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1、ANSYS教程教程ANSYS 结构分析构分析第一章第一章 ANSYS主要功能与模块主要功能与模块 ANSYS是是世世界界上上著著名名的的大大型型通通用用有有限限元元计计算算软软件件，它它包包括括热热、电电、磁磁、流流体体和和结结构构等等诸诸多多模模块块，具具有有强强大大的的求求解解器器和和前前、后后处处理理功功能能，为为我我们们解解决决复复杂杂、庞庞大大的的工工程程项项目目和和致致力力于于高高水水平平的的科科研研攻攻关关提提供供了了一一个个优优良良的的工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。 目前主流版本目前主流版本12.0,13.0,14.
2、0,14.5一、主要功能简介一、主要功能简介1. 结构分析结构分析 1） 静静力力分分析析 求求解解静静力力载载荷荷作作用用下下结结构构的的位位移移和和应应力等力等. 可以考虑结构的线性及非线性行为。可以考虑结构的线性及非线性行为。 线性结构静力分析线性结构静力分析 （linear） 非线性结构静力分析非线性结构静力分析 （nonlinear） 几几何何非非线线性性：大大变变形形、大大应应变变、应应力力强强化化、旋旋转软化转软化 材材料料非非线线性性：塑塑性性、粘粘弹弹性性、粘粘塑塑性性、超超弹弹性性、多线性弹性、蠕变、肿胀等多线性弹性、蠕变、肿胀等 接接触触非非线线性性：面面面面/点点面面/
3、点点点点接接触触、柔柔体体/柔柔体体刚刚体接触、热接触体接触、热接触 单单元元非非线线性性：死死/活活单单元元、钢钢筋筋混混凝凝土土单单元元、非非线性阻尼线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等弹簧元、预紧力单元等 2）模态分析）模态分析 计算结构的固有频率和模态。计算结构的固有频率和模态。 3）谐谐响响应应分分析析 - 确确定定结结构构在在随随时时间间正正弦弦变变化化的的载载荷荷作作用下的响应。用下的响应。 4）瞬瞬态态动动力力学学分分析析 - 确确定定结结构构对对随随时时间间任任意意变变化化的的载载荷荷的的响响应应. 可可以以考考虑虑与与静静力力分分析析相相同同的的结结构构非非线线性性行为行为. 5
4、）谱分析）谱分析 模态分析的拓广。模态分析的拓广。 6）随机振动分析等）随机振动分析等 7）特特征征屈屈曲曲分分析析 - 用用于于计计算算线线性性屈屈曲曲载载荷荷并并确确定定屈屈曲曲模模态态形形状状. (结结合合瞬瞬态态动动力力学学分分析析可可以以实实现现非非线线性性屈屈曲分析曲分析.) 8）专项分析）专项分析: 断裂分析断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析复合材料分析，疲劳分析2. 高度非线性瞬态动力分析（高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA） 全自动接触分析，四十多种接触类型全自动接触分析，四十多种接触类型 任意拉格郎日欧拉（任意拉格郎日欧拉（ALE）分析）分析 多物质欧拉、单
5、物质欧拉多物质欧拉、单物质欧拉 适应网格、网格重划分、重启动适应网格、网格重划分、重启动 100多种非线性材料模式多种非线性材料模式 多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学 爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析 侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析 失效分析，裂纹扩展分析失效分析，裂纹扩展分析 刚体运动、刚体柔体运动分析刚体运动、刚体柔体运动分析 实时声场分析实时声场分析 BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析边界元方法，边界元、有限元耦合分析 光顺质点流体动力（光顺
6、质点流体动力（SPH）算法）算法 3. 热分析热分析 稳态、瞬态温度场分析稳态、瞬态温度场分析 热传导、热对流、热辐射分析热传导、热对流、热辐射分析 相变分析相变分析 材料性质、边界条件随温度变化材料性质、边界条件随温度变化 4. 电磁分析电磁分析 静磁场分析计算直流电（静磁场分析计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场或永磁体产生的磁场 交变磁场分析交变磁场分析 计算由于交流电计算由于交流电(AC)产生的磁场产生的磁场 瞬瞬态态磁磁场场分分析析计计算算随随时时间间随随机机变变化化的的电电流流或或外外界界引引起的磁场起的磁场 电电场场分分析析用用于于计计算算电电阻阻或或电电容容系系统统的的电电场场
7、. 典典型型的的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高高频频电电磁磁场场分分析析用用于于微微波波及及RF无无源源组组件件，波波导导、雷达系统、同轴连接器等分析。雷达系统、同轴连接器等分析。 5. 流体动力学分析流体动力学分析 定常定常/非定常分析非定常分析 层流层流/湍流分析湍流分析 自由对流自由对流/强迫对流强迫对流/混合对流分析混合对流分析 可压缩流可压缩流/不可压缩流分析不可压缩流分析 亚音速亚音速/跨音速跨音速/超音速流动分析超音速流动分析 任意拉格郎日欧拉分析（任意拉格郎日欧拉分析（ALE） 多组份流动分析（多达多组份流动分析（多
8、达6组份）组份） 牛顿流与非牛顿流体分析牛顿流与非牛顿流体分析 内流和外流分析内流和外流分析 共轭传热及热辐射边界共轭传热及热辐射边界 分布阻尼和风扇模型分布阻尼和风扇模型 移动壁面及自由界面分析移动壁面及自由界面分析 6. 声学分析声学分析 定常分析定常分析 模态分析模态分析 动力响应分析动力响应分析 7. 压电分析压电分析 稳态、瞬态分析稳态、瞬态分析 模态分析模态分析 谐响应分析谐响应分析 8. 多场耦合分析多场耦合分析 热结构热结构 磁热磁热 磁结构磁结构 流体热流体热 流体结构流体结构 热电热电 电磁热流体结构电磁热流体结构 9. 优化设计及设计灵敏度分析优化设计及设计灵敏度分析 单
