結(jié)果文件，是二進(jìn)制文件。與所有支持平臺兼容。包括了ANSYS運(yùn)算過程中所有結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫文件存儲和恢復(fù)不時地把數(shù)據(jù)庫存儲在計算機(jī)的內(nèi)存(RAM)是一個很好的習(xí)慣，這樣可以在計算機(jī)損壞或斷電的情況下重新恢復(fù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的有關(guān)信息.SAVE操作把數(shù)據(jù)庫從內(nèi)存拷貝到名為databasefile

的文件(ordbfileforshort).

最簡單的存儲操作的點擊Toolbar>SAVE_DB或使用:UtilityMenu>File>SaveasJobname.dbUtilityMenu>File>Saveas…SAVE

命令數(shù)據(jù)庫文件存儲和恢復(fù)RESUME操作將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到內(nèi)存。Toolbar>RESUME_DB或使用:UtilityMenu>File>ResumeJobname.dbUtilityMenu>File>Resumefrom…RESUME

命令缺省的保存和恢復(fù)的文件名為jobname.db,

當(dāng)然你可以使用Saveas或Resumefrom選擇不同的文件名。數(shù)據(jù)庫文件存儲和恢復(fù)提示:分析過程中定期保存數(shù)據(jù)庫。ANSYS不能自動保存。在嘗試一個不熟悉的操作時（如布爾操作或剖分網(wǎng)格）或一個操作將導(dǎo)致較大改變時（如刪除操作），應(yīng)先保存數(shù)據(jù)庫。如果不滿意這次的結(jié)果，可以用恢復(fù)重做。在求解之前應(yīng)該保存數(shù)據(jù)庫。清除數(shù)據(jù)庫：清除數(shù)據(jù)庫允許對數(shù)據(jù)庫清零，并重新開始。相當(dāng)于退出ANSYS。UtilityMenu>File>Clear&StartNew或使用

/CLEAR

命令。三ANSYS的單位制

ANSYS軟件并沒有為分析指定系統(tǒng)單位，在結(jié)構(gòu)分析中，必須使用一套自封閉的單位制（所謂自封閉是指這些單位量綱之間可以互相推導(dǎo)得出）。注意：物理量之間的數(shù)量級差別很大，容易引起計算收斂困難或計算誤差太大推薦使用：1、長度為m時用SI國際單位制（m?Kg?s）

長度m-質(zhì)量kg-時間s對應(yīng):力N-彈性模量Pa-密度kg/m3-加速度m/s22、長度為mm時用MPA單位制（mm?T?s）長度m-質(zhì)量T-時間s-對應(yīng)的力