Ansys基础教程PPT

ANSYS教程ANSYS结构分析第一章ANSYS主要功能与模块ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。目前主流版本12.0,13.0,14.0,14.5一、主要功能简介1.结构分析1）静力分析–求解静力载荷作用下结构的位移和应力等.可以考虑结构的线性及非线性行为。●线性结构静力分析（linear）●非线性结构静力分析（nonlinear）♦几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化♦材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等♦接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚体接触、热接触♦单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等2）模态分析–计算结构的固有频率和模态。3）谐响应分析-确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。4）瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应.可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.5）谱分析模态分析的拓广。6）随机振动分析等7）特征屈曲分析-用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状.(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)8）专项分析:断裂分析,复合材料分析，疲劳分析2.高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA）●全自动接触分析，四十多种接触类型●任意拉格郎日－欧拉（ALE）分析●多物质欧拉、单物质欧拉●适应网格、网格重划分、重启动●100多种非线性材料模式●多物理场耦合分析：结构、热、流体、声学●爆炸模拟，起爆效果及应力波的传播分析●侵彻穿甲仿真，鸟撞及叶片包容性分析，跌落分析●失效分析，裂纹扩展分析●刚体运动、刚体－柔体运动分析●实时声场分析●BEM边界元方法，边界元、有限元耦合分析●光顺质点流体动力（SPH）算法3.热分析●稳态、瞬态温度场分析●热传导、热对流、热辐射分析●相变分析●材料性质、边界条件随温度变化4.电磁分析●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场●交变磁场分析－计算由于交流电(AC)产生的磁场●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场.典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。5.流体动力学分析●定常/非定常分析●层流/湍流分析●自由对流/强迫对流/混合对流分析●可压缩流/不可压缩流分析●亚音速/跨音速/超音速流动分析●任意拉格郎日－欧拉分析（ALE）●多组份流动分析（多达6组份）●牛顿流与非牛顿流体分析●内流和外流分析●共轭传热及热辐射边界●分布阻尼和风扇模型●移动壁面及自由界面分析6.声学分析●定常分析●模态分析●动力响应分析7.压电分析●稳态、瞬态分析●模态分析●谐响应分析8.多场耦合分析●热－结构●磁－热●磁－结构●流体－热●流体－结构●热－电●电－磁－热－流体－结构9.优化设计及设计灵敏度分析●单一物理场优化●耦合场优化10.二次开发功能●参数设计语言●用户可编程特性●用户自定义界面语言●外部命令11.ANSYS土木工程专用包ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。二、主要模块简介ANSYS/FLOTRANCFDANSYS/EmagANSYS/StructuralANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNAANSYS/MechanicalANSYS/LinearPlusANSYS/Thermal第二章ANSYS基本使用方法一、典型分析过程1.前处理——创建有限元模型1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）2）创建或读入几何实体模型3）有限元网格划分4）施加约束条件、载荷条件2.施加载荷进行求解1）定义分析选项和求解控制2）定义载荷及载荷步选项2）求解solve3.后处理1）查看分析结果2）检验结果A1XYZANSYS的分析方法(续)1.建立有限元模型3.查看结果2.施加载荷求解主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2.ANSYS分析步骤在GUI中的体现.ANSYS的分析方法(续)ANSYSGUI中的功能排列按照一种动宾结构，以动词开始（如Create),随后是一个名词(如Circle).菜单的排列，是基于完成有限元分析任务的操作顺序进行排列的。建模直接建模间接建模生成节点由节点生成单元生成关键点由关键点生成线由线生成面由面生成体划分线、面或者体，生成单元至底而上自上而下直接生成线、面或体划分线、面或体，生成单元都涉及到坐标系的选择问题Ansys使用的模型有两类：有限元模型和实体模型直接建模直接创建节点和单元，模型中没有实体（点、线、面）出现。优点：适用于小型、简单、规律性较强的模型，能实现对每个节点和单元编号的完全控制。缺点：对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大，效率低。二实体建模概述主要内容:–A.定义–B.自顶向下建模•前言•工作平面•布尔运算–C.例题–D.自底向上建模•关键点•坐标系•线,面,体•操作–E.例题实体建模A.定义实体建模：建立由点、线、面和体构成的几何模型的过程。首先回顾前面的一些定义：–一个实体模型有体、面、线及关键点组成。–体由面围成，面由线组成,线由关键点组成。–实体的层次从底到高:关键点线面体.如果高一级的实体存在，则低一级的与之依附的实体不能删除.另外，一个只由面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在ANSYS中仍称为实体。体面线及关键点关键点线面体实体建模A.