9、一物理场优化单一物理场优化 耦合场优化耦合场优化 10.二次开发功能二次开发功能 参数设计语言参数设计语言 用户可编程特性用户可编程特性 用户自定义界面语言用户自定义界面语言 外部命令外部命令 11. ANSYS土木工程专用包土木工程专用包 ANSYS的的土土木木工工程程专专用用包包ANSYS/CivilFEM用用来来研研究究钢钢结结构构、钢钢筋筋混混凝凝土土及及岩岩土土结结构构的的特特性性，如如房房屋屋建建筑筑、桥桥梁梁、大大坝坝、硐硐室室与与隧隧道道、地地下下建建筑筑物物等等的的受受力力、变变形形、稳稳定定性性及及地地震震响响应应等等情情况况，从从力力学学计计算算、组组合合分分析析及及规规
10、范范验验算算与与设设计计提提出出了了全全面面的的解解决决方方案案，为为建建筑筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。二、主要模块简介二、主要模块简介ANSYS/ ANSYS/ FLOTRAN CFDFLOTRAN CFD ANSYS/ANSYS/EmagEmag ANSYS/ANSYS/StructuralStructural ANSYS/ ANSYS/ MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNA ANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical ANSYS/AN
11、SYS/LinearPlusLinearPlus ANSYS/ANSYS/ThermalThermal 第二章第二章 ANSYS基本使用方法基本使用方法一、典型分析过程一、典型分析过程1. 前处理前处理创建有限元模型创建有限元模型 1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性） 2）创建或读入几何实体模型）创建或读入几何实体模型 3）有限元网格划分）有限元网格划分 4）施加约束条件、载荷条件）施加约束条件、载荷条件2. 施加载荷进行求解施加载荷进行求解 1）定义分析选项和求解控制）定义分析选项和求解控制 2）定义载荷及载荷步选项）定义载荷及载荷步选项
12、2）求解）求解 solve3. 后处理后处理 1）查看分析结果）查看分析结果 2）检验结果）检验结果ANSYS的分析方法的分析方法(续续)1. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看结果查看结果2. 施加载荷求解施加载荷求解主菜单主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2. ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现.ANSYS的分析方法的分析方法(续续)ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一种动宾结构，以动按照一种动宾结构，以动词开始（如词开始（如Create), 随后随后是一个名词是一个名词 (如
13、如Circle).菜单的排列，是基于完成有菜单的排列，是基于完成有限元分析任务的操作顺序进限元分析任务的操作顺序进行排列的。行排列的。建建建建模模模模直接建模直接建模直接建模直接建模间接建模间接建模间接建模间接建模生成节点生成节点生成节点生成节点由节点生成单元由节点生成单元由节点生成单元由节点生成单元生成关键点生成关键点生成关键点生成关键点由关键点生成线由关键点生成线由关键点生成线由关键点生成线由线生成面由线生成面由线生成面由线生成面由面生成体由面生成体由面生成体由面生成体划分线、面或者体，生成单元划分线、面或者体，生成单元划分线、面或者体，生成单元划分线、面或者体，生成单元至底而上至底而上至
14、底而上至底而上自上而下自上而下自上而下自上而下直接生成线、面或体直接生成线、面或体直接生成线、面或体直接生成线、面或体划分线、面或体，生成单元划分线、面或体，生成单元划分线、面或体，生成单元划分线、面或体，生成单元都涉及到都涉及到坐标系的坐标系的选择问题选择问题Ansys使用的模型有两类：有限元模型和实体模型使用的模型有两类：有限元模型和实体模型直接建模直接建模直直接接创创建建节节点点和和单单元元，模模型型中中没没有有实实体体（点点、线线、面面）出现。出现。优优点点：适适用用于于小小型型、简简单单、规规律律性性较较强强的的模模型型，能能实实现现对每个节点和单元编号的完全控制。对每个节点和单元编
15、号的完全控制。缺点缺点：对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大，对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大，效率低效率低。二二 实体建模概述实体建模概述主要内容主要内容:A. 定义B. 自顶向下建模前言前言工作平面工作平面布布尔运算运算C. 例题D. 自底向上建模关关键点点坐坐标系系线,面面,体体操作操作E. 例题实体建模实体建模 A. 定义定义实实体体建建模模： 建建立立由由点点、线线、面面和和体构成的几何模型的过程体构成的几何模型的过程。首先回顾前面的一些定义：首先回顾前面的一些定义：一个实体模型有体、面、线及关键点组成。体由面围成，面由线组成,线由关键点组成。实体的层次从底到高: 关键点
16、 线 面体. 如果高一级的实体存在，则低一级的与之依附的实体不能删除.另另外外，一一个个只只由由面面及及面面以以下下层层次次组组成成的的实实体体，如壳或二维平面模型，在如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体。中仍称为实体。体面线及关键点关键点线面体体实体建模实体建模 A. 定义定义建立实体模型可以通过两个途径建立实体模型可以通过两个途径:自自顶向下向下自底向上自底向上自自顶顶向向下下建建模模；首首先先建建立立高高级级图图元元（体体或或面面）,对对这这些些高高级级图图元元（体体或或面）按一定规则组合得到最终需要的形状面）按一定规则组合得到最终需要的形状.加Add实体建模实体建模 A. 定义
