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1、ANSYS教程教程1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工作作环环境境，更更使使我我们们从从繁繁琐琐、单单调调的的常常规规有有限限元元编编程程中中解解脱脱出出来来。ANSYS本本身身不不仅仅具具有有较较为为完完善善的的分分
2、析析功功能能，同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。 ANSYS程程序序自自身身有有着着较较为为强强大大三三维维建建模模能能力力，仅仅靠靠ANSYS的的GUI(图图形形界界面面)就就可可建建立立各各种种复复杂杂的的几几何何模模型型；此此外外，ANSYS还还提提供供较较为为灵灵活活的的图图形形接接口口及及数数据据接接口口。因因而而，利利用用这这些些功功能能，可可以以实实现现不不同同分分析析软软件件之之间间的的模模型转换。型转换。 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 - 用用于于静静态态载载荷
3、荷. 可可以以考考虑虑结结构构的的线线性性及及非线性行为。非线性行为。 线性结构静力分析线性结构静力分析 非线性结构静力分析非线性结构静力分析 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/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
4、 2）模模态态分分析析 - 计计算算线线性性结结构构的的自自振振频频率率及及振振形形. 谱谱分分析析 是是模模态态分分析析的的扩扩展展，用用于于计计算算由由于于随随机机振振动动引引起的结构应力和应变起的结构应力和应变 (也叫作也叫作 响应谱或响应谱或 PSD). 3）谐谐响响应应分分析析 - 确确定定线线性性结结构构对对随随时时间间按按正正弦弦曲曲线线变变化的载荷的响应化的载荷的响应. 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）谱分析）谱分
5、析 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、单物质欧拉多物质欧拉、单物质欧拉 适应网格、网格重
6、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（光顺质点流体动力（SPH）算法）算法 3. 热分析热
7、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. 典典型型的的物理量有电流密度、电荷密度、电场
8、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（多达6组份）组份） 牛顿流与非牛顿流体分析牛顿流与
9、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 单一物理场优化单一物理场优化 耦合场优化耦合场优化
10、 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范范验验算算与与设设计计提提出出了了全全面面的的
11、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/ FLOTRANFLOTRAN ANSYS/ANSYS/EmagEmag ANSYS/ANSYS/StructuralStructural ANSYS/ ANSYS/ MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNA ANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical ANSYS/ANSYS/LinearPlusLinearPlus ANSYS/A
12、NSYS/ThermalThermal 1. ANSYS/Mechanical：该该模模块块提提供供了了范范围围广广泛泛的的工工程程设设计计分分析析与与优优化化功功能能，这这些些功功能能包包括括完完整整的的结结构构、热热、压压电电及及声声学学分分析析。是是一一个个功功能能强强大大的的设设计计校校验验工工具具，可可用用来来确确定定位位移移、应应力力、作作用用力力、温温度度、压压力力分分布布以以及其它重要的设计标准。及其它重要的设计标准。2. ANSYS/Structural：通通过过利利用用其其先先进进的的非非线线性性功功能能，该该模模块块可可进进行行高高目目标标的的结结构构分分析析，具具体体包
13、包括括：几几何何非非线线性性、材材料料非非线线性性、单单元元非非线线性性及及屈屈曲曲分分析析。该该模模块块可以使用户精确模拟大型复杂结构的性能。可以使用户精确模拟大型复杂结构的性能。3. ANSYS/Linear plus：该该模模块块是是从从ANSYS/Structural派派生生出出来来的的，一一个个线线性性结结构构分分析析选选项项，可可用用于于线线性性的的静静态态、动动态态及及屈屈曲曲分分析析，非非线线性性分分析析仅仅包包括括间间隙隙元元和和板板/梁大变形分析。梁大变形分析。4. ANSYS/Thermal：该该模模块块同同样样是是从从ANSYS/Mechanical中中派派生生出出来来
