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ANSYSANSYSANSYS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更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。

ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功能同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。

ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力仅靠ANSYS的GUI（图形界面）就可建立各种复杂的几何模型此外ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。

因而利用这些功能可以实现不同分析软件之间的模型转换。

1.结构分析1静力分析-用于静态载荷.可以考虑结构的线性及非线性行为。

线性结构静力分析非线性结构静力分析几何非线性大变形、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-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变（也叫作响应谱或PSD）.3谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.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。

ANSYS1.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ANSYS（）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（）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）.菜单的排列按照由前到后、由简单到复杂的顺序与典型分析的顺序相同.ANSYS一些特殊的文件数据库文件jobname.db二进制Log文件jobname.log文本结果文件jobname.rxx二进制图形文件jobname.grph二进制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-必须输入的信息（模型尺寸、材料属性、载荷等）.结果数据-ANSYS计算的数值（位移、应力、应变、温度等）.ANSYSObjective1-1.启动ANSYS软件.要启动ANSYS:

开始程序ANSYS12.1MechnicalAPDLProductLauncherANSYS（）当显示出这六个窗口后就可以使用ANSYS了.ANSYSObjective1-2.ANSYSGUI中六个窗口的总体功能输入显示提示信息输入ANSYS命令所有输入的命令将在此窗口显示。

主菜单包含ANSYS的主要功能分为前处理、求解、后处理等。

输出显示软件的文本输出。

通常在其他窗口后面需要查看时可提到前面。

应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.工具条将常用的命令制成工具条方便调用.图形显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.实体建模参数化建模体素库及布尔运算拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等多种自动网格划分工具自动进行单元形态、求解精度检查及修正自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分复杂几何体Sweep映射网格生成六面体向四面体自动过渡网格金字塔形边界层网格划分在几何模型或FE模型上加载点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷可扩展的标准梁截面形状库1.实体模型及有限元模型现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模.类似于CADANSYS以数学的方式表达结构的几何形状用于在里面填充节点和单元还可以在几何模型边界上方便地施加载荷.但是几何实体模型并不参与有限元分析.所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上节点或单元上进行求解.由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分Meshing几何实体模型有限元模型ANSYS（即使想从CAD模型中传输实体模型也应该知道如何使用ANSYS建模工具修改传入的模型.）下图示意四类图元.体（3D模型）由面围成代表三维实体.面（表面）由线围成.代表实体表面、平面形状或壳可以是三维曲面.线（可以是空间曲线）以关键点为端点代表物体的边.关键点（位于3D空间）代表物体的角点.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective3-3.四类实体模型图元,以及它们之间的层次关系.ANSYS（）层次关系从最低阶到最高阶模型图元的层次关系为关键点Keypoints线Lines面Areas体Volumes提示:

如果低阶的图元连在高阶图元上则低阶图元不能删除.KeypointsLinesAreasVolumesIlljustchangethislineLinesKeypointsAreasOOPs!

2.布尔操作选择图形类型.将弹出选取菜单（见下页）提示选择图形进行布尔操作.要使用布尔操作:

MainMenu:

Preprocessor-Modeling-OperateProcedure1.2.3.选择一种布尔操作（例如Add）Objective4-1.列表和分类载荷ANSYS中的载荷可分为:

自由度DOF-定义节点的自由度DOF值（结构分析_位移、热分析_温度、电磁分析_磁势等）集中载荷-点载荷（结构分析_力、热分析_热导率、电磁分析_magneticcurrentsegments）面载荷-作用在表面的分布载荷（结构分析_压力、热分析_热对流、电磁分析_magneticMaxwellsurfaces等）体积载荷-作用在体积或场域内（热分析_体积膨胀、内生成热、电磁分析_magneticcurrentdensity等）惯性载荷-结构质量或惯性引起的载荷（重力、角速度等）Objective4-2a.加载.可在实体模型或FEA模型（节点和单元）上加载.在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力（）+几何模型加载独立于有限元网格.重新划分网格或局部网格修改不影响载荷.+加载的操作更加容易,尤其是在图形中直接拾取时.直接在实体模型加载的优点:

Guidelines（）无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型.因此,加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。

实体模型加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上FEA模型沿线均布的压力均布压力转化到以线为边界的各单元上（）输入一个压力值即为均布载荷,两个数值定义坡度压力说明压力数值为正表示其方向指向表面MainMenu:

Solution-Loads-ApplyPressureOnLines加载面力载荷拾取Line（）VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点（I）线性变化到第二个关键点（J）。

如果加载后坡度的方向相反,将两个压力数值颠倒即可。

加载面力载荷续（）轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D结构上。

3-D轴对称结构可用一2-D轴对称模型描述。

加载轴对称载荷10”直径5”半径轴对称模型3-D结构对称轴（）加载轴对称载荷,注意以下方面:

载荷数值（包括输出的反力）基于360度转角的3-D结构。

在右图中轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。

TotalForce=2pr=47,124lb.准则3-D结构2-D有限元模型Axisofsymmetry（）在关键点加载位移约束:

加载约束载荷MainMenu:

Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnKeypoints+procedure1.2.3.Expansionoption可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上拾取keypoints例要固定一边只要拾取关键点6、7,并设置allDOFs=0和KEXPND=yes.K6K7（）加载约束载荷续在线和面上加载位移约束:

MainMenu:

Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnLines+OROnAreas+步骤1.2.3.4-1.求解结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据?

在求解初始化前应进行分析数据检查包括下面内容:

统一的单位单元类型和选项材料性质参数考虑惯性时应输入材料密度热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数（单元特性）单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性（PreprocessorOperateCalcGeomItems）模型中不应存在的缝隙壳单元的法向节点坐标系集中、体积载荷面力方向温度场的分布和范围热膨胀分析的参考温度（与ALPX材料特性协调?

）求解过程:

1.求解前保存数据库2.将Output窗口提到最前面观看求解信息3.MainMenu:

Solution-Solve-CurrentLS.Objective4-3.描述求解过程（）没有获得结果的原因是什么?

往往是求解输入的模型不完整或存在错误典型原因有:

约束不够!

（通常出现的问题）。

当模型中有非线性单元（如缝隙gaps、滑块sliders、铰hinges、索cables等整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。

材料性质参数有负值,如密度或瞬态热分析时的比热值。

未约束铰接结构如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。

屈曲-当应力刚化效应为负压时在载荷作用下整个结构刚度弱化。

如果刚度减小到零或更小时求解存在奇异性因为整个结构已发生屈曲。

计算报告自动生成及定制工具自动生成符合要求格式的计算报告结果显示菜单图形显示、抓图、结果列表图形云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、纹理各种结果动画显示可独立保存及重放3D图形注注释功能直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形计算结果排序、检索、列表及再组合钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示显示横截面结果显示梁单元弯矩图显示优化灵敏度及优化变量曲线提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算显示沿任意路径的结果曲线并可进行沿路径的数学计算ANSYS有两个后处理器:

通用后处理器（即“POST1”）只能观看整个模型在某一时刻的结果（如结果的照相“snapshot”）.时间历程后处理器（即“POST26”）可观看模型在不同时间的结果。

但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。

Objective静力分析结果后处理的步骤主要包括:

1.绘变形图2.变形动画3.支反力列表4.应力等值线图5.网格密度检查GuidelinesObjective介绍静力分析结果后处理的五个步骤ANSYS一、坐标系1.工作平面坐标系wpcs类似于绘图图板缺省时总与总体坐标系重合能以网格捕捉形式显示并可相对当前激活总体坐标系移动或旋转其编号永远为“4”2.总体坐标系globalcs包括三种形式总体直角坐标系x,y,z）编号为“0”总体柱坐标系r,z）编号为“1”总体球坐标系r,）编号为“2”3.局部坐标系localcs局部坐标系是在任意位置的用户定义坐标系即不一定与总体坐标系平行或重合可以是任意方向编号为大于等于“11”FEM4.节点坐标系nodecs所有的力及其他方向的与节点相关的载荷都是在节点坐标系下进行的例如力的方向等只与节点坐标系相关节点坐标系上可以输入力和力矩位移约束耦合及约束过程5.单元坐标系elementcs即材料坐标系例如弹性模量在材料为各向异性时每一方向将不同此时则根据单元坐标系输入不同方向的E6.结果坐标系结果的输出形式位移支反力力矩等都是与结果坐标系相关的结果坐标系即当前激活坐标系同节点坐标系一样二者可以是任何一种当前激活坐标系CAD应考虑多少细节如倒角和孔处对分析无用时可忽略但对分析目标有用而且此处将会出现最大应力则不能忽略是否具有对称性包括轴旋转平面或镜面重复或平移对称等。