17、定义自自底底向向上上建建模模；首首先先建建立立低低级级图图元元关关键键点点，由由这这些些点点建建立立线线、面面 和体。和体。可以根据模型形状选择最佳建模途径可以根据模型形状选择最佳建模途径.下面详细讨论建模途径。下面详细讨论建模途径。实体建模实体建模 B. 自顶向下建模自顶向下建模自自顶顶向向下下建建模模：首首先先建建立立高高级级图图元元（体体或或面面）,对对这这些些高高级级图图元元（体体或或面面）按按一一定定规规则则组组合得到最终需要的形状合得到最终需要的形状.开始建立的体或面称为图元。生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。对几何图元进行组合计算形成最终形状的过程称为布尔运
18、算。实体建模实体建模 - 自顶向下建模自顶向下建模二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。三三维维图图元元包包括括块块体体, 圆圆柱柱体体, 棱棱体体， 球球体体, 圆圆锥锥体体和和圆环。圆环。当当建建立立二二维维图图元元时时，ANSYS 将将定定义义一一个个面面，并并包包括括其其下下层层的的线线和和关关键键点。点。当当建建立立三三维维图图元元时时，ANSYS 将将定定义义一一个个体体，并并包包括括其其下下层层的的面面、线线和和关键点。关键点。即即:生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。较
19、低级图元。布尔运算布尔运算布布尔尔运运算算 是是对对几几何何实实体体进进行行组组合合计计算算的的过过程程。ANSYS 中中布布尔尔运运算算包包括括加、减、相交、加、减、相交、叠分、粘接、搭接叠分、粘接、搭接.布布尔尔运运算算时时输输入入的的可可以以是是任任意意几几何何实实体体从从简简单单的的图图元元到到通通过过CAD输输入入的的复杂的几何体。复杂的几何体。加输入实体 布尔运算 输出实体布尔运算布尔运算所有的布尔运算可以在所有的布尔运算可以在GUI界面下获得界面下获得 Preprocessor -Modeling- Operate.在在缺缺省省状状态态下下, 布布尔尔运运算算时时输输入入的的几几
20、何何实实体体在在运运算结束后将删除算结束后将删除.被被删删除除实实体体的的编编号号数数被被“释释放放” (即即, 这这些些编编号号可可以以可可以以指指定定给给新新的的实实体体，并从可以获得的最小编号开始）。并从可以获得的最小编号开始）。实体建模实体建模 - 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算加aadd把两个或多个实体合并为一个.1、有重合部分。2、同类实体实体建模实体建模 - 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算减Abstract从1个实体上删除和另外1个实体相重合的部分后生成一个或多个新的实体。对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便.布尔运算布尔运算相交Intersect两个
21、或多个实体相交后取其重合部分实体，剩余的实体被删除。如果输入了多于两个的实体,则有两种选择: 相交和对交。相交只保留全部实体的共同部分. 对对交交则则保保留留每每一一对对实实体体的的共共同同部部分分，这这样样，有有可可能能输输出出多多个实体个实体.CommonIntersectionPairwiseIntersection布尔运算布尔运算分割 Devide把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示. (交运算可以找到交点但删除了两条线）L1L2L3L6L5L4Partition布尔运算布尔运算粘接Glu
22、e把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材料组成的实体）实体建模实体建模 - 由上而下建模由上而下建模布尔运算布尔运算搭接Aovlap类似于粘合运算，但输入的实体有重叠.实体建模实体建模D. 自底向上建模自底向上建模由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。如如建建立立一一个个L-形形时时, 可可以以先先下下面面所所示示的的角角点点. 然然后后通通过过连连接接点点简简单单地地形形成面，或者先形成线，然后用线定义面成面，或者先形成线，然后用线定义面.关键点关键点定义关
23、键点定义关键点:Preprocessor -Modeling- Create Keypoints或者用 K 命令组立的命令: K, KFILL, KNODE, 等.生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据.关键点编号的缺省值为下一个整数坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z 坐标值确定。坐标值如何确定？它依赖于当前激活坐标系.线线有许多方法定义线，如下图所示有许多方法定义线，如下图所示（常用的，（常用的，L、Larc）如如果果定定义义面面或或体体, ANSYS 将将自自动动生生成成未未定定义义的的线线，线线的的曲曲率率由由当当前前激
