ansys土木工程应用1

第一章ANSYS通用有限元软件简介•在这一章，我们将在介绍有限单元分析同时给出ANSYS功能的概述。•标题:A：什么是有限元分析？B：关于ANSYSC：关于ANSYS公司有限元分析与ANSYSA.什么是有限元分析?•有限元分析是一种模拟设计荷载条件，并且确定在荷载条件下的设计响应的方法。•它是用被称之为“单元”的离散的块体来模拟设计。–每一个单元都有确定的方程来描述在一定荷载下的响应。–模型中所有单元响应的“和”给出了设计的总体响应。–单元中未知量的个数是有限的，因此称为“有限单元”。HistoricalNote•Thefiniteelementmethodofstructuralanalysiswascreatedbyacademicandindustrialresearchersduringthe1950sand1960s.•Theunderlyingtheoryisover100yearsold,andwasthebasisforpen-and-papercalculationsintheevaluationofsuspensionbridgesandsteamboilers.•这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似具有无限未知量的实际系统的响应。–所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？实际系统有限元模型–然而，对该问题还没有一个容易的解决方案。这完全依赖于你所模拟的对象和模拟所采用的方式。有限元分析与ANSYSA.什么是有限元分析?有限元分析与ANSYSA.什么是有限元分析?•为什么需要有限元分析？•减少模型试验的数量–计算机模拟容许对大量的假设情况进行快速有效的试验。•模拟不适合在原型上试验的设计。–例如：器官移植，比如人造膝盖。•概要:–节省费用–节省时间…缩短产品开发时间!–创造出更可靠、高品质的设计有限元分析与ANSYSB.关于ANSYS•ANSYS是一个完整的FEA软件包，它适合世界范围各个工程领域的工程师们使用:–结构分析–热分析–流体分析，包括CFD（计算流体动力学）–电/静电场分析–电磁场分析•ANSYS在部分工业领域中的应用如下：–航空航天–汽车工业–生物医学–桥梁、建筑–电子产品–重型机械–微机电系统–运动器械有限元分析与ANSYSB.关于ANSYS•ANSYS/Multiphysics是ANSYS产品的“旗舰”，它包括所有工程学科的所有性能•ANSYS/Multiphysics有三个主要的组成产品–ANSYS/Mechanical-ANSYS/机械-结构及热–ANSYS/Emag-ANSYS电磁学–ANSYS/FLOTRAN-ANSYS计算流体动力学•其它产品:–ANSYS/LS-DYNA-高度非线性结构问题–DesignSpace–CAD环境下，适合快速分析容易使用的设计和分析工具–ANSYS/ProFEA–Pro/ENGINEER的ANSYS分析接口。有限元分析与ANSYSB.关于ANSYSANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpaceANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/MultiphysicsANSYS/FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/Mechanical超弹密封有限元分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析•结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。•静力分析–用于静态荷载.–可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.有限元分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析•动力分析–包括质量和阻尼效应。–模态分析，用于计算固有频率和振型。–谐响应分析，用于确定结构对正弦变化的已知幅值和频率载荷的响应。–瞬态动力学分析，用于确定结构对随时间任意变化载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。•其它结构功能–谱分析–随机振动–特征值屈曲–子区模型有限元分析与ANSYS-关于ANSYS结构分析•用ANSYS/LS-DYNA进行显示动力分析–模拟以惯性力为主的大变形分析。–用于模拟冲击、碰撞、快速成形等。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS热分析•热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热量的获取和损失、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。•稳态分析–忽略时间效应•瞬态分析–确定以时间为函数的温度值等。–可模拟相变（熔化及凝固）有限元分析与ANSYS-关于ANSYS电磁分析•电磁分析用于计算电磁装置中的磁场•静态磁场及低频电磁场分析–模拟由直流电源，低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场。–例如：螺线管制动器、电动机、变压器–磁场分析中考虑的物理量是：磁通量密度、磁场密度、磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS电磁分析•高频电磁场分析–模拟电磁波的传播装置–例如：微波及RF无源组件、波导、同轴连接器。–电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射波损耗、电介质及传导损耗同轴电缆中的电场(EFSUM)有限元分析与ANSYS-关于ANSYS电磁分析•静电学–计算由电压或电荷激发引起的电场。–例如：高压装置，微机电系统（MEMS），传输线。–典型的物理量是：电场强度和电容。•电流传导–计算在一定电压下的导体的电流•电路耦合–电磁装置与电路的耦合有限元分析与ANSYS-关于ANSYS流体分析•计算流体动力学(CFD)–用于确定流体中的流动状态和温度。–ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。–应用：航空航天，电子元件封装，汽车设计。