山东科技大学有限元.pdf

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1、1、ANSYS 软件主要由哪几部分组成？ANSYS 软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块2、ANSYS 软件共提供了多少单元类型？如何对单元进行分类？在ANSYS单元库中有超过150种的不同单元类型,每个单元类型有一个特定的编号 和一个标识单元类别的前缀，如BEAM4、PLANE77,SOLID96 等，其中的数字部分表 示其编号，前面的字母表示其类型的分别为梁单元、平面单元和实体单元。3、ANSYS 软件有哪些基本分析步骤？1.前置处理(1)建立有限元模型所需输入的资料，如节点、坐标资料、元素内节点排列次序。(2)材料属性。(3)模型的单元划分。2.求解处理(1)负载条

2、件。(2)边界条件及求解。3.后置处理 POST1 用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析，将解题部分所得的解答如变位、应力、反力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把等位移图、等应力图等显示出 来。POST26 仅用于动态结构分析，用于与时间相关的时域处理。4、在 ANSYS 软件中如何使用单位制？ANSYS 软件并没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用任意一种单位制。在结构分析中，可以使用任何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)，只要保证输入的所有数据的单位都是正在使用的同一套单位制里的单位即可。6、ANSYS 软件中有几种定义材料属性的方法？命令：

3、MPGUI：Main Menu-Preprocessor-Material PropsMaterial Models7、ANSYS 软件中有哪些实体模型建立的方法？自下而上建模、自上而下建模、布尔运算8、实体建模的一般步骤为：(1)自下而上和自上而下建立基本几何实体。(2)运用布尔运算对所建立的几何体进行加、减、并等运算。(3)对一些几何实体可以通过拖拉和旋转操作生成上一级实体。(4)通过移动和复制操作构造更复杂的实体。10、有限元网络的划分过程包括哪几个步骤？有限元网格的划分过程包括四个步骤：(1)定义有限元模型中的单元属性。(2)目标网格选项控制。(3)对几何模型划分网格。(4)修改与恍化

4、有限元网格。11、进入 ANSYS 通用后处理器后，分析计算结果的一般步聚是什么？进入 ANSYS 通用后处理器后，就可以开始分析计算结果。一般步骤如下：(1)将数据结果读入到数据库中。(2)定义单元表数据(可选)。(3)列表或图形显示所选结果项。(4)保存列表或图形。12、载荷的分类在 ANSYS 中，载荷包括所有边界条件以及外部或内部作用效应。对于不同的分析类型，所施加的载荷形式有所不同，可以归结为 6 类：(1)DOF 约束用于对模型自由度做出限定，用于确定边界条件。(2)力:施加在有限元模型节点上的集中载荷。(3)表面载荷:施加在单元上的分布载荷，包括线分布和面分布。(4)体载荷:包括

5、体积载荷和场载荷。(5)惯性载荷:由模型惯性而引起的载荷，主要应用在结构分析中。(6)其他类型载荷：包括耦合场载荷、初应力载荷等。12、实体模型载荷和有限元模型载荷优缺点。实体模型载荷具有以下优点：(1)实体模型载荷独立于有限元网格，即可以改变单元网格而不影响施加的载荷。这就允许用户更改网格并进行网格敏感性研究，而不必每次重新施加载荷。(2)与有限元模型相比，实体模型通常包括较少的实体，因此，选择实体模型的实体 并在这些实体上施加载荷要容易得多，尤其是通过图形拾取时。实体模型载荷的缺点如下：(1)ANSYS 网格划分命令生成的单元处于当前激活的单元坐标系中，网格划分命令 生成的节点使用整体笛卡

6、儿坐标系，因此，实体模型和有限元模型可能具有不同的坐标 系和加载方向。(2)在简化分析中，实体模型不很方便，此时，载荷施加于主自由度(仅能在节点而 不能在关键点定义主自由度)。(3)施加关键点约束很棘手，尤其是当约束扩展选项被使用时(扩展选项允许将一个 约束特性扩展到通过一条直线连接的两关键点之间的所有节点上)。(4)不能显示所有实体模型载荷。有限元模型载荷具有以下优点：(1)在简化分析中不会产生问题，因为可将载荷直接施加在主节点。(2)不必担心约束扩展，可简单地选择所有所需节点，并指定适当的约束。有限元模型载荷的缺点如下：(1)任何有限元网格的修改都使载荷无效，需要删除先前的载荷并在新网格上