24、激活坐标系确定活坐标系确定.在生成线时，关键点必须存在。在生成线时，关键点必须存在。Create -Lines- ArcsCreate -Lines- LinesCreate -Lines- SplinesL,k1,k2L,k1,k2,k3,radius面面用用由由下下向向上上的的方方法法生生成成面面时时，需需要要的的关关键键点点或或线线必必须须已已经经定定义义。（A关键点顺序、AL线）如如果果定定义义体体，ANSYS 将将自自动动生生成成未未定定义义的的面面、线线，线线的的曲曲率率由由当当前前激活坐标系确定。激活坐标系确定。Create -Areas- ArbitraryOperate Ex
25、trude体体用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义Create -Volumes- ArbitraryOperate ExtrudeANSYSANSYS中坐标系的分类：中坐标系的分类：q整体坐标系和局部坐标系整体坐标系和局部坐标系( (Global and Local Coordinate Systems )Global and Local Coordinate Systems )q节点坐标系节点坐标系( (Nodal Coordinate Systems)Nodal Coordinate Systems)q单元坐
26、标系单元坐标系( (Element Coordinate Systems)Element Coordinate Systems)q显示坐标系显示坐标系( (Display Coordinate System)Display Coordinate System)q结果坐标系结果坐标系( (The Results Coordinate System)The Results Coordinate System)一、整体坐标系与局部坐标系一、整体坐标系与局部坐标系功能：功能：功能：功能：定位几何体（节点、关键点、线等）定位几何体（节点、关键点、线等）定位几何体（节点、关键点、线等）定位几何体（节点、关
27、键点、线等）（主要在建模时涉及到）（主要在建模时涉及到）（主要在建模时涉及到）（主要在建模时涉及到）总体坐标系统总体坐标系统被认为是一个绝对的参考系。ANSYS提供了3种总体坐标系：v笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系v柱坐标系柱坐标系v球坐标系球坐标系局部坐标系局部坐标系是与总体坐标系的原点偏移一定的距离，或其方位不同于先前定义的总体坐标系。整体坐标系整体坐标系直角坐标系直角坐标系直角坐标系直角坐标系( (Cartesian coordinate system)Cartesian coordinate system) （系统默认的坐标系系统默认的坐标系系统默认的坐标系系统默认的坐标系）柱面坐标系柱面坐
28、标系柱面坐标系柱面坐标系( (Cylindrical coordinate Cylindrical coordinate system)system)球面坐标系球面坐标系球面坐标系球面坐标系( (Spherical coordinate system)Spherical coordinate system)坐标系的激活与切换通过改变通过改变 KCN KCN 的值来实现坐标系的激活与切换的值来实现坐标系的激活与切换如如 CSYS,CSYS,0 0 表示激活整体直角坐标系表示激活整体直角坐标系 CSYS, CSYS,1 1 表示激活整体柱面坐标系表示激活整体柱面坐标系 CSYS, CSYS,2 2
29、 表示激活整体球坐标系表示激活整体球坐标系 CSYS,CSYS,n n 表表示示激激活活局局部部坐坐标标系系（n n表表示示局局部部坐坐标标系系号号，n=11n=11）工作平面工作平面是是一一个个无无限限平平面面，有有原原点点、二二维维坐坐标标系系。在在同同一一个个时时刻刻只只能能定定义义一一个个工工作作平平面面（当当定定义义一一个个新新的的工工作作平平面面时时就就会会删删除除已已有有的的工工作作平平面面）。工工作作平平面面是是与与坐坐标标系系独独立立的的。默默认认的的工工作作平平面面是是总总体体笛笛卡卡尔尔坐坐标标系系的的X-Y面面。例例如如，工工作作平平面面与与激激活活的的坐坐标标系系可可
30、以以有有不不同同的原点和旋转方向。的原点和旋转方向。与工作平面相关的命令：与工作平面相关的命令：WPOFFS, XOFF, YOFF, ZOFF （工作平面原点的偏置）（工作平面原点的偏置）WPROTA, THXY, THYZ, THZX （工作平面的旋转）（工作平面的旋转）实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模操作操作在在由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算由上而下和由下而上的建模方式均可对实体进行布尔运算.除了布尔运算，还有许多其它操作命令除了布尔运算，还有许多其它操作命令:拖拉缩放移动拷贝反射合并倒角实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作拖拉adr
31、ag利利用用已已经经存存在在的的面面快快速速生生成成体体 (或或由由线线生生成成面面或由关键点生成线或由关键点生成线).如如果果面面已已经经划划分分了了网网格格，单单元元也也可可以以随随着着面面一一起拖拉起拖拉有四种方法拖拉面有四种方法拖拉面:法向拖拉 通过对面的法向偏移形成体 VOFFST .XYZ偏移 通过对面的总体XYZ方向偏移形成体 VEXT. 可以锥形拖拉沿坐标轴 绕坐标轴旋转面形成体(也可通过两个关键点旋转) VROTAT.沿直线沿一条线或一组邻近的线拖拉面形成体 VDRAG.实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作移动agen通过增量DX,DY,DZ控制实体的移动
32、或旋转.DX,DY,DZ定义在激活坐标系中平移实体时，令激活坐标系为直角坐标系转动实体时，令激活坐标系为柱或球坐标系可以使用下列命令VGEN, AGEN, LGEN, KGEN另一个选项是把坐标转换到另一个坐标系中.转换发生在激活坐标系与指定的坐标系之间. 此命令在对一个实体的移动和旋转同时进行时很有用.可使用下列命令 VTRAN, ATRAN, LTRAN, KTRAN从 csys,0 向 csys,11 转换旋转 -30 实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作拷贝agen生成实体的多个拷贝生成实体的多个拷贝通通过过复复制制的的份份数数（2及及其其以以上上）及及增增 量量
