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1、第 1 章 开始使用 ANSYS1第 1 章 开始使用 ANSYS1.1 完成典型的 ANSYS 分析ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。在 ANSYS 分析指南手册中有关于它开展不同工程应用领域分析的具体过程。本章下面几节中描述了对绝大多数分析皆适用的一般步骤。一个典型的 ANSYS 分析过程可分为三个步骤：建立模型加载并求解查看分析结果1.2 建立模型与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费 ANSYS 用户更多时间。首先必须指定作业名和分析标题，然后使用 PREP7 前处理器定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。1.2.
2、1 指定作业名和分析标题该项工作不是强制要求的，但 ANSYS 推荐使用作业名和分析标题。1.2.1.1 定义作业名作业名是用来识别 ANSYS 作业。当为某项分析定义了作业名，作业名就成为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。（这些文件的扩展名是文件类型的标识，如.DB）通过为每一次分析给定作业名，可确保文件不被覆盖。如果没有指定作业名，所有文件的文件名均为 FILE 或 file（取决于所使用的操作系统）。可按下面方法改变作业名。进入 ANSYS 程序时通过入口选项修改作业名。可通过启动器或 ANSYS 执行命令。进入 ANSYS 程序后，可通过如下方法实现：命令行方式：/FIL
3、ENAME菜单方式：Utility MenuFileChange Jobname/FILENAME 命令仅在 Begin level（开始级)才有效，即使在入口选项中给定了作业名，ANSYS 仍允许改变作业名。然而该作业名仅适用于使用/FILNAME 后打开的文件。使用/FILNAME 命令前打开的文件，如记录文件 Jobname.LOG、出错文件 Jobname.ERR 等仍然是原来的作业名。1.2.1.2 定义分析标题第 1 章 开始使用 ANSYS2/TITLE 命令(Utility MenuFileChange Title)可用来定义分析标题。ANSYS 系统将在所有的图形显示、所有的
4、求解输出中包含该标题。可使用/STITLE 命令加副标题，副标题将出现在输出结果里，而在图形中不显示。1.2.1.3 定义单位ANSYS 软件没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用任意一种单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位（对所有输入数据单位必须一致）。对尺寸按照微米规则的微电子力学系统（MEMS），参见 ANSYS 藕合场分析指南中的单位制的转换规则。使用/UNITS 命令，可在 ANSYS 数据库中设置标记指定正在使用的单位制，该命令不能将一个单位制的数据转换到另一单位制，它仅仅为后续的分析作一个记录。1.2.2 定义单元的类型在 ANSYS 单元库中有超过
5、150 种的不同单元类型，每个单元类型有一个特定的编号和一个标识单元类别的前缀，如 BEAM4，PLANE77，SOLID96 等，下面一些单元类型可用：BEAM CIRCUIT COMBINATION CONTACTFLUID HF (HIGH FREQUENCY) HYPERELASTIC INFINITEINTERFACE LINK MASS MATRIXMESH PIPE PLANE PRETS (PRETENSION)SHELL SOLID SOURCE SURFACETARGET TRANSDUCER USER VISCOELASTIC(OR VISCOPLASTIC)单元类型决定
6、了单元的：自由度数（又代表了分析领域结构、热、磁场、电场、四边形、六面体等）单元位于二维空间还是三维空间如 BEAM4 有 6 个结构自由度(UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ)，是一个线性单元，可在 3D 空间建模。PLANE77 有一个温度自由度（TEMP），是 8 节点的四边形单元，只能在 2D空间建模。必须在通用前处理器 PREP7 内定义单元类型，使用 ET 命令族(ET，ETCHG 等)或基于GUI 的等效命令来实现。详见 ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）。通过单元名并给定一个单元参考号定义单元。例如，下面的两个命令分别定义了
7、两种单元类型：BEAM4 和 SHELL63，并给它们分配了相应的参考号 1 和 2：ET,1,BEAM4ET,2,SHELL63第 1 章 开始使用 ANSYS3与单元名对应的类型参考号表称为单元类型表。在定义实际单元时，可通过TYPE（Main MenuPreprocessorCreateElementsElem Attributes）命令指向恰当的类型参考号。许多单元类型有称为 KEYOPTs 的另外选项，称之为 KEYOPT（1），KEYOPT（2）等。例如对于 BEAM4 的 KEYOPT(9)允许选择在每个单元的中间位置处计算结果。对于 SHELL63 的KEYOPT(3)允许抑制
8、过度的位移变形。可通过 ET 命令、KEYOPT 命令（Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete)指定 KEYOPTs。1.2.3 定义单元实常数单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例如 2D 梁单元 BEAM3 的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和附加的单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元可以有不同的实常数值。可通过 R 族命令（R，RMODIF 等）或相应的等效菜单路径来指定实常数，进一步