14、的的，是是一一个个可可单单独独运运行行的的热热分分析析程程序序，可可用于稳态及瞬态热分析。用于稳态及瞬态热分析。5. ANSYS/Flotran：该该程程序序是是个个灵灵活活的的CFD软软件件，可可求求解解各各种种流流体体流流动动问问题题，具具体体包包括括：层层流流、紊紊流流、可可压压缩缩流流及及不不可可压压缩缩流流等等。通通过过与与ANSYS/Mechanical耦耦合合，ANSYS/FLOTRAN是是唯唯一一一一个个具具有有设设计计优优化化能能力力的的CFD软件，并且能提供复杂的多物理场功能。软件，并且能提供复杂的多物理场功能。6. ANSYS/Emag：该该程程序序是是一一个个独独立立的
15、的电电磁磁分分析析软软件件包包，可可模模拟拟电电磁磁场场、静静电电学学、电电路路及及电电流流传传导导分分析析。当当该该程程序序与与其其它它ANSYS模模块块联联合合使使用用时时，则则具具有有了了多多物物理理场场分分析析功功能能，能能够够研研究究流流场场、电电磁磁场场及及结结构构力力学学间间的的相互影响。相互影响。7. ANSYS/Preppost：该该模模块块为为用用户户在在前前处处理理阶阶段段提提供供了了强强大大的的功功能能，使使用用户户能能够够便便捷捷地地建建立立有有限限元元模模型型。其其后处理器能够使用户检查所有后处理器能够使用户检查所有ANSYS分析的计算结果。分析的计算结果。8. A
16、NSYS/ED：该该模模块块是是一一个个功功能能完完整整的的设设计计模模拟拟程程序序，它它拥拥有有ANSYS隐隐式式产产品品的的全全部部功功能能，只只是是解解题题规规模模受受到到了了限限制制（目目前前节节点点数数1000）。该该软软件件可可独独立立运运行行，是理想的培训教学软件。是理想的培训教学软件。9. ANSYS/LS-DYNA：该该程程序序是是一一个个显显示示求求解解软软件件，可可解解决决高高度度非非线线性性结结构构动动力力问问题题。该该程程序序可可模模拟拟板板料料成成形形、碰碰撞撞分分析析、涉涉及及大大变变形形的的冲冲击击、非非线线性性材材料料性性能能以以及及多多物物体体接接触触分分析
17、析，它它可可以以加加入入第第一一类类软软件件包包中中运运行，也可以单独运行。行，也可以单独运行。10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost： 该该 程程 序序 具具 有有 所所 有有 的的ANSYS/LS-DYNA的的前前后后处处理理功功能能，具具体体包包括括：实实体体建建模模、网网格格剖剖分分、加加载载、边边界界条条件件、等等值值线线显显示示、计计算结果评价以及动画，但没有求解功能。算结果评价以及动画，但没有求解功能。11.ANSYS/University：该该模模块块是是一一个个功功能能完完整整的的设设计计模模拟拟程程序序，它它拥拥有有ANSYS隐隐式式产产品品的的全全部部功功能能
18、，只只是是解解题题规规模模受受到到了了限限制制（目目前前节节点点数数16000和和32000两两种种）。该软件可独立运行，适用与高校进行教学或科研。该软件可独立运行，适用与高校进行教学或科研。12.ANSYS/DesignSpace：该该模模块块是是ANSYS的的低低端端产产品品，适适用用与与设设计计工工程程师师在在产产品品概概念念设设计计初初期期对对产产品品进进行行基基本本分分析析，以以检检验验设设计计的的合合理理性性。其其分分析析功功能能包包括括：线线性性静静力力分分析析、模模态态分分析析、基基本本热热分分析析、基基本本热热力力耦耦合合分分析析、拓拓扑扑优优化化。其其他他功功能能有有：CA
19、D模模型型读读取取器器、自自动动生生成成分分析析报报告告、自自动动生生成成ANSYS数数据据库库文文件件、自自动动生生成成ANSYS分分析析模模板板。产产品品详详细细分分类类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支支持持的的CAD模模型型有有：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）13.ANSYS/Connection：ANSYS与与CAD软软件件的的接接口口产产品品。可可以以将将CAD模模型型数数据据或或国国际际标标准准格格式式CAD模模型型数数据据直直接接读读入入并并进进行行
20、任任意意ANSYS支支持持的的分分析析。目目前前支支持持的的CAD软软件件有有：Pro/E、UG、CADDS。支支持持的的国国际际标标准准格式有：格式有：IGES、SAT、Parasolid.第二章第二章 ANSYS基本使用方法基本使用方法15一、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
21、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 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