33、DX,DY,DZ 控控 制制 . DX,DY,DZ定义在激活坐标系中定义在激活坐标系中.对于生成多个孔、翼等特别有用对于生成多个孔、翼等特别有用.Copy inlocalcylindricalCSCreate outerareas byskinning实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作反射ARSYM沿平面反射实体沿平面反射实体.修改反射方向修改反射方向:X 关于YZ平面反射Y关于XZ平面反射Z关于XY平面反射所所有有的的方方向向均均定定义义在在激激活活坐坐标标系系，且必须是直角坐标系且必须是直角坐标系.What is the direction of reflection
34、 in this case? 实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作合并ARMERGE 把两个实体合并，并删除重合的关键点把两个实体合并，并删除重合的关键点.合并关键点时，如果存在高一层次重合的实体，也将自动被合并.通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并通常在反射、复制或其它操作后产生重合的实体时需要合并.Merge or gluerequiredReflectSubtract frombase area实体建模实体建模 - 由下而上建模由下而上建模.操作操作倒角LFILLT线线的的倒倒角角连连接接需需要要两两条条相相交交的的线线，且且在在相相交交处有共同的关键
35、点处有共同的关键点.如果共同的关键点不存在，则首先作互分的运算.ANSYS不改变依附的面（如果有），因此，需要用加或减的命令修改倒角区域.面的倒角与此相似面的倒角与此相似AFILLTCreatefilletCreatearea二、二、 ANSYS文件及工作文件名文件及工作文件名一些特殊的文件一些特殊的文件 数据库文件数据库文件jobname.db二进制二进制Log 文件文件jobname.log文本文本结果文件结果文件jobname.rxx二进制二进制图形文件图形文件jobname.grph二进制二进制错误、警告错误、警告 jobname.err 文本文本 ANSYS的数据库，是指在前处理、求
36、解及后处理过的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据的数据，也存储结果数据:输输入入数数据据 - 必必须须输输入入的的信信息息 (模模型型尺尺寸寸、材材料料属属性性、载载荷荷等等).结结果果数数据据 - ANSYS计计算算的的数数值值 (位位移移、应应力力、应应变变、温温度等度等).ANSYS窗口窗口Objective1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能中六个窗口的总体功能输入输入显示提示信息，输入显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入命令，所有输入的命令将在此窗口
37、显示。的命令将在此窗口显示。主菜单主菜单包含包含ANSYS的主要功能，的主要功能，分为前处理、求解、后分为前处理、求解、后处理等。处理等。输出输出显示软件的文本输出。显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。需要查看时可提到前面。应用菜单应用菜单包含例如文件管理、选包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设择、显示控制、参数设置等功能置等功能.工具条工具条将常用的命令制成工具将常用的命令制成工具条，方便调用条，方便调用.图形图形显示由显示由ANSYS创建或传创建或传递到递到ANSYS的图形的图形.当前设置当前设置单元属性单元属性激活坐标系激活坐标系截面参考
38、号截面参考号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。三、前处理三、前处理实体建模实体建模 参数化建模参数化建模 体素库及布尔运算体素库及布尔运算 拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等 多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正多种自动网格划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正 自由自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分 复杂几何体复杂几何体Sweep映射网格生成映射网格生成 六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形 边界层网格划分边界层网格划分 在
39、在几几何何模模型型或或FE模模型型上上加加载载：点点载载荷荷、分分布布载载荷荷、体体载载荷荷、函函数数载载荷荷 可扩展的标准梁截面形状库可扩展的标准梁截面形状库 1. 实体模型及有限元模型实体模型及有限元模型 现现今今几几乎乎所所有有的的有有限限元元分分析析模模型型都都用用实实体体模模型型建建模模. 类类似似于于CAD，ANSYS以以数数学学的的方方式式表表达达结结构构的的几几何何形形状状，用用于于在在里里面面填填充充节节点点和和单单元元，还还可可以以在在几几何何模模型型边边界界上上方方便便地地施施加加载载荷荷. 但但是是， 几几何何实实体体模模型型并并不不参参与与有有限限元元分分析析. 所所
