2章 ANSYS分析基本过程.ppt
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1、ANSYS分析基本过程分析基本过程第二章第二章 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT2.1 ANSYS简介简介1 1 有限元方法产生的历史:有限元方法产生的历史:u19431943,数数学学家家 Courant Courant 用用三三角角域域内内分分片片连连续续函函数数结结合合最最小小势能原理解势能原理解St.St.VenantVenant扭转问题扭转问题u19601960,力学家,力学家CloughClough等首次提出等首次提出 Finite ElementFinite Element概念,并概念,并正确求解了平面弹性问题正
2、确求解了平面弹性问题u19601960以后,对经典的里兹以后,对经典的里兹(Ritz)(Ritz)法、伽辽金法法、伽辽金法(GalerkinGalerkin)进进行了推广,特别是后者,采用加权余量的方式确定单元特性,行了推广,特别是后者,采用加权余量的方式确定单元特性,使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使用有使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法限元法 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT2 2 有限元法典型步骤有限元法典型步骤根据问题的物理特性确定基本的未知变量、解题类别;在累计系统总能量时,将问
3、题的求解区域分割成便于计算的子区域 划分单元;在子区域中假设基本物理场的分布形式,使计算求解成为可能 选择单元类型(即位移模式);第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT计算每个子区域的能量 形成单元刚度矩阵;累计系统的总能量 组装总刚度矩阵;施加边界约束和外载荷 建立离散体系的代数方程;求解代数方程 得到基本未知变量(位移)数值结果;由节点位移解求单元内的应变、应力;第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT3 3 常见的通用有限元程序软件常见的通用有限元程序软件81990前
4、,前,SAP4、5(线性),线性),ADINA(非线性分析);非线性分析);8目前,目前,MSC/NASTRAN 系列(系列(PATRAN、DYTRAN等)等)基于美国基于美国 NASA 计划;计划;8ABAQUS 据称具有最强大的非线性求解功能;据称具有最强大的非线性求解功能;8MARC 据称最适于求解耦合场问题(热力耦合),已被据称最适于求解耦合场问题(热力耦合),已被 MSC 公司收购;公司收购;8ADINA for Windows 版版 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT4 ANSYS软件的发展及功能简介软件的发展及功能
5、简介ANSYS公司由力学专家公司由力学专家John Swanson于于1970年创立并年创立并发展的,发展的,ANSYS公司及其子公司有公司及其子公司有1400名员工,总部名员工,总部宾州的匹兹堡。宾州的匹兹堡。ANSYS公司致力于工程仿真软件和技术的研发,在全球公司致力于工程仿真软件和技术的研发,在全球众多行业中,被工程师和设计师广泛采用。众多行业中,被工程师和设计师广泛采用。ANSYS公司的纳斯达克股票代号:公司的纳斯达克股票代号:ANSSANSYS公司是公司是CAE行业领域最大的公司。行业领域最大的公司。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析
6、基本过程XMUTANSYS公司是有限元方法公司是有限元方法(FEM)领域唯一获得美国领域唯一获得美国“技技术先导公司术先导公司”称号的公司。称号的公司。ANSYS软件是迄今为止在世界范围内唯一通过软件是迄今为止在世界范围内唯一通过ISO 9001质量认证的计算机辅助工程设计分析类软件。质量认证的计算机辅助工程设计分析类软件。ANSYS软什是美国软什是美国ASME(机械工程师协会机械工程师协会)、NQA(美美国核安全局国核安全局)及近二十种专业技术协会认证的标准科学及近二十种专业技术协会认证的标准科学技术分析软件。技术分析软件。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程
7、分析基本过程分析基本过程XMUT世界各国的高校和科研单位中的世界各国的高校和科研单位中的70采用采用ANSYS软件进软件进行有限元分析行有限元分析 ANSYS软件是在世界范围内增长最快的软件是在世界范围内增长最快的CAE软件软件 ANSYS公司建支了多方位、多层次的售后服务机构公司建支了多方位、多层次的售后服务机构ANSYS软件有数百家的广大中国用户群。软件有数百家的广大中国用户群。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUTANSYS软件的主要技术特点软件的主要技术特点ANSYS软件是唯一具有多场及多场耦合功能的大型通用有限元分软件是唯
8、一具有多场及多场耦合功能的大型通用有限元分析软件。析软件。ANSYS软什可实现前后处理、分析、求解以及多场分析中数据库软什可实现前后处理、分析、求解以及多场分析中数据库相统一的有限元分析。相统一的有限元分析。ANSYS软件可进行建模、加载与求解和分析结果输出。软件可进行建模、加载与求解和分析结果输出。ANSYS软件是具有快速求解器和最早采用并行计算技术的软件是具有快速求解器和最早采用并行计算技术的FEM软软什。什。ANSYS软件具有智能网格划分功能。软件具有智能网格划分功能。ANSYS软件具有强大的非线性分析功能软件具有强大的非线性分析功能 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本
