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1、INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualFEMAnalysis&Application有限元分析与应用有限元分析与应用杆单元和梁单元INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYSANSYS基本操作基本操作基本操作基本操作讲授以下讲授以下ANSYS基本内容基本内容:ANSYS功能，功能，ANSYS基本术语和基本术语和ANSYS图形用户界面。图形用户界面。如何进行一个完整的如何进行一个完整的ANSYS分析分析
2、基本步骤。基本步骤。建立或输入一个实体模型并划分网格。建立或输入一个实体模型并划分网格。加载加载,求解和观察结果。求解和观察结果。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS是一个完整的是一个完整的FEA（有限元分析）软件包，适（有限元分析）软件包，适合世界范围各工程领域的工程师们使用合世界范围各工程领域的工程师们使用:结构分析结构分析热分析热分析流体分析，包括流体分析，包括CFD（计算流体动力学）计算流体动力学）电电/静电场分析静电场分析电磁场分析电磁场分析ANSYS在部分工业领域的应用在部分
3、工业领域的应用:航空航天航空航天汽车工业汽车工业生物医学生物医学桥梁桥梁与与建筑建筑关于关于关于关于 ANSYSANSYS电子产品电子产品重型机械重型机械微机电系统微机电系统运动器械运动器械INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual有限元分析的基本步骤l前处理模块PREP7； (1)参数定义 (2)建立有限元模型l求解模块SOLUTION; (1)定义分析类型和分析选项 (2)施加载荷 (3)指定载荷步 (4)设定求解选项l后处理模块POST1和POST26；INTRODUCTION TO ANSYS
4、11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual有限元常用术语有限元常用术语节点节点:用于确定单元形状、表述单用于确定单元形状、表述单元特征及连接相邻单元的点元特征及连接相邻单元的点。单元单元:有限元模型中每一个小的块体有限元模型中每一个小的块体称为一个单元。单元有线、面和实体称为一个单元。单元有线、面和实体单元等种类。单元等种类。有限元模型由一些简单形状的有限元模型由一些简单形状的单元单元组成，单组成，单元之间通过元之间通过节点节点连接，并承受一定连接，并承受一定载荷载荷。载荷载荷边界条件边界条件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0I
5、NTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual自由度（自由度（DOFs）自由度自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性用于描述一个物理场的响应特性。结构结构DOFs结构结构 位移位移热热温度温度电电 电位电位流体流体压力压力磁磁 磁位磁位方向方向自由度自由度ROTZUYROTYUXROTXUZINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual节点自由度是随连接该节点节点自由度是随连接该节点单元类型单元类型变化的。变化的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三维杆单元三维
6、杆单元(铰接铰接)UX,UY,UZ三维梁单元三维梁单元二维或轴对称实体单元二维或轴对称实体单元UX,UY三维四边形壳单元三维四边形壳单元UX,UY,UZ,三维实体热单元三维实体热单元TEMPJPOMNKJIL三维实体结构单元三维实体结构单元ROTX,ROTY,ROTZROTX,ROTY,ROTZUX,UY,UZ,UX,UY,UZINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual超弹性密封压缩超弹性密封压缩ANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。结构分析用于确定变形、应变
7、、应力及反力。静力分析静力分析用于静态荷载用于静态荷载. .可以考虑结构的非可以考虑结构的非线性行为，例如：大线性行为，例如：大变形、大应变、应力变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等超弹性及蠕变等. .INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能动力分析动力分析包括质量和阻尼效应。包括质量和阻尼效应。模态分析，计算结构的固有频率和振型。模态分析，计算结构的固有频率和振型。谐响应分析，确定结构对辐值已知、频率按正弦曲线变化的谐响应分析