7、重新施 加载荷。(2)不便使用图形拾取施加载荷。除非仅包含几个节点或单元。14、ANSYS 软件有：数据库文件、日志文件、结果文件15、ANSYS 工作方式;人机交互、命令流16、ANSYS 软件构架分为两层，一为起始层，二为处理层。17、ANSYS 程序为用户提供了下列生成几何模型以及有限元模型的方法：在ANSYS 中 创建几何模型，即实体建模；导入在其他CAD 系统创建的模型；直接生成。18、ANSYS 整体坐标系有三类：直角坐标系、柱坐标系和球坐标系19、ANSYS 向用户提供了两种后处理工具查看计算结果：通用后处理POST1 和时间历 程后处理 POST26。20、图形方式显示结果可分

8、为：等值线图、形状变换图、矢量图、路径图。21、有限元法是在差分法和变分法的基础上发展起来的一种数值方法，它吸取了差分法对求解域进行离散处理的启示，又继承了里兹法选择试探函数的合理方法。22、有限元法的基本思想可归结为两个方面，一是离散，二是分片插值。23、载荷、应力、应变和位移是弹性力学中的几个主要物理量。载荷是外界作用在弹性体上的力，又称为外力。它包括体力、面力和集中力三种形式。当弹性体受到载荷作用，其内部将产生内力。弹性体内某一点作用于某个截面单位面积上的内力称为应力。外力作用下弹性体将产生变形，因此微分体棱边的长度以及它们之间的夹角将发生 变化。各棱边每单位长度的伸缩量称为正应变,各棱

9、边之间的直角改变则称为切应变。弹性体变形实际上是弹性体内质点的位置发生变化，这种位置的改变称为位移。24、弹性力学基本方程描述弹性体内任一点应力、应变、位移以及外力之间的关系，它包括平衡方程、几何方程和物理方程三类。25、虚位移是指在约束条件允许的范围内弹性体可能发生的任意微小位移。26、虚位移原理又称虚功原理，是最基本的能量原理。它可叙述为:如果在虚位移发生之前弹性体是平衡的，那么在虚位移发生时，外力在虚位移上所做的虚功就等于弹性体的虚应变能。27、严格地讲,任何结构都是空间结构,但是当结构形状和载荷具有某种特殊性时，空间 问题就可简化为平面问题。平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。28

10、、当结构满足以下两个条件时，则认为是平面应力问题。(1)几何条件：厚度尺寸远远小于截面尺寸，即结构形状呈薄板形。(2)载荷条件：载荷平行于板平面且沿厚度方向均匀分布，而板平面不受任何外力作用。29、凡满足以下两个条件的结构可视为平面应变问题。(1)几何条件沿厚度方向的截面形状和大小相同且厚度尺寸远远大于截面尺寸，即结构呈等截面的细长形。(2)载荷条件载荷垂直于厚度方向(平行横截面)且沿厚度均匀分布，两个端面不受力。30、在平面问题中，每个节点有两个位移分量。节点所具有的位移分量的数量称为节点自由度。一个单元所有节点的 自由度总和称为单元自由度。31、离散是有限元法处理问题的主要手段，无论什么类

11、型的有限元法，第一步都是对分析对象进行离散。32、位移函数应注意满足以下几个条件：(1)包括常数项单元(2)包括一次项单元(3)尽量保证位移的连续性(4)几何各向同性。33、单元刚阵每个分块阵的物理意义为:当在一个节点处产生单 位位移而其他节点位移为零时，在该节点上需要的力的大小。因此单元刚阵中每一个元素的物理意义是:当节点在某一方向(x 或 y)发生单位位移而其他方向位移和其他节点位移为零时，在一个节点处某一方向上需要施加的节点力。34、单元刚阵具有以下两个特性：对称性、奇异性。35、将每个单元的特性方程叠加，消除成对的内力，最终只剩下已知的外力,这就是总刚集成的目的。总刚集成的任务是将所有