22、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 (如如Circle).菜单的排列，按照由前到后、菜单的排列，按照由前到后、由简单到复杂的顺序，与典由简单到复杂的顺序，与典型分析的顺序相同型分析的顺序相同. 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 ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过的数据库，是指在前处理
23、、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).启动启动ANSYSObjective1-1. 启动启动ANSYS软件软件.注意注意: 以下过程默认为在以下过程默认为在 Windows NT环境下环境下.要启动要启动ANSYS:Windows NT 屏幕屏幕: Start Progra
24、ms ANSYS 5.5 1. 选择选择 Interactive.Procedure1. .2. .3. . 启动启动ANSYS(续续)3. 选择选择ANSYS的工作目录，的工作目录，ANSYS所有生成的文所有生成的文件都将写在此目录下。缺省为上次运行定义的件都将写在此目录下。缺省为上次运行定义的目录。目录。4. 如果配置了如果配置了3D显卡则选择显卡则选择3D. 5. 设定初始工作文件名，缺省为上次运行定义的工设定初始工作文件名，缺省为上次运行定义的工作文件名，第一次运行缺省为作文件名，第一次运行缺省为 file.7. 选择选择 Run to 运行运行ANSYS.Note:还可以设定其他的交
25、互选项，但通常以上几项通常还可以设定其他的交互选项，但通常以上几项通常要设置好要设置好.如果在第如果在第1步中选择步中选择 Run Interactive Now，将读取将读取上一次的设置，跳过此窗口，直接运行上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS,2. 选择选择ANSYS产品产品.6. 设定设定ANSYS工作空间及数据库大小工作空间及数据库大小 (参考参考ANSYS安装及配置手册安装及配置手册).启动启动ANSYS(续续)当显示出这六个窗当显示出这六个窗口后，就可以使用口后，就可以使用ANSYS了了.ANSYS窗口窗口Objective1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能中
26、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A
27、NSYS创建或传创建或传递到递到ANSYS的图形的图形.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 在在几几何何模
28、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. 所所有有施施加加
29、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.面面 (表
30、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（关键点（Ke
31、ypoints）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!2.布尔操作布尔操作选择图形类型选择图形类型. 将弹出将弹出 选取菜选取菜单单 (见下页见下页) 提示选择图形进行提示选择图形进行布尔操作布尔操作.要使用布尔操作要使用布尔操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- O
32、perate Procedure1. .2. .3. . 选择一种布尔操作选择一种布尔操作 (例如例如： Add)四、四、加载、求解加载、求解Objective4-1.列表和分类载荷列表和分类载荷ANSYS中的载荷可分为中的载荷可分为:自由度自由度DOF - 定义节点的自由度（定义节点的自由度（ DOF ） 值值 (结构分析结构分析_位移、热位移、热分析分析_ 温度、电磁分析温度、电磁分析_磁势等磁势等)集中载荷集中载荷 - 点载荷点载荷 (结构分析结构分析_力、热分析力、热分析_ 热导率、电磁分析热导率、电磁分析_ magnetic current segments)面载荷面载荷 - 作用在
33、表面的分布载荷作用在表面的分布载荷 (结构分析结构分析_压力、热分析压力、热分析_热对流、热对流、电磁分析电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等等)体积载荷体积载荷 - 作用在体积或场域内作用在体积或场域内 (热分析热分析_ 体积膨胀、内生成热、电体积膨胀、内生成热、电磁分析磁分析_ magnetic current density等等)惯性载荷惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等重力、角速度等)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
