1、ANSYS基礎與應用教程基礎與應用教程主講教師：方軍主講教師：方軍華東交通大學理工學院華東交通大學理工學院2009年年9月月第一章第一章 概述概述1.1 有限元數值模擬技術有限元數值模擬技術 在實際工程技術領域，存在許多力學問題和場問在實際工程技術領域，存在許多力學問題和場問題，例如固體力學中的應力應變場、傳熱學中的溫度題，例如固體力學中的應力應變場、傳熱學中的溫度場、電磁學中的電磁場、流體力學中的流場以及涉及場、電磁學中的電磁場、流體力學中的流場以及涉及多學科的耦合場等，這些問題的求解都可以看作是在多學科的耦合場等，這些問題的求解都可以看作是在一定的邊界條件和初始條件下求解其基本微分方程和一

2、定的邊界條件和初始條件下求解其基本微分方程和微分方程組的問題。但由于控制微分方程組的復雜性微分方程組的問題。但由于控制微分方程組的復雜性以及邊界條件和初始條件的難以確定性，一般不能得以及邊界條件和初始條件的難以確定性，一般不能得到系統的精確解，因此，引入各種數值計算方法獲得到系統的精確解，因此，引入各種數值計算方法獲得滿足工程需要的近似數值解，這就是數值模擬技術。滿足工程需要的近似數值解，這就是數值模擬技術。 有限差分法（簡單有限差分法（簡單) 有限元法有限元法 （范圍廣）（范圍廣）數值模擬方法數值模擬方法1.1.1 有限元法的基本思路有限元法的基本思路 是把連續的幾何結構離散成有限個單元，并

3、在每是把連續的幾何結構離散成有限個單元，并在每一個單元中設定有限個節點，從而將連續體看作僅在一個單元中設定有限個節點，從而將連續體看作僅在節點處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數節點處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數的節點值作為基本未知量，并在每一單元中假設一個的節點值作為基本未知量，并在每一單元中假設一個近似插值函數以表示單元中場函數的分布規律，再建近似插值函數以表示單元中場函數的分布規律，再建立用于求解節點未知量的有限元方程組，從而將一個立用于求解節點未知量的有限元方程組，從而將一個連續域中的無限自由度問題轉化為離散域中的有限自連續域中的無限自由度問題轉化為離散域中的有限自由

4、度問題，求解得到節點值后就可以通過設定的插值由度問題，求解得到節點值后就可以通過設定的插值函數確定單元上以致整個集合體上的場函數。函數確定單元上以致整個集合體上的場函數。1.1.2 有限元常用術語有限元常用術語1.單元，有限元模型中每一個小的塊體稱為一個單元。單元，有限元模型中每一個小的塊體稱為一個單元。一個有限元程序提供的單元種類越多，該程序功能就一個有限元程序提供的單元種類越多，該程序功能就越強大。越強大。ANSYS提供一百余種單元類型。提供一百余種單元類型。2.節點，用于確定單元形狀、表述單元特征及連接相節點，用于確定單元形狀、表述單元特征及連接相鄰單元的點。有限元模型中的最小構成元素。

5、鄰單元的點。有限元模型中的最小構成元素。3. 載荷，工程結構所受到的外在施加的力或力矩，包載荷，工程結構所受到的外在施加的力或力矩，包括集中力、力矩及分布力等。不同的學科中，載荷含括集中力、力矩及分布力等。不同的學科中，載荷含義有所差別。義有所差別。4.邊界條件，是指結構在邊界上所受到的外加約束。邊界條件，是指結構在邊界上所受到的外加約束。5.初始條件，是結構響應前所施加的初始速度、初始初始條件，是結構響應前所施加的初始速度、初始溫度及預應力等。溫度及預應力等。1.1.3 有限元分析基本步驟有限元分析基本步驟有限元分析的基本步驟如下：有限元分析的基本步驟如下：建立求解域并將其離散化有限單元，即