12、单元的刚度矩阵集成为整个结构的刚度矩阵,称为总刚度 矩阵，简称总刚。总刚矩阵的特点：对称性、稀疏性、带状性、奇异性。36、约束处理方法主要有以下两种：边界位移为零的处理方法、边界位移为已知值的处理方法。37、当分析结构同时满足以下三个条件时，可认为是轴对称问题。几何形状轴对称、边界条件轴对称、材料轴对称。38、轴对称问题的特点是结构的位移、应变和应力都呈轴对称分布。分析轴对称问题时，通常采用柱坐标系（r，0，z)，并以 z 轴为对称轴。根据轴对称问题的特点,结构中的应力、应变和位移都与角度 0 无关，只是 r 和 Z 的函数。任意一点的位移有沿r 方向的径向位移 M 和沿 z 方向的轴向位移

13、w，而沿 0 方向的切向位移等于零。因此，可以取出结构的任一子午面进行分析，从而将三维问题转化为二维问题来求解。39、杆件结构可分为桁杆和梁两类。和其他结构采用铰连接的杆称为桁杆,桁杆的连接处可以自由转动，因此这类结构只承受拉压作用，内部应力为拉压应力。梁的连接处不能自由转动，因此梁不仅能够承受拉压，而且能承受弯曲和扭转作用。由杆件组成的结构体系称为杆系。40、在空间结构的离散中,常用的单元是四节点四面体单元。41、在线弹性分析范畴内，薄板弯曲问题应满足以下几个条件。（1）几何条件要求结构属于薄板。（2）载荷条件要求结构仅承受垂直于中面的横向载荷作用。（3）小挠度条件、在横向载荷作用下，薄板中

14、面上各个点沿垂直中面方向的横向变形称为挠度，记为 w。42、对于满足上述条件的薄板弯曲问题,研究时通常以未变形的板的中面为A 平面，厚度方向为 z 轴方向，并采用克希霍夫的三个假设：1.法线假设。垂直板中面的法线在板变形后仍垂直于弯曲的挠曲面,且法线线段没有伸缩，板的厚 度无变化。2.正应力假设。在平行于中面的截面上，应力分量 xzxyz远小于其他三个应力分量，可忽略不计。3.小挠度假设。板中面只发生弯曲变形而没有面内变形，即中面内各点没有平行于中面的位移.43、三角形板单元面积坐标的特点：LiLjLm1 左式可由面积坐标的定义导出，它说明三个面积坐标并不互相独立。(2)二角形二个顶点的面积坐

15、标分别为i(l，0，0)、j(0，l，0)、m(0，0，l);三条边的方程分别为Li=0(jm 边）Lj=0(mi 边）Lm=0(ij 边）(3)三角形内与任一条边平行的直线上的所有点有相同的面积坐标。ANSYS文件类型文件名称文件格式文Jobname.log日志文件文本件Job name,err错误文件文本类Jobname.out输出文件文本型Jobname.db数据库文件二进制结果文件：结构或耦合分析热分析电磁分析流体分析栽荷步文件图形文件单元矩阵ANSYS分类单结构点单元元分结构线单元类结构梁单元Jobname.xxxJobname.rstJobname.rthJobname.rmgJo

16、bname.rflJobname.snJobname.grphJobname.emat单元维数 单元2D3D3D2D结构实体单元3D结构壳单元结构管单元ANSYS提供接的CAD文件CAD 软件CATIA.4.X and lowerCATIA 5.xPro/ENGINEERUG NXPansdidSolid EdgeSolidWorksUG NXAutoCADMechanical DesktopSAT ACISSofid Designer二进制文本文本(特殊格式）二进制MASS21LINK1UNK8.LINK10.LINK180BEAM4,BEAM24,BEAM44,BEAM188,BEAM18

17、9PLANE2.PLANE25,PLANE42.PLANE82,PLANE83.PLANE145,PLANE146.PLANE182.PLANE183SOLID45,SOLID64,SOUD6S,SOLID92,SOLID95.SOXJD147.SOLIDI48.SOLID18S.SOLID186.SOLID 187.SHELLS 1.SHELL61,SHELL208.SHELL209PIPE16,PIPE17,PIPE18,PIPE20,PIPE59,PIPE60文件类型.model or.dlv.CATPart or.CATProduct.prt.prt.x_t or.xmt_txt.x_

