工程有限元软件介绍

1目录一、简介------------------------------------------------------3二、有限元软件介绍——ANSYS----------------------------------31.ANSYS软件基本功能介绍-----------------------------------32.ANSYS软件分析过程--------------------------------------43.ANSYS软件单元类型---------------------------------------43.1线单元-----------------------------------------------43.2管单元-----------------------------------------------53.3实体单元---------------------------------------------53.4壳单元-----------------------------------------------73.5接触单元---------------------------------------------83.6特殊单元---------------------------------------------84.ANSYS软件优缺点-----------------------------------------95.ANSYS软件应用领域---------------------------------------9三、有限元软件介绍————ABAQUS------------------------------91.ABAQUS软件基本功能介绍----------------------------------92.ABAQUS软件分析过程-------------------------------------103.ABAQUS软件单元类型-------------------------------------103.1线性完全积分单元------------------------------------113.2二次完全积分单元------------------------------------113.3线性减缩积分单元------------------------------------113.4二次减缩积分单元------------------------------------123.5非协调模式单元（imcompatiblemodes）----------------123.6使用Tri或Tet单元要注意---------------------------123.7杂交单元--------------------------------------------123.8混合使用不同类型的单元-------------------------------134.ABAQUS优缺点-------------------------------------------135.ABAQUS应用领域-----------------------------------------13四、有限元软件介绍----LS-DYNA--------------------------------131.LS-DYNA基本功能介绍-------------------------------------132.LS-DYNA分析过程-----------------------------------------143.LS-DYNA单元类型-----------------------------------------1423.1概述-----------------------------------------------143.2单元库----------------------------------------------144.LS-DYNA优缺点-------------------------------------------175.LS-DYNA应用领域-----------------------------------------173一、简介有限元分析（FEA）是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等问题，有限元方法已经应用于水工、土建、桥梁、机械、电机、冶金、造船、飞机、导弹、宇航、核能、地震、物探、气象、渗流、水声、力学、物理学等，几乎所有的科学研究和工程技术领域。基于有限元分析（FEA）算法编制的软件，即所谓的有限元分析软件。通常，根据软件的适用范围，可以将之区分为专业有限元软件和大型通用有限元软件。实际上，经过了几十年的发展和完善，各种专用的和通用的有限元软件已经使有限元方法转化为社会生产力。常见通用有限元软件包括LUSAS,MSC.Nastran、Ansys、Abaqus、LMS-Samtech、Algor、Femap/NXNastran、Hypermesh、COMSOLMultiphysics、FEPG等等。有限元的基本思想可归纳如下：首先，将表示结构的连续体离散为若干个子域（单元），单元之间通过其边界上的结点相连接成组织体。其次，用每个单元内所假设的近似函数分片地表示全求解域内待求的未知场变量。每个单元内的近似函数用未知场变量函数在单元各个结点上的数值和其对应得插值函数表示。