6、將連續問題分建立求解域并將其離散化有限單元，即將連續問題分解成節點和單元等個體問題；解成節點和單元等個體問題；假設代表單元物理行為的形函數，即假設代表單元解假設代表單元物理行為的形函數，即假設代表單元解的近似連續函數；的近似連續函數；建立單元方程；建立單元方程；構造單元整體剛度矩陣；構造單元整體剛度矩陣；施加邊界條件、初始條件和載荷；施加邊界條件、初始條件和載荷；求解線性或非線性的微分方程組，得到節點求解結果；求解線性或非線性的微分方程組，得到節點求解結果；如位移量、應力應變量、溫度量如位移量、應力應變量、溫度量得到其他重要信息得到其他重要信息1.2 ANSYS10.0簡介簡介1.2.1 AN

7、SYS 10.0發展過程發展過程 ANSYS公司成立于公司成立于1970年年,是美國匹茲堡大學是美國匹茲堡大學John Swanson 博士創建，是目前世界博士創建，是目前世界CAE行業最大公行業最大公司。司。1.2.2 ANSYS10.0 創新之處創新之處1.2.3 ANSYS 10.0 使用環境使用環境 ANSYS及及ANSYS/LS-DYNA程序可運行與程序可運行與PC機、機、NT工作站、工作站、UNIX工作站及巨型計算機等各類計算機工作站及巨型計算機等各類計算機及操作系統中，其數據文件在其所有的產品系列和工及操作系統中，其數據文件在其所有的產品系列和工作平臺上均兼容。并與多種作平臺上均

8、兼容。并與多種CAD軟件共享數據。軟件共享數據。1.2.4 ANSYS的三個基本功能模塊的三個基本功能模塊1、前處理模塊、前處理模塊（1）實體建模：自頂向下和自低向上兩種建模方法）實體建模：自頂向下和自低向上兩種建模方法（2）網格劃分：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適）網格劃分：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應劃分。應劃分。2、求解模塊、求解模塊3、后處理模塊、后處理模塊POST1和和POST21.2.5 ANSYS 10.0程序功能程序功能 （下一章節敘述）（下一章節敘述）第二章第二章 ANSYS主要功能與模塊主要功能與模塊 ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計算軟件，是世界上著名

9、的大型通用有限元計算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結構等諸多模塊，具有強大它包括熱、電、磁、流體和結構等諸多模塊，具有強大的求解器和前、后處理功能，為我們解決復雜、龐大的的求解器和前、后處理功能，為我們解決復雜、龐大的工程項目和致力于高水平的科研攻關提供了一個優良的工程項目和致力于高水平的科研攻關提供了一個優良的工作環境，更使我們從繁瑣、單調的常規有限元編程中工作環境，更使我們從繁瑣、單調的常規有限元編程中解脫出來。解脫出來。ANSYS本身不僅具有較為完善的分析功能，本身不僅具有較為完善的分析功能，同時也為用戶自己進行二次開發提供了友好的開發環境。同時也為用戶自己進行二次開發提供了友好的開發環

10、境。 ANSYS程序自身有著較為強大三維建模能力，僅靠程序自身有著較為強大三維建模能力，僅靠ANSYS的的GUI(圖形界面圖形界面)就可建立各種復雜的幾何模型；就可建立各種復雜的幾何模型；此外，此外，ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數據接口。還提供較為靈活的圖形接口及數據接口。因而，利用這些功能，可以實現不同分析軟件之間的模因而，利用這些功能，可以實現不同分析軟件之間的模型轉換。型轉換。 一、主要功能簡介一、主要功能簡介1. 結構分析結構分析 1） 靜力分析靜力分析 - 用于靜態載荷用于靜態載荷. 可以考慮結構的線性及可以考慮結構的線性及非線性行為。非線性行為。 線性結構靜力分析線性結構靜

11、力分析 非線性結構靜力分析非線性結構靜力分析 幾何非線性：大變形、大應變、應力強化、旋幾何非線性：大變形、大應變、應力強化、旋轉軟化轉軟化 材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、多線性彈性、蠕變、腫脹等多線性彈性、蠕變、腫脹等 接觸非線性：面面接觸非線性：面面/點面點面/點點接觸、柔體點點接觸、柔體/柔體柔體剛體接觸、熱接觸剛體接觸、熱接觸 單元非線性：死單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼線性阻尼/彈簧元、預緊力單元等彈簧元、預緊力單元等 2）模態分析）模態分析 - 計算線性結構的自振頻率及振形計算線性結構

