有限元分析ANSYS简单入门教程.pdf

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1有限元分析有限元分析ANSYS简单入门教程简单入门教程ANSYS基本操作2主要内容1、分析、分析步骤步骤1-1.ANSYS分析中三个主要的分析步骤分析中三个主要的分析步骤.1-2.ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现.2、文件管理、文件管理2-1.ANSYS文件系统文件系统:

a.ANSYS在分析过程中怎样使用文件在分析过程中怎样使用文件.b.ANSYS使用的文件名称的格式使用的文件名称的格式.c.确定确定ANSYS默认的文件名默认的文件名.2-2.ANSYS的数据库的数据库:

a.ANSYS数据库中存储的数据数据库中存储的数据.b.数据库的存储操作数据库的存储操作.c.数据库的恢复操作数据库的恢复操作.d.怎样通过存储及恢复数据库文件修改错误怎样通过存储及恢复数据库文件修改错误.3、实例、实例练习练习ANSYS界面应用菜单常用工具栏输入窗口命令流输入工具条主菜单有限元分析的主要操作区域图形窗口视图工具栏状态栏给出提示信息输出窗口DOS输出3ANSYS界面（续）状态栏主菜单工具条常用工具栏应用菜单视图窗口视图工具栏输入窗口ANSYS的分析方法1-1.ANSYS分析过程中三个主要的步骤分析过程中三个主要的步骤1.创建有限元模型创建或读入几何模型.定义材料属性.划分单元（节点及单元）.2.施加约束、载荷进行求解施加约束、载荷及载荷选项.求解.3.查看结果查看分析结果.检验结果.（分析是否正确）A1XYZ1、分析步骤4ANSYS的分析方法（续）1.建立有限元模型-前处理3.查看结果-后处理2.施加载荷求解-分析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.1-2.ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现1、分析步骤ANSYS的分析方法（续）Ansys菜单（命令）按照资源管理器的树状结构组织，层次按照从大到小、从粗略到详细的顺序排布，直观方便1、分析步骤5ANSYS文件及工作文件名1-3a.ANSYS怎样在分析中使用文件.1-3b.ANSYS使用的文件格式.1-3c.确定默认的ANSYS文件名.ANSYS在分析过程中需要读写文件，从前处理产生的数据文件中获取数据，求解计算，输出结果数据文件，提供给后处理.文件格式为jobname.ext,其中jobname是设定的工作文件名,ext是由ANSYS定义的扩展名，用于区分文件的用途和类型.ANSYS默认的工作文件名是file.2、文件管理ANSYS文件及工作文件名（续）一些特殊的文件数据库文件jobname.dbLog文件jobname.log命令行输入历史记录文本结果文件jobname.rxx（例如：

结构）jobname.rst（例如：

热）jobname.rth图形文件jobname.grphOpt文件jobname.opt优化数据文本Err文件jobname.err错误或警告信息文本Emat文件jobname.emat单元矩阵Full文件jobname.full整体刚度和质量矩阵2、文件管理6ANSYS数据库1-4a.ANSYS数据库中存储的数据.ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，ANSYS保存在内存或硬盘中的数据。

数据库既存储输入的数据，也存储结果数据:

输入数据分析所必须的信息（模型尺寸、材料属性、载荷等）.结果数据-ANSYS计算的结果（位移、应力、应变、温度等）.2、文件管理ANSYS数据库（续）11-4b.4b.存储数据库操作存储数据库操作.存储操作将数据从内存以数据库文件（以db为扩展名）写入硬盘，是数据库当前状态的一个备份.弹出一个对话框，以别的数据库文件名保存（注意在ANSYS中，“Saveas”只将数据库拷贝到另外一个文件名上，并不改变当前的工作文件名）.以数据库文件jobname.db保存，其中jobname为工作文件名。

2、文件管理7ANSYS数据库（续）11-4c.4c.恢复数据库操作恢复数据库操作.与“Saveas”类似，“Resumefrom”读入指定文件名的数据库文件，但不改变当前的工作文件名.恢复操作将硬盘中的数据库文件中的数据读入内存，取代当前内存中的数据。

立即恢复名为jobname.db的文件.Jobname为在ANSYS启动对话框中设定的工作文件名.2、文件管理ANSYS数据库（续）11-4d.4d.怎样利用存储和恢复数据库从错误操作中恢复怎样利用存储和恢复数据库从错误操作中恢复.ANSYS提供数据库文件备份。

