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1、25第1章 ANSYS 8.1简介第1章 ANSYS 8.1简介1.1 ANSYS 8.1软件介绍ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件。功能完备的预处理器和后处理器（又称预处理模块和后处理模块）使ANSYS易学易用，强大的图形处理能力以及得心应手的实用工具使得使用者轻松愉快，奇特的多平台解决方案使用户物尽其用，且具有多种平台支持（Windows NT、LINUX、UNIX）和异种异构网络浮动能力，各种硬件平台数据库兼容，使其功能一致，界面统一。目前，ANSYS已经广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防、军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、
2、地矿、水利、日用家电等工业及科学研究。ANSYS软件含有多种分析能力，包括简单线性静态分析和复杂非线性动态分析。可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了预处理、解题程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。1.1.1 ANSYS的发展ANSYS公司是由美国匹兹堡大学力学系教授、有限元法的权威、著名的力学专家John Swanson博士于1970年创建而发展起来的，其总部位于美国宾夕法尼亚洲的匹兹堡市，目前是世界CAE行业最大的公司之一。ANSYS软件的最初版本与今天的版本相比有很大的不同，最初版本仅仅
3、提供了热分析及线性结构分析功能，而且是一个批处理程序，只能在大型计算机上使用。20世纪70年代初加入了非线性、子结构等功能；20世纪70年代末，图形技术和交互操作方式应用到了ANSYS中，使得ANSYS的使用进入了一个全新的阶段。经过30多年的发展，如今的ANSYS软件更加趋于完善，功能更加强大，使用也更加方便。最新版本ANSYS 8.1的推出增加了一些如模态综合法、非线性诊断技术（专家系统）以及多物理场功能等，性能上有了很大的改进了提高。1.1.2 ANSYS功能简介ANSYS是一个通用的有限元分析软件，它具有多种多样的分析能力，从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ANSYS还
4、具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。ANSYS软件能够提供的分析类型如下：1结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触问题的分析。2结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行结构动态分析的类型包括包括瞬时动力分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。3结构非线性分析结构非线性问题包括分析材料非线性、几何
5、非线性和单元非线性三种。ANSYS程序可以求解静态和瞬态的非线性问题。4结构屈曲分析屈曲分析是用来确定结构失稳的载荷大小与在特定的载荷下结构是否失稳的问题。ANSYS中的稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。5热力学分析ANSYS可处理热传递的3种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的3种基本类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还可以进行模拟材料的固化和熔解过程的分析，以及模拟热与结构应力之间的耦合问题的分析。6电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁能量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。7声场分析声场分析主要用来研究主流体（气体、液
6、体等）介质中声音的传播问题，以及在流体介质中固态结构的动态响应特性。8压电分析压电分析主要可以进行静态分析、模态分析、瞬态分析和谐波响应分析等，可用来研究压电材料结构在随时间变化的电流和机械载荷响应特性。主要适用于谐振器、振荡器以及其他电子材料的结构动态分析。9流体动态分析ANSYS中的流体单元能进行流体动态分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分析的图形显示。1.1.3 ANSYS 8.1的新特性ANSYS 8.1继承了以前各版本的基本功能，并在此基础上作了进一步的加强。ANSYS 8.1主要新增功能有：1
7、新的视图工具栏新版本界面中增加了全新的视图工具栏，可以方便地对模型进行放大、缩小、平移等操作。此工具栏固定于操作界面右侧，无需用户再从应用菜单调用。关于此工具栏的操作方法，将在以后的章节里详细介绍。2视图窗口增加右键菜单新版本中开始在视图窗口中设置右键菜单，主要功能是调节视图窗口显示模式，配合视图工具栏使用，使用户能够快速地与实现图形交互。3新单元与新材料新版本增加了几种新的单元，如BEAM188/189、SHELL181、SHELL208等，同时还增加了新材料形状记忆合金，使ANSYS能够更加精确地模拟航空航天、医学等领域的问题。4新的并行求解器新版本应用了新的并行式求解器：分布式PCG和分