12、的自振頻率及振形. 譜分譜分析析 是模態分析的擴展，用于計算由于隨機振動引是模態分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變起的結構應力和應變 (也叫作也叫作 響應譜或響應譜或 PSD). 3）諧響應分析）諧響應分析 - 確定線性結構對隨時間按正弦曲線確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應變化的載荷的響應. 4）瞬態動力學分析）瞬態動力學分析 - 確定結構對隨時間任意變化的確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應載荷的響應. 可以考慮與靜力分析相同的結構非線可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為性行為. 5）譜分析）譜分析 6）隨機振動分析等）隨機振動分析等 7）特征屈曲分析）特征

13、屈曲分析 - 用于計算線性屈曲載荷并確定屈用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態形狀曲模態形狀. (結合瞬態動力學分析可以實現非線性結合瞬態動力學分析可以實現非線性屈曲分析屈曲分析.) 8）專項分析）專項分析: 斷裂分析斷裂分析, 復合材料分析，疲勞分析復合材料分析，疲勞分析2. 高度非線性瞬態動力分析（高度非線性瞬態動力分析（ANSYS/LS-DYNA） 全自動接觸分析，四十多種接觸類型全自動接觸分析，四十多種接觸類型 任意拉格郎日歐拉（任意拉格郎日歐拉（ALE）分析）分析 多物質歐拉、單物質歐拉多物質歐拉、單物質歐拉 適應網格、網格重劃分、重啟動適應網格、網格重劃分、重啟動 100多種非線性材

14、料模式多種非線性材料模式 多物理場耦合分析：結構、熱、流體、聲學多物理場耦合分析：結構、熱、流體、聲學 爆炸模擬，起爆效果及應力波的傳播分析爆炸模擬，起爆效果及應力波的傳播分析 侵徹穿甲仿真，鳥撞及葉片包容性分析，跌落分析侵徹穿甲仿真，鳥撞及葉片包容性分析，跌落分析 失效分析，裂紋擴展分析失效分析，裂紋擴展分析 剛體運動、剛體柔體運動分析剛體運動、剛體柔體運動分析 實時聲場分析實時聲場分析 BEM邊界元方法，邊界元、有限元耦合分析邊界元方法，邊界元、有限元耦合分析 光順質點流體動力（光順質點流體動力（SPH）算法）算法 3. 熱分析熱分析 穩態、瞬態溫度場分析穩態、瞬態溫度場分析 熱傳導、熱對

15、流、熱輻射分析熱傳導、熱對流、熱輻射分析 相變分析相變分析 材料性質、邊界條件隨溫度變化材料性質、邊界條件隨溫度變化 4. 電磁分析電磁分析 靜磁場分析計算直流電（靜磁場分析計算直流電（DC)或永磁體產生的磁場或永磁體產生的磁場 交變磁場分析交變磁場分析 計算由于交流電計算由于交流電(AC)產生的磁場產生的磁場 瞬態磁場分析計算隨時間隨機變化的電流或外界瞬態磁場分析計算隨時間隨機變化的電流或外界引起的磁場引起的磁場 電場分析用于計算電阻或電容系統的電場電場分析用于計算電阻或電容系統的電場. 典型的典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。 高

16、頻電磁場分析用于微波及高頻電磁場分析用于微波及RF無源組件，波導、無源組件，波導、雷達系統、同軸連接器等分析。雷達系統、同軸連接器等分析。 5. 流體動力學分析流體動力學分析 定常定常/非定常分析非定常分析 層流層流/湍流分析湍流分析 自由對流自由對流/強迫對流強迫對流/混合對流分析混合對流分析 可壓縮流可壓縮流/不可壓縮流分析不可壓縮流分析 亞音速亞音速/跨音速跨音速/超音速流動分析超音速流動分析 任意拉格郎日歐拉分析（任意拉格郎日歐拉分析（ALE） 多組份流動分析（多達多組份流動分析（多達6組份）組份） 牛頓流與非牛頓流體分析牛頓流與非牛頓流體分析 內流和外流分析內流和外流分析 共軛傳熱及

