ANSYS的基本使用方法

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1、第五章 ANSYS 的基本使用方法5.1 ANSYS 的特点与主要功能国际上著名的有限元软件有几十种，常用的有：MARC、ANSYS、 SAP、ADIA、NASTRAN、ALGOR-FEM等ANSYS是1970年由美国匹兹堡大学力学系教授John Swanson博士 开发出以来。 在30多年的发展过程中，ANSYS不断改进提高，功能不断增强，目 前己发展到8.1版本。ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于 一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS用户涵盖了机械、航空航 天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学等 众多领域。5.1.1 ANSYS 的主要技术

2、特点ANSYS 的技术特点主要表现在以下几个方面 1）ANSYS使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果，实现前后处理、分 析求解及多场分析的数据统一。 2）ANSYS具备三维建模能力,仅靠其图形界面(GUI)就可建立各种复杂的几何 模型。 3）ANSYS提供了数种求解器。 4）ANSYS具有强大的非线性分析功能，可进行几何非线性、材料非线性及状 态非线性分析。 5）ANSYS具有智能网格划分功能，根据模型的特点自动生成有限元网格。 6）可实现多场耦合功能。 7）ANSYS提供了与多数CAD软件及有限元分析软件的接口，可实现数据共享 和交换。5.1.2 ANSYS的主要功能1、结构分析结构分析

3、用于确定结构在载荷作用下的静、动力行为，研究结构的强度 、刚度和稳定。2、热力学分析热力学分析用于分析系统或部件的温度分布以及其他热物理参数 ，如热梯度、热流密度等。3、流体分析流体分析用于确定流体的流动及热行为。4、电磁场分析电磁场分析主要分析磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗 、电杆、涡流、能耗及磁通量泄漏等。5）耦合场分析耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。ANSYS中可以 实现的耦合场分析包括：热结构、磁热、磁结构、流体热、 流体结构、热电、电磁热流体结构。 5.2 ANSYS的运行环境设定在使用ANSYS时，用户应根据所要分析的问题，在启动ANSYS时，对 ANSYS

4、的运行环境进行设定，包括工作路径、工作文件名、内存要求 、GUI设置等。启动ANSYS的途径为：在Windows系列操作系统中，选择“开始”“程序” ANSYSx.x Interactive进入到ANSYS 的Interactive 窗口，然后就可在窗口中对各项进行设定，设置完成后，单击Run就 进入ANSYS运行系统。通过Interactive窗口设定ANSYS的运行环境后，若以后从ANSYS x.x 选项菜单中选择Run Interactive Now，则会按上次设置直接进入 ANSYS的运行系统，直到用户再次选择Interactive进行新的设定后参 数才会改变。在实际中，每个分析的工作

5、环境通常是不同的，特别是工作路径、 工作文件名。因此，推荐选择Interactive，对运行环境设定后，再进入 ANSYS。5.3 ANSYS工作环境ANSYS的工作环境,即通常所说的GUI(Graphical User Interface)图形用 户界面由6个窗口组成，这6个窗口为用户使用ANSYS提供了便利的 途径，用户可以非常方便地 以交互模式完成分析计算。如图所示。1、应用菜单（Utility Menu)应用菜单包括了文件控制(File)、对象选择(select)、列表显示(List)、图形显示 (Plot)、图形显示控制(P1otCtrls)、工作平面设定(WorkPlane)、参数

6、化设计 (Parameters)、宏命令(Macro)、窗口控制(MenuCtrls)及帮助系统(Help)。每 菜单项下面包括一系列子菜单项。2主菜单(MainMenu)主菜单基本上涵盖了ANSYS分析过程中的所有菜单命令，包括前处理、求解 器、通用后处理、时间历程后处理、优化设计等。执行不同的菜单项将会得 到不同的结果，“ ”表示将得到下级子菜单，“”表示将得到一对话框， +”表示将得到一选择菜单。3工具栏(Toolbar)工具栏包括了一些常用的ANSYS命令和函数，是执行命令的快捷力式。 ANSYS预先定义了一些命令按钮。用户可以根据自己的要求对工具栏进行编辑 、添加或删减工具栏中的命令

7、按钮。工具栏中最多可以有100个命令按钮。4输入窗口(Input windows输入窗口由2个区域组成：文本输入区和命令历程缓冲区。可以直接在文 本输入区输入命令或其他文本；命令历程缓冲区包含了所有先前输入的命令 及提示信息，用户可以通过右侧的垂直滚动条查看先前命令；在文本输入区 顶部，为方便用户操作ANSYS，还给出了关于命令及执行状态的信息提示。在命令历程缓冲区用鼠标单击先前的命令，则该命令将出现在文本输入区 用鼠标双击先前的命令，则ANSYS将执行该命令。5输出窗口(Output Window)输出窗口以文本形式显示命令执行后的结果，包括注释、警告、错误及 其他信息。输出窗口通常位于AN

8、SYS其他窗口之后，用户可以通过单击该窗 口将其提升到最前，以查看命令执了信息。6图形窗口（Graphic Windows)图形窗口是ANSYS工作环境中占据最大位置的窗口，主要完成图形显示 功能，包括显示模型，图形显示计算结果。用户可以单击标题栏上的按钮对 图形窗口进行最小化和最大化操作。5.3 典型分析过程有限元分析是对物理现象的模拟，是对真实情况的数值近似。通过对 分析对象划分网格，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知 量。ANSYS分析的主要步骤：1、创建有限元模型（前处理preprocess）（1）创建或读入几何模型；（2）定义材料属性；（3）划分网格（节点及单元）。2、施加

