第2章ansys分析基本过程

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1、第2章 ANSYS分析基本过程,用户可以使用ANSYS软件进行不同类型的分析。从简单的线性、静态分析，到复杂的非线性、瞬态分析、耦合分析，无论什么类型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，一个典型的ANSYS分析过程可分为以下三个步骤： （1）创建有限元模型。包括创建或读入几何模型；定义材料属性；划分单元 (节点及单元)； （2）施加载荷进行求解。包括施加载荷及边界条件；求解； （3）查看结果。包括查看分析结果；检验分析是否正确。,2.1 分析问题,有限单元法是对物理现象的模拟，是对真实情况的数值分析。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的

2、无限个未知量。,2.1.1 问题描述,在针对某个问题开始一个分析时，首先需要了解待求解对象的结构特点，包括形状、边界条件、工况载荷特点；初步建立物理力学模型，包括形状的简化、构件间连接的简化、支承的简化、材料的简化、截面特性的简化、载荷的分析等。,2.1.2 确定问题的范围,对于不同的分析问题，ANSYS所用的主菜单不尽相同。所以，需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS显示出与其相对应的菜单选项。 使用鼠标选择Main Menu|Preferences菜单，弹出优先级设置对话框，然后根据求解问题的类型选择合适的分析类型。,2.2 建立有限元模型,用户可以通过以下4种途径创建ANSY

3、S模型。 在ANSYS环境中创建实体模型，然后划分有限元网格。 在其他CAD软件(如SolidWorks,Pro/E，UG等)中创建实体模型，然后导入到ANSYS系统中，经过修正后划分有限元网格。 在ANSYS环境中直接创建节点和单元。 在其他软件中创建有限元模型，然后将节点和单元数据导入ANSYS。,2.2.1 建立和修改工作文件名或标题,定义作业名和分析标题通常不是必须的，但是在ANSYS分析中推荐使用作业名和分析标题，这样有助于分析模型的管理和识别。 1定义作业名 2定义分析标题,2.2.2 定义单元类型,在ANSYS单元库中有超过180种的不同单元类型，每个单元类型有一个特定的编号，用

4、来标识单元类别的前缀，如BEAM4、PLANE77、SOLID96等。,2.2.3 定义材料属性数据,与单元类型一样，每一组材料特性都有一个材料编号，与材料特性组对应的材料编号表称为材料表。在一个分析中，可以有多个材料特性组，相应的模型中有多种材料，ANSYS通过独特的编号来识别每个材料特性组。 选择Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models菜单，弹出如图2.3所示的定义材料对话框，在此对话框中，根据学科领域将材料的特性分为结构特性、热特性、计算流体特性、电磁特性、声学特性、流体特性、压电体特性等类别。,2.2.4 创建实体模型,

5、建立几何模型是整个前处理过程中时间花费较多的一个环节。ANSYS的前处理器PREP7提供了功能强大的几何实体建模功能，这些功能被系统地放置在Main Menu|Preprocessor|Modeling下面的多级菜单中，这些菜单包括： Create：建立关键点，直线，平面，几何体等几何图形及复杂模型。 Operate：对各种几何模型对象进行拉伸、缩放以及布尔操作。 Move/Modify：对几何模型进行平移、修改操作。 Copy：对几何模型进行复制操作。 Reflect：基于XY、YZ、ZX平面对称镜像复制几何模型。,2.2.5 对实体模型进行网格划分,在几何模型建立完成后，需要划分网格以形成

6、有限元模型。在界面操作中，网格划分很简单，只需选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Tool菜单，弹出网格划分对话框，根据需要在该对话框上选择合适的选项，单击Mesh按钮，即可以完成网格划分。,2.3 施加载荷,在ANSYS中，载荷分为DOF约束、力、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷等六类。这些载荷绝大多数可以施加到几何模型上，包括点、线、面，也可以施加到有限元模型上，包括节点和单元。,2.3.1 定义分析类型和设置分析选项,定义分析类型是开始分析过程的第一步，不同的分析类型如静力学分析、动力学分析、模态分析的分析内容和结果是完全不同的。设置分

7、析选项可以对求解进行控制。 1定义分析类型 2设置分析选项,2.3.2施加载荷,在ANSYS系统里根据真实物理环境将载荷分为6大类。 自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。例如电磁场分析中的给有限元模型施加的磁势为零的边界条件。 集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。例如结构分析中施加在有限元模型上的力和力矩。 面载荷：施加在某个表面上的载荷。例如结构分析中施加的压力。,2.3.2施加载荷,体载荷：施加在某个体上的载荷。例如电磁场计算中施加在线圈中的电流密度。 惯性载荷：它是由物体的惯性引起的。例如结构计算中经常考虑重力带来的加速度。 耦合场载荷：把从一种分析中得到的结果作为另一种分析