17、熱輻射邊界共軛傳熱及熱輻射邊界 分布阻尼和風扇模型分布阻尼和風扇模型 移動壁面及自由界面分析移動壁面及自由界面分析 6. 聲學分析聲學分析 定常分析定常分析 模態分析模態分析 動力響應分析動力響應分析 7. 壓電分析壓電分析 穩態、瞬態分析穩態、瞬態分析 模態分析模態分析 諧響應分析諧響應分析 8. 多場耦合分析多場耦合分析 熱結構熱結構 磁熱磁熱 磁結構磁結構 流體熱流體熱 流體結構流體結構 熱電熱電 電磁熱流體結構電磁熱流體結構 9. 優化設計及設計靈敏度分析優化設計及設計靈敏度分析 單一物理場優化單一物理場優化 耦合場優化耦合場優化 10.二次開發功能二次開發功能 參數設計語言參數設計語

18、言 用戶可編程特性用戶可編程特性 用戶自定義界面語言用戶自定義界面語言 外部命令外部命令 11. ANSYS土木工程專用包土木工程專用包 ANSYS的土木工程專用包的土木工程專用包ANSYS/CivilFEM用來研究鋼結構、鋼用來研究鋼結構、鋼筋混凝土及巖土結構的特性，如房屋建筑、橋梁、大壩、硐室與筋混凝土及巖土結構的特性，如房屋建筑、橋梁、大壩、硐室與隧道、地下建筑物等的受力、變形、穩定性及地震響應等情況，隧道、地下建筑物等的受力、變形、穩定性及地震響應等情況，從力學計算、組合分析及規范驗算與設計提出了全面的解決方案，從力學計算、組合分析及規范驗算與設計提出了全面的解決方案，為建筑及巖土工程

19、師提供了功能強大且方便易用的分析手段。為建筑及巖土工程師提供了功能強大且方便易用的分析手段。二、主要模塊簡介二、主要模塊簡介1. ANSYS/Mechanical：該模塊提供了范圍廣泛的工程設：該模塊提供了范圍廣泛的工程設計分析與優化功能，這些功能包括完整的結構、熱、計分析與優化功能，這些功能包括完整的結構、熱、壓電及聲學分析。是一個功能強大的設計校驗工具，壓電及聲學分析。是一個功能強大的設計校驗工具，可用來確定位移、應力、作用力、溫度、壓力分布以可用來確定位移、應力、作用力、溫度、壓力分布以及其它重要的設計標準。及其它重要的設計標準。2. ANSYS/Structural：通過利用其先進的非

20、線性功能，：通過利用其先進的非線性功能，該模塊可進行高目標的結構分析，具體包括：幾何非該模塊可進行高目標的結構分析，具體包括：幾何非線性、材料非線性、單元非線性及屈曲分析。該模塊線性、材料非線性、單元非線性及屈曲分析。該模塊可以使用戶精確模擬大型復雜結構的性能。可以使用戶精確模擬大型復雜結構的性能。3. ANSYS/Linear plus：該模塊是從：該模塊是從ANSYS/Structural派派生出來的，一個線性結構分析選項，可用于線性的靜生出來的，一個線性結構分析選項，可用于線性的靜態、動態及屈曲分析，非線性分析僅包括間隙元和板態、動態及屈曲分析，非線性分析僅包括間隙元和板/梁大變形分析。

21、梁大變形分析。4. ANSYS/Thermal：該模塊同樣是從：該模塊同樣是從ANSYS/Mechanical中派生出來的，是一個可單獨運行的熱分析程序，可中派生出來的，是一個可單獨運行的熱分析程序，可用于穩態及瞬態熱分析。用于穩態及瞬態熱分析。5. ANSYS/Flotran：該程序是個靈活的：該程序是個靈活的CFD軟件，可求解軟件，可求解各種流體流動問題，具體包括：層流、紊流、可壓縮各種流體流動問題，具體包括：層流、紊流、可壓縮流及不可壓縮流等。通過與流及不可壓縮流等。通過與ANSYS/Mechanical耦合，耦合，ANSYS/FLOTRAN是唯一一個具有設計優化能力的是唯一一個具有設計

22、優化能力的CFD軟件，并且能提供復雜的多物理場功能。軟件，并且能提供復雜的多物理場功能。6. ANSYS/Emag：該程序是一個獨立的電磁分析軟件包，：該程序是一個獨立的電磁分析軟件包，可模擬電磁場、靜電學、電路及電流傳導分析。當該可模擬電磁場、靜電學、電路及電流傳導分析。當該程序與其它程序與其它ANSYS模塊聯合使用時，則具有了多物理模塊聯合使用時，則具有了多物理場分析功能，能夠研究流場、電磁場及結構力學間的場分析功能，能夠研究流場、電磁場及結構力學間的相互影響。相互影響。7. ANSYS/Preppost：該模塊為用戶在前處理階段提供了：該模塊為用戶在前處理階段提供了強大的功能，使用戶能夠