9、载荷并求解（solution)（1）施加载荷及载荷选项、设定约束条件；（2）求解。3、查看结果(1)查看分析结果；(2)检验结果（分析是否正确）。5.3.1 ANSYS文件及工作文件名ANSYS分析文件的文件名格式为：jobname.extJobname-工作文件名（默认的工作文件名为file).ext-扩展名ANSYS分析中的特殊文件有：数据库文件jobname.db记录文件jobname.log结果文件jobname.rxx(jobname.rst 记录一般结构分析的结果，jobname.rth记录一般热分析的结果， jobname.rmg记录一般磁场分析的结果） 图形文件jobname.

10、grph3.1.2 ANSYS数据库ANSYS的数据库是指在前处理、求解以及后处理过程中保存在内存中的数 据。数据库中的数据包括输入数据：模型尺寸、材料属性、载荷结果数据：位移、应力、应变、温度。 1、存储数据库操作菜单选项有：Save as jobname.dbSave as(可改变数据库文件名，即将数据库拷贝到另外一个文件名上 ）在这个过程中，将首先清除目前内存中的数据，将之替换成数据库 文件中的数据。 可用的菜单选项为：Resume jobname.dbResume from:读入给定文件名的数据库文件，当前工作文件名不变 。2、恢复数据库操作 恢复操作：将数据库文件中的数据读入内存中。

11、3、怎样利用存储和恢复数据库，从错误操作中恢复1）利用工具条中SAVE *.DB, RESUME *.DB实现存储和恢复操作2）利用Files选项实现，选择：FilesResume from5.2.3 典型分析过程举例使用ANSYS分析一个如左图所示的工字悬臂 梁，求解在力P作用下点A处的变形。已知条 件如下：P=4000lbf E=29E6psi L=72in A=28.2in2 I=833in4 H=12.71in 1、启动ANSYS工作文件名为beam2、创建基本模型（1）GUI：Main MenuPreprocessor-Modeling- Createkeypoints Inacti

12、ve CS使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积在单元的实常数中 设置。（2）输入关键点编号1（3）输入x,y,z坐标0，0，0 （4）选择Apply （5） 输入关键点编号2（6）输入x,y,z坐标72，0，0（7）选择OK（8）GUI：Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateLines-lines Straight Line（9）选取两个关键点（10）在拾取菜单中选取OK3、存储ANSYS数据库可用Toolbar:SAVE_DB，也可用菜单Utility menuFile4、设定分析模块使用“Preference”对话框选择分析模块，可实现对菜单

13、进行过滤。例如，如果选择了结构模块，则所有热、电磁、流体的菜单都将被过滤掉 。 设定步骤：（1）GUI: Main MenuPreferences（2）选择Structural（3）选择OK5、设定单元类型及相应选项单元类型决定附加的位移、转角、温度等。任何分析，必须在单元类 型库中选择一个或几个合适的单元类型。本问题选择Beam3。 （1）GUI：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete（2）选择Add（3）在左边单元列表中选择Beam（4）在右边单元列表中选择2D elastic（Beam3)（5）选择OK关闭对话框（6）选择Clos

14、e关闭单元类型对话框6、定义实常数实常数是当有的单元几何特性不能仅用节点的位置充分表示出来时，提供的 一些补充几何信息。典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积。单元类型所需要的实常数的输入步骤如下：（1）GUI:Main MenuPreprocessorReal Constants（2）选择Add（3）选择OK定义Beam3的实常数（4）选择Help得到有关单元Beam3的帮助（5）查阅单元描述（6）FileExit退出帮组系统（7）在AREA框中输入28.2（横截面积）（8）在IZZ框中输入833（惯性矩）（9）在HEIGHT框中输入12.17（梁的高度）（10）选择OK关闭实常数对话

15、框（11)选择Close关闭实常数对话框7、定义材料属性材料属性是与几何模型无关的本构属性，但计算单元矩阵时需要材料属性 。一个分析中，可以定义多种材料，每种材料设定一种材料编号。在本例 中仅设定杨氏模量29E6psi。操作步骤为：（1）GUI:Main MenupreprocessorMaterials Props Isotropic（2）输入材料编号1 （3）选择OK（4）在Ex项填入29E6（5）选择Ok关闭对话框8、保存ANSYS数据库文件在划分网格前用一表示几何模型的文件名保存数据库文件，如果划分失败 ，可以恢复数据库文件以便再次划分网格步骤：（1）GUI:Utility MenuF

16、ileSave As（2）输入文件名beamgeom.db（3）选择OK保存文件并退出对话框。（1）GUI:Main MenuPreprocessorMesh Tool（2）选择Mesh（3）拾取line（4）在对话框中选择OK（5）在Mesh Tool对话框中选择Close9、对几何模型划分网格10、保存ANSYS数据库文件（1）Utility MenuFileSave As（2）输入文件名：beammesh.db（3）选择OK保存文件并退出对话框11、施加载荷及约束（1）GUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Structral-DisplatementOn Nodes（2）拾取最左边的节点（3）在拾取菜单中选择OK（4）选择ALL DOF（5）选择OK（6）GUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Stru