8、，确定结构对辐值已知、频率按正弦曲线变化的荷载的响应。荷载的响应。瞬态动力分析，确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，瞬态动力分析，确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，而且可以包含非线性特性。而且可以包含非线性特性。其它结构分析功能其它结构分析功能谱分析。谱分析。随机振动。随机振动。特征值屈曲。特征值屈曲。子结构，子模型。子结构，子模型。模态动画模态动画INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能用用ANSYS/LS-DYNA进行显式动力分析进行显式动力分析模拟
9、以惯性力为主的大变形分析。模拟以惯性力为主的大变形分析。用于模拟碰撞、挤压和快速成形等。用于模拟碰撞、挤压和快速成形等。汽车碰撞试验的冲击分析汽车碰撞试验的冲击分析INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能热分析，确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理热分析，确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热和热损耗、温度梯度、热流量。量是：热和热损耗、温度梯度、热流量。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。稳态
10、分析稳态分析忽略时间效应。忽略时间效应。瞬态分析瞬态分析确定以时间为函数的温确定以时间为函数的温度等。度等。可模拟相变（融化及凝可模拟相变（融化及凝固）。固）。熨斗的瞬态热分析熨斗的瞬态热分析INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能计算流体动力分析计算流体动力分析(CFD)用于确定流体中的流动状态和温度。用于确定流体中的流动状态和温度。ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。压缩流体，以及多
11、组份流。应用：航空航天、电子元件封装、汽车设计。应用：航空航天、电子元件封装、汽车设计。典型的物理量是：速度、压力、温度和对流换热系数。典型的物理量是：速度、压力、温度和对流换热系数。导管中的流速导管中的流速足球上的压力分布足球上的压力分布INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual受热双金属片的变受热双金属片的变形分析形分析ANSYS的主要模块与功能的主要模块与功能耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为两个物理场之间相互影响，所以不能单独求解一因
12、为两个物理场之间相互影响，所以不能单独求解一个物理场。需要将两个物理场结合到一起求解。个物理场。需要将两个物理场结合到一起求解。例如：例如：热热应力分析。应力分析。压电分析（电场和结构）。压电分析（电场和结构）。声学分析（流体和结构）。声学分析（流体和结构）。热热电分析。电分析。感应加热（磁场和热）。感应加热（磁场和热）。静电静电结构分析。结构分析。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual输出窗口输出窗口工具条菜单图工具条菜单图标标ContactManagerIcon主菜单主菜单公用菜单公用菜单输入行
13、输入行显示显示/隐藏图隐藏图标标模型控制工模型控制工具条具条绘图区绘图区当前设置当前设置用户提示信息用户提示信息缩写工具条菜单缩写工具条菜单命令窗口图标命令窗口图标ResetpickingINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual布局布局布局布局移动顶线可以改变工具条的移动顶线可以改变工具条的尺寸尺寸移动左边线可以改变主菜单区域移动左边线可以改变主菜单区域的尺寸的尺寸点击并拖拉顶、底、左、右边线可点击并拖拉顶、底、左、右边线可以改变图形区域大小以改变图形区域大小通过通过UtilityMenuMenuCt
14、rlsSaveMenuLayout可以保存用户对界面布局的设置用户可以设置界面布局：用户可以设置界面布局：INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual包含常用的工具图标。包含常用的工具图标。用户可以设置工具图标内容用户可以设置工具图标内容(如：如：添加项目添加项目,辅助工具条辅助工具条)平移平移-缩放缩放-旋转旋转新分析新分析打开打开ANSYS文件文件保存分析保存分析ANSYS帮助帮助捕捉图形捕捉图形生成报告生成报告工具栏菜单图标工具栏菜单图标工具栏菜单图标工具栏菜单图标INTRODUCTION TO A
15、NSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual当使用打开当使用打开ANSYS文件图标时，工作名会被重定义文件图标时，工作名会被重定义:ANSYS工作名将被改为恢复的数据文件的文件名（数据文件的前缀）。打开打开ANSYS文件文件打开打开ANSYS文件图标也可用于打开文件图标也可用于打开ANSYS数据库或数据库或ANSYS命令文件类命令文件类型型打开打开“file11.db”数据文件数据文件(使用打开使用打开ANSYS文件图标文件图标)时，工作名将被改为时，工作名将被改为“file11”.工具栏菜单图标工具栏菜单图标工具栏菜单图标工具栏菜单图标
