软件介绍ansys

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1、结构工程通用分析软件介绍ANSYS一 理论基础及主要内容内容1 弹性力学基本理论：性质，任务，基本假设， 外力，应力/应变，位移，研究方法，平衡微分方程，边界条 件，几何方程，变形连续方程等。 物理方程（广义虎克定律） 平面应变与平面应力问题 平面问题的解法2有限单元法：基本思路问题，平面问题的单元 分析，单元位移函数（三角单元为例），单元应变， 单元应力分析，单元节点力，单元刚度矩阵（三节点 三角形单元），平面问题的整体分析，整体刚度矩阵 的集成，整体刚度矩阵的特点。3有限元分析实例（ANSYS）：ANSYS基本使用方法， 结构静力分析，结构动力分析，非线性约束，温度场问题， 3流体场的问题

2、，电磁场问题等等弹性力学是研究弹性体在外部因素（外力、温度等）作用下而产生的应力 和应变，以及与应变有关的位移的一门学科。基本假设1假设物体是连续的2假设物体是匀质和各向同性的3假设物体是完全弹性的且服从虎克定律4假设物体内无初应力5 假设物体的位移和变形是很小的作用于物体的外力可以分为体力和面力，体力是分布在物体体积内的力 （重力、惯性力、磁吸力等）。面力是作用于物体表面上的力，也可以 是集中力。为描述物体内任一点的应力P，就从该点设想从物体中取出一个 无限小的平行六面体，它的棱边平行于坐标轴，而长度分别为，将每一微面上的应力分解为一个正应力和两个剪应力 ，它们分别与三个坐标轴平行。 表示正

3、应力， 表示剪应力。表示正应力作用的平面与x轴相垂直（即 与 x 轴平行）。表示作用在垂直于x轴的面上且其作用方向与y轴平行。如果某一面的外法线方向与坐标轴正方向相平行，则该面为 正面。凡是正面上的力，不论其为正应力或剪应力，以与坐 标轴的正方向相同时为正，反之为负。 如果某个面的外法线与坐标轴的负方向相平行，则该面为负面。 负面上的应力，不论其为正应力或剪应力，以与坐标轴的负方 向相同时为正，反之为负。 剪应力互等定律：,弹性力学里，通常把 这六个量称为 该点P 的应力分量。为描述物体内某点P的变形，就在这一点取一平行六面微分体。 物体变形以后，三个棱边（线段）及它们之间的直角的改变， 就作

4、为这一点的变形。线段每单位长度的伸缩称为正应变 （相对变形或线应变）。线段之间的直角的改变称剪应变。正 应变用字母 表示，正应变以伸长为正，缩短为负。剪应变以表示。 表示x与y两方向的线段之间的直角的改变。剪应 变以直角变小为正，反之为负。 如果物体内某点P 的六个分量 是已知的，则 该点的变形完全可以确定，故该六个分量称为P点的应变分量。物体内任一点P的位移，用它在x、y、z三轴上的投影u、v、w 来表示，沿坐标轴的正方向为正，反之为负，则这三个投影称 为该点的位移分量。弹性体体力分量面力分量应变分量应力分量位移分量都随点的位置而改变，通常都是 点的坐标的连续函数。有限单元法的基本步骤:1

5、将实际求解对象离散化，即将实际求解域划成结点和单元。 2 选择合适的形函数，即选择一个用单元结点解描述整个单元解的连续函数。 3 对每个单元建立单元刚度矩阵。 4 按一定结点编码顺序，将各个单元刚度矩阵叠加以构造结构整体刚度矩阵。 5导出以结点自由度（DOF）为未知量的结构整体刚度方程， 并将边界条件、初始条件应用于方程中（DOF通常代表位移、结点温度值、压力、流速等等）。 6求解步骤（5）中得到的方程组，以得到结点上的自由度值。 7根据结点的值和形函数，得到其他的物理量，如应力、支座反力、弯矩图、热流量等等。ANSYS简介ANSYS公司成立于1970年，总部位于美国的宾夕法尼亚洲的 匹兹堡，

6、目前属计 算机辅助工程（CAE）行业中最大的公司。ANSYS软件室融结构、热、流体、 电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木工程、地质矿 产、水利、铁道、汽车交通、国防军工、航空航天、船舶、机械制造、核工业、 石油化工、轻工、电子、日用家电、生物医学等一般工业及科学研究之中。ANSYS程序是一个功能强大、设计分析灵活的 软件包。该软件可浮动于PC机、 NT工作站、UNIX工作站、巨型机等各类计算机及操作系统中，数据文件在其所 有的 产品系列和工作站上均兼容。其多物理场耦合的功能，允许在同一模型上 进行各式各样的耦合计算，如：热-结构耦合、磁-结构耦合以及电-磁-流体-热耦

7、合。在PC机上生成的模型同样可运行于巨型机上，这样就保证了所有的ANSYS 用户的多领域多变工程问题的求解。ANSYS软件两大特点： 1 功能强大、广泛：融结构、热、流体、电磁、声学于一体；多场耦合；线性； 非线性。 2 处理过程一体化：建模、网格划分、加载、求解、后处理、优化设计等。ANSYS结构分析功能ANSYS包括7种结构分析类型： 1 静力分析用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。结构静力分析分线性与非线性分析。非线性分析涉及塑性、应力 刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变。 2模态分析结算结构的固有频率和模态。 3谐波分析用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 4

8、瞬态动力分析用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，也可计算上述静力分析中的非线性有关问题。 5 谱分析属模态分析的拓展。可计算由于响应谱或随机振动引 起的应力和应变。 6曲屈分析用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。可进行线性和 非线性曲屈分析。 7 显式动力分析ANSYS/LS-DYNA可计算高度非线性动力学和复 杂的接触问题。常用结构分析单元杆单元LINK1，8，10等 梁单元BEAM3，4，23，24，44，54，188，189等 管单元PIPE16，17，18，20，60等 2-D实体PLANE2，42，82，182，183等 3-D实体SOLID45，95，185，186等 壳单

9、元SHELL93，63，41，43等 接触单元CONTAC48，49，171，172等 耦合场FLUID29，30，129，130等 特殊单元COMBIN14，MASS，MATRIX等 显示动力单元只适合于显示动力分析线性静力分析功能结构静力分析是计算结构在固定不变的 载荷作用下的响应。 一般说来，固定不变的载荷和响应是一种理想化假设，即 假设载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢或微小。可 见，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的 影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力 作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义 的等价静力风载和地震载荷）。 静力分析所施加的载荷

10、包括： 1外部施加的作用力和压力 2稳态的惯性力（如重力和离心力） 3 强迫位移 4温度载荷 5 能流结构线性静力分析基本步骤： 建模、施加载荷和边界条件并求 解、结果评价和分析。1建模有：命名、标题、定义单元类型、实常数、材料特性、 创建几何模型、划分网格。 2加载求解有：进入ANSYS求解器确定分析类型、设置分析选 项、施加载荷并设定载荷步、保存数据文件、开始求解。 3 结果评价与分析有：提取分析结果文件、基本结点数据信息 （位移信息UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）、可 导出数据信息（结点、单元的应力、应变、单元集中力和结 点支反力）。ANSYS建模 1模型生成：有限元分析

11、的最终目的是要还原一个实际工程系统 的数学行为特征，简称说分析必须是针对一个物理原型的准确 的数学模型。再广义上说，模型包括所有的结点、单元、材料 属性、实常数、边界条件，以及其他用来表现这个物理系统的 特征。狭义说可以指用结点和单元表示空间体域及实际系统连 接的生成过程。ANSYS生成模型的三种方法： 用实体建模法 直接生成法 导入CAD系统创建的模型 2典型步骤1）首先确定分析方案：确定分析目标、决定模型采取什么样 的基本形式、选择合适的单元类型、考虑如何能建立适当的网 格密度。2）生成单元属性表（单元类型、实常数、材料属性和单元坐 标系）3）进入前处理器开始建立模型，一般利用实体建模创建

12、模型 。4）建立工作平面 5）利用几何元素和布尔运算操作生成基本的几何形状 6） 可激活适当的坐标系 7） 用自底向上方法生成其他实体，即先定义关键点。然后再 生成线、面、体 8） 用布尔运算或编号控制将各个独立的实体模型域适当的联 系在一起 9） 设置网格划分参数，以控制想要建立的网格密度，也可自 动划分网格 10）对实体模型进行网格划分来生成结点和单元 11）存储模型数据jobname.DB 12）退出前处理实体建模和直接生成法优缺点：1 实体建模需描述模型的几何边界，建立对单元大小及形状 的控制，然后令ANSYS程序自动生成所有的结点和单元。 2 直接生成法需在定义ANSYS实体模型之前

13、，必须确立每个 结点的位置及每个单元的大小、形状和连接。直接生成方 法建模是依次传递的，它需要在建立有限元网格时记录所 有的结点号。若对大型模型，结点成千上万，记录量过于 庞大，易出错。故实体建模比直接生成法更加有效和通用，是一般建模的 首选方法。 3实体建模优点：1）对庞大或复杂的模型，尤其是三维实体模型更合适2）需处理的数据相对较少3）支持使用布尔运算和使用面和体体素，以顺序建模4）便于使用ANSYS的优化功能5）是自适应网格划分所需要6）便于施加局部荷载之后进行局部网格细化要求7）便于几何上的改进8）可中途改变单元类型，不受分析模型的限制 4 实体建模的缺点1）有时需要大量的CPU处理时

14、间2）对小型、简单模型显得烦琐3）某种情况下可能会失败，程序不能生成网格 5直接生成法的优点：1）对小型或简单模型生成较方便2）用户能对几何形状及每个结点和单元的编号从整体、 全局上进行掌控 6直接生成法的缺点：1）若模型较为复杂，需处理大量数据，耗时费力2）不能用自适应网格划分3）不便于优化设计4）改进网格划分较困难实体建模直接生成建模7 CAD系统输入实体模型：用户可在自己擅长的CAD系统中建模 并把它导入到ANSYS系统中分析. 其优点：可避免重复对现有CAD模型的重复建模，技术工程师可 利用自己的熟悉的工具完成建模工作。 其缺点：若CAD导入的模型不适于网格划分，后期需大量的修改 。整

15、体规划分析方案1规划的重要性：用户开始建模时，将（有意或无意的）作出许 多决定以确定如何对物理系统进行数值模拟模型是全部或 物理系统的部分、模型包含多少细节、选用什么单元、网格划 分多大密度等等问题。总之，需对要研究分析的问题的计算费 时及结果的精度进行整体平衡考虑。初期规划阶段所作出的这 些决定将直接影响到最后分析成功与否。 2 确定分析目标：确定分析目标与ANSYS程序功能无关，主要取 决于用户的知识、经验及职业技能，只有用户自己才能决定自 己的分析目标，所建立的目标将影响到后续模型的其他选择。3选择模型类型：有限元模型分二维、三维，一般由点单元、 线单元、面单元或实体单元组成。也可将不同

16、类型的单元混 合使用。线模型代表二维或三维梁或管结构及三维轴对称壳 结构的二维模型。实体建模通常不便于生成线模型，一般由 直接生成法创建。二维实体模型在薄平板结构（平面压力） 、等截面的“无限长”结构（平面应变）或轴对称实体结构。 一般二维实体模型采用实体建模方法生成。三维壳模型用于 描述三维空间中的薄壁结构，一般也用实体建模方法生成。 三维实体分析模型用于描述三维空间中截面积不等、也不是 轴对称的厚结构，一般也用实体建模方法生成。 4线单元和高次单元的选择线性单元：对结构分析，带有附加形函数的角点单元会在合 理的计算时间内得到准确的结果。当使用此类单元时，需注 意防止在关键区域的退化形式。即避免在结果梯度很大或其 他其他关