Ansys 学习总结

Ansys学习总结Ansys提供的分析类型：1、结构静力学分析：2、结构动力学分析：3、结构屈曲分析：4、热力学分析：5、电磁场分析：6、流体动力学分析7、耦合场分析8、优化设计9、ANSYS/LS-DYNA显式动力分析热分析（稳态和瞬态）热应力分析（直接加温载、间接法、直接法）模态、瞬态、谐响应、谱分析线性和非线性有限元问题的Ansys一般分析步骤：1、指定工作目录、工作名称2、指定分析类型（单元过滤选项）3、定义单元类型、实常数、材料模型4、建模，网格划分5、定义边界条件，加载，求解6、（定义变量）查看结果7、保存数据，退出建模（4）静力学分析（7）结构动力学分析（7）热力学分析（5）其它分析（4）电磁场分析（3）耦合场分析（3）ANSYS/LS-DYNA显式动力分析（1）液体耦合、优化、载荷工况组合、坐标系的组合应用总体变形云图剪力图弯矩图平面刚架受力分析空间桁架受力分析总体变形云图等值线图位移矢量图总体变形云图下边缘应力变化曲线带孔平板受力分析（对称分析）平板模型在空间无任何约束，应在水平和竖直轴线上分别添加Y向和X向约束。弹性体三通受力分析（对称分析）结果分析：三通内部受均匀压力应在结合处产生最大压力。单元划分不均匀导致错误结果。理论上，矩形单元精度比三角形单元高。有待于进一步完善。VonMises应力图塑性三通受力分析矩形＋三角网格（加温度载荷）总体受力云图空间刚架受力分析静力学分析—板手受力Mises应力图线性静力学分析—水坝内应力分析由于水坝很长，可取其横截面按平面应力分析地。难点：加载函数的应用Mises应力图合位移等值线图模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型。是线性分析它是谐响应分析、瞬态动力学分析以及谱分析等其它动力学分析的基础。模态分析—均匀直杆的固有频率分析模态分析—模型飞机机翼模态分析有预应力模态分析—弦的横向振动谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。是线性分析谐响应分析—单自由度系统的受迫振动重物质量m=1kg，弹簧刚度k=104N/m，阻尼系数c=63N·s/m，激振力f(t)=F0sinωt，F0=2000N，ω为激振频率。201214.20.317rnrnffHzFBmc解析解：共振频率：共振幅值：相频响应曲线201214.20.317rnrnffHzFBmc解析解：共振频率：共振幅值：幅频响应曲线瞬间动力学分析也称时间历程分析主要用于确定结构承受随时间按任意规律变化的载荷时的响应。可以确定结构在静载、瞬载和正弦载荷的任意组合作用下随时间变化的位移、应力和应变。载荷步瞬间动力学分析—凸轮从动件运动分析位移－速度曲线位移－加速度曲线瞬间动力学分析—杆件承载弹塑性响应位移－时间响应曲线谱分析是一个将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算结构的位移和应力的分析技术。主要用于时间－历程分析，以便确定结构对随机载荷或随机时间变化载荷的动力响应情况。如地震、飓风、海浪、火箭发动机的振动等。形式：响应谱（单点响应谱（SPRS）、多点响应谱（MPRS）），动力设计分析方法（DDAM），功率谱密度（PSD）谱分析—地震位移谱作用下的板梁结构响应频率(Hz)位移(mm)0.5110.52.40.83.80.7171180.7200.8320.3屈曲分析用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状。Ansys提供两种分析方法，非线性屈曲分析和线性（特征值）屈曲分析。必须定义材料的弹性模量或某种形式的刚度。失稳变形临界失稳载荷233310jEIpNl理论解：屈曲分析—压杆的稳定性分析稳态热分析存在稳定热源的热分析。可以确定由稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。