16、INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual隐藏的隐藏的Pan/Zoom/Rotate显现显现/隐藏图标可用来把任何隐藏在其它窗口之后的隐藏图标可用来把任何隐藏在其它窗口之后的ANSYS对话框对话框（输（输出窗口除外）显现到最前面。出窗口除外）显现到最前面。显现的显现的Pan/Zoom/Rotate选择选择显现显现/隐藏隐藏图标图标显现显现显现显现/ /隐藏图标隐藏图标隐藏图标隐藏图标INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training
17、Manual单击单击X，命令，命令窗口将回到输窗口将回到输入工具条上入工具条上.单击命令窗口按钮，输入窗口单击命令窗口按钮，输入窗口将被分离出来，并且可以在屏将被分离出来，并且可以在屏幕上移动。幕上移动。允许用户输入命令。允许用户输入命令。(大多数大多数GUI功能功能都能通过输入命令来实现都能通过输入命令来实现.如果如果用户知道这些命令用户知道这些命令,可以通过输入窗口键入。可以通过输入窗口键入。)命令格式动态显示命令格式动态显示输入窗口输入窗口输入窗口输入窗口INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual
18、使用滚动条可获取所有已执使用滚动条可获取所有已执行命令行命令命令流列表命令流列表选择下拉箭头观看已执行命令列选择下拉箭头观看已执行命令列表表在列出的已执行命令中双击某个命令可重新在列出的已执行命令中双击某个命令可重新执行该命令。执行该命令。键盘上下箭头可选择不同的列表命令键盘上下箭头可选择不同的列表命令重复执行命令：重复执行命令：输入窗口输入窗口输入窗口输入窗口INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual包含包含ANSYS运行过程中通常使用的功能，如：图形运行过程中通常使用的功能，如：图形,在线帮助在线帮
19、助,选择选择,文文件管理等件管理等.使用公共菜单的约定使用公共菜单的约定:-“”表示产生一个对话框- “+”表示图形拾取- “”表示将产生下一个子菜单- “”(空缺)表示运行一个ANSYS命令公共菜单公共菜单公共菜单公共菜单INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual当前设置当前设置当前设置当前设置图形用户界面的底部显示当前单元属性设置和当前激活坐标系。图形用户界面的底部显示当前单元属性设置和当前激活坐标系。单元属性单元属性激活坐标系激活坐标系截面参考号截面参考号INTRODUCTION TO ANSYS
20、 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual输出窗口输出窗口输出窗口输出窗口输出窗口反馈信息给用户，该信息表明输出窗口反馈信息给用户，该信息表明ANSYS怎样解释用户的输入。怎样解释用户的输入。输出窗口独立于输出窗口独立于ANSYS菜单。菜单。警告警告: 关闭输出窗口会关闭整个关闭输出窗口会关闭整个 ANSYS !显示显示ANSYS版本号版本号注意：使用注意：使用/OUTPUT命令，输出窗口能够命令，输出窗口能够定向到一个文件定向到一个文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Tr
21、aining Manual选择对话框选择对话框(MainMenuPreferences)允许用户过滤菜单，从而删除当前分析允许用户过滤菜单，从而删除当前分析不需要的功能。不需要的功能。例如，如果用户要进行一次热分析例如，如果用户要进行一次热分析，可，可以选择过滤其它科目，以便以选择过滤其它科目，以便GUI方式下方式下菜单项内容精简：菜单项内容精简：在单元类型选择对话框中只显示热单元在单元类型选择对话框中只显示热单元类型。类型。只显示热载荷。只显示热载荷。等等。等等。选择选择选择选择INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Train
22、ing Manual其它其它GUI注意事项注意事项一些对话框中有一些对话框中有Apply和和OK两种按钮。两种按钮。Apply完成对话框的设置完成对话框的设置,不退出对话框不退出对话框(不关闭不关闭)。OK完成对话框的设置完成对话框的设置,退出对话框。退出对话框。不要局限于使用菜单不要局限于使用菜单,如果熟悉命令如果熟悉命令,在输入窗口键入命令会更方便！在输入窗口键入命令会更方便！输出窗口不受输出窗口不受Raise/Hidden按钮影响。为了方便按钮影响。为了方便,用户可以调整图形用户用户可以调整图形用户界面的尺寸，可以只显示部分输出窗口，以便查看。界面的尺寸，可以只显示部分输出窗口，以便查看
23、。图形用户界面图形用户界面图形用户界面图形用户界面INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS 数据库数据库包括了建模，求解，后处理所产生的保存在内存中的数据包括了建模，求解，后处理所产生的保存在内存中的数据。数据库存贮了用户输入的数据以及数据库存贮了用户输入的数据以及ANSYS的结果数据的结果数据:输入数据输入数据用户用户必须输入的信息必须输入的信息,诸如模型尺寸诸如模型尺寸,材料特性以及荷载数据。材料特性以及荷载数据。结果数据结果数据-ANSYS的计算结果，的计算结果，诸如位移、应力、应变和