40、有有施施加加在在几几何何实实体体边边界界上上的的载载荷荷或或约约束束必必须须最最终终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解. 由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分Meshing几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型ANSYS中的图元中的图元(即使想从即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知道如何使用模型中传输实体模型，也应该知道如何使用ANSYS建模工具修改传入的建模工具修改传入的模型模型.)下图示意四类图元下图示意四类图元.体体 (3D模型模型) 由面围成，代表三维实体由面围成，代表三维实体
41、.面面 (表面表面) 由线围成由线围成. 代表实体表面、平代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）面形状或壳（可以是三维曲面）.线线 (可以是空间曲线可以是空间曲线) 以关键点为端点，以关键点为端点，代表物体的边代表物体的边.关键点关键点 (位于位于3D空间空间) 代表物体的角点代表物体的角点.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系以及它们之间的层次关系.ANSYS中图元中图元(续续)层次关系层次关系从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为：从最低阶到最高阶，模型图元的层次关系为：关键点（
42、关键点（Keypoints）线（线（Lines）面（面（Areas）体（体（Volumes）提示提示: 如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs! 自由度约束自由度约束(Constrains) -定义自由度值定义自由度值, 如应力分如应力分析析 中的位移或热分析的温度中的位移或热分析的温度 力力/力矩力矩(Force/Moment)-点载荷点载荷, 如集中力力或热如集中力力或热流率
43、流率 表面载荷表面载荷(Pressure)-表面的分布载荷表面的分布载荷, 如压力或对如压力或对流流 体载荷体载荷(Temp)-体或场力，如温度体或场力，如温度(引起热膨胀引起热膨胀)或内或内部热生成。部热生成。 惯性载荷惯性载荷(Inertia)-由于结构的质量或惯性引起的载由于结构的质量或惯性引起的载荷荷 如重力及旋转角速度如重力及旋转角速度 ANSYS载荷类型载荷类型加载加载Objective4-2a.加载加载.可在实体模型或可在实体模型或 FEA 模型模型 (节点和单元节点和单元) 上加载上加载.在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在
44、关键点加集中力在节点处约束在节点处约束FEA 模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力加载加载 (续续)+几何模型加载几何模型加载独立于有限元网格独立于有限元网格. 重新划分重新划分网格或局部网格修改不影响载荷网格或局部网格修改不影响载荷.+加载的操作加载的操作更加容易更加容易 ,尤其是在图形中直接尤其是在图形中直接拾取时拾取时.直接在实体模型加载的优点直接在实体模型加载的优点:Guidelines加载加载 (续续)无论采取何种加载方式无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到求解前都将载荷转化到有限元模型有限元模型.因此因此, 加载到实体的载荷将
45、加载到实体的载荷将自动转化到自动转化到 其所属的节点或单元上。其所属的节点或单元上。实体模型实体模型加载到实加载到实体的载荷体的载荷自动转化自动转化到其所属到其所属的节点或的节点或单元上单元上FEA 模型模型沿线均布的压力沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界的均布压力转化到以线为边界的各单元上各单元上加载加载 (续续)输入一个输入一个压力值即为压力值即为 均布载荷均布载荷, 两个数值两个数值 定义定义坡度压力坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面说明：压力数值为正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加
46、载面力载荷加载面力载荷拾取拾取Line加载加载 (续续)VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点坡度压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反如果加载后坡度的方向相反, 将将两个压力数值颠倒即可。两个压力数值颠倒即可。加载面力载荷（续）加载面力载荷（续）加载加载 (续续)轴对称载荷可加载到具有对称轴的轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。结构上。3-D 轴对称结构可用一轴对称结构可用
47、一2-D 轴对称模型描述。轴对称模型描述。加载轴对称载荷加载轴对称载荷10” 直径直径5” 半径半径轴对称模型轴对称模型3-D 结构结构对称轴对称轴加载加载 (续续)加载加载 轴对称载荷轴对称载荷, 注意注意以下方面以下方面:载荷数值载荷数值 (包括输出的包括输出的反力反力) 基于基于360度转角度转角的的3-D结构。结构。在右图中，在右图中，轴对称模型轴对称模型中的载荷是中的载荷是3-D结构均结构均布面力载荷的总量布面力载荷的总量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.准则准则3-D 结构结构2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry加载加载 (续