18、t or.xmt_txt.x_t.x_t or.xmt_txt.sat.sat.sat.satANSYS 输入接口CATIACAJIAV5Pro/EUGPARAPARAPARAPARASATSATSATSAT2DProject5Project5平板的有限元建模与变形分析平板的有限元建模与变形分析计算分析模型如图 7-1 所示,习题文件名:plane0.5m板承受均布载荷：1.0e5 Pa0.5 m0.5 m图 71 受均布载荷作用的平板计算分析模型0.5m7.17.1 进入进入 ANSYSANSYS程序程序 ANSYSEDANSYSED 6.16.1 InteractiveInteractiv

19、e change the workingworking directorydirectory into yours input Initial jobname:Initial jobname:planeRunRun7.27.2 设置计算类型设置计算类型ANSYS Main Menu:Preferences:Preferences select StructuralStructural OKOK7.37.3 选择单元类型选择单元类型ANSYS Main Menu:PreprocessorPreprocessor ElementElement TypeTypeAdd/Edit/DeleteAdd/

20、Edit/Delete AddAdd selectSolidSolid QuadQuad 4node4node 4242OKOK(back to ElementElement TypesTypes window)OptionsOptions select K3:K3:Plane stress w/thkPlane stress w/thk OKOKCloseClose(the Element Type Element Typewindow)7.47.4 定义材料参数定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor:Preprocessor Material PropsMat

21、erial Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11,PRXY:0.3EX:2.1e11,PRXY:0.3 OKOK7.57.5 定义实常数定义实常数ANSYS Main Menu:PreprocessorPreprocessor Real ConstantReal Constantss AddAdd select Type 1Type 1 OKOKinput THK:1 THK:1 OKOK CloseClose(the Real ConstantsReal Constants Wind

22、ow)7.67.6 生成几何模型生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu:PreprocessorPreprocessor ModelingModeling CreateCreate KeypointsKeypoints In Active CS依次输入五个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,1),4(0,1),5(0.5,0.5)OKOK 生成平板ANSYS Main Menu:PreprocessorPreprocessor ModelingModeling CreateCreate AreasAreas ArbitraryArbitrary Throug

23、h KPS 连接特征点 1,2,5 ApplyApply 连接特征点 2,3,5 ApplyApply 连接特征点3,4,5 ApplyApply 连接特征点 4,1,5 OKOK7.77.7 网格划分网格划分ANSYS Main Menu:PreprocessorPreprocessor MeshingMeshing Mesh Tool(Size Controls)lines:SetSet PickPick AllAll(in Picking Menu)input NDIV:1NDIV:1 OKOK (back to the mesh toolwindow)Mesh:Areas,Shape:

24、Tri,Free MeshMesh PickPick AllAll(in Picking Menu)CloseClose(theMesh ToolMesh Tool window)7.87.8 模型施加约束模型施加约束 给模型施加 x 方向约束ANSYS Main Menu:SolutionSolution DefineDefine LoadsLoads ApplyApply StructuralStructural DisplacementDisplacement On LinesOn Lines 拾取模型左部的竖直边：Lab2:UXLab2:UX OKOK 施加 y 方向约束ANSYS M

25、ain Menu:SolutionSolution DefineDefine LoadsLoads ApplyApply StructuralStructural DisplacementDisplacement On KeypointsOn Keypoints 拾取 4#特征点：Lab2:UYLab2:UY OKOK7.97.9 分析计算分析计算ANSYS Main Menu:SolutionSolution SolveSolve CurrentCurrent LSLS OKOK(to close the solve Currentsolve CurrentLoad StepLoad Ste

26、p window)OKOK7.107.10 结果显示结果显示ANSYS Main Menu:General PostprocGeneral Postproc Plot ResultsPlot Results Deformed ShapeDeformed Shape selectDefDef+Undeformed+Undeformed OKOK(back to Plot Plot ResultsResults window)Contour PlotContour Plot NodalNodal SoluSolu select:DOF solution,UX,UY,Def+UndeformedDOF solution,UX,UY,Def+Undeformed OKOK7.117.11 退出系统退出系统ANSYS Utility Menu:FileFile ExitExit Save EverythingSave EverythingOKOK