24、反力。诸如位移、应力、应变和反力。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual存储和恢复存储和恢复不时地把数据库存储在计算机的内存不时地把数据库存储在计算机的内存(RAM)是一个很好的习惯，这样可是一个很好的习惯，这样可以在计算机损坏或断电的情况下重新恢复数据库内的有关信息以在计算机损坏或断电的情况下重新恢复数据库内的有关信息.SAVE操作把数据库从内存拷贝到名为操作把数据库从内存拷贝到名为database file的文件的文件(ordb fileforsh
25、ort).最简单的存储操作的点击最简单的存储操作的点击ToolbarSAVE_DB或使用或使用:UtilityMenuFileSaveasJobname.dbUtilityMenuFileSaveasSAVE命令命令数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual将数据库恢复到内存，使用将数据库恢复到内存，使用RESUME操作。操作。ToolbarRESUME_DB或使用或使用:UtilityMenuFileResumeJobname.dbUtilityMenu
26、FileResumefromRESUME命令命令缺省的保存和恢复的文件名为缺省的保存和恢复的文件名为jobname.db,当然你可以使用当然你可以使用Saveas或或Resumefrom选择不同的文件名。选择不同的文件名。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual清除数据库清除数据库清除数据库允许对数据库清零，并重新开清除数据库允许对数据库清零，并重新开始。相当于退出始。相当于退出ANSYS。UtilityMenuFileClear&StartNew或使用
27、或使用/CLEAR命令。命令。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual文件文件ANSYS在一个分析中要读写几个文件。文件名的格式为在一个分析中要读写几个文件。文件名的格式为jobname.ext.工作名工作名在启动在启动ANSYS之前选择一个不超过之前选择一个不超过32个字符的作业名。缺省为个字符的作业名。缺省为file。在在ANSYS中，可使用中，可使用/FILNAME命令来修改文件名。命令来修改文件名。(UtilityMenuFileChangeJo
28、bname)。扩展名扩展名用以区别文件的用以区别文件的内容内容,例如例如.db是数据库文件。是数据库文件。通常扩展名由通常扩展名由ANSYS自己指定，但也可以由用户指定自己指定，但也可以由用户指定(/ASSIGN)。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual几个典型文件几个典型文件:jobname.log:日志文件，是日志文件，是ASCII码文件。码文件。包括了运行过程中的每一个命令。包括了运行过程中的每一个命令。如果您用同样的作业名在同一目录中开始另一轮
29、操作如果您用同样的作业名在同一目录中开始另一轮操作,ANSYS将增添原将增添原先的日志文件先的日志文件(作一个时间标记作一个时间标记)。jobname.err:错误信息文件，是错误信息文件，是ASCII码文件。码文件。包括了运行过程中的包括了运行过程中的所有错误和警告。所有错误和警告。ANSYS将在已存在的错误文件将在已存在的错误文件后添加新信息。后添加新信息。jobname.db,.dbb:数据库文件，是二进制数据库文件，是二进制文件。文件。与所有支持平台兼容。与所有支持平台兼容。jobname.rst,.rth,.rmg,.rfl:结果文件，是二进制文件。结果文件，是二进制文件。与所有支持
30、平台兼容。与所有支持平台兼容。包括了包括了ANSYS运算过程中所有结果数据。运算过程中所有结果数据。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual文件管理技巧文件管理技巧在一个单独的工作目录中运行一个分析作业。在一个单独的工作目录中运行一个分析作业。用不同的用不同的作业名作业名，区分不同的分析运行。，区分不同的分析运行。在任何在任何ANSYS分析后，应保存以下的文件分析后，应保存以下的文件:日志文件日志文件(.log)数据库文件数据库文件(.db)结果文件结果
31、文件(.rst,.rth,)荷载步文件荷载步文件,如有多步如有多步(.s01,.s02,.)物理文件物理文件(.ph1,.ph2,.)使用使用/FDELETE命令或或Utility Menu File ANSYS File Options自动删除自动删除ANSYS分析不再需要的文件。分析不再需要的文件。数据库与文件数据库与文件数据库与文件数据库与文件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual三种退出三种退出ANSYS的途径的途径:ToolbarQUITUtilityMenuFileExit在输入窗口使用
32、在输入窗口使用/EXIT命令命令退出退出退出退出 ANSYSANSYSINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualLink1Link1可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个簧，等。这个2 2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。X,yX,y, ,方方向。铰接，没有弯矩。向。铰接，没有弯矩。Link8Link8可用于不同工程中的杆