由于在连接相邻单元的结点上，场变量函数应具有相同的数值，因而将它们用作数值求解的基本未知量，将求解原函数的无穷多自由度问题转换为求解场变量函数结点值的有限自由度问题。最后，通过和原问题数学模型（基本方程、边界条件）等效的变分原理或加权余量法，建立求解基本未知量（场变量函数的结点值）的代数方程组或常微分方程组，应用数值方法求解，从而得到问题的解答。二、有限元软件介绍——ANSYS1.ANSYS软件基本功能介绍ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computerAideddesign）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制4造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。1.ANSYS软件分析过程分析过程包含前处理、加载求解、后处理3个主要步骤。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。前处理模块提供了一个强大的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；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。2.ANSYS软件单元类型nsys结构分析单元类型决定单元的自由度设置(如：热单元有一个自由度，而结构单元有6个自由度)、单元形状(六面体，三角形等)、维数(二维或三维)、位移形函数(线形及二次函数)。在ANSYS数据库中有超过l90种的不同单元类型可供选择。冈此确定单元类型是很重要的，应根据不同特性的1程系统选用不同类型的单元型号，并了解单元特性，才能得出正确的结果J。本文按单元的特点将结构分析单元分为：线单元、管单元、实体单元、壳单元、接触单元、特殊单元六大类，分类进行介绍。3．1线单元线单元主要有：杆单元、梁单元。3.1.1杆单元杆单元主要用于桁架和网格计算。属于只受拉、压力的线单元pJ。主要用米模拟弹簧，螺杆，预应力螺杆利薄膜桁架等模型。其主要的类型有：(1)LINK1是个二维杆单元，可刚作桁架、连杆或弹簧。(2)LINK8是个三维杆单元，可用作桁架、缆索、连杆、弹簧等模型。(3)LINK10是个三维仅受拉伸或压缩杆单元，可用于将整个钢缆刚一个单元来模拟的钢缆静力。53．1．2梁单元梁单元主要用于框架结构计算。属于既受拉、压力，又有弯曲应力的线单元【3】。主要用米模拟螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件。其主要的类型有：(1)BEAM3是个二维弹性粱单元，可用于轴向拉伸、压缩和弯曲单元。(2)BEAM4是个三维弹性梁单元，可用于轴向拉伸、压缩、扭转和弯曲单元。(3)BEAM54是个二维弹性渐变不对称梁单元，可用于分析拉伸、压缩和弯曲功能的单轴向单元。(4)BEAM44是个三维渐变不对称梁单元，可用_丁分析拉伸、压缩、扭转利弯曲功能的单轴单元。(5)BEAMl88是个三维线性有限应变梁单元，可用于分析从细长到中等粗短的梁结构。(6)BEAMl89是个三维二次有限应变梁单元，可刚于分析从细长到中等粗短的梁结构。3．2管单元(1)PIPE16是三维弹性直管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲的单轴向单元。(2)PIPE17是三维弹性T形管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲T形管单轴单元。(3)PIPEl8是弹性弯管单元(肘管)，可用丁分析拉伸、压缩、扭转和弯曲性能的环形单轴单元。(4)PIPE20是个塑性直管单元，可用于分析拉压、弯曲利扭转的单轴单元。(5)PIPE60是个塑性弯管(弯管头)单元，可用于分析拉压，弯曲和扭转的单轴单元。(6)PIPE59是个沉管或缆单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲，并有薄膜力以模拟海洋波浪和电流作用的单轴单元。3．3实体单元3.3.1实体二维实体单元主要用于描述薄平板结构(平面应力)、等截面的“无限长”结构(平面应变)和轴对称实体结构，即：用于模拟实体的截面，所有的荷载均作用在x．Y平面内，并且其响应(位移)也在x．Y平面内，建模时必须在全局直角坐标x．Y平面内建模l2】。其主要的类型有：(1)PLANE2是个二维6节点三角形结构实体单元，可用于模拟不规则的网格。(2)PLANE42是个二维结构实体单元，可用作平面单元(平面应力或平面应变)或轴对称单元。(3)PLANE82是个二维8节点结构实体单元，可用于模拟具有曲线边界的几何模型。6(4)PLANEI82是个二维4节点结构实体单元，可用作平面单元(平面应力或平面应变)或轴对称单元。(5)PLANEI83是个二维8节点结构实体单元，可刚作平面单元(平面应力，平面应变和普遍平面应变)，或轴对称单元。(6)HYPER84是个二维8节点超弹性实体单元，可用作平面单元(平面应变)或轴对称的环单元，也可用于模拟二维超弹性结构模型。(7)HYPER56是个二维4节点混合U．P超弹实体单元，可用作二向平面单元(平面应变)或轴对称环单元．。用于模拟二维实体超弹性结构。(8)HYPER74是个二维8：点混合U．P超弹实体单元，可用作二向平面单元(平面应变)或轴对称环单元。也用于模拟二维实体超弹性结构。(9)VISCO88是个二维8节点粘弹性实体单元，可用来定义平面应变或轴对称单元。(10)VISCOl0