但下列因素必须对称-几何形状材料属性载荷工况。

此时可取一部分分析而后叠加即可应力奇异指在有限元模型中那些应力值无限大的点处如点载荷的集中力和力矩作用处孤立的约束点尖角处等。

建模时最好避免之自由式free对复杂的拓扑结构无限制形状不定映射式mapped拓扑结构有限制只适用规则的体形状如四六面体等可通过globalset进行密度设置扫略sweep适用于柱体形状同mapped一样可控制密度Smartsize智能尺寸是根据几何模型的形状确定网格密度适于free划分可通过滑杆确定网格密度网格划分的单元形状四方和六方的没有可比性Sweep扫略网格须上下面即对应面完全一致能用mapped,sweep划分网格最好先用之不行再用自由式free网格划分最好按线面体的顺序分配单元属性千万不能分配错误面尽量用四边形的网格体尽量用六面体的网格关心应力结果的区域须进行详细网格划分仅关心位移结果的地方网格可以粗糙些ANSYS用于求解表征结构自由度的线性方程组直接消去求解器波前求解器最稳定速度慢小内存时用sparse求解器速度快非线性最适合迭代求解器PCG预条件共轭梯度求解器ICCG不完全的乔里斯基共轭梯度求解器JCG雅可比共轭梯度求解器位置在求解器/solu中的求解选项analysisoptions包括求解精度公差更改在大规模结构计算中计算速度是一个非常重要的问题下面就如何提高计算速度作一些建议充分利用ANSYSMAP分网和SWEEP分网技术尽可能获得六面体网格这一方面减小解题规模另一方面提高计算精度在生成四面体网格时用四面体单元而不要用退化的四面体单元。

比如95号单元有20节点可以退化为10节点四面体单元而92号单元为10节点单元在此情况下用92号单元将优于95号单元选择正确的求解器。

对大规模问题建议采用PCG法。

此法比波前法计算速度要快10倍以上前提是您的计算机内存较大。

对于工程问题可将ANSYS缺省的求解精度从1E-8改为1E-4或1E-5即可AnimateModeshape变形模态系列Deformedshape结构变形动画Deformedresult结构变形等值线Overtime随时间变化的变形等值线动画Overresult某一子步范围结果的顺序等值线动画Q-slicecontours变形等值线切片云图动画Q-slicevectors变形等值线切片云图动画Isosurfaces变形等势面云图动画Particeflow粒子流动或带电粒子运动的动画系列ANSYS动力学分析是用来确定惯性力和阻尼力不可忽略时的系统动力学特性研究固有频率振动减振及瞬态特性动力学控制方程MU+CU+KU=f（t）其中UUU为节点位移速度加速度M为质量矩阵C为阻尼矩阵K为刚度矩阵模态分析即f（t）=0的解谐响应分析的f（t）,u（t）都为谐函数如xsint瞬态动力学的f（t）为时间历程载荷必须定义密度和弹性模量单位制要严格统一如使用英制单位要定义质量密度而不是重力密度静力学关于形状和网格的东西动力学一样遵循关心应力结果的区域须进行详细网格划分仅关心位移结果的区域网格可以粗糙些非线性问题在完全瞬态动力学分析中允许使用在所有其他动力学分析类型中非线性将被忽略也就是说最初的非线性问题将一直保持不变瞬态动力学时间积分步长T设置原则T即两个时间点间的时间增量它决定求解的精确度必须采用相应的值才能得到分析现象。

通常在每个循环子步中T至少有20个时刻点应是足够的即T=1/20（f）f是所关心的最高响应频率而施加阶梯载荷时为紧紧跟随载荷的阶跃变化T也许要小到和1/180f相近接触分析中T=1/30（fc）fc为接触频率fc=1/2（k/m）1/2m为有效质量k为间隙刚度模态分析分析有/无阻尼系统或液固耦合自由振动哪个方向的刚度最小就最先出现模态有预应力时做静力分析和模态分析必须打开预应力开关即读入预应力矩阵位置在求解器Analysisoptions对话框中prestresson开关谐响应分析定义在一个或多个同频率的正弦简谐载荷作用下确定系统动力响应特性的技术输入特性1.已知大小和频率的谐波载荷力压强强迫位移等2.同一频率的多种载荷具有相同或不相相同的相位输出特性1.每一个自由度上的谐位移通常和施加的载荷不同相2.其他多种导出量如应力和应变等谐波载荷描述公式Fsin（t+）其中载荷值大小代表振幅F相角是指二个或二个以上谐波载荷间的相位差即力为幅值+相位输入但ANSYS始终显示为实部+虚部瞬态动力学分析把静力学改为瞬态动力学并采用多载荷步求解即为瞬态动力学分析。