33、。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3 3维杆元维杆元素是单轴拉压元素。每个点有素是单轴拉压元素。每个点有3 3个自由度。个自由度。X,y,zX,y,z方向。作为铰接结构，没有弯矩。具方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。Link10 3Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，
34、当整个钢缆轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是力分析中。该元素是shell41shell41的线形式，的线形式，keyopt(1)=2,keyopt(1)=2,clothcloth选项。如果分析的目选项。如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8link8和和pipe
35、59pipe59）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link11Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有节点有3 3个自由度。个自由度。X,y,zX,y,z方向。没有弯扭荷载。方向。没有弯扭荷载。Link180Link180可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3 3维杆元素是单维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有轴拉压元素，每个节点有3 3个自由度。个自由度。X
36、,y,zX,y,z方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。link180link180在任何分析中都包括应力强化项在任何分析中都包括应力强化项( (分析中，分析中，nlgeon,onnlgeon,on) )，此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化，此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，塑性，希尔各向异性塑性，chabochechaboche 非线性硬化塑性和徐变等。非线性硬化塑性和徐变等。INTRODUCTION TO ANSYS 11
37、.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualBeam3单轴元素，具有拉，压，弯性能。在每个节点有3个自由度。X,y,方向以及绕z轴的旋转。Beam4是具有拉压扭弯能力的单轴元素。每个节点有6个自由度，x,y,z,绕x,y,z轴。具有应力强化和大变形能力。在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。Beam23单轴元素，拉压和受弯能力。每个节点有3个自由度。该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。如果这些影响都不需要，可使用beam3，2维弹性梁。Beam243维薄壁梁。单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St.Venant扭转能力。可用于任何敞开的和单元截面。该
38、元素每个节点有6个自由度：x,y,z和绕x,y,z方向。该元素在轴向和自定义的截面方向都具有塑性，徐变和膨胀能力。Beam54单轴元素，拉压和受弯能力.每个节点有3个自由度。该元素允许在端点有不均匀几何性质。允许端点偏移梁的轴心。无塑性徐变或膨胀能力。有应力强化能力。剪切变形和弹性基础影响也体现在选项中。还可打印作用于元素上的沿元素方向的力。Beam1883维线性有限应力梁。适用于分析短粗梁结构。该元素基于timoshenko梁理论。包括剪应变。Beam188是一个三维线性（2节点）梁。每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0为每个节点6个自由度。包括
39、x,y,z方向和绕x,y,z方向。1还考虑了扭转自由度。该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom=on.。该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。Beam1893维二次有限应力梁。适用于分析短粗梁结构。该元素基于timoshenko梁理论。包括剪应变。Beam189是一个三维二次（3节点）梁。每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0为每个节点6个自由度。包括x,y,z方向和绕x,y,z方向。1还考虑了扭转自由度。该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom
40、=on.。该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual平面桁架和钢架的静力分析l学习目标ANSYS中平面模型的建立方法熟悉菜单功能l学习重点关键点、线、节点和单元的建立方法区别直接建模与间接建模方
