通用有限元程序ANSYS及应用讲义

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1、通用有限元程序ANSYS及应用,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-2,1.有限元法理论及结构分析通用软件简介,1.1 结构分析有限元法基础 结构分析的基本目的： 结构的变形状态 结构内部的受力（应力）状态 基本求解方法： 精确方法 近似方法,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-3,1.1 结构分析有限元法基础（续）,有限元法产生的历史： 1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数 结合最小势能原理解St. Venant扭转问题 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element 概念，并正确求解了平面弹性问题 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽

2、金法 (Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权 余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定 律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-4,1.2 常见的结构分析通用有限元程序, 1990前，SAP4、5（线性），ADINA（非线性分析）； 目前，MSC/NASTRAN 系列（PATRAN、DYTRAN等） 基于美国 NASA 计划； ABAQUS 据称具有最强大的非线性求解功能； MARC 据称最适于求解耦合场问题（热力耦合）， 已被 MSC 公司收购； ADINA for Windows 版,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-5,1.3

3、ANSYS 程序的发展及功能简介, 第一个通过 ISO9001 质量体系认证的分析设类软件； 首个在我国压力容器标准化技术委员会认证的分析软件； 程序分析功能： 结构分析 热分析 高度非线性瞬态动力分析（LSDYNAN） 流体静力学和动力学分析（FLOTRAN） 电磁场分析 声学分析 压电分析 多场耦合分析 设计灵敏度及优化分析,1.4 ANSYS输出文件,ANSYS广泛采用文件来存储和恢复数据，这些文件被命名为filename.ext，这里的文件名为默认的作业名，ext表示文件的内容。默认的作业名是在进入ANSYS软件时设定的，也可以在进入ANSYS后指定（在命令输入窗口中输入/FILENA

4、ME命令或实用菜单中选择File|Change Jobname命令）,1.4.1 ANSYS数据库 ANSYS运行时在内存中维护着一个数据库，这个数据库包括模型数据、有限元网格数据、载荷数据、结果数据等所有的ANSYS支持的对象的数据信息。在任意的处理器中，ANSYS使用和维护着同样一个数据库，用户所作的一切工作，其结果都会被存入数据库中。因为这个数据库包括了所有的输入数据，因此有必要经常保存以备出错时恢复。由于保存与恢复数据时，作业名并不改变，建议如下操作： （1）针对每一个问题设置不同的作业名和工作文件夹； （2）分析求解过程中，每隔一段时间存储一次数据库文件 （3）存储数据库文件时从实用

5、菜单中选择File|Save as，换个文件名保存，选择File|Resume from命令可从当前备份的某个数据库文件恢复。 清除内存中ANSYS正在使用的数据库，从而得到一个空白数据库选,择File|Clear&Start New命令。 1.4.2 ANSYS Log文件 ANSYS Log文件是在ANSYS运行过程中自动生成的Jobname.log，它记录了从ANSYS运行以来所执行的一切命令，包括GUI界面操作和输入窗口直接输入的合法命令。 用途：Log文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，可以通过编辑 得到分析过程的命令流。例如通过改变一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化

6、分析和建模。 ANSYS读入命令流的菜单命令是：File|Read Input from 1.4.3 ANSYS输出文件类型 结构分析中经常用到的输出文件，如下表所示。,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-10,2. 图形用户界面（GUI）简介,ANSYS 图形用户界面的八个分区 Utility Menu 通用菜单 快捷工具栏 显示隐藏对话框 Main Menu 主菜单 Tool Bar 工具条 Input Window 输入窗口 Graphics Window 图形窗口 状态栏 其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任意状态

7、下实施其中的某些命令。 另有一输出窗口 Output Window 隐于图形用户界面背后,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-11,启动 ANSYS 后出现以下窗口,当显示出如下窗口后，就可以使用 ANSYS了.,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-12,ANSYS GUI中各窗口的总体功能,输入窗口 显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入的命令将在此窗口显示。,主菜单 包含ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、后处理等。,输出窗口 显示软件文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。,通用菜单 包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.,工具条 将常用的命令制成工具

8、条，方便调用.,图形显示区 显示ANSYS 创建或传递到ANSYS的图形.,快捷工具栏 将常用的命令制成工具条，方便调用.,状态栏 显示ANSYS 的一些当前信息.,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-13,主菜单交互操作,要在主菜单中选择子菜单，将鼠标移到带有 “ “ 符号的项目上，点击鼠标左键，即将其展开。子菜单中出现带 “ “ 符号的项目，表,示点击后将弹出一个图形选取对话框；而出现带 “ “ 符号的项目，表示点击后将弹出一输入对话框。,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-14,主菜单交互操作 (续),带有“ ” 符号的项目表示将产生 图形选取对话框.,基本的主菜单交互操作,带有“

9、” 符号的项目表示将产生 子菜单.,带 “ “ 符号的项目，表示将产生 输入对话框,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-15,通用菜单为下拉式结构，由十个菜单组成，可用于直接完成某一程序功能或引出一个对话框，在ANSYS运行的任何时刻均可以访问此菜单。,通用菜单交互操作（之一）,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-16,要显示 the Pan, Zoom, Rotate 菜单: Utility Menu: PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate,Pan, Zoom, Rotate菜单用于模型的平移、缩放、旋转.,应用菜单交互操作（之二）,Pan, Zoom, and Rot