定义建立实体模型可以通过两个途径:–自顶向下–自底向上自顶向下建模；首先建立高级图元（体或面）,对这些高级图元（体或面）按一定规则组合得到最终需要的形状.加Add实体建模A.定义自底向上建模；首先建立低级图元关键点，由这些点建立线、面和体。可以根据模型形状选择最佳建模途径.下面详细讨论建模途径。实体建模B.自顶向下建模自顶向下建模：首先建立高级图元（体或面）,对这些高级图元（体或面）按一定规则组合得到最终需要的形状.–开始建立的体或面称为图元。–生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。–对几何图元进行组合计算形成最终形状的过程称为布尔运算。实体建模-自顶向下建模二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。三维图元包括块体,圆柱体,棱体，球体,圆锥体和圆环。当建立二维图元时，ANSYS将定义一个面，并包括其下层的线和关键点。当建立三维图元时，ANSYS将定义一个体，并包括其下层的面、线和关键点。即:生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。布尔运算布尔运算是对几何实体进行组合计算的过程。ANSYS中布尔运算包括加、减、相交、叠分、粘接、搭接.布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过CAD输入的复杂的几何体。加输入实体布尔运算输出实体布尔运算所有的布尔运算可以在GUI界面下获得Preprocessor-Modeling-Operate.在缺省状态下,布尔运算时输入的几何实体在运算结束后将删除.被删除实体的编号数被“释放”(即,这些编号可以可以指定给新的实体，并从可以获得的最小编号开始）。实体建模-由上而下建模…布尔运算加aadd–把两个或多个实体合并为一个.–1、有重合部分。2、同类实体实体建模-由上而下建模…布尔运算减Abstract–从1个实体上删除和另外1个实体相重合的部分后生成一个或多个新的实体。–对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便.布尔运算相交Intersect–两个或多个实体相交后取其重合部分实体，剩余的实体被删除。–如果输入了多于两个的实体,则有两种选择:相交和对交。–相交只保留全部实体的共同部分.对交则保留每一对实体的共同部分，这样，有可能输出多个实体.CommonIntersectionPairwiseIntersection布尔运算分割Devide–把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。–若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，如下图所示.(交运算可以找到交点但删除了两条线）L1L2L3L6L5L4Partition布尔运算粘接Glue–把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有共同的边界–当你想定义两个不同的实体时特别方便（如对不同材料组成的实体）实体建模-由上而下建模…布尔运算搭接Aovlap–类似于粘合运算，但输入的实体有重叠.实体建模D.自底向上建模由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。如建立一个L-形时,可以先下面所示的角点.然后通过连接点简单地形成面，或者先形成线，然后用线定义面.关键点定义关键点:–Preprocessor-Modeling-CreateKeypoints–或者用K命令组立的命令:K,KFILL,KNODE,等.生成关键点时只需要关键点的编号及点的坐标值数据.–关键点编号的缺省值为下一个整数–坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入X,Y,Z坐标值确定。坐标值如何确定？它依赖于当前激活坐标系.线有许多方法定义线，如下图所示（常用的，L、Larc）如果定义面或体,ANSYS将自动生成未定义的线，线的曲率由当前激活坐标系确定.在生成线时，关键点必须存在。Create-Lines-ArcsCreate-Lines-LinesCreate-Lines-SplinesL,k1,k2L,k1,k2,k3,radius面用由下向上的方法生成面时，需要的关键点或线必须已经定义。（A——关键点〔顺序〕、AL——线）如果定义体，ANSYS将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前激活坐标系确定。Create-Areas-ArbitraryOperateExtrude体用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义Create-Volumes-ArbitraryOperateExtrudeANSYS中坐标系的分类：整体坐标系和局部坐标系(GlobalandLocalCoordinateSystems)节点坐标系(NodalCoordinateSystems)单元坐标系(ElementCoordinateSystems)显示坐标系(DisplayCoordinateSystem)结果坐标系(TheResultsCoordinateSystem)一、整体坐标系与局部坐标系功能：定位几何体（节点、关键点、线等）（主要在建模时涉及到）总体坐标系统被认为是一个绝对的参考系。ANSYS提供了3种总体坐标系：笛卡尔坐标系柱坐标系球坐标系局部坐标系是与总体坐标系的原点偏移一定的距离，或其方位不同于先前定义的总体坐标系。整体坐标系直角坐标系(Cartesiancoordinatesystem)（系统默认的坐标系）柱面坐标系(Cylindricalcoordinatesystem)球面坐标系(Sphericalcoordinatesystem)坐标系的激活与切换通过改变KCN的值来实现坐标系的激活与切换如CSYS,0表示激活整体直角坐标系CSYS,1表示激活整体柱面坐标系CSYS,2表示激活整体球坐标系CSYS,n表示激活局部坐标系（n表示局部坐标系号，n=11）工作平面是一个无限平面，有原点、二维坐标系。在同一个时刻只能定义一个工作平面（当定义一个新的工作平面时就会删除已有的工作平面）。工作平面是与坐标系独立的。默认的工作平面是总体笛卡尔坐标系的X-Y面。例如，工作平面与激活的坐标系可以有不同的原点和旋转方向。与工作平面相关的