–典型的物理量是：速度，压力，温度，对流换热系数。有限元分析与ANSYS-关于ANSYS流体分析•声学分析–用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。–例如：扬声器，汽车内部，声纳–典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。•容器内流体分析–模拟容器内的非流动流体的影响，确定由于晃动引起的静水压力。–例如：油罐，其它液体容器•热和质量的传输–在两点之间质量传输（如在一个管子中）产生的热量计算由一个一维单元完成有限元分析与ANSYS-关于ANSYS耦合场分析双金属片受热变形•耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为两个物理场之间相互影响，所以单独求解一个物理场是不可能的。因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。•例如：–热-应力分析–压电分析（电场和结构）–声学分析（流体和结构）–热-电分析–感应加热（磁场和热）–静电-结构分析有限元分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中的应用ANSYS在建筑工程中的应用高层设计复杂建筑设计张拉膜结构设计塔楼设计砌体房屋结构维护建筑物基础设计建筑物内热舒适环境优化设计与火灾热影响分析有限元分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中的应用有限元分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中的应用ANSYS在桥梁工程中的应用全桥仿真分析桥梁局部分析车桥风载耦合分析桥梁施工过程模拟有限元分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中的应用ANSYS在水工中的应用大坝设计蜗壳设计海洋平台设计渡槽设计及施工孔闸工程加固有限元分析与ANSYS-关于ANSYS土木工程中的应用ANSYS在岩土和地下工程中的应用岩土开挖过程应用隧道设计土体与结构相互作用流体动力学应用–CivilFEM–ANSYS/CivilFEM西班牙公司在ANSYS软件上附加的功能自模块，是基于ANSYS的土木工程专用软件包，用于对土木工程领域的各种结构进行数值模拟、验算设计。–集成了多个国外规范和中国规范，包括《混凝土结构设计规范GB50010-2002》、《建筑抗震设计规范GB50011-2001》、《钢结构设计规范GB50017-2003》–在ANSYS的基础上，CivilFEM为土木工程界提供了专用的前后处理、分析、设计、校验工具。通用功能桥梁－土木非线性模块岩土工程模块预应力混凝土模块大坝模块（即将发布）返回通用功能CivilFEM材料接近200种土木材料特性库：混凝土、钢筋、结构钢、土壤、岩石材料库按照规范分类，参数遵循规范用户定义材料时间相关和非线性材料参数岩土材料参数关联库CivilFEM截面热轧型材库：超过4000种的型材截面用户定义热轧型材库自定义钢截面和混凝土截面：典型或一般抓取ANSYS模型定义截面截面编辑梁截面和板壳配筋返回方便的后处理工具直接列表或绘制梁、壳内力（弯矩、轴力、剪力等）梁、壳截面结果分布（应力、应变等）方便地计算和显示实体单元模型的截面内力（弯矩、轴力、剪力等）及应力、应变等智能载荷组合自动计算最不利载荷分布和载荷系数易用、快速，不需要依赖于很多的经验返回规范验算与设计钢结构规范验算混凝土结构规范验算与设计返回自动验算安全系数、“通过（OK）”和“未通过（NOOK）”单元等返回ElementsNoOkElementsOKElementsnotchecked地震分析提供了更方便的地震谱分析工具自动按照规范定义地震谱自动按照规范进行模态合并土压力计算定义土层分布以及地下水位自动计算主动土压力或自重土压力土压力可施加于梁、壳或实体返回桥梁－土木非线性模块返回123XYZXYZXYZCOMPOSITEBRIDGECHECK岩土工程模块返回预应力混凝土模块返回大坝模块PERSPECTIVADESDEAGUASABAJOViewfromDownstreamPERSPECTIVADESDEAGUASARRIBAViewfromUpstreamPLANTAXYZPlanViewCUERPODEPRESA:PERSPECTIVADESDEAGUASARRIBAViewofDam:UpstreamCUERPODEPRESA:PERSPECTIVADESDEAGUASABAJOViewofDam:Upstream返回返回有限元分析与ANSYSC.关于ANSYS公司•ANSYS公司.•ANSYS产品家族的开发者•总部位于Canonsburg,PA-USA（匹兹堡南部）有限元分析与ANSYS关于ANSYS公司•ANSYS支持销售商(ASDs)•ANSYS销售及支持网络•全世界超过75家办事处•地区级专家咨询及培训有限元分析与ANSYS关于ANSYS公司•ANSYS支持管理(ASC)•在您公司站点与ANSYS联系•ANSYS通信的焦点；软件更新、错误提示、时事通讯和其它邮件形式。•如果您需要更多有关ANSYS及其公司的信息，请查看：•www.ansys.com.cn•在线文档资料•其它ANSYS培训手册有限元分析与ANSYSA启动ANSYS•有两种方式启动ANSYS:–通过交互方式–通过命令•交互方式•通过菜单上的相应按钮启动ANSYS•在Unix系统中,进入xansys9.0&导出操作平台。•在Windows系统中,按StartProgramsANSYS9.0。Unix平台Windows平台有限元分析与ANSYSA启动ANSYS•启动(cont’d)•当ANSYS以交互方式启动后，用户图形界面（GUI）将自动显示。•交互方式与批处理模式的比较:–交互方式允许您与ANSYS面对面的“交流”,检查您的每一步操作–批处理方式以输入命令文件的方式工作，允许您在后台运行ANSYS。•如果不采用交互方式,输入文件的错误将导致批处理终止。•例如求解，最好的操作方式是不需要用户干预的。–在本学习过程中，我们将主要讲解交互式操作。有限元分析与ANSYSA启动ANSYS•启动(续)•在弹出的启动对话框中按Interactive按钮:–ANSYS产品–工作目录–所有文件将要存贮的目录。–图形设置–如果您配置了3-D显示卡请您选择3-D。否则,在Unix系统上请您选择X11,在Windows系统上请您选择win3