9、信息见 ANSYS Commands Reference（ ANSYS 命令参考手册 ）。对应于单元类型，每组实常数有一个参考号，与实常数组对应的参考号表称为实常数表。在定义单元时可通过 REAL 命令(Main MenuPreprocessorCreateElementsElem Attributes)来指定它对应的实常数号。在定义实常数时，必须牢记以下规则：当使用 R 族命令时，必须按照 ANSYS Elements Reference（ANSYS 单元参考手册）中表 4.n.1 所示的顺序为每个单元类型输入实常数。当用多种单元类型建模时，每种单元类型使用独自的实常数组（即不同的实常数参考
10、号）。如果多个单元类型参考相同的实常数号，ANSYS 会发出一个警告信息，然而每个单元类型可以参考多个实常数组。使用 RLIST 和 ELIST 命令可以校验输入的实常数。 RKEY=1（如下所示）时，RLIST列出所有实常数组的实常数值，ELIST,1 命令产生一个简单易读的列表，包括每个单元、实常数号和它们的值。Command(s)：ELISTGUI：Utility MenuListElementsAttributes + RealConstUtility MenuListElementsAttributes OnlyUtility MenuListElementsNodes + Attr
11、ibutesUtility MenuListElementsNodes + Attributes + RealConstCommand(s)：RLIST第 1 章 开始使用 ANSYS4GUI：Utility MenuListPropertiesAll Real ConstantsUtility MenuListPropertiesSpecified Real Const对于一维和面单元需要几何数据（截面积、厚度、直径等），这些数据都被作为常数。可以通过下列命令查看输入值。Command(s)：/ESHAPE and EPLOTGUI：Utility MenuPlotCtrlsStyleSiz
12、e and ShapeUtility MenuPlotElementsANSYS 采用实体单元显示单元，对于 Link 和壳单元使用矩形截面显示。管单元使用圆形截面显示。截面特性取决于实常数值。1.2.3.1 创建横截面如果使用 BEAM188 或 BEAM189 创建模型，可以在建模时使用截面命令（SECTYPE，SECDATA 等（Main MenuPreprocessorSections -Beam-Common Sects）来定义或使用横截面。关于如果使用 Beam Tool 创建截面请参阅 ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide 中的梁分析和
13、横截面（ANSYS 高级分析技术指南）。1.2.4 定义材料特性绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可以是线性（见线性材料特性）或非线性（见非线性材料特性）。与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。与材料特性组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能有多个材料特性组（对应的模型中有多种材料）。ANSYS 通过独特的参考号来识别每个材料特性组。当定义单元时，可以通过 MAT 命令来指定合适的材料参考号。1.2.4.1 线性材料特性线性材料特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异性的，用下列方式定义常数材料特性（各向同性或正交异性）Command(s)
14、：MPGUI：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models（详见 GUI 中的材料模型界面）第 1 章 开始使用 ANSYS5同样要指定恰当的材料特性标号，如 EX，EY，EZ 表示弹性模量，KXX，KYY，KZZ 表示热传导性等。对各向同性材料，只要定义 X 方向的特性，其它方向的特性缺省值与 X 方向同，如：MP,EX,1,2E11 ! 材料参考号 1 的弹性模量为 2E11MP,DENS,1,7800 ! 材料参考号 1 的密度为 7800MP,KXX,1,43 ! 材料参考号 1 的热传导系数为 43除了 Y 方向和 Z 方向特性
15、的缺省值（缺省值取 X 方向的特性），可采用其它的材料特性缺省值来减少输入量。如泊松比（NUXY）缺省值取 0.3，剪切模量（GXY）的缺省值取EX/2(1+NUXY)，发散率缺省值取 1.0。详见 ANSYS 单元参考手册。同样可通过 GUI 从材料库中选择常数，各向同性，线性材料特性。对 10 种材料的四种单位制有弹性模量、密度、热膨胀系数、泊松比、热传导系数及特定的热供选择。注意：材料库中的特性值是为了方便而提供的，这些数值是材料的典型值，供用户进行基本分析及一般应用场合，用户必须自己对输入数据负责。要定义温度相关的材料特性，可使用 MP 命令并结合 MPTEMP 或 MPTGEN，同样
16、可使用MPTEMP 和 MPDATA 命令。MP 命令允许定义以多项式的形式定义温度函数的材料特性，多项式可以是线性、二次的、立方形式的或四次的。特性 = C0 + C1T + C2T2 + C3T3 + C4T4Cn 为系数、T 为温度。可通过 MP 命令的变元 C0、C1、C2、C3、C4 输入系数，如果仅指定 C0，则材料特征为常量。如果指定 C0 和 C1，则材料特征随温度线性变化；等等。当按上述方法定义温度相关的特性时，程序用点间线性插值方法（即：分段线性表达式）计算离散温度点的多项式值，而在端点外则使用等值外插值方法。在 MP 命令之前，必须使用MPTEMP 或 MPTGEN 命令为二次或更高次特性定义合适的温度步长。第二种定义温度相关的材料特性的方法是：运用 MPTEMP 和 MPDATA 命令组合。MPTEMP (或 MPTGEN)命令定义一系列温度。通过 MPDATA 命令定
