ansys 应力分析

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1、应力分析,第 4 章,January 30, 2001 Inventory #001441 4-2,应力分析 概述,应力分析 是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。 正如第二章描述的， ANSYS 的应力分析包括如下几个类型: 静态分析 瞬态动力分析 模态分析 谱分析 谐响应分析 显示动力学 本章将以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。,January 30, 2001 Inventory #001441 4-3,应力分析 .概述,主要内容: A. 分析步骤 B. 几何建模 C. 网格划分 D. 施加载荷 E. 求解 F

2、. 查看 结果 G. 检查解的正确性 H. 例题,January 30, 2001 Inventory #001441 4-4,应力分析 A. 分析步骤,每个分析包含三个主要步骤: 前处理 创建或输入几何模型 对几何模型划分网格 求解 施加载荷 求解 后处理 结果评价 检查结果的正确性,January 30, 2001 Inventory #001441 4-5,应力分析 .应力分析步骤,注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的,January 30, 2001 Inventory #001441 4-6,应力分析 .应力分析步骤,前处理器 (在ANSYS中称为 PREP

3、7) 提供了对程序的主要输入 前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。 通常先定义分析对象的几何模型。 典型方法是用实体模型 模拟几何模型。 以 CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。 可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。,January 30, 2001 Inventory #001441 4-7,典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的 。 体 由面围成，用来描述实体物体。 面 由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 线 由关键点组成，用来描述物体的边。 关键点 是三维空间的位置， 用来描述物体的顶点。

4、,应力分析 - 前处理 B. 几何模型,January 30, 2001 Inventory #001441 4-8,应力分析 - 前处理 .几何模型,在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。 这个层次的顺序与模型怎样建立无关。,ANSYS 不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。(稍后，将讨论哪些修改是许可的),January 30, 2001 Inventory #001441 4-9,应力分析- 前处理 .几何模型,既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型 两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如

5、何输入一个 IGES 文件和缩放所需的几何模型 IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范 IGES 文件是 ASCII码文件, 很容易在两个计算机系统间传递。 许多软件包,包括 ANSYS在内, 允许读写 IGES文件,January 30, 2001 Inventory #001441 4-10,应力分析- 前处理 .几何模型,输入 IGES 文件到ANSYS中: Utility Menu File Import IGES. 在弹出的对话框中，选择 No defeaturing *

6、(缺省值) ，按下 OK (默认其他选项)。 在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK. 或使用 IGESIN 命令: /aux15 ioptn,iges,nodefeat igesin,filename,extension,directory finish,关于 No Defeaturing 及 Defeaturing 方法及其他选项将在后面论述,January 30, 2001 Inventory #001441 4-11,应力分析- 前处理 .几何模型,输入完成后， ANSYS会自动绘出几何模型图,可以按需要修改几何模型 ANSYS允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述 现在，我

7、们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。 (注:缩放比例对输入的“Defeature” IGES无效.),January 30, 2001 Inventory #001441 4-12,应力分析- 前处理 .几何模型,当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。 在 ANSYS中缩放模型:,首先保存数据库 - Toolbar SAVE_DB 或使用 SAVE 命令。 接着 Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes (在模型上选择相应的实体部分) 使用Pick All拾取整个体 然后键入想要的比例系数

8、（对 RX, RY, RZ 的比例系数），设置 IMOVE 为 “Moved”，取代 “Copied” 或使用 VLSCALE 命令: vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1,January 30, 2001 Inventory #001441 4-13,应力分析- 前处理 .几何模型,演示: 输入 pipe.igs : 选择“No Defeaturing” 方式 其他全部缺省 确定模型显示方向 保存 pipe.db,January 30, 2001 Inventory #001441 4-14,应力分析- 前处理 .几何模型,前处理 几何模型 网格划分 求解 加载 求解 后

9、处理 结果评价 检查结果正确性,January 30, 2001 Inventory #001441 4-15,应力分析- 前处理 C. 网格划分,网格划分 是用节点和单元等“填充”实体模型，创建有限元模型的过程。 请记住, 只有有限元求解需要节点和单元，实体模型不需要。实体模型不参与有限元求解。,January 30, 2001 Inventory #001441 4-16,应力分析 - 前处理 .网格划分,网格划分的三个步骤: 定义单元属性 指定网格控制 生成网格 单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括: 单元类型 实常数 材料性质,January 30, 2001 I