34、.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. 重新划分网格或局部网格修改不影重新划分网格或局部网格修改不影响载荷响载荷.+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拾取时尤其是在图形中直接拾取时.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
35、求解前都将载荷转化到有限元模型求解前都将载荷转化到有限元模型.因此因此, 加载到实体的载荷将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 M
36、enu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加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
37、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, 注意以下注意以下方面方面:载荷数值载荷数值 (包括输出的反力包括输出的反力) 基于基于360度转角的度转角的3-D结构。结构。在右图中，轴对称模型中的在右图中，轴对称模型中的载荷是载荷是3-D结构均布面力载荷结构均布面力载荷的总量。的总量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.准则
38、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 可使相同的载荷加可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上在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，只要固定一边，只要拾取关键点要拾取关键点6、7,并设置并设置 all DO
39、Fs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7加载加载 (续续)加载约束载荷（续）加载约束载荷（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areas4-1.求解求解结果文件结果文件结果数据结果数据数据库数据库求解器求解器结果结果输入数据输入数据求解时模型是否准备就绪求解时模型是否准备就绪?在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容在求解初始化前
40、，应进行分析数据检查，包括下面内容:统一的单位统一的单位单元类型和选项单元类型和选项材料性质参数材料性质参数考虑惯性时应输入材料密度考虑惯性时应输入材料密度热应力分析时应输入材料的热膨胀系数热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数实常数 (单元特性单元特性)单元实常数和材料类型的设置单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性实体模型的质量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items)模型中不应存在的缝隙模型中不应存在的缝隙壳单元的法向壳单元的法向节点坐标系节点坐标系集中、体积载荷集中、体积载荷面力方向面力方向温度场的分布和范围温度场的分布和范围热膨胀分析的
41、参考温度热膨胀分析的参考温度 (与与 ALPX 材料特性协调材料特性协调?)求解过程求解过程:1. 求解前保存数据库求解前保存数据库2. 将将Output 窗口提到最前面观看求解信息窗口提到最前面观看求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.进行求解进行求解Objective4-3.描述求解过程描述求解过程进行求解进行求解(续续) 没没有有获获得得结结果果的的原原因因是是什什么么? 往往往往是是求求解解输输入入的的模模型不完整或存在错误，典型原因有型不完整或存在错误，典型原因有: 约束不够! (通常出现的问题)。当模型中有非线性单元 (如缝隙 g
42、aps、滑块sliders、铰hinges、索cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。材料性质参数有负值, 如密度或瞬态热分析时的比热值。未约束铰接结构，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。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
43、显显示示、粒粒子子流流迹迹显显示示、切切片片、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；
44、显显示示梁单元弯矩图梁单元弯矩图 显示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
45、间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动或动力分析结果。力分析结果。Objective静力分析结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
46、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 global 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
47、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
48、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
49、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；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
50、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
51、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，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
52、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
53、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SWEEPSWEEP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
54、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。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
55、：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第四章第四章 动力学分析动力学分析54ANSYS动动力力学学分分析析是是用用来来确确定定惯惯性性力力和和阻阻
56、尼尼力力不不可可忽忽略略时时的的系系统统动动力力学学特特性性，研研究究固固有有频频率率，振振动动，减减振振及及瞬态特性瞬态特性动力学控制方程：动力学控制方程： MU+CU+KU=f(t) 其中其中 U U U 为节点位移，速度，加速度为节点位移，速度，加速度 M为质量矩阵为质量矩阵 C 为阻尼矩阵为阻尼矩阵 K 为刚度矩阵为刚度矩阵模态分析即模态分析即f(t)=0的解的解谐响应分析的谐响应分析的f(t),u(t)都为谐函数，如都为谐函数，如xsint瞬态动力学的瞬态动力学的f(t)为时间历程载荷为时间历程载荷动力学建模原则动力学建模原则必须定义密度和弹性模量必须定义密度和弹性模量单单位位制制要
57、要严严格格统统一一，如如使使用用英英制制单单位位，要要定定义义质质量量密密度度而不是重力密度而不是重力密度静力学关于形状和网格的东西，动力学一样遵循静力学关于形状和网格的东西，动力学一样遵循关关心心应应力力结结果果的的区区域域须须进进行行详详细细网网格格划划分分，仅仅关关心心位位移移结果的区域网格可以粗糙些结果的区域网格可以粗糙些非非线线性性问问题题在在完完全全瞬瞬态态动动力力学学分分析析中中允允许许使使用用，在在所所有有其其他他动动力力学学分分析析类类型型中中，非非线线性性将将被被忽忽略略，也也就就是是说说最初的非线性问题将一直保持不变最初的非线性问题将一直保持不变瞬态动力学时间积分步长瞬态
58、动力学时间积分步长T设置原则：设置原则： T 即即两两个个时时间间点点间间的的时时间间增增量量 ，它它决决定定求求解解的的精精确确度度，必必须须采采用用相相应应的的值值才才能能得得到到分分析析现现象象。通通常常在在每每个个循循环环子子步步中中， T 至至少少有有20个个时时刻刻点点应应是是足足够够的的 即即 T=1/20(f) f是是所所关关心心的的最最高高响响应应频频率率，而而施施加加阶阶梯梯载载荷荷时时，为为紧紧紧紧跟跟随随载载荷荷的的阶阶跃跃变变化化， T也也许许要要小小到到和和1/180f相近相近接触分析中接触分析中T =1/30(fc) fc为接触频率为接触频率 fc=1/2(k/m
59、)1/2 m 为有效质量为有效质量 k 为间隙刚度为间隙刚度 各分析类型的简要叙述各分析类型的简要叙述模模态态分分析析：分分析析有有/无无阻阻尼尼系系统统或或液液固固耦耦合合自自由由振振动动，哪哪个方向的刚度最小，就最先出现模态个方向的刚度最小，就最先出现模态有有预预应应力力时时，做做静静力力分分析析和和模模态态分分析析必必须须打打开开预预应应力力开开关，即读入预应力矩阵关，即读入预应力矩阵 位位置置在在求求解解器器Analysis options对对话话框框中中prestress on 开开关关谐响应分析谐响应分析定定义义：在在一一个个或或多多个个同同频频率率的的正正弦弦（简简谐谐）载载荷荷
60、作作用用下下，确定系统动力响应特性的技术确定系统动力响应特性的技术输入特性：输入特性：1.已知大小和频率的谐波载荷（力，压强，已知大小和频率的谐波载荷（力，压强， 强迫位移等）强迫位移等） 2. 同一频率的多种载荷，具有相同或不相同一频率的多种载荷，具有相同或不相 相同的相位相同的相位输出特性：输出特性：1. 每一个自由度上的谐位移通常和施加的每一个自由度上的谐位移通常和施加的 载荷不同相载荷不同相 2. 其他多种导出量如应力和应变等其他多种导出量如应力和应变等谐谐波波载载荷荷描描述述公公式式 Fsin(t+) 其其中中载载荷荷值值大大小小代代表表振振幅幅 F；相相角角是是指指二二个个或或二二
61、个个以以上上谐谐波波载载荷荷间间的的相相位位差差，即即力力为为幅幅值值+相相位位输输入入，但但ANSYS始始终终显显示示为为实实部部+虚虚部部瞬瞬态态动动力力学学分分析析：把把静静力力学学改改为为瞬瞬态态动动力力学学并并采采用用多多载载荷步求解即为瞬态动力学分析。其关键细节为：荷步求解即为瞬态动力学分析。其关键细节为：瞬瞬态态动动力力学学必必须须指指定定初初始始条条件件，如如初初始始位位移移，速速度度，加加速度等速度等如有阻尼必须输入阻尼如有阻尼必须输入阻尼时间积分步长时间积分步长T 要足够小要足够小区分分析类型原则区分分析类型原则如如果果在在相相对对较较长长时时间间内内载载荷荷是是一一个个常
62、常数数，则则选选择择静静力分析，否则为动态分析力分析，否则为动态分析如如果果激激励励频频率率小小于于结结构构最最低低阶阶固固有有频频率率的的1/3，则则可可以进行静力分析以进行静力分析线线性性分分析析是是假假设设忽忽略略载载荷荷对对结结构构刚刚度度变变化化的的影影响响。典典型型特特征征是是小小变变形形，弹弹性性范范围围内内的的应应变变和和应应力力，无无诸诸如如两两物物体体接接触触或或分分离离时时的的刚刚度度突突变变等等，即即应应力力及及应应变变为为线线性变化性变化如如加加载载引引起起结结构构刚刚度度的的显显著著变变化化必必须须进进行行非非线线性性分分析析，典典型型因因素素有有应应变变超超过过弹
63、弹性性范范围围（塑塑性性）；大大变变形形；两体间接触等两体间接触等解解决决应应力力奇奇异异方方法法：在在应应力力奇奇异异点点处处网网格格越越细细化化，应应力力值值也也随随之之增增加加而而不不收收敛敛，如如应应力力奇奇异异发发生生在在对对结结果果感感兴趣区域较近处，可用如下方法解决兴趣区域较近处，可用如下方法解决在尖角处增加倒角重分析在尖角处增加倒角重分析代替节点力载荷为等效压力载荷代替节点力载荷为等效压力载荷“散布散布”位移约束至一个节点集位移约束至一个节点集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Defo
64、rmed 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第五章第五章 非线性分析非线性分析64非线性的一些定义非线性的一些定义
65、非非线线性性具具有有bauschinger效效应应，即即拉拉伸伸屈屈服服后后，再再拉拉伸应力反而减小伸应力反而减小应应力力偏偏量量：一一般般应应力力可可分分解解为为静静水水压压应应力力和和应应力力偏偏量量率率相相关关性性：非非线线性性塑塑性性应应变变大大小小可可能能是是加加载载荷荷快快慢慢的函数，如果应变不须考虑时间，则称为率相关性的函数，如果应变不须考虑时间，则称为率相关性ANSYS的的非非线线性性主主要要为为塑塑性性，即即施施加加力力后后将将产产生生永永久变形久变形ANSYS非非线线性性包包括括材材料料非非线线性性；接接触触非非线线性性；几几何何非线性，将在后面叙述非线性，将在后面叙述非非
66、线线性性应应力力应应变变曲曲线线如如图图一一，ANSYS中中其其屈屈服服点点和和极极限限点点将将归归结结为为一一点点。理理想想塑塑性性曲曲线线如如图图二二；应应变变强强化化曲曲线线 如如 图图 三三 。 当当 非非 线线 性性 材材 料料 施施 加加 后后 ， 可可 用用 命命 令令 prep7material propsData tablesGraph观观看看曲曲线线形形式式非非线线性性塑塑性性强强化化准准则则：总总体体方方向向为为各各向向同同性性强强化化及及随随动动强化（即轴线漂移）强化（即轴线漂移）ANSYS塑性强化选项：塑性强化选项：1. 双线性随动强化双线性随动强化 BKIN 双条线
67、表示应力双条线表示应力应变曲线，应变曲线， 输入材料时须输入弹性模量输入材料时须输入弹性模量E 和屈服应力和屈服应力2. 双线性各向同性强化双线性各向同性强化 BISO3. 多线性随动强化多线性随动强化 MKIN4. 多线性随动强化多线性随动强化 KINH如右图如右图3和和4项适于多线段应力项适于多线段应力-应变应变分析，应用于金属的小应变分析分析，应用于金属的小应变分析5. 多线性各向同性强化多线性各向同性强化 MISO6. 非线性随动强化非线性随动强化 CHAB7. 非线性各向同性强化非线性各向同性强化 NLIS8. 各向异性各向异性 ANISO9. Drucker-prager DP：D
68、P材材料料适适于于颗颗粒粒状状材材料料其其屈屈服服面面为为圆圆锥锥形形，须须输输入入粘粘性性值值C；内内部部摩摩擦擦角角和和膨膨胀角胀角r10. ANAND 模模型型 ANAND：用用于于金金属属在在热热加加工工状状态态的的大大应应变变响响应应。注注意意此此时时材材料料温温度度假假设设为为高高于于熔熔点点的的一半一半以以上上为为材材料料非非线线性性塑塑性性一一些些选选项项，材材料料非非线线性性可可以以认认为为是是加加载载的的时时间间量量（蠕蠕变变等等）；环环境境状状况况（如如温温度度）；加载历史等因素影响到材料的应力应变性质变化加载历史等因素影响到材料的应力应变性质变化蠕蠕变变：在在常常载载荷
69、荷作作用用下下，不不可可恢恢复复的的应应变变随随时时间间变变化持续增加，结构将会持续变形化持续增加，结构将会持续变形应应力力松松弛弛：如如果果结结构构承承受受常常位位移移，应应力力将将会会随随时时间间而减小而减小应应力力刚刚化化：面面内内应应力力对对面面外外刚刚度度的的影影响响，二二者者间间的的耦合即称应力刚化耦合即称应力刚化 非线性单元非线性单元options综合选项综合选项不不协协调调模模式式（特特殊殊形形函函数数）：solid45的的缺缺省省选选项项，适用于弯曲变形适用于弯曲变形选选择择缩缩减减积积分分（BBar）：接接近近不不可可压压缩缩材材料料，为为体积变形体积变形统统一一缩缩减减积
70、积分分（URI）：接接近近不不可可压压缩缩材材料料，适适用用于于弯曲变形弯曲变形混合混合U-R形式：不可压缩或接近不可压缩材料形式：不可压缩或接近不可压缩材料推荐使用的单元推荐使用的单元 对率无关的塑性推荐用对率无关的塑性推荐用：忽忽略略弯弯曲曲的的体体积积变变形形用用plane182; solid185; 但但需需选选B-Bar选项选项对于小应变分析用不协调模式对于小应变分析用不协调模式plane42; solid45对对于于大大应应变变分分析析用用plane182和和solid185;solid95的的URI选选项项,以上更适用于大模型以上更适用于大模型,也可用也可用visco106 ;
71、visco107 ; visco108单元单元对梁单元推荐用对梁单元推荐用beam188;beam189对壳单元推荐用对壳单元推荐用shell181 非线性求解选项非线性求解选项使使用用求求解解控控制制,不不带带自自适适应应下下降降的的全全为为Newtonraphson选选项项，推推荐荐用用。位位置置在在求求解解器器analysis options对对话话框框里里，多数用缺省项多数用缺省项自动选择自动选择塑性要求时间的载荷增量塑性要求时间的载荷增量T 必须足够小必须足够小如如果果应应力力应应变变是是非非线线性性变变化化的的， T 如如果果大大，则则结结果果就就可可能不收敛能不收敛如果要应力应变
72、曲线平滑，须打开预测器，减少迭代数如果要应力应变曲线平滑，须打开预测器，减少迭代数网格划分注意事项网格划分注意事项缩缩减减积积分分单单元元需需要要更更细细的的网网格格。因因塑塑性性计计算算发发生生在在单单元元的的积积分分点点处处，因因此此，积积分分点点处处网网格格密密度度非非常常重重要要，否则不能捕捉到进入塑性的范围否则不能捕捉到进入塑性的范围对对弯弯曲曲分分析析在在厚厚度度上上要要有有足足够够的的单单元元，可可从从粗粗-细细逐渐过渡逐渐过渡几何非线性几何非线性用于分析大位移，大应变，大转角状态。用于分析大位移，大应变，大转角状态。 其特性为其特性为：大大位位移移指指如如果果一一个个单单元元变
73、变化化，其其单单元元矩矩阵阵也也变变化化，而而且且单元面的应力将影响刚度。单元面的应力将影响刚度。大应变指应变不在小，而是有限或无限大的。大应变指应变不在小，而是有限或无限大的。以上这些以上这些ANSYS将根据模型自动判别将根据模型自动判别几何非线性求解选项几何非线性求解选项求求解解前前须须将将soluAnalysis options对对话话框框中中第第一一项项大大变形变形Large deform effects 设为设为on，以激活支持大应变以激活支持大应变打打开开大大变变形形时时，须须包包含含应应力力刚刚化化项项，即即stress stiffness or prestress 设为设为 “
74、stress stiff on”非非线线性性分分析析必必须须打打开开自自动动时时间间步步长长，并并给给出出最最大大最最小范围，以保证收敛（小范围，以保证收敛（AUTOTS）线线性性搜搜索索选选项项（LNSRCH）对对收收敛敛振振荡荡问问题题有有帮帮助助。位置在位置在solunonlinearline search一般缺省为一般缺省为prog chosen非线性载荷方向非线性载荷方向在变形中多数情况下将保持一致的方向在变形中多数情况下将保持一致的方向大转角时力将随单元改变方向大转角时力将随单元改变方向加速度与集中力保持初始方向，永远不变加速度与集中力保持初始方向，永远不变表表面面压压力力载载荷荷
75、随随单单元元变变化化，总总是是垂垂直直变变形形单单元元的的表表面，施加的常压力，总压力将随表面积的改变而改变面，施加的常压力，总压力将随表面积的改变而改变几何非线性注意事项：几何非线性注意事项： 注意载荷方向注意载荷方向 在大应变分析中预测网格扭曲，要划分适当的网格在大应变分析中预测网格扭曲，要划分适当的网格 避免过分约束边界处的变形，以免产生应力奇异避免过分约束边界处的变形，以免产生应力奇异 避免使用带中间节点的单元避免使用带中间节点的单元 用适当的单元类型和积分准则以解决网格自锁用适当的单元类型和积分准则以解决网格自锁 时时间间积积分分步步长长大大小小合合适适，大大转转角角时时每每一一个个
76、子子步步须须小小于于5度或度或10度度 大转角分析关闭预测大转角分析关闭预测solunonlinearpredictor-off梁梁，壳壳单单元元要要有有足足够够的的网网格格密密度度，没没有有一一个个单单元元可可承承受受30度的弯曲度，超过度的弯曲度，超过30度就用一个单元描述度就用一个单元描述接触非线性接触非线性接触分类：接触分类：刚体对柔体刚体对柔体-刚度差别较大，如金属成型刚度差别较大，如金属成型柔体对柔体柔体对柔体-表面刚度差不多，如螺栓，法兰联接等表面刚度差不多，如螺栓，法兰联接等接触协调条件接触协调条件 两两个个表表面面须须建建立立关关系系，防防止止表表面面相相互互渗渗透透。即即建
77、建立立接接触触面面和和目目标标面面。防防止止穿穿透透标标准准为为判判断断接接触触面面的的节节点点是是否进入目标面积分点，如进入目标范围则称之接触否进入目标面积分点，如进入目标范围则称之接触接触单元分类接触单元分类节点对节点：指接触的最终位置是已知的节点对节点：指接触的最终位置是已知的节点对面：接触位置不定，并允许大滑动节点对面：接触位置不定，并允许大滑动面面对对面面：接接触触位位置置不不定定，并并允允许许大大滑滑动动，最最好好用用之之。过过程程是是用用接接触触面面和和目目标标面面形形成成接接触触对对，但但目目标标面面ANSYS要求为刚性，称为刚性目标面要求为刚性，称为刚性目标面接触分析步骤接触
78、分析步骤创建有限元模型创建有限元模型 /prep7creat设置单元选项和实常数设置单元选项和实常数创建目标表面单元创建目标表面单元 meshtool创建接触表面单元创建接触表面单元指定接触面和目标面指定接触面和目标面 /prep7creatcontact wizard施加边界条件施加边界条件 /solu定义求解选项和载荷步定义求解选项和载荷步 求解求解 solve观察结果观察结果 /post1选择目标面方针选择目标面方针平面，凹面与凸面接触，平面，凹面为目标面平面，凹面与凸面接触，平面，凹面为目标面如如两两表表面面网网格格划划分分一一个个粗粗，一一个个细细，则则网网格格粗粗的的为为目标面目标
79、面刚度大的为目标面刚度大的为目标面大表面的为目标面大表面的为目标面如如有有一一面面划划分分成成高高次次单单元元，另另一一面面为为低低次次单单元元，则则表面划分低次单元的为目标面表面划分低次单元的为目标面接触单元（接触单元（conta174)关键点选项：关键点选项：增增强强的的拉拉格格朗朗日日法法penal and lagrange k(2)=0是是缺缺省省选选项项，推推荐荐一一般般使使用用。对对罚罚刚刚度度不不太太敏敏感感，但但也也要要求求给给出出一一个侵入容差个侵入容差可可用用罚罚函函数数法法 penalty method k(2)=1选选项项，推推荐荐使使用用单单元元非非常常扭扭曲曲，大大
80、摩摩擦擦系系数数或或增增强强的的拉拉格格朗朗日日法法收收敛敛行行为不好的问题为不好的问题罚罚刚刚度度即即法法向向刚刚度度 normal penalty stiffness，系系数数一一般般在在0.01-10之间，体积变形为之间，体积变形为1；弯曲变形用；弯曲变形用0.1无滑移时，摩擦问题无滑移时，摩擦问题ANSYS自动处理自动处理ANSYS面面对对面面单单元元默默认认用用k(4)高高斯斯积积分分点点 Gauss point来来判断判断自接触问题，用自接触问题，用k(6)项不对称接触项不对称接触Unsymmetrical更有效更有效如如在在静静态态分分析析中中，开开始始不不连连接接的的物物体体，
81、建建立立接接触触前前产产生生刚体位移，则可在刚体上加一些刚体位移，则可在刚体上加一些K非常小的软弹簧即可非常小的软弹簧即可接触状态分类：接触状态分类： （单元输出结果）（单元输出结果） 远区域开接触远区域开接触 ID号为号为0 近区域开接触近区域开接触 ID号为号为1 滑动闭接触滑动闭接触 ID号为号为2 粘着闭接触粘着闭接触 ID号为号为3接触方式接触方式k(12) contact surface behavior标准的方式标准的方式 Standard粗糙接触方式：无滑动，摩擦系数无穷大粗糙接触方式：无滑动，摩擦系数无穷大 Rough不不分分离离接接触触方方式式：不不能能脱脱开开但但允允许许
82、滑滑动动，法法向向无无间间隙隙，No separation (sliding)绑定方式：不能脱开移动，即法向无间隙绑定方式：不能脱开移动，即法向无间隙 Bonded“总是总是”不分离方式：不分离方式： No separation (always)“总是总是”绑定方式：绑定方式： Bonded (always)“初始接触初始接触”绑定方式：绑定方式： Bonded (initial contact)时间步长控制时间步长控制 Element time increment无控制无控制 no control ID号为号为0自动缩减自动缩减 Auto matic bisection ID号为号为1合理控制合理控制 maintain reasonable 建议选之建议选之 ID号为号为2最小值最小值 achieve minimum ID号为号为3注注：以以上上可可在在conta174单单元元类类型型的的options项项或或contact wizard 中的中的options setting中找到中找到个人观点供参考，欢迎讨论