8、布式JCG，使得运算超大规模的非线性问题，速度更快，稳定性更高。5截面和表面结果后处理功能新版本增加了新的后处理功能，可以输出截面或者球面上的合力和平均应力；可以输出密封体积上的净电荷；可以输出通过截面的磁能量、热流量等。此外，ANSYS 8.1的新增功能还有：新增模态综合法、新的接触算法拉格朗日乘子法、新的接触方式边装配接触方式、非线性诊断技术（专家系统）、低频电磁场循环对称分析、E-B耦合场粒子轨迹、新压电/压阻直接耦合单元和新的多物理场求解器等。说明：有条件的读者可以访问ANSYS的官方网站，了解ANSYS软件发展的最新动态。网址是http:/（英文）、http:/（中文）。1.2 安装
9、和启动ANSYS 8.11.2.1 安装ANSYS 8.11准备安装说明：本书所有例子的操作环境为Windows 2000系统，使用最新版本的ANSYS 8.1。用户在安装ANSYS 8.1之前，需要先注册License Sever信息。步骤如下：（1）选择要作为License Sever的计算机。（2）安装ANSYS FLEXlm Licensing。（3）在开始菜单的程序中找到【ANSLIC_ADMIN Utility】程序，出现如图1.1所示的对话框，在其中选择第一项【Register license server information】，单击【OK】按钮。（4）接着会弹出注册信息对话
10、框。在其中填写相应的信息后，单击【OK】按钮，生成LICSEVER.inf文件。（5）将得到的LICSEVER.inf文件送到ANSYS销售商，从而会得到License keys。（6）再次运行【ANSLIC_ADMIN Utility】程序，在如图1.1所示的对话框中选择 【License server adminastration】项，单击【OK】按钮。图1.1 【ANSLIC_ADMIN】对话框（7）弹出如图1.2所示的【License server adminastration】对话框，选择【Install/update the license】项，单击【OK】按钮。图1.2 【Lic
11、ense server adminastration】对话框（8）接着弹出如图1.3所示的【Install/update the license】对话框，选择第一个选项，并单击【OK】按钮，找到获得的license文件即可。图1.3 【Install/update the license】对话框2安装ANSYS下面就可以进行ANSYS程序的安装了。具体步骤如下：（1）运行ANSYS的安装程序，会出现ANSYS 8.1对计算机操作系统、硬件和图形显示方面的要求，单击【Next】按钮。（2）接着出现用户使用协议对话框，直接单击【Next】按钮继续下一步操作。（3）弹出如图1.4所示对话框，选择默认
12、的【Typical installation】选项，单击【Next】按钮。图1.4 安装方式选择对话框（4）接着会出现如图1.5所示的安装路径选择对话框，如果用户不愿意修改安装路径，保持默认设置，单击【Next】按钮，就开始复制安装文件了。图1.5 安装路径选择对话框等复制文件结束，ANSYS 8.1就已经成功安装到用户的计算机上了。1.2.2 启动安装完了ANSYS，就可以正式进入ANSYS的使用和学习中了。ANSYS 8.1的启动基本上有两种：向导式启动和直接启动。用户在进行一个有限元分析之前，必须要定义一个工作目录（硬盘的一个物理路径），ANSYS会把生成的分析文件全部存放在这个工作目录
13、下，方便管理和查找。向导式启动给用户设置工作路径、产品模块等启动选项成为可能。如果用户已经设置好了这些启动选项，为了节省时间，选择【开始】【程序】【ANSYS 8.1】【ANSYS】命令即可按设好的选项启动ANSYS。对于首次使用的用户，推荐使用向导式启动。下面就重点对这种启动方式进行简要的介绍：（1）选择【开始】【程序】【ANSYS 8.1】【Configure ANSYS Products】命令，如图1.6所示。（2）弹出启动交互式界面，如图1.7所示。可以看到界面上有4个标签，分别为【Launch】、【File Management】、【Customization】和【Preferenc
14、e】。按如下步骤进行设置。 打开【Launch】选项卡，选择ANSYS的启动产品，常用为【ANSYS/Mechanical U】。 打开【File Management】选项卡，设定工作目录和工作文件名。程序默认为上次运行定义的工作文件名，如果是第一次运行程序默认名为File。 打开【Customization】选项卡，设置整个工作空间和数据库所占的交换空间的大小。如果不设置，ANSYS会根据不同的计算机配置自动选择。 打开【Preference】选项卡，选择程序语言环境，默认为【en-us】。 图1.6 程序启动菜单 图1.7 ANSYS启动交互界面（3）设置完后，单击如图1.7所示的【Ru
15、n】按钮，即可打开ANSYS程序主界面。1.3 ANSYS 8.1常用图形界面启动ANSYS后，可以看到程序的用户界面（GUI），如图1.8所示。它的结构基本包括以下几个方面：图1.8 ANSYS用户界面1.3.1 应用菜单如图1.9所示，ANSYS的应用菜单（utility menu）窗口，包括文件管理、选择、列表、图形、图形控制、参数设置、宏、菜单控制、帮助等功能。该菜单为下拉式结构，可直接完成某项功能或弹出菜单窗口。说明：本书中以“【utility menu】|【XXX】”表示的菜单均指这种主应用菜单，以后不再特别说明。1.3.2 工具条ANSYS可以将常用的命令制成工具按钮的形式，以方便调用。工具条中几个默认的按钮分别为：（保存数据）、（恢复数据）、（退出程序）和（增强图形）。可以使用【MenuCtrl】|【Edit Toolbar】菜单命令来创建工具按钮，单击此菜单后将出现如图1.9所示的对话框。工具按钮的命令格式为：*ABBR,SAVE_DB,SAVE，其中，*ABBR是前缀，SAVE_DB是工具条中按钮的名称，SAVE为ANSYS的内部命令。图1.9