41、法选择设置单元类型INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual1.结构描述结构描述图示一平面桁架，长度L=0.1m，各杆横截面面积均为A=1e-4m2，力P=2000N。计算各杆的轴向力和轴向应力。PL12345INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual各杆的轴向力和轴向应力各杆的轴向力和轴向应力杆杆轴向力轴向力/N轴向应力轴向应力/MPa11000100210001003-1414.2-141.44005-141
42、4.2-141.4INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual2.模型构建模型构建单元类型选取单元类型选取link(3Dfinitstn180)INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual定义实常数：定义实常数：AREA=1e-4材料特性：材料特性：EX=2e11PRXY=0.3创建节点：创建节点：1，2，3，4创建单元：创建单元：1（1和和2），），2（2和和3），），3（1和和4），），4（2和和4），），5（3
43、和和4）施加约束和载荷：节点施加约束和载荷：节点1（UX和和UY）、节点）、节点3（UY）节点节点4（FY-2000）2.模型构建模型构建INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual2.模型构建模型构建INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual3.求解求解各单元轴向力和轴向应力INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual3.求
44、解求解各节点位移图INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual3.求解求解整体模型位移图INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual3.求解求解各节点位移INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual目标目标:熟悉熟悉ANSYS基本关键字的含义基本关键字的含义k-Keypoints关键点关键点l-Lines线线a-Area面面v-
45、Volumes体体e-Elements单元单元n-Nodes节点节点cm-component组元组元et-elementtype单元类型单元类型mp-materialproperty材料属性材料属性r-realconstant实常数实常数d-DOFconstraint约束约束f-ForceLoad集中力集中力sf-SurfaceForceonnodes表面载荷表面载荷bf-BodyForceonNodes体载荷体载荷ic-InitialConditions初始条件初始条件INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training M
46、anualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#001
47、5715-53梁单元梁单元是线单元，用于创建三维结构的一维理是线单元，用于创建三维结构的一维理想化。想化。梁单元比实体和壳单元更有效，常用于下列工梁单元比实体和壳单元更有效，常用于下列工程领域：程领域：建筑结构建筑结构桥梁和道路桥梁和道路公共交通公共交通(有轨电车有轨电车,火车火车,公共汽车公共汽车)等等INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-54梁梁本节将通过以下主题对梁做简要介绍本节将通过以下主题对梁做简要介绍:A.梁的属性梁的属性B
48、.梁网格划分梁网格划分C.加载加载,求解求解,结果结果D.练习练习INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-55梁梁梁梁A.梁的属性梁的属性建立梁的第一步建立梁的第一步,同任何分析一样，先建立几同任何分析一样，先建立几何模型何模型通常是由关键点和线组成的线框。通常是由关键点和线组成的线框。接着，定义如下的梁属性：接着，定义如下的梁属性：单元类型单元类型横截面横截面材料特性材料特性INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRO
49、DUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual梁梁梁梁梁的属性梁的属性单元类型单元类型选择下面单元类型之一：选择下面单元类型之一：BEAM1883-D,线性线性(2-节点节点)。BEAM1893-D,二次函数二次函数(3-节点节点)。ANSYS还有许多其它梁单元，推荐使用还有许多其它梁单元，推荐使用BEAM188和和189对绝大部分梁结构都适合。对绝大部分梁结构都适合。支持线性和非线性分析，包括塑性，大变形和非线支持线性和非线性分析，包括塑性，大变形和非线性失稳。性失稳。具有包括用多种材料模拟分层材料、复合材料、截具有包括用多种材料模拟分层材料、复合材料、截面加强的能