8、的载荷。例如磁场计算后得到的Lorentz力作为结构分析的力载荷。,2.4 进行求解,ANSYS能够对由有限元方法建立的联立方程进行有效求解，求解的结果为： 节点的自由度值，为基本解。 原始解的导出值，为单元解。 单元解通常是在单元的公共点上计算出的，ANSYS程序将结果写入数据库和结果文件（Jobname.RST，RTH，RMG，和RFL文件）。,2.4.1 求解器的类别,表提供了一般的求解器应用准则，有助于针对给定的问题选择合适的求解器。,2.4.2 求解检查,在进行求解以前应进行分析数据检查，包括以下内容： 单元类型和选项，材料性质参数，实常数以及统一的单位制。 单元实常数和材料类型的设

9、置，实体模型的质量特性。 确保模型中没有不应存在的缝隙。 壳单元的法向，节点坐标系。 集中载荷和体积载荷、面载荷的方向。 温度场的分布和范围，热膨胀分析的参考温度。,2.4.3 求解的实施,对于通常的单载荷步的问题比如大部分的静力分析问题，可以直接通过以下方法进行求解： 命令：SOLVE。 GUI：Main Menu|Solution|Current Ls。 多载荷步问题的求解可以采用以下两种方法。 1使用载荷步文件法 2使用多步求解法,2.4.4 求解会碰到的问题,在求解产生不定解或非唯一解得分析中，当求解过程的主元为负或零时会出现所谓的奇异解。下述条件有可能会导致求解过程出现奇异： 约束条

10、件不足，有可能存在刚体位移。 材料特性为负，如瞬态分析中的密度或温度。 连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。 屈曲，当应力刚化效果为负时，结构受载后变弱，若结构变弱到刚度减小到零或负值时，就会出现奇异解。 零刚度矩阵。如果刚度的确为零，线性或非线性分析都会忽略所加的载荷。,2.5 后处理,后处理是指查看和检查分析的结果。这可能是分析中最重要的一环，因为用户总是试图搞清楚作用载荷如何影响设计、单元划分的好坏等。,2.6 分析过程中常用到的命令,有限元分析过程中常用到的命令包括起始层命令、前处理命令、求解命令和一般后处理命令等类别。具体每类命令中又包括多组子命令。,2.6.1 起始层命令,与C

11、语言不同，在ANSYS的APDL中任何参数都不需要单独声明参数。数值型参数，无论整型，还是实型都按照双精度进行存储，被使用但未被赋值的参数程序将默认一个接近0的极小值。字符型参数储存字符串，赋值方法是将字符创括在一对单引号中（最大长度8个字符）。定义起始层的命令如下： Scalar Parameters：定义变量。 Array Parameters：定义数组。 这里面的参数是指APDL中的变量与数组。变量参数包括数值型和字符型两种类型。数组参数有数值型、字符型和表等三种类型。表是一种特殊的数值型数组，允许自动进行线性差值。,2.6.2 前处理命令,前处理器菜单的主要命令如下： Element

12、Type Real Constants Material Props Sections Modeling Meshing Numbering Ctrls Loads,2.6.3 求解命令,求解菜单的主要命令如下： Analysis Type Define Loads Load Step Opts Solve,2.6.4 一般后处理命令,可以将一般后处理分为通用后处理和时间历程后处理两部分。通用后处理用来观看整个模型在某一时刻的结果。时间历程后处理用来查看模型在不同时间段或者载荷步上的结果。,2.7 工字钢悬臂梁分析实例,工字钢悬臂梁是在工程中经常用到的结构，本节将结合一个工字钢悬臂梁的实例，讲

13、解使用ANSYS分析问题的基本流程。,2.7.1 分析问题,一个长6m的工字形截面梁，截面高0.42m，截面面积0.0072m2，截面惯性矩2.108E-4，材料的弹性模量为2E11Pa，两端简支，跨中受120N的力 ，使用有限元法计算梁中点的挠度和支反力。,2.7.2 建立有限元模型,建立有限元模型的内容包括建立工作文件名和标题、定义单元属性、建立几何模型和生成有限元模型等工作。 1建立工作文件名和标题 2定义单元属性 3建立几何模型 4生成有限元模型,2.7.3 施加载荷,图 有限元模型,2.7.4 进行求解,选择Main Menu|Solution|Solve|Current LS菜单，弹出求解对话框，单击OK按钮，求解结束后单击Close按钮，如图所示的结束对话框。 图 求解结束对话框,2.7.5 后处理,在后处理可以查看分析后的结果，如查看工字梁的应力、位移、变形图等。 图 变形图,