工程上，在进行瞬态热分析之前，通常需要通过稳态热分析来确定物体内部初始温度场分布。另外，对于一个从瞬态逐渐过渡到稳态的传热问题，应将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步工作，用于确定系统在稳态时所处的状态。稳态热分析—圆柱问题描述：圆柱体底部受高温载荷，周围存在对流传热，求其内部温度场分布。建模：取圆柱体的半个轴面为研究对象。网格划分：自适应网格瞬态热分析瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场和其它热参数。在工程中一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷进行应力计算。1小时后的温度分布图水箱网格细化至原来的66%铜块400℃铁块500℃水箱20℃问题描述瞬态热分析—水箱铜块中心温度变化曲线铁块中心温度变化曲线热应力分析用于计算一个结构发生温度变化时，组件的膨胀、收缩受限或由于温度分布不均导致胀缩程度不同所产生的热应力。Ansys提供的计算热应力的方法：直接加温度载荷、间接法、直接法热应力分析—双金属片（直接加温度载荷）钢制－线膨胀系数10e-6/℃铜制－线膨胀系数16e-6/℃Δt＝100℃时簧片变形mEEEEEhLEtEf　解析解：右端挠度　37038.0)14()(621222122121网格细化至原来的1/2mEEEEEhLEtEf　解析解：右端挠度　37038.0)14()(621222122121Δt＝100℃时簧片变形热应力分析—液体管路（间接法）管路保温层先进行热分析，将所求得的节点温度作为体载荷施加到结构上(稳态)，或找到温度梯度最大时间点，并将该时间点的结构温度场作为体载荷施加到结构上(瞬态)。然后进行结构分析Mises应力图热分析；单元类型转换：SwitchElemType→ThermaltoStruc；定义材料结构特性；读取热分析结果热应力分析—液体管路（直接法）使用耦合单元，同时施加结构分析和热分析的约束和载荷Mises应力图节点温度分布图网格细化至间接法的1/2FluidvelocityContourPlot图Fluidvelocityvector图154号节点的速度和位移图流体结构耦合—汽缸说明：活塞压缩汽缸内的气体定义时间参数数组；定义流体单元；定义流体结构交互界面、出口；定义汽缸壁；确定FLOTRAN分析选项；指定空气流体特性；指定FSI选项；设定流固交互分析的收敛值和输出频率，设定松驰因子；设定时间增量、迭代步数；读取流体分析结果文件（.rfl）→读取结果基于FEA的流场分析模块,优势在于流固的耦合,但是总体性能很差流固耦合分析优化设计—梁求满足条件且使其质量最小的梁状态变量：用于定义优化的边界条件，是设计变量的函数。状态变量设计变量：即自变量，通过该值的改变来获得优化结果。体积最小目标变量：最终的优化目的，是设计变量的函数，在Ansys中优化的目的是获得目标变量的最小值。优化设计：将设计问题的物理模型转化为数学模型。特点是直接使用Ansys分析的各种结果，不需要为目标函数、约束条件建立解析方程优化设计—梁求满足条件且使其质量最小的梁定义参量初始值；结构求解；定义单元表（定义几何参量）；计算并提取单元总体积；提取梁的最大挠度值；生成优化分析文件；进入优化处理器，指定分析文件；定义设计变量、状态变量，指定目标函数；存储优化数据库；指定优化方法；运行优化程序；查看结果。