50、力。面加强的能力。具有用户定义截面几何尺寸的能力。具有用户定义截面几何尺寸的能力。在前、后处理过程中很容易使用。在前、后处理过程中很容易使用。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-57梁梁梁梁梁的属性梁的属性横截面横截面对对BEAM188和和189单元的完整单元的完整定义，包括对横截面的定义。定义，包括对横截面的定义。BeamTool提供了方便的操作。提供了方便的操作。Preprocessor Sections Common Sectn
51、s.选择想要的形状，然后输入尺寸。选择想要的形状，然后输入尺寸。按按Preview按钮观察截面，按钮观察截面，然后然后按按OK。若有多个横截面，必须给每个横截若有多个横截面，必须给每个横截面指定编号（任意定义名称）。面指定编号（任意定义名称）。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-58梁梁梁梁梁的属性梁的属性1-1梁横截面预览如下梁横截面预览如下(SECPLOT)。除了预先定义好的横截面形状之外，除了预先定义好的横截面形状之外，ANSY
52、S允许用户通过建立二维实体模允许用户通过建立二维实体模型来建立型来建立“自定义自定义”横截面。横截面。同标准横截面一样，可以把自定同标准横截面一样，可以把自定义的横截面保存到横截面库中，义的横截面保存到横截面库中，以便日后使用。以便日后使用。详细信息请参考详细信息请参考ANSYS结构分析结构分析手册第手册第15章。章。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-59梁梁梁梁梁的属性梁的属性材料属性材料属性线性和非线性材料属性均可。线性和非线性
53、材料属性均可。所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型进行网格划分。进行网格划分。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-60梁梁梁梁B.梁网格划分梁网格划分用梁单元对几何模型做网格划分包括用梁单元对几何模型做网格划分包括三个主要步骤三个主要步骤:指定线的属性指定线的属性指定线分割指定线分割划分网格划分网格MeshTool提供了上述三个步骤的便利提供了上述三个步骤的便利操作操作INTRODUCT
54、ION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-61梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分第第1步：线属性步：线属性梁网格划分的线属性包括：梁网格划分的线属性包括：材料号材料号横截面号横截面号方向关键点方向关键点相对于梁轴线，横截面的方位。相对于梁轴线，横截面的方位。必须指定所有横截面类型。必须指定所有横截面类型。单个关键点可以分配给多条线单个关键点可以分配给多条线(即，不需要为每条线指定即，不需要为每条线指定单个关键点单个关键点)。每条线的端点都有它的方向关键点，允许横截
55、面绕梁轴线每条线的端点都有它的方向关键点，允许横截面绕梁轴线扭转。扭转。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-62梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分方向关键点的示例：方向关键点的示例：INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-63梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分用用MeshTool指定单元属性
56、指定单元属性(或选择线后使用或选择线后使用LATT命令命令)。拾取线BEAM188、189的附加属性。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-64梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分第第2步：线分割步：线分割对对BEAM188和和189单元单元,不主张把整个梁当不主张把整个梁当作一个单元作一个单元。使用使用MeshTool的的“SizeControls”指定想要的指定想要的线分割数线分割数(或或用用LESIZE命令命令)。INTRODUCTION
57、 TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-65梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分第第3步：生成网格步：生成网格先保存数据库文件先保存数据库文件(Toolbar SAVE_DB或或使用使用SAVE命令命令)。按下按下MeshTool中的中的Mesh按钮按钮(或执行或执行LMESH,ALL命令)生成网格。生成网格。PicklinesINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctob
58、er30,2001Inventory#0015715-66梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分在单元绘图中，按横截面形状显示单元：在单元绘图中，按横截面形状显示单元：Utility Menu PlotCtrls Style Size and Shape或使用命令或使用命令/ESHAPE,1INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-67梁梁梁梁梁网格划分梁网格划分网格划分完成后，接着施加荷载并求解。网格划分完成后，接着施加荷载并求解。INTRODUC