其关键细节为瞬态动力学必须指定初始条件如初始位移速度加速度等如有阻尼必须输入阻尼时间积分步长T要足够小如果在相对较长时间内载荷是一个常数则选择静力分析否则为动态分析如果激励频率小于结构最低阶固有频率的1/3则可以进行静力分析线性分析是假设忽略载荷对结构刚度变化的影响。

典型特征是小变形弹性范围内的应变和应力无诸如两物体接触或分离时的刚度突变等即应力及应变为线性变化如加载引起结构刚度的显著变化必须进行非线性分析典型因素有应变超过弹性范围塑性大变形两体间接触等解决应力奇异方法在应力奇异点处网格越细化应力值也随之增加而不收敛如应力奇异发生在对结果感兴趣区域较近处可用如下方法解决在尖角处增加倒角重分析代替节点力载荷为等效压力载荷“散布”位移约束至一个节点集AnimateModeshape变形模态系列Deformedshape结构变形动画Deformedresult结构变形等值线Overtime随时间变化的变形等值线动画Overresult某一子步范围结果的顺序等值线动画Q-slicecontours变形等值线切片云图动画Q-slicevectors变形等值线切片云图动画Isosurfaces变形等势面云图动画Particeflow粒子流动或带电粒子运动的动画系列非线性具有bauschinger效应即拉伸屈服后再拉伸应力反而减小应力偏量一般应力可分解为静水压应力和应力偏量率相关性非线性塑性应变大小可能是加载荷快慢的函数如果应变不须考虑时间则称为率相关性ANSYS的非线性主要为塑性即施加力后将产生永久变形ANSYS非线性包括材料非线性接触非线性几何非线性将在后面叙述非线性应力应变曲线如图一ANSYS中其屈服点和极限点将归结为一点。

理想塑性曲线如图二应变强化曲线如图三。

当非线性材料施加后可用命令prep7materialpropsDatatablesGraph观看曲线形式图三图二图一屈服点比例极限非线性塑性强化准则总体方向为各向同性强化及随动强化即轴线漂移ANSYS塑性强化选项1.双线性随动强化BKIN双条线表示应力应变曲线输入材料时须输入弹性模量E和屈服应力2.双线性各向同性强化BISO3.多线性随动强化MKIN4.多线性随动强化KINH如右图3和4项适于多线段应力-应变分析应用于金属的小应变分析5.多线性各向同性强化MISO6.非线性随动强化CHAB7.非线性各向同性强化NLIS8.各向异性ANISO9.Drucker-pragerDPDP材料适于颗粒状材料其屈服面为圆锥形须输入粘性值C内部摩擦角和膨胀角r10.ANAND模型ANAND用于金属在热加工状态的大应变响应。

注意此时材料温度假设为高于熔点的一半以上为材料非线性塑性一些选项材料非线性可以认为是加载的时间量蠕变等环境状况如温度加载历史等因素影响到材料的应力应变性质变化蠕变在常载荷作用下不可恢复的应变随时间变化持续增加结构将会持续变形应力松弛如果结构承受常位移应力将会随时间而减小应力刚化面内应力对面外刚度的影响二者间的耦合即称应力刚化options不协调模式特殊形函数solid45的缺省选项适用于弯曲变形选择缩减积分BBar接近不可压缩材料为体积变形统一缩减积分URI接近不可压缩材料适用于弯曲变形混合U-R形式不可压缩或接近不可压缩材料对率无关的塑性推荐用忽略弯曲的体积变形用plane182;solid185;但需选B-Bar选项对于小应变分析用不协调模式plane42;solid45对于大应变分析用plane182和solid185;solid95的URI选项,以上更适用于大模型,也可用visc