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1、17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-1,硕士研究生学位课程讲义（2008）,通用有限元程序ANSYS及应用 (四),主 讲： 钱 江 结构工程与防灾研究所 Tel：65986113 (B310) Email: 二OO八年三月十七日,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-2,硕士研究生学位课程讲义（2008）,第五讲 内容提要 6. 网格划分 6.1 分网要点 6.2 模型修改 7. 基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择 7.5 多步求解及重启动,17 March
2、2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-3,6.网格划分,6.1 分网要点 控制网格密度 控制网格形状 6.2 模型修改 全局修改 局部修改,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-4,控制网格密度,有限元方法为数值计算方法，计算结果存在离散误差。但网格越密时，计算结果越接近数学模型的真实解。 通常情况下，网格的密度应在这两种之间。用户应根据分析目的和结果的精度要求决定网格划分的密度大小。,6.1 分网要点,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-5,控制网格密度,可以由smart sizing slider 控制网格密度，另外的一个
3、方法是关闭smart sizing，并设置全局单元尺寸值(global element size )，设置单元尺寸大小可以覆盖任何却省值。,6.1 分网要点,输入 SIZE 或 NDIV 值（二者选一）,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-6,控制网格形状,网格划分通常可以通过自由分网与映射分网二种方式进行，二种方式中用户对网格形状的控制能力不同。 自由分网：用户对单元的形状几乎没有控制能力 映射分网：受映射网格模式及其单元形状限制；通常单元排列整齐；几何模型应由规则的面或体构成。,6.1 分网要点,自由网格,映射网格,17 March 2008,通用有限元程序A
4、NSYS及应用,L4-7,打开网格划分工具: Main Menu: Preprocessor MeshTool,网格划分工具是网格控制的一种快捷方式,单元属性控制 智能网格划分控制 尺寸控制 指定单元形状 自由网格划分或映射网格划分 执行网格划分 清除网格 局部细划,1,2,3,4,5,6,7,8,6.1 分网要点 网格划分工具,1,2,3,4,5,6,7,8,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-8,6.2 模型修改,如果发现生成的网格不理想，可以通过下面的方法改变网格: 采用新的指定重新划分网格 (全局修改)。 直接重划分 使用Accept/reject提示 清
5、除网格，然后再重新划分 指定区域细划 (局部修改) 。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-9,6.2 模型修改,关于单元形状检查的说明,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-10,网格划分示例,连杆,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-11,硕士研究生学位课程讲义（2008）,7. 基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择及求解 7.5 多步求解及重启动,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-12,7.1 荷载
6、概述,ANSYS中的载荷可分为: 自由度DOF 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构分析_位移) 集中载荷 点载荷 (结构分析_力) 面载荷 作用在表面的分布载荷 (结构分析_压力) 体积载荷 作用在体积或场域内 (热分析_体积膨胀) 惯性载荷 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等),载荷分类,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-13,7.2 荷载施加及修改,可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元) 上加载.,在关键点处约束,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-14,7.2 荷载施加及修改(续1),几何模型加载独立于有
7、限元网格。重新划分网格或局部网格修改不影响载荷。 加载的操作更加容易，尤其是在图形中直接拾取时。,直接在实体模型加载的优点:,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-15,7.2 荷载施加及修改(续2),无论采取何种加载方式，ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将自动转化到 其所属的节点或单元上。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-16,7.2 荷载施加及修改(续3),17 March 2008,通用有限元程序
8、ANSYS及应用,L4-17,7.2 荷载施加及修改(续4),在关键点施加位移约束: Main Menu: Solution -Define Loads -Apply -Structural -Displacement On Keypoints Expand 功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上,类似地，可以在线和面上施加位移约束，但没有 Expand 功能选项。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-18,7.2 荷载施加及修改(续5),加载面力载荷： Main Menu: Solution -Define Loads -Apply -Structu
9、ral -Pressure On Lines,仅输入一个数值即为均布压力,注意：压力数值为正表示其方向 指向作用面,输入两个数值则定义线布压力,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-19,7.2 荷载施加及修改(续4),500 J,1000 J,500 J,线布压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反, 将两个压力数值对调即可。,VAL I = 500,VAL I = 500 VAL J = 1000,VAL I = 1000 VAL J = 500,加载面力载荷（续）：,17 March 2008,通用有限元程序ANS
10、YS及应用,L4-20,7.2 荷载施加及修改(续5),校验载荷 通过 plotting 画出载荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .,实体模型载荷显示在几何模型上 (体、面、线或关键点) 有限元模型载荷在画节点或单元时显示,或通过 listing列表载荷: Utility Menu: List Loads,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-21,7.2 荷载施加及修改(续6),注意: 在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始 化时，才会被自动转化到有限元模型中的节 点和单元上。 但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模型上的
11、载荷转化到有限元节点和单元上: Main Menu: Solution -Define Loads -Operate -Transfer to FE ,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-22,7.2 荷载施加及修改(续7),删除载荷 Main Menu: Solution -Define Loads -Delete,All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。,Structural 下单列的各选项则只删除模型选定的载荷。,当实体模型被删除时, ANSYS 将自动删除其上所有的载荷。 但在删除由两关键点扩展形成的位移约束时例外！此时程序只删除两关
12、键点上的约束， 而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用手工删除。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-23,7.3 荷载步及时间选项 一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进行一次或多次求解。 一个分析过程可以包括： 单一载荷步（常常这是足够的） 多重载荷步 有三种方法可以用来定义并求解多载荷步 多次求解方法 载荷步文件方法 向量参数方法,7.3 荷载步及时间选项,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-24,多次求解方法 它是三种方法中最易理解的方法 缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除非使用批处理
13、方法） 注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示程序进行重启动 为了使用多次求解方法： 定义第一个载荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，继续进行步骤3和步骤4直到所有的载荷步完成 进行后处理,7.3 荷载步及时间选项(续1),17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-25,载荷步文件方法 当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的 程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为jobname.sxx（sxx为载荷步号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解 为了使用
14、载荷步文件方法： 1. 定义第一个载荷步 2. 写荷载步文件： Main Menu: Solution Load Step Opts Write LS File (Jobname.sxx) 3. 为了进行第二次求解按需要改变载荷条件 4. 写到第二个文件 5. 利用载荷步文件进行求解 Main Menu: Solution -Solve- From LS Files (Jobname.sxx),7.3 荷载步及时间选项(续2),17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-26,使用向量参数方法 主要用于瞬态和非线性稳静态分析。 使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变
15、化的表 *DO,FYVAL,1,10,1 *DIM,LOADVALS,5 F,1,FY,FYVAL LOADVALS(1)=1,2,3,5,7 SOLVE *DO,II,1,5,1 *ENDDO F,1,FY,LOADVALS(II) SOLVE *ENDDO,7.3 荷载步及时间选项,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-27,7.4 求解器选择及求解,求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度)，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简
16、单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。 ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（Frontal solver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条件共扼梯度, 或者 “Power求解器”）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-28,7.4 求解器选择及求解（续1）,波前(Wavefront)求解器 波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。 Power求解器 Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它