48、续)在关键点加载位移约束在关键点加载位移约束: 加载约束载荷加载约束载荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可可使相同的载荷加在使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上位于两关键点连线的所有节点上拾取拾取keypoints例例要固定一边，要固定一边，只要拾取关只要拾取关键点键点6、7,并设置并设置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7加载加载 (续续)加载约束载荷（续）加载
49、约束载荷（续）在线和面上加载位移约束在线和面上加载位移约束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+步骤步骤1. .2. .3. . 拾取拾取 lines 拾取拾取areas五、后处理五、后处理计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告计算报告自动生成及定制工具：自动生成符合要求格式的计算报告 结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表 图图形形：云云图图、等等值值线线、矢矢量量显显示示、粒粒子子流流迹迹显显示示、切切
50、片片、透透明明及及半半透透明明显显示示、 纹理纹理 各种结果动画显示，可独立保存及重放各种结果动画显示，可独立保存及重放 3D图形注注释功能图形注注释功能 直直接接生生成成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形等格式的图形 计算结果排序、检索、列表及再组合计算结果排序、检索、列表及再组合 钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位 梁梁、管管、板板、复复合合材材料料单单元元及及结结果果按按实实际际形形状状显显示示，显显示示横横截截面面结结果果；显显示示梁单元弯矩图梁单元弯矩图 显示
51、优化灵敏度及优化变量曲线显示优化灵敏度及优化变量曲线 提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算 显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算显示沿任意路径的结果曲线，并可进行沿路径的数学计算ANSYS 有两个后处理器有两个后处理器:通用后处理器通用后处理器 (即即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一只能观看整个模型在某一时刻的结果时刻的结果 (如：结果的照相如：结果的照相 “snapshot”). 时间历程后处理器时间历程后处理器 (即即 “POST26”) 可观看模型在不同可观看模型在不同时间的结果。时间的结果。Objective静力分析结
52、果后处理的步骤主要包括静力分析结果后处理的步骤主要包括:1. 绘变形图2. 变形动画3. 支反力列表4. 应力等值线图5. 网格密度检查GuidelinesObjective介绍静力分析结果后处理的五个步骤介绍静力分析结果后处理的五个步骤第三章第三章 ANSYS补充说明补充说明一、坐标系一、坐标系1. 工工作作平平面面坐坐标标系系wpcs：类类似似于于绘绘图图图图板板，缺缺省省时时总总与与总总体体坐坐标标系系重重合合，能能以以网网格格捕捕捉捉形形式式显显示示，并并可可相相对对当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为当前激活总体坐标系移动或旋转，其编号永远为“4”2. 总体坐标系总体坐标系 g
53、lobal cs：包括三种形式包括三种形式 总体直角坐标系（总体直角坐标系（x , y , z) 编号为编号为“0” 总体柱坐标系总体柱坐标系 （r , , z) 编号为编号为“1” 总体球坐标系总体球坐标系 （r , , )编号为编号为“2”3. 局局部部坐坐标标系系 local cs：局局部部坐坐标标系系是是在在任任意意位位置置的的用用户户定定义义坐坐标标系系，即即不不一一定定与与总总体体坐坐标标系系平平行行或或重重合合，可可以是任意方向，编号为大于等于以是任意方向，编号为大于等于“11”FEM坐标系坐标系4. 节节点点坐坐标标系系 node cs：所所有有的的力力及及其其他他方方向向的的
54、与与节节点点相相关关的的载载荷荷都都是是在在节节点点坐坐标标系系下下进进行行的的，例例如如力力的的方方向向等只与节点坐标系相关等只与节点坐标系相关 节节点点坐坐标标系系上上可可以以输输入入力力和和力力矩矩；位位移移约约束束；耦耦合合及及约束过程约束过程5. 单单元元坐坐标标系系 element cs：即即材材料料坐坐标标系系，例例如如弹弹性性模模量量在在材材料料为为各各向向异异性性时时每每一一方方向向将将不不同同，此此时时则则根根据据单单元坐标系输入不同方向的元坐标系输入不同方向的 E 6. 结结果果坐坐标标系系：结结果果的的输输出出形形式式位位移移，支支反反力力，力力矩矩等等都都是是与与结结
55、果果坐坐标标系系相相关关的的，结结果果坐坐标标系系即即当当前前激激活活坐坐标标系系，同同节节点点坐坐标标系系一一样样，二二者者可可以以是是任任何何一一种种当当前前激活坐标系激活坐标系 二、二、CAD模型建模原则模型建模原则应应考考虑虑多多少少细细节节：如如倒倒角角和和孔孔处处，对对分分析析无无用用时时可可忽忽略略，但但对对分分析析目目标标有有用用，而而且且此此处处将将会会出出现现最最大大应应力力则则不不能忽略能忽略是是否否具具有有对对称称性性：包包括括轴轴，旋旋转转，平平面面或或镜镜面面，重重复复或或平平移移对对称称等等。但但下下列列因因素素必必须须对对称称-几几何何形形状状；材材料料属属性性