载荷工況组合—简支梁的挠度maLEILPaf3322max10517.1)(39解析解：最大挠度　梁的挠度梁的挠度maLEILPaf3322max10517.1)(39解析解：最大挠度　梁的挠度maLEILPaf3322max10517.1)(39解析解：最大挠度　ElementVonMisesStress图坐标系的应用—圆轴扭转分析建模MPaDMWMnnn61163max解析解：最大剪应力　ElementYZ-shearstress图轴向、径向单元密度增加一倍径向单元密度增加一倍；轴向单元密度增加四倍；挤出密度增加一倍MPa61max解析解：最大剪应力　ABI电势分布等值线图电流分布等值线图问题描述与一般分析步骤不同之处1）单元不同2）加载不同静态电磁场分析—薄圆盘导电分析静态电磁场分析:用于分析不随时间变化的磁场，包括永磁场、稳恒电流产生的磁场、匀速运动的导体产生的磁场求圆盘上的电场分布磁回路磁动势降计算结果铁芯模型考虑铁芯在空气中的磁漏的模型与一般分析步骤不同之处定义单元类型（Solid98[铁芯]、Inifin47[周围空气]、Sourc36[线圈]）单独的线圈单元（线圈缠绕方向）结果显示定义路径（铁芯中线的七个点）宏文件的创建存在问题：宏文件的创建静态电磁场分析—铁芯线圈磁场分析线圈求磁回路的磁动势降及磁场分布铁芯磁通密度等值线图铁芯磁场分布矢量图不考虑磁漏的磁场分布矢量图不考虑磁漏的磁通密度等值线图问题描述：八面体谐振腔，腔壁材料为铜，腔体填充物为聚合物，求该谐振腔的谐振频率、品质因数和磁场分布。高频电磁场分析—谐振腔工作分析与一般分析步骤不同之处定义单元类型（高频电磁单元）约束及载荷方式（电强边界约束，载荷为腔壁电导率和相对磁导率）指定模态分析选项（加载频率范围）存在问题：加载频率范围高频电磁场分析:用于分析结构电磁场和电磁波的辐射及传导过程。包括谐性高频电场分析和模态高频电场分析。建模磁通密度等值线图电场强度矢量图磁场强度矢量图高频电磁场分析—谐振腔工作分析谐振频率品质因数建模热－结构耦合分析—带焊缝的金属件退火冷却钢铁铜问题描述：钢板和铁板焊接，焊接材料为铜，初始温度为800度，空冷，周围空气温度为30度，给出三种材料的相关物理性能参数，求5分钟后该零件内部的温度场及应力场分布。与一般分析步骤不同之处定义单元类型（plane13耦合单元）材料性能参数（需要三种材料的线膨胀系数、密度、比热以及不同温度点的弹性模量、柏松比、导热系数、屈服强度和切变模量）指定分析选项（瞬态分析）约束及载荷方式（底面位移约束，周围空气加对流载荷，零件加温度载荷）求解方式（直接耦合）存在问题：Plane13单元要求指定相对磁导率（不设定此项不影响结果，但求解过程中会指示模型存在三处错误；可设定为１，不影响结果）时间积分控制合位移等值线图VonMises应力等值线图温度场分布等值线图热－结构耦合分析—带焊缝的金属件退火冷却建模钢铁铜热－电耦合分析—热电冷却器工作分析温度场分布等值线图电势场分布等值线图IIThThTcPN问题描述：由两个正方体半导体元件和一个连接铜带组成，温度载荷Th＝50℃，冷却温度Tc＝0℃，电流强度I＝20A，求冷却器中温度场和电场分布。建模热－液体耦合分析—腔体中空气热流分析问题描述：内装空气的腔体纵剖面，温度载荷左壁面T1＝500℃，右壁面T2＝200℃，给出压力、重力及雷诺数，设腔体有足够长度，试对腔体内气体流动情况进行分析建模T1T2与一般分析步骤不同之处未设置空气材料参数（由求解选项FLDATA指定）存在问题：FLOTRAN求解器的设定温度场分布等值线图X方向速度场分布等值线图速度矢量结果Y方向速度场分布等值线图ANSYS/LS-DYNA显式动力分析ANSYS/LS-DYNA是ANSYS公司和LSTC公合作的产品，该程序将ANSYS前后处理和LS-DYNA求解器相连接，弥补了ANSYS程序在非线性领域的不足，加强了LS-DYNA程序的前后处理能力和通用性。ANSYS/LS-DYNA将显式积分非线性动力分析程序LS-DYNA和ANSYS的前处理器PREP7和后处理POST1和POST26有机结合在一起。利用ANSYS程序在有限元模型的建立及结果处理上的优势，而LS-DYNA程序中的显式算法能迅速求解短时间、大变形、动态问题和复杂的多冲击非线性接触问题，两者的完美结合可使复杂烦琐的显式动力分析难度大大降低。侵彻分析—弹体侵彻靶板分析问题描述：弹体以800m/s的速度侵彻靶板弹体靶板模型与一般分析步骤不同之处定义单元类型（solid164单元，弹靶相同）约束及载荷方式（靶板周围