10、ate,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-17,应用菜单交互操作（之三）,ANSYS 的帮助系统 ANSYS的帮助系统包括所有ANSYS命令解释及所有的GUI解释，还包括ANSYS系统分析指南. 帮助系统可以通过下列三种方式进入:,3. 在任何对话框中选取 Help。,2. 在ANSYS程序组中选取 Help System Windows NT: Start Programs ANSYS 55,1. 在通用菜单中选取,1,2,3,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-18,ANSYS 的帮助系统(续),带矩形框的项目为 超连接. 选取此超连接将得到更详细的帮助.,通用有限元程序ANSYS及

11、应用,L1-19,输入窗口交互操作,注意: 当ANSYS提示输入信息时，输入窗口的颜色会发生改变. 在向输入窗口输入任何信息以前，请先确认光标在窗口内闪动，否则，请在窗口内文字输入框按一下鼠标左键。在输入完信息以后，请按回车键执行.,文字输入框,例:,闪动的光标,提示信息,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-20,2.1 通用菜单 通用菜单包含了ANSYS全部的公用函数，具有非模态性质，即，它是 以非独占形式存在的，允许在任何时刻进行访问。 通用菜单区分成 10类子菜单主题 每个子菜单主题都是一个下拉菜单，在下拉菜单中，会出现如下几 种可能的动作： 表示可以继续打开下级菜单。 表示将弹出一个

12、输入对话框。 无后缀时表示直接执行一个功能（一个函数或者命令），而不 需要进一步操作；通常它代表不带参数的命令。,2. ANSYS图形用户界面（GUI）简介,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-21,通用菜单主题 File（文件）：包含了与文件和数据库有关的操作。某些选项只能在 ANSYS开始时才能使用，如果在后面使用，会清除已经进行的操作，使 用时要特别小心。例如：C1ear Start New 菜单操作。 Select（选取）：包含了选取数据子集和创建组件部件的命令。 List（列表）：用于列出存在于数据库的所有数据，还可以列出程序不 同区域的状态信息和存在于系统中的文件内容。它将打开个

13、新的文本窗 口，其中显示想要查看的内容。 Plot（绘图）：用于绘制关键点、线、面、体、节点、单元和其他可以 图形显示的数据。绘图操作与列表操作（List）有很多对应之处。 PlotCrls（绘图控制）：菜单包含了对视图、格式和其他图形显示特征的 控制，以输出正确、合理、美观的图形。,2.1 通用菜单,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-22,通用菜单主题 Work Plane（工作平面）：用于打开、关闭、移动、旋转工作平面或者 对工作平面进行其他操作，还可以对坐标系进行操作。 。 Parameters（参量）：用于定义、编辑或者删除标量、矢量和数组参量。 Macro（宏）：用于创建、编辑、

14、删除或者运行宏或数据块。 Menu Ctrls（菜单控制）：决定哪些菜单成为可见的，是否使用机械工具 条（Mechanical Toolbar），也可以创建、编辑或者删除工具条上的快捷 按钮，决定输出哪些信息。 Help（帮助）：ANSYS提供了功能强大、内容完备的帮助，包括大量关 于GUI命令、基本概念、单元等的帮助。熟练使用帮助是ANSYS进步的 必要条件。这些帮助以Web页方式存在，可以很容易地访问。 打开方式：通过Help菜单；单击Help按钮；输入Help命令。,2.1 通用菜单（续）,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-23,2.2 主菜单 主菜单的每个命令都有一个子菜单（用“

15、”号指示），或者执行一 项操作（用“ ”号指示） 。 默认主菜单提供了12类菜单主题,2. ANSYS图形用户界面（GUI）简介,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-24,默认的主菜单主题 Preferences（优选项）：弹出一个的话框，用户可以选择学科及某个 学科的有限元方法。 Preprocessor（预处理器）：包含PREP7操作，如建模、分网和加载等 Solution（求解器）：包含SOLUTION操作，如分析类型选项、加载、载 荷步选项、求解控制和求解等 General Postproc（通用后处理器）：包含POSTl后处理操作，如结果的 图形显示和列表 TimeHist Pos

16、tproc（时间历程后处理器）：包含了POST26的操作，如对 结果变量的定义、列表或者图形显示 Topological Opt（拓扑优化）：也就是用于对几何结构进行优化，这种 优化通常是以最小质量或者最小柔度为目标函数,2.5 主菜单,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-25,默认的主菜单主题（续） ROM Tool（缩阶建模工具）：基于模态分解法表达结构的响应 Design Opt（设计优化）：包含了OPT操作，如定义优化变量、开始优化 设计、查看设计结果等，这是传统的优化操作，是单步分析的反复迭代 Prob Design（概率设计）：这是ANSYS 6.0以后版本的新增功能，结合 设计和生产