56、；载载荷荷工工况况。 此此时时可可取取一一部部分分分分析析，而而后后叠叠加加即即可可应应力力奇奇异异：指指在在有有限限元元模模型型中中那那些些应应力力值值无无限限大大的的点点处处，如如点点载载荷荷的的集集中中力力和和力力矩矩作作用用处处；孤孤立立的的约约束束点点；尖尖角处等。角处等。 建模时最好避免之建模时最好避免之三、网格划分器三、网格划分器自由式自由式 free：对复杂的拓扑结构无限制，对复杂的拓扑结构无限制， 形状不定形状不定映映射射式式 mapped：拓拓扑扑结结构构有有限限制制，只只适适用用规规则则的的体体 形形状状，如如四四，六六面面体体等等，可可通通过过global set 进进
57、行行密密度度设设置置扫扫略略 sweep：适适用用于于柱柱体体形形状状，同同mapped一一样样可可控控制制密密度度Smart size：智智能能尺尺寸寸是是根根据据几几何何模模型型的的形形状状，确确定定网网格格密度，适于密度，适于free划分，可通过滑杆确定网格密度划分，可通过滑杆确定网格密度网格划分原则网格划分原则网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性Sweep扫略网格须上下面即对应面完全一致扫略网格须上下面即对应面完全一致能能用用mapped,sweep划划分分网网格格最最好好先先用用之之，不不行行再再用用自自由由式式free网格划分最好按线，面
58、，网格划分最好按线，面， 体的顺序体的顺序分配单元属性千万不能分配错误分配单元属性千万不能分配错误面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格面尽量用四边形的网格，体尽量用六面体的网格关心应力结果的区域须进行详细网格划分关心应力结果的区域须进行详细网格划分仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些四、四、ANSYS求解器类型求解器类型用于求解表征结构自由度的线性方程组用于求解表征结构自由度的线性方程组 直接消去求解器直接消去求解器波前求解器：波前求解器： 最稳定，速度慢，小内存时用最稳定，速度慢，小内存时用sparse求解器：速度快，非线性最适合求解器：速度快，非线性最
59、适合 迭代迭代求解器求解器PCG：预条件共轭梯度求解器预条件共轭梯度求解器ICCG：不完全的乔里斯基共轭梯度求解器不完全的乔里斯基共轭梯度求解器JCG：雅可比共轭梯度求解器雅可比共轭梯度求解器 位位置置在在求求解解器器/solu中中的的求求解解选选项项analysis options，包包括求解精度公差更改括求解精度公差更改五、如何加快计算速度五、如何加快计算速度在在大大规规模模结结构构计计算算中中，计计算算速速度度是是一一个个非非常常重重要要的的问题，下面就如何提高计算速度作一些建议：问题，下面就如何提高计算速度作一些建议：充充分分利利用用ANSYS ANSYS MAPMAP分分网网和和SW
60、EEPSWEEP分分网网技技术术，尽尽可可能能获获得得六六面面体体网网格格，这这一一方方面面减减小小解解题题规规模模，另另一一方方面面提提高计算精度高计算精度在在生生成成四四面面体体网网格格时时，用用四四面面体体单单元元而而不不要要用用退退化化的的四四面面体体单单元元。比比如如9595号号单单元元有有2020节节点点，可可以以退退化化为为1010节节点点四四面面体体单单元元，而而9292号号单单元元为为1010节节点点单单元元，在在此此情情况况下用下用9292号单元将优于号单元将优于9595号单元号单元选选择择正正确确的的求求解解器器。对对大大规规模模问问题题，建建议议采采用用PCGPCG法法
61、。此此法法比比波波前前法法计计算算速速度度要要快快1010倍倍以以上上（前前提提是是您您的的计计算算机机内内存存较较大大）。对对于于工工程程问问题题，可可将将ANSYSANSYS缺缺省省的的求求解解精精度从度从1 1E-8E-8改为改为1 1E-4E-4或或1 1E-5E-5即可即可六、六、Animate菜单菜单 Mode shape：变形模态系列变形模态系列Deformed shape：结构变形动画结构变形动画Deformed result：结构变形等值线结构变形等值线Over time：随时间变化的变形等值线动画随时间变化的变形等值线动画Over result：某一子步范围结果的顺序等值线
62、动画某一子步范围结果的顺序等值线动画Q-slice contours：变形等值线切片云图动画变形等值线切片云图动画Q-slice vectors：变形等值线切片云图动画变形等值线切片云图动画Isosurfaces：变形等势面云图动画变形等势面云图动画Partice flow：粒子流动或带电粒子运动的动画系列粒子流动或带电粒子运动的动画系列选择选 择 对 话 框 (Main Menu Preferences)允许用户过滤菜单，从而删除当前分析不需要的功能。例如，如果用户要进行一次热分析 ，可以选择过滤其它科目，以便GUI 方式下菜单项内容得以精简。数据库与文件 文件管理技巧l在一个在一个单独的工
63、作目独的工作目录中运行一个分析作中运行一个分析作业。l用不同的作用不同的作业名，区分不同的分析运行。名，区分不同的分析运行。l在任何在任何ANSYS分析后，分析后，应保存以下的文件保存以下的文件:日志文件日志文件 ( .log)数据数据库文件文件 ( .db)结果文件果文件 (.rst, .rth, )荷荷载步文件步文件, 如有多步如有多步 (.s01, .s02, .)物理文件物理文件 (.ph1, .ph2, .)数据库与文件 保存和恢复技巧:分析分析过程中定期保存数据程中定期保存数据库。ANSYS不能不能自自动保存，也不能撤保存，也不能撤销操作。操作。在在尝试一个不熟悉的操作一个不熟悉的操作时（如布（如布尔操作或操作或剖分网格）或一个操作将剖分网格）或一个操作将导致致较大改大改变时（如（如删除操作），除操作），应先保存数据先保存数据库。如果不。如果不满意意这次的次的结果，可以用恢复重做。果，可以用恢复重做。在求解之前在求解之前应该保存数据保存数据库。