10、nventory #001441 4-17,应力分析 - 前处理 .网格划分,单元类型 单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性: 自由度 (DOF)设置. 例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而一个结构单元类型可能有6个自由度： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. 单元形状 - 块,四面体, 四边形,三角形等 维数 - 2-D (仅有X-Y 平面), or 3-D. 假定的位移形函数 - 线性及二次 ANSYS有超过150个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。,January 30, 2001 Invento

11、ry #001441 4-18,应力分析 - 前处理 .网格划分,定义单元类型: Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add 添加新单元类型 选择想要的类型(如SOLID92) 并按 OK键 Options 指定附加的单元选项 或使用 ET 命令: et,1,solid92,January 30, 2001 Inventory #001441 4-19,应力分析 - 前处理 .网格划分,注意: 设置想要分析学科的选项 (Main Menu Preferences)，这样将只显示所选学科的单元类型 。 应当在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为GUI

12、方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置。例如，如果选择结构单元类型，则热载荷选项成灰色，或根本不出现。,January 30, 2001 Inventory #001441 4-20,应力分析 - 前处理 .网格划分,实常数 实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状。 例如: 梁单元是由连接两个节点的线来定义的，这只定义了梁的长度。要指明梁的横截面属性，如面积和惯性矩，就要用到实常数。 壳单元是由四面体或四边形来定义的，这只定义了壳的表面积，要指明壳的厚度，必须用实常数。 许多 3-D 实体单元不需要实常数，因为单元几何模型已经由节点完全定义。,January 30, 2001

13、Inventory #001441 4-21,应力分析 - 前处理 .网格划分,定义实常数: Preprocessor Real Constants Add 增加一种新的实常数设置。 如果定义了多个单元类型,首先选择要指定实常数的单元类型 接着输入实常数值. 或使用 R 系列命令 不同的单元类型需要不同的实常数，有些单元类型不需要任何实常数。获取详细资料，请参考在线单元手册。,January 30, 2001 Inventory #001441 4-22,应力分析 - 前处理 .网格划分,材料性质 每个分析都需要输入一些材料性质：结构单元所需的杨氏模量 EX ，热单元所需的热传导率 KXX 等

14、。. 定义材料性质的两种方法: 材料库 单独定义,January 30, 2001 Inventory #001441 4-23,应力分析 - 前处理 .网格划分,使用材料库 这种方法能够对给定的材料选择预先已定义的材料性质。 ANSYS 为一些常用材料提供了结构和热的典型材料性质（线性），但我们强烈建议你建立自己的材料库。,从材料库选取材料: 先定义库的路径. Preprocessor Material Props Material Library Library Path 输入要读取的材料数据的位置 例如： /ansys57/matlib. 或使用 /MPLIB 命令,January 30

15、, 2001 Inventory #001441 4-24,应力分析 - 前处理 .网格划分,接着从库中输入一种材料 Preprocessor Material Library Import Library 选择单位制。这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件，ANSYS 本身没有单位制的概念，也不进行单位换算 选择想要的材料文件 如钢 AISI C1020. 或使用 MPREAD 命令中的 LIB选项.,January 30, 2001 Inventory #001441 4-25,应力分析 - 前处理 .网格划分,单独指定材料性质 这种方法通过 材料模型 GUI方式直接指定想要的材料性质，以取

16、代选择材料名称。,单独指定材料性质: Preprocessor Material Props Material Models 双击合适的性质选项来定义材料性质,January 30, 2001 Inventory #001441 4-26,应力分析 - 前处理 .网格划分,先定义好材料类型的结构树 接着输入单个材料的性质值 或使用 MP 命令 mp,ex,1,30e6 mp,prxy,1,.3,January 30, 2001 Inventory #001441 4-27,应力分析 - 前处理 .网格划分,添加与温度相关的材料性质 绘出性质-温度曲线,January 30, 2001 Inventory #001441 4-28,应力分析 - 前处理 .网格划分,从一个材料表复制材料模型到另一个材料表 删除材料模型,January 30, 2001 Inventory #001441 4-29,应力分析 - 前处理 .网格划分,A 单位制注释 无需告诉 ANSYS你所使用的单位制，只需确定要使用的单