59、TION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-68梁梁梁梁C.加载，求解，结果加载，求解，结果梁典型加载包括梁典型加载包括:位移约束位移约束施加在节点或关键点上。施加在节点或关键点上。力力施加在节点或关键点上。施加在节点或关键点上。压力压力单位长度的载荷单位长度的载荷施加在单元表面上施加在单元表面上Solution Apply Pressures On Beams或或使用使用SFBEAM命令。命令。重力或旋转速度重力或旋转速度作用在整个结构上。作用在整个结构上
60、。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualOctober30,2001Inventory#0015715-69梁梁梁梁加载，求解，结果加载，求解，结果求解：求解：保存数据库文件。保存数据库文件。求解。求解。(或把载荷写入载荷步文件，然后求解所有或把载荷写入载荷步文件，然后求解所有载荷步载荷步)查看结果的方法与应力分析相同：查看结果的方法与应力分析相同：观察变形。观察变形。观察反力。观察反力。画应力、应变图。画应力、应变图。BEAM188和和189单元的主要优势是，应力可以直接在单单元的主要优势是，应力
61、可以直接在单元上观察元上观察（与壳和实体单元相同），但必须激活单元形状（与壳和实体单元相同），但必须激活单元形状显示。显示。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual平面钢架如图所示，弹性模量为2.1e11，泊松比0.3，杆件横截面积均为0.01m2，受集中载荷作用F=10000N, 求支座反力和各杆内力。画出杆件弯矩图和剪力图。问题描述问题描述INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual变形结果变形结果INTRO
62、DUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual实体截面变形结果实体截面变形结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual剪力图剪力图INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual弯矩图弯矩图INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual/PREP7!进入
63、前处理模块进入前处理模块:定义模型定义模型K,1,0,0!通过节点的坐标位置定义各个关键点通过节点的坐标位置定义各个关键点,1号关键点号关键点1（0,0）K,2,0,4!2号关键点号关键点2（0m,4）K,3,3,4!3号关键点号关键点3（3m,4）K,4,4,4!4号关键点号关键点4（4m,4）K,5,4,-1!5号关键点号关键点5（4m,-1）L,1,2L,2,3L,3,4L,4,5!在前处理模块中在前处理模块中,定义单元类型、定义单元类型、材料参数和各个单元材料参数和各个单元ET,1,BEAM3!定义第定义第1类单元为二维梁单元类单元为二维梁单元MP,EX,1,210E9!定义第定义第1
64、类材料弹性模量类材料弹性模量EX210GPaMP,PRXY,1,0.3!输入泊松比输入泊松比R,1,0.01,8.33e-6,0.1!定义梁的实常数定义梁的实常数,截面积截面积0.01m2，惯性矩和梁高，惯性矩和梁高ESIZE,0.5LMESH,ALLFINISH!退出前处理退出前处理!进入求解模块进入求解模块,设置求解选项设置求解选项,设置位移边界条件设置位移边界条件,加载求解加载求解/SOLU!进入求解模块进入求解模块:定义力和位移边界条件定义力和位移边界条件,并求解并求解DK,1,ALL,0!约束约束1号关键点的所有节点位移自由度号关键点的所有节点位移自由度DK,5,ALL,0!约束约束
65、5号关键点的所有节点位移自由度号关键点的所有节点位移自由度FK,3,FY,-10000!对对3号关键点施加号关键点施加-Y方向的集中力方向的集中力10000NSOLVE!发出求解指令发出求解指令INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualIN
66、TRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual练习练习-工字梁承载分析工字梁承载分析A standard 30 WF beam, with a cross-sectional area A, is supported as shown below and loaded on the overhangs by a uniformly distributed load w. Determine the maximum bending stress in the middle portion of the beam and the deflection at the middle of the beam.INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual
