Ansys基础教程简介理论基础分析过程.ppt

ANSYS基基础教程教程第一页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。ANSYS公司公司.ANSYS产品家族的开发者产品家族的开发者总部位于总部位于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡南部）（匹兹堡南部）最新版本：最新版本：14.0第二页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。第一章第一章 ANSYS简介简介 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，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块；它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块；优势：优势：具有强大的求解器和前、后处理功能。具有强大的求解器和前、后处理功能。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攻关提供了一个优良的工作环境研攻关提供了一个优良的工作环境;ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力。程序自身有着较为强大三维建模能力。仅仅靠靠ANSYSANSYS的的GUI(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；ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。还提供较为灵活的图形接口及数据接口。实现不同分析软件之间的模型转换；实现不同分析软件之间的模型转换；第三页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。一、主要功能一、主要功能1.结构分析结构分析 1）静静力力学学分分析析-用用于于静静态态载载荷荷.可可以以考考虑虑结结构构的的线线性性及非线性行为。及非线性行为。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、预紧力单元等第四页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。2）动力学分析）动力学分析 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起的结构应力和应变的结构应力和应变(也叫作也叫作 响应谱或响应谱或 PSD).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.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.随机振动分析等随机振动分析等 3）专专项项分分析析:断断裂裂分分析析,复复合合材材料料分分析析，疲疲劳劳分分析析，结构稳定分析，可靠性分析结构稳定分析，可靠性分析第五页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。5、耦合场分析、耦合场分析热热-应力分析；压电分析（电场和结构）；声学分析（流应力分析；压电分析（电场和结构）；声学分析（流体体和和结结构构）；热热-电电分分析析；感感应应加加热热（磁磁场场和和热热）；静静电电-结构分析结构分析2、热分析热分析热热分分析析用用于于确确定定物物体体中中的的温温度度分分布布。热热分分析析考考虑虑的的物物理理量量是是：热热量的获取和损失、热梯度、热通量。量的获取和损失、热梯度、热通量。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。3、电磁分析、电磁分析电磁分析用于计算电磁装置中的磁场电磁分析用于计算电磁装置中的磁场4、流体分析、流体分析计算流体动力学计算流体动力学(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声学分析：声学分析：用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。第六页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。二、主要模块构架二、主要模块构架ANSYS/ANSYS/FLOTRANFLOTRAN ANSYS/ANSYS/EmagEmag ANSYS/ANSYS/StructuralStructural ANSYS/ANSYS/MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNA ANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical ANSYS/ANSYS/LinearPlusLinearPlus ANSYS/ANSYS/ThermalThermal 电磁电磁线性结构分析线性结构分析第七页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。第二章第二章 ANSYS理论基础理论基础 有限元方法有限元方法第八页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。几何离散单元特征分析构造位移函数构造位移函数单元元应变能能单元外力功（元外力功（单元等效元等效节点力）点力）单元集成：系统的总势能变分处理：系统的平衡方程（组）应用位移边界条件求出节点位移由节点位移求出单元的应变、应力一、有限元求解过程一、有限元求解过程第九页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。首先看一个简单的平面问题：p第十页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。Step 1.几何离散几何离散采用采用3节点三角形单元节点三角形单元整体节点位整体节点位移列阵移列阵p体力：重力（密度）厚度：t表面力单位体积力整体等效节整体等效节点力列阵点力列阵第十一页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。Step 2.单元分析单元分析构造单元位移函构造单元位移函数数位移函数（模式）位移函数（模式）:刻画单元内位移分布刻画单元内位移分布(x,y)状态状态 合理选择一种函数来逼近这种分布是有限元分析计算过程中关键性的合理选择一种函数来逼近这种分布是有限元分析计算过程中关键性的一环。一环。在实际应用中普遍采用的是多项式函数，这是因为多项式函数的数学在实际应用中普遍采用的是多项式函数，这是因为多项式函数的数学运算（微分和积分）比较方便，而且所有光滑函数的局部都可以用多项式来运算（微分和积分）比较方便，而且所有光滑函数的局部都可以用多项式来逼近。逼近。关于多项式的项数和阶次，要根据单元的节点自由度数和有关解的收关于多项式的项数和阶次，要根据单元的节点自由度数和有关解的收敛性要求来确定。对于平面问题，位移函数如下：敛性要求来确定。对于平面问题，位移函数如下：第十二页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。构造位移函数：对u利用节点条件：1 i2 j3 m第十三页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。同理可得：因此：结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定第十四页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。N单元形状函数矩阵qe 单元节点位移矩阵第十五页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。应变矩阵Step 2.单元分析单元分析应变应变结论：单元内部每一点应变状态由单元节点位移确定结论：单元内部每一点应变状态由单元节点位移确定第十六页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。第十七页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。平面应力：Step 2.单元分析单元分析应力应力应力矩阵结论：单元内部每一点应力状态由单元节点位移确定结论：单元内部每一点应力状态由单元节点位移确定第十八页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。单元应变能：Step 3.确定单元节点位移确定单元节点位移单元势能单元势能单元刚度矩阵第十九页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。第二十页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。单元等效节点力列阵单元外力功：单元外力功：第二十一页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。扩充叠加扩充叠加Step 3.确定单元节点位移确定单元节点位移单元集成单元集成系统势能第二十二页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。关于单元刚度矩阵的扩充叠加mijmij单元编号 mij第二十三页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。关于单元等效节点载荷列阵的扩充叠加mij单元编号 mi Programs ANSYS 10.0 ANSYS Products Start Programs ANSYS 10.0 ANSYS Products LauncherLauncher二、二、ANSYS启动启动File File ManagementManagement标标签签用用于于指指定定工工作作目目录录(用用户户文文件件存存放放的的地地方方)和和用用户户选选择的作业名择的作业名.第三十一页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。Customization标标签签允允许许设设置置内存选项内存选项.第三十二页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。Preferences标标签签 用用 于于 设设 置置GUI 语语言言和和指指定定图图形形驱驱动动设设备备.也也可可以以在在启启动动时时读读入入配配置置文文件件start.ans.第三十三页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。公用菜单公用菜单图形区图形区主菜单主菜单命令窗口命令窗口当前状态当前状态用户提示信息用户提示信息快捷命令图标快捷命令图标模型控制工具条模型控制工具条输出窗口输出窗口第三十四页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。选择对话框选择对话框(Main Menu Preferences)允允许许用用户户过过滤滤菜菜单单，从从而而删删除除当当前前分析不需要的功能。分析不需要的功能。例例如如，如如果果用用户户要要进进行行一一次次热热分分析析 ，可可以以选选择择过过滤滤其其它它科科目目，以以便便GUI GUI 方式下菜单项内容精简：方式下菜单项内容精简：在单元类型选择对话框中只显示热单元类型。只显示热载荷，等等菜单过滤菜单过滤第三十五页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。二、二、ANSYS数据库与文件数据库与文件第三十六页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。jobname.log:日志文件日志文件包括了运行过程中的每一个命令。如果用同样的作业名在同一目录中开始另一轮操作,ANSYS 将增添原先的日志文件(作一个时间标记)。注意：注意：LogLog文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，文件是文本文件，再现同样的一个分析过程，可以通过编辑得到分析过程的命令流。例如通过改变可以通过编辑得到分析过程的命令流。例如通过改变一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化一些命令的参数，即可实现简单意义上的所谓参数化分析和建模。分析和建模。ANSYSANSYS读入命令流的菜单命令是：读入命令流的菜单命令是：File/Read Input fromFile/Read Input from 第三十七页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。jobname.err:错误信息文件，是 ASCII码文件。包括了运行过程中的所有错误和警告。ANSYS将添加已存在的错误文件。jobname.db,.dbb:数据库文件,是二进制文件。与所有支持平台兼容。jobname.rst,.rth,:结果文件，是二进制文件。与所有支持平台兼容。包括了ANSYS运算过程中所有结果数据。第三十八页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。数据库文件存储和恢复数据库文件存储和恢复不不时时地地把把数数据据库库存存储储在在计计算算机机的的内内存存(RAM)是是一一个个很很好好的的习习惯惯，这这样样可可以以在在计计算算机机损损坏坏或或断断电电的的情情况况下下重重新新恢恢复复数数据库内的有关信息据库内的有关信息.SAVE 操操作作把把数数据据库库从从内内存存拷拷贝贝到到名名为为database file 的的文文件件(or db file for short).最简单的存储操作的点击Toolbar SAVE_DB或使用:Utility Menu File Save as Jobname.dbUtility Menu File Save asSAVE 命令第三十九页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。数据库文件存储和恢复数据库文件存储和恢复RESUME操作将数据库恢复到内存。操作将数据库恢复到内存。Toolbar RESUME_DB或使用:Utility Menu File Resume Jobname.dbUtility Menu File Resume fromRESUME 命令缺缺省省的的保保存存和和恢恢复复的的文文件件名名为为jobname.db,当当然然你你可可以以使使用用Save as 或或 Resume from选择不同的文件名。选择不同的文件名。第四十页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。数据库文件存储和恢复数据库文件存储和恢复提示:分析过程中定期保存数据库。分析过程中定期保存数据库。ANSYS不能自动保存。不能自动保存。在尝试一个不熟悉的操作时（如布尔操作或剖分网格）在尝试一个不熟悉的操作时（如布尔操作或剖分网格）或一个操作将导致较大改变时（如删除操作），应先或一个操作将导致较大改变时（如删除操作），应先保存数据库。保存数据库。如果不满意这次的结果，可以用恢复重做。如果不满意这次的结果，可以用恢复重做。在求解之前应该保存数据库。在求解之前应该保存数据库。第四十一页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。清除数据库：清除数据库：清清除除数数据据库库允允许许对对数数据据库库清清零零，并并重新开始。相当于退出重新开始。相当于退出ANSYS。Utility Menu File Clear&Start New或使用/CLEAR 命令。第四十二页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。三三 ANSYSANSYS的单位制的单位制 ANSYS软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，必须使用一套自封闭的单位制（所谓自封闭是指这些单位量纲必须使用一套自封闭的单位制（所谓自封闭是指这些单位量纲之间可以互相推导得出）。之间可以互相推导得出）。注意：物理量之间的数量级差别很大，容易引起计算注意：物理量之间的数量级差别很大，容易引起计算收敛困难或计算误差太大收敛困难或计算误差太大 推荐使用：推荐使用：1、长度为长度为m时用时用SI国际单位制（国际单位制（mKgs）长度长度m-质量质量kg-时间时间s 对应对应:力力N-弹性模量弹性模量 Pa-密度密度kg/m3-加速度加速度m/s22、长度为、长度为mm时用时用MPA单位制（单位制（mmTs）长度长度m-质量质量T-时间时间s-对应的力对应的力N 对应对应:力力N-弹性模量弹性模量 MPa-密度密度T/mm3-加速度加速度mm/s2 第四十三页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。三种退出三种退出 ANSYS的途径的途径:Toolbar QUIT Utility Menu File Exit在输入窗口使用/EXIT 命令四、四、ANSYS退出退出第四十四页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。ANSYS 使用基于HTML格式的帮助系统，作为现有帮助系统的补充。可以获取如下的帮助:ANSYS命令命令单元类型单元类型分析过程分析过程GUI工具工具五、五、ANSYS在线帮助在线帮助第四十五页，编辑于星期四：二十二点 三十六分。