选择“FilesResumefrom,”然后选择jobname.db，恢复到上一次存储的数据库.存储和恢复操作可在工具条中方便地调用2、文件管理8有关存储与恢复操作的建议必须将数据库保存到数据库文件中.建议在分析过程中，隔一段时间或每完成一个阶段性的操作后存储一次数据库文件，并在文件名中做相应标志，便于后面的恢复或更改在进行不清楚后果的（例如划分网格）或会造成重大影响的（例如删除操作）操作以前，最好先存储一下数据库文件.如果在进行一个操作以前刚刚存储完数据库，您可以选择工具条中的RESUME_DB，进行撤销操作“undo”。

2、文件管理ANSYS文件管理指南为了最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，应该养成以下习惯：

1）针对每个分析项目，设置单独的子目录；2）每求解一个新问题使用不同的工作文件名.在AYSYS启动对话框中设置工作文件名.2、文件管理9ANSYS的Output文件在交互操作中并不自动被写出在交互操作中，必须用UtilityMenu:

FileSwitchOutputtoFile把output写到一个文件中.分析完成后，必须保存如下文件:

log文件（.log）,数据库文件（.db）,结果文件（.rst,.rth等）,载荷步文件（.s01,.s02,.）,输出文件（.out）。

注意log文件只添加，不会覆盖.ANSYS文件管理指南2、文件管理练习1带孔矩形板受拉依照如下循序渐进的求解指导，进行一个带孔矩形板受拉变形的静力分析.注意在此分析中采用的ANSYS分析步骤分析步骤，以及几次将内存中的数据保存数据保存到文件中的操作.3、实例练习10练习-带孔矩形板（续）使用ANSYS分析受拉的带孔矩形板，如图所示.PLB求解在力P作用下板的变形与应力分布，已知条件如下：

L=200mmB=100mmD=40mmTHK（厚度）=20mmP=20N/mmE=2+E005N/mm2=0.3D3、实例练习练习-带孔矩形板（续）交互操作1.启动ANSYS，指定名称.更改文件存放路径更改工作文件名为plane.更改标题为”2DPlaneStressBracket”（二维平面应力支架）2.（可选）定义单位输入命令：

/UNIT,SI（定义单位用国际单位制）解释Ansys没有为系统指定分析单位，除磁场分析外，Ansys工程分析中可使用任意一种单位制，只要保证所有数据使用统一单位制即可。

有USER（用户自定义，默认）SI（国际单位制）、BFT（英制）等3、实例练习11交互操作3.设定分析模块.a.MainMenu:

Preferencesb.选择Structural.c.选择OK.解释使用“Preferences”对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤。

如果不进行选择，所有的分析模块的菜单都将显示出来。

例如这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明了.练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作4.设定单元类型相应选项.a.MainMenu:

PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Deleteb.选择Add.c.左边单元库列表中选择Solid.d.在右边单元列表中选择8node183.解释单元类型决定单元的自由度数和单元的维数（二维还是三维）。

Ansys中每个单元都有其单元类型名和特定的唯一编号.练习-带孔矩形板（续）3、实例练习12交互操作e.选择OK接受单元类型并关闭对话框.f.选择Options设置单元行为为指定厚度的平面应力行为（Planestrsw/thk）g.选择Close关闭单元类型对话框.解释本例为平面应力问题，需要用到单元厚度上的应力。

练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作5.定义实常数.a.MainMenu:

PreprocessorRealConstantsb.选择Add.解释有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。

典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。

某些单元类型所需要的实常数，以实常数组的形式输入.练习-带孔矩形板（续）3、实例练习13交互操作c.选择OK定义Plane82的实常数.（d.选择Help得到有关单元Plane82的帮助.e.查阅单元描述.f.FileExit退出帮助系统.）g.在THK（厚度）框中输入20（厚度）.j.选择OK定义实常数并关闭对话框.k.选择Close关闭实常数对话框.解释3、实例练习交互操作6.定义材料属性.a.PreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropic（各向同性）b.选择OKto定义材料1.c.在EX框中输入2e5（弹性模量）.d.在PRXY框中输入0.3（泊松比）.f.选择OK定义材料属性并关闭对话框.解释材料属性材料属性是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等.根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线性的，可以是各向同性、正交异性或各向异性的，随温度变化或不随温度变化的.对于本问题，只须定义线性材料的杨氏模量和泊松比。

3、实例练习14交互操作7.创建基本模型a.MainMenu:

Preprocessor-Modeling-CreateAreasRectangleBy2Cornersb.输入宽度Width值200，高度Height值100.d.选择OK.解释练习-带孔矩形板（续）3、实例练习e.MainMenu:

Preprocessor-Modeling-Create-AreasCircle-SolidCirclef.输入圆心坐标WPX值100，WPY值50，半径Radius值20.g.选择OK.h.MainMenu:

Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-SubtractAreasi.先后点选矩形和圆形，布尔运算后得到带孔的矩形板解释练习-带孔矩形板（续）交互操作3、实例练习15交互操作8.保存ANSYS数据库文件planegeom.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名planegeom.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.解释在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件。

一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，因为此时需要恢复数据库文件。

练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作9.对几何模型划分网格.a.MainMenu:

PreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSize（手动）LayersPickedLinesb.拾取矩形四边，选择OK.c.输入单元边长Elementedgelength值25，OK；解释有了几何模型，就开始进行网格划分了。

网格划分有手动和自动两种方式，也可以控制单元的大小和形状。

本例用手动练习-带孔矩形板（续）3、实例练习16交互操作d.MainMenu:

PreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeLayersPickedLinese.拾取圆形四边，选择OK.f.输入单元划分数量No.ofelementdivision值2，OK；g.MainMenu:

PreprocessorMeshingMeshAreasFree解释练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作10.保存ANSYS数据库到文件planemesh.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名：

planemesh.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.解释这次用表示已经划分网格后的文件名存储数据库.练习-带孔矩形板（续）3、实例练习17交互操作11.施加载荷及约束.a.MainMenu:

PreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnLinesb.拾取矩形左边,OK.c.选择AllDOF.d.选择OK.（如果不输入任何值，位移约束默认为0）解释3、实例练习交互操作e.MainMenu:

PreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLinesf.拾取矩形右边,OKg.输入均布载荷LoadPRESvalue值-1k.选择OK.解释3、实例练习18交互操作12.保存数据库文件到planeload.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名planeload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.解释建议再以planeload.db文件名保存数据库。

练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作13.求解.a.MainMenu:

Solution-Solve-CurrentLSb.查看状态窗口中的信息,然后选择FileClosec.选择OK开始计算.d.当出现“Solutionisdone!

”提示后，选择OK关闭此窗口.解释3、实例练习19交互操作14.进入通用后处理读取分析结果.a.MainMenu:

GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet解释后处理用于通过图形或列表方式显示分析结果。

通用后处理（POST1）用于观察指定载荷步的整个模型的结果。

本问题只有一个载荷步。

练习-带孔矩形板（续）3、实例练习交互操作15.图形显示变形.a.MainMenu:

GeneralPostprocPlotResultsDeformedShapeb.在对话中选择deformedandundefedge.选择OK显示最终变形c.UtilityMenuPlotCtrlsAnimateDeformedShaped.选择Def+undeformed,选择OK动态显示变形过程解释3、实例练习20交互操作16.图形显示等效应力.a.MainMenu:

GeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolub.选择stressvonMisesStress.c.插值点InterpolationNodes选择Allapplicabled.选择OK显示应力分布解释3、实例练习交互操作17.（可选）列出反作用力.a.MainMenu:

GeneralPostprocListResultsReactionSolub.选择Allitems,OK关闭对话框.c.看完结果后，选择FileClose关闭窗口.解释练习-带孔矩形板（续）3、实例练习21交互操作18.退出ANSYS.a.工具条:

Quitb.选择Quit-NoSave!

c.选择OK.解释注意保存选项:

geometry+loads（default）,geometry+loads+solution（1setofresults）,geometry+loads+solution+postprocessing（即保存所有项目）,或savenothing.应该慎重选择保存方式.练习-带孔矩形板（续）3、实例练习练习2-悬壁梁依照如下循序渐进的求解指导，进行一个悬壁梁的静力分析.注意在此分析中采用的ANSYS分析步骤分析步骤，以及几次将内存中的数据保存数据保存到文件中的操作.3、实例练习22练习-悬壁梁（续）使用ANSYS分析一个工字悬壁梁，如图所示.PPointALH求解在力P作用下点A处的变形，已知条件如下：

P=4000lbL=72inI=833in4横截面积（A）=28.2in2H=12.71inE=2.9+E007psi即lb/in2=0.3在练习之后在练习之后，数值解将数值解将与用弹性梁理论计算的与用弹性梁理论计算的解析解进行对比解析解进行对比.3、实例练习练习练习-悬壁梁悬壁梁（续续）交互操作1.启动ANSYS.更改工作文件名为beam.显示标题为beam.2.创建基本模型a.MainMenu:

Preprocessor-Modeling-CreateKeypointsInActiveCS.解释使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置.3、实例练习23练习练习-悬壁梁悬壁梁（续续）交互操作b.输入关键点编号1.c.输入x,y,z坐标0,0,0.d.选择Apply.e.输入关键点编号2.f.输入x,y,z坐标72,0,0.g.选择OK.h.MainMenu:

Preprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraightLine解释3、实例练习练习-悬壁梁（续）交互操作i.选取两个关键点.j.在拾取菜单中选择OK.3.存储ANSYS数据库.Toolbar:

SAVE_DB注意弹出的拾取菜单，以及输入窗口中的操作提示.解释ANSYS数据库是当用户在建模求解时ANSYS保存在内存中的数据。

由于在ANSYS初始对话框中定义的工作文件名为beam，因此存储的数据库的到名为beam.db的文件中。

经常存储数据库文件名是必要的。

这样在进行了误操作后，可以恢复上次存储的数据库文件.存储及恢复操作，可以点取工具条，也可以选择菜单：

UtilityMenu：

File.3、实例练习24练习-悬壁梁（续）交互操作4.设定分析模块.a.MainMenu:

Preferencesb.选择Structural.c.选择OK.解释使用“Preferences”对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤。

如果不进行选择，所有的分析模块的菜单都将显示出来。

例如这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明了.创建好几何模型以后，就要准备单元类型、实常数、材料属性，然后划分网格.3、实例练习练习-悬壁梁（续）交互操作5.设定单元类型相应选项.a.MainMenu:

PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Deleteb.选择Add.c.左边单元库列表中选择Beam.d.在右边单元列表中选择2Delastic（BEAM3）.解释对于任何分析，必须从单元类型库中选择一个或几个适合分析对象的单元类型.单元类型决定了附加的自由度（位移、转角、温度等）。

许多单元还要设置一些单元的选项，诸如单元特性和假设，单元结果的打印输出选项等。

对于本问题，只须选择BEAM3并默认单元选项即可.3、实例练习25练习-悬壁梁（续）交互操作e.选择OK接受单元类型并关闭对话框.f.选择Close关闭单元类型对话框.6.定义实常数.a.MainMenu:

PreprocessorRealConstantsb.选择Add.解释有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。

典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。

某些单元类型所需要的实常数，以实常数组的形式输入.3、实例练习交互操作c.选择OK定义BEAM3的实常数.d.选择Help得到有关单元BEAM3的帮助.e.查阅单元描述.f.FileExit退出帮助系统.g.在AREA框中输入28.2（横截面积）.h.在IZZ框中输入833（惯性矩）.i.在HEIGHT框中输入12.71（梁的高度）.解释3、实例练习26练习-悬壁梁（续）交互操作j.选择OK定义实常数并关闭对话框.k.选择Close关闭实常数对话框.解释3、实例练习交互操作7.定义材料属性.a.PreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropicb.选择OKto定义材料1.c.在EX框中输入2.9e7（弹性模量）.d.选择OK定义材料属性并关闭对话框.解释材料属性材料属性是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等.虽然材料属性并不与单元类型联系在一起，但由于计算单元矩阵时需要材料属性，ANSYS为了用户使用方便，还是对每种单元类型列出了相应的材料类型。

根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线性的.与单元类型及实常数类似，一个分析中可以定多种材料.每种材料设定一个材料编号.对于本问题，只须定义一种材料，这种材料只须定义一个材料属性杨氏模量3、实例练习27练习-悬壁梁（续）交互操作8.保存ANSYS数据库文件beamgeom.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名beamgeom.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.解释在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件。

一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，因为此时需要恢复数据库文件。

3、实例练习练习-悬壁梁（续）交互操作9.对几何模型划分网格.a.MainMenu:

PreprocessorMeshToolb.选择Mesh.c.拾取line.d.在拾取对话框中选择OK.e.（可选）在MeshTool对话框中选择Close.解释3、实例练习28练习-悬壁梁（续）交互操作10.保存ANSYS数据库到文件beammesh.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名：

beammesh.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.解释这次用表示已经划分网格后的文件名存储数据库.3、实例练习交互操作11.施加载荷及约束.a.MainMenu:

Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnNodesb.拾取最左边的节点.c.在拾取菜单中选择OK.d.选择AllDOF.e.选择OK.（如果不输入任何值，位移约束默认为0）解释现在要施加载荷及约束，默认为一个新的静力的分析，因此不必设定分析类型及分析选项.3、实例练习29交互操作f.MainMenu:

Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentOnNodesg.拾取最右边的节点.h.在选取对话框中选择OK.i.选择FY.j.在VALUE框中输入-4000.k.选择OK.解释3、实例练习练习-悬壁梁（续）交互操作12.保存数据库文件到beamload.db.a.UtilityMenu:

FileSaveasb.输入文件名beamload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.解释建议再以beamload.db文件名保存数据库。

3、实例练