9、过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUTANSYS软件可实现在微机、工作站到大犁计算机乃至巨型计算机软件可实现在微机、工作站到大犁计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台上的数据文件兼容。的所有硬件平台上的数据文件兼容。ANSYS软件可与大多数软件可与大多数CAD软件进行数据交换。软件进行数据交换。ANSYS软件具有良好的用户自己开发环境和自动生成分析报告等软件具有良好的用户自己开发环境和自动生成分析报告等功能功能 ANSYS软件是具有独一无二的优化功能以及流场优化功能的分软件是具有独一无二的优化功能以及流场优化功能的分析软件。析软件。ANSYS软件具有多层次、多种类的计算分析模块软件具有多
10、层次、多种类的计算分析模块 ANSYS软件支持从微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机软件支持从微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台,且用户界面是统一的。的所有硬件平台,且用户界面是统一的。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT5 ANSYS的功能的功能ANSYS软件是融结构、热力学、流体、电磁和声学等于一体软件是融结构、热力学、流体、电磁和声学等于一体的大型通用有限元分析软件的大型通用有限元分析软件;可广泛用于核工业、铁路与公路交通、石油化工、航空航天、可广泛用于核工业、铁路与公路交通、石油化工、航空航天、机械制造
11、、能源、汽车、电子与家电、国防军工、造船、生物机械制造、能源、汽车、电子与家电、国防军工、造船、生物医学、轻工业、地矿、水利水电,以及十木建筑工程等方面的医学、轻工业、地矿、水利水电,以及十木建筑工程等方面的工程技术力学问题求解,以便指导其工程设计。工程技术力学问题求解,以便指导其工程设计。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUTANSYS软件所支持的软件所支持的CAD(计算机辅助设计计算机辅助设计)系统有系统有Engineer、Unigraphics、ProE、Autodesk lnventor、SolidWorks、Mechani
12、cal Desktop和和SolidEdge。ANSYS软件所支持的图形传递标准为软件所支持的图形传递标准为Parasolid和和Sat。ANSYS软件的结构主要包括:前处理模块,分析计算模块软件的结构主要包括:前处理模块,分析计算模块和后处理模块三个主要部分。和后处理模块三个主要部分。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT(1)前处理模块)前处理模块PREP7该模块提供了实体建模及网格划分工具,用户可以方便该模块提供了实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型地构造有限元模型;该模块提供了两种建模方法:自顶向下,自底向上
13、;该模块提供了两种建模方法:自顶向下,自底向上;该模块提供了该模块提供了4种网格划分方法:延伸方法、映像方法、种网格划分方法:延伸方法、映像方法、自由划分和自适应划分。自由划分和自适应划分。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT(2)求解模块)求解模块SOLUTIONA.力载荷力载荷B.节点坐标系节点坐标系C.求解器求解器D.多载荷步求解多载荷步求解E.多重载荷求解步骤多重载荷求解步骤 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT(3)后处理模块)后处理模块POST1、POST
14、26A.查询拾取查询拾取B.结果坐标系结果坐标系C.路径操作路径操作D.误差估计误差估计E.载荷工况组合载荷工况组合F.结果查阅器结果查阅器 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT2.2 ANSYS总体介绍总体介绍本节中本节中,讨论怎样进入和退出讨论怎样进入和退出 ANSYS,怎样运用怎样运用 GUI方方式和在线帮助式和在线帮助,如何用如何用 ANSYS生成数据库和文件。生成数据库和文件。主题主题:A.启动启动 ANSYSB.GUI方式方式C.显示图形拾取功能显示图形拾取功能D.在线帮助在线帮助E.数据库和文件数据库和文件F.退出退
15、出 ANSYSG.练习练习 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUTA.启动启动 ANSYS有两种方式启动有两种方式启动 ANSYS:通过交互方式通过交互方式通过命令通过命令交互方式交互方式通过菜单上的相应按钮启动通过菜单上的相应按钮启动 ANSYS 在在Unix 系统中系统中,进入进入 xansys&导出操导出操作平台。作平台。在在Windows 系统中系统中,按按 Start Programs ANSYS X.X。Unix 平台平台Windows平台平台 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本
16、过程分析基本过程XMUT启动启动 ANSYS启动启动(contd)当当ANSYS 以交互方式启动后,用户图形界面(以交互方式启动后,用户图形界面(GUI)将自动显示。将自动显示。交互方式与批处理模式的比较交互方式与批处理模式的比较:交互方式交互方式允许您与允许您与ANSYS面对面的面对面的“交流交流”,检查您的每一步操作检查您的每一步操作 批处理方式批处理方式 以输入命令文件的方式工作,以输入命令文件的方式工作,允许您在后台运行允许您在后台运行 ANSYS。如果不采用交互方式如果不采用交互方式,输入文件的错误将输入文件的错误将导致批处理终止。导致批处理终止。例如求解,最好的操作方式是不需要用例
17、如求解,最好的操作方式是不需要用户干预的。户干预的。在本学习过程中,我们将主要讲解交互式操在本学习过程中,我们将主要讲解交互式操作。作。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT启动启动 ANSYS启动启动(续续)在弹出的在弹出的 启动对话框中按启动对话框中按Interactive按钮按钮:ANSYS产品产品工作目录工作目录 所有文件将要存贮的目录。所有文件将要存贮的目录。图形设置图形设置 如果您配置了如果您配置了 3-D显示卡显示卡请您选择请您选择 3-D。否则否则,在在Unix系统上请系统上请您选择您选择 X11,在在Windows
18、系统上请您选系统上请您选择择win32.作业名作业名 作业名作业名不超过不超过 32 个字符个字符,该该作业名将作为所有生成文件的统一前缀。作业名将作为所有生成文件的统一前缀。缺省为缺省为 file或为上一次定义的作业文件或为上一次定义的作业文件名。名。内存空间内存空间 缺省值将满足大多数情况缺省值将满足大多数情况 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT启动启动 ANSYS启动启动(续续)选择您喜欢的启动方式之后,请按键运行选择您喜欢的启动方式之后,请按键运行 ANSYS.命令方式命令方式在当前系统下键入一个命令,在当前系统下键入一
19、个命令,ANSYS将被启动将被启动。例如。例如:Ansys xxAnsys xx-gAnsys xx-g-j plateAnsys xx-g-p ANE3FL-d 3d-j proj1-m 128 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT启动启动 ANSYS命令行命令行(续续)典型的开始选项中,通常命令选择项有典型的开始选项中,通常命令选择项有:-g(开始后将自动显示开始后将自动显示 GUI)-p产品代码产品代码-d图形设备图形设备-j工作名称工作名称-m内存内存工作目录是命令运行的目录。工作目录是命令运行的目录。参考您的参考您的 A
20、NSYS安装和配置手册获取命令行的详细信安装和配置手册获取命令行的详细信息。息。第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT进入进入 ANSYS 后显示如下的后显示如下的 GUI窗口窗口:输入输入显示提示信息,输显示提示信息,输入入ANSYS命令。能命令。能够方便的获取以前够方便的获取以前输入的所有命令。输入的所有命令。主菜单主菜单包含主要的包含主要的 ANSYS 功能,分为前处理、功能,分为前处理、求解、后处理等。求解、后处理等。输出输出显示软件的文本输显示软件的文本输出,通常在其它窗出,通常在其它窗口后面,需要查看口后面,需要查看时可
21、提到前面。时可提到前面。功能菜单功能菜单 包含例如文件管理、包含例如文件管理、选择、显示控制、参选择、显示控制、参数设置等功能。数设置等功能。工具条工具条将常用的命令制成工将常用的命令制成工具条,方便使用。具条,方便使用。图形图形显示由显示由 ANSYS 创创建或传入建或传入ANSYS的的图形。图形。B.图形用户界面图形用户界面 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT主菜单主菜单包括分析所需的主要功能。包括分析所需的主要功能。在进行下一个功能之前,重叠的独立窗口允许您在进行下一个功能之前,重叠的独立窗口允许您完成所有必须的操作。完成
22、所有必须的操作。约定约定:“”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 “”(空缺空缺)表示运行一个表示运行一个ANSYS命命令令.GUI方式方式 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT.GUI方式方式应用菜单应用菜单包含包含ANSYS运行过程中通常使用的功能,如运行过程中通常使用的功能,如:图形图形,在线在线帮助帮助,选择选择,文件管理等文件管理等.与主菜单的约定类似与主菜单的约定类似:-“”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-“”(空缺空缺)表示进行一个操作表示进行一个操
23、作 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT.GUI方式方式输入窗口输入窗口允许您输入命令。允许您输入命令。大多数大多数 GUI功能都能通过输入命令功能都能通过输入命令来实现来实现.如果您知道这些命令如果您知道这些命令,可以通过输入窗口键入。可以通过输入窗口键入。在拾取图形时您也可以通过键入命令的方式实现。在拾取图形时您也可以通过键入命令的方式实现。命令格式命令格式 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT.GUI方式方式工具条工具条包含常用命令的缩写形式。包含常用命令的缩写
24、形式。可使用一些预先设置好的命令,也可以添加自己的命令,但可使用一些预先设置好的命令,也可以添加自己的命令,但需要熟悉需要熟悉 ANSYS 命令。命令。构造自己的构造自己的“按钮菜单按钮菜单”是很有用的!是很有用的!第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUT.GUI方式方式版面布置版面布置有三种预先定义的菜单布局。有三种预先定义的菜单布局。(Launcher Interactive GUI Configuration):输入窗口在左边输入窗口在左边(缺省缺省)输入窗口在右边输入窗口在右边 输入窗口在下面输入窗口在下面您也可以创建自己的布
25、局并保存起来。您也可以创建自己的布局并保存起来。Utility Menu MenuCtrls Save Menu Layout.Unix 系统采用位于系统采用位于$HOME,名为为ANSYS xx 的的ASCII 码码源文件存贮。源文件存贮。Windows系统在系统注册中保存菜单布局。系统在系统注册中保存菜单布局。输入输入输入 第第第第2 2章章章章 ANSYSANSYS分析基本过程分析基本过程分析基本过程分析基本过程XMUTGUI方式方式优选框优选框优选框优选框(Main Menu Preferences)允许允许您过滤掉当前分析中不用的菜单选项。您过滤掉当前分析中不用的菜单选项。例如例如,
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