23、便捷地建立有限元模型。其強大的功能，使用戶能夠便捷地建立有限元模型。其后處理器能夠使用戶檢查所有后處理器能夠使用戶檢查所有ANSYS分析的計算結果。分析的計算結果。8. ANSYS/ED：該模塊是一個功能完整的設計模擬程序，：該模塊是一個功能完整的設計模擬程序，它擁有它擁有ANSYS隱式產品的全部功能，只是解題規模受隱式產品的全部功能，只是解題規模受到了限制（目前節點數到了限制（目前節點數1000）。該軟件可獨立運行，）。該軟件可獨立運行，是理想的培訓教學軟件。是理想的培訓教學軟件。9. ANSYS/LS-DYNA：該程序是一個顯示求解軟件，可：該程序是一個顯示求解軟件，可解決高度非線性結構動

24、力問題。該程序可模擬板料成解決高度非線性結構動力問題。該程序可模擬板料成形、碰撞分析、涉及大變形的沖擊、非線性材料性能形、碰撞分析、涉及大變形的沖擊、非線性材料性能以及多物體接觸分析，它可以加入第一類軟件包中運以及多物體接觸分析，它可以加入第一類軟件包中運行，也可以單獨運行。行，也可以單獨運行。10.ANSYS/LS-DYNA PrepPost：該程序具有所有的：該程序具有所有的ANSYS/LS-DYNA的前后處理功能，具體包括：實體的前后處理功能，具體包括：實體建模、網格剖分、加載、邊界條件、等值線顯示、計建模、網格剖分、加載、邊界條件、等值線顯示、計算結果評價以及動畫，但沒有求解功能。算結

25、果評價以及動畫，但沒有求解功能。11.ANSYS/University：該模塊是一個功能完整的設計模：該模塊是一個功能完整的設計模擬程序，它擁有擬程序，它擁有ANSYS隱式產品的全部功能，只是解隱式產品的全部功能，只是解題規模受到了限制（目前節點數題規模受到了限制（目前節點數16000和和32000兩種）。兩種）。該軟件可獨立運行，適用與高校進行教學或科研。該軟件可獨立運行，適用與高校進行教學或科研。12.ANSYS/DesignSpace：該模塊是：該模塊是ANSYS的低端產品，的低端產品，適用與設計工程師在產品概念設計初期對產品進行基適用與設計工程師在產品概念設計初期對產品進行基本分析，以

26、檢驗設計的合理性。其分析功能包括：線本分析，以檢驗設計的合理性。其分析功能包括：線性靜力分析、模態分析、基本熱分析、基本熱力耦合性靜力分析、模態分析、基本熱分析、基本熱力耦合分析、拓撲優化。其他功能有：分析、拓撲優化。其他功能有：CAD模型讀取器、自模型讀取器、自動生成分析報告、自動生成動生成分析報告、自動生成ANSYS數據庫文件、自動數據庫文件、自動生成生成ANSYS分析模板。產品詳細分類：分析模板。產品詳細分類： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace：（支持的：（支持的CAD模型有：模型有

27、：Pro/E、UG、SAT、Parasoild）13.ANSYS/Connection：ANSYS與與CAD軟件的接口產品。軟件的接口產品。可以將可以將CAD模型數據或國際標準格式模型數據或國際標準格式CAD模型數據直模型數據直接讀入并進行任意接讀入并進行任意ANSYS支持的分析。目前支持的支持的分析。目前支持的CAD軟件有：軟件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的國際標準。支持的國際標準格式有：格式有：IGES、SAT、Parasolid.第三章第三章 ANSYS基本使用方法基本使用方法一、典型分析過程一、典型分析過程1. 前處理前處理創建有限元模型創建有限元模型 1）單元屬性定義（單元

28、類型、實常數、材料屬性）單元屬性定義（單元類型、實常數、材料屬性） 2）創建或讀入幾何實體模型）創建或讀入幾何實體模型 3）有限元網格劃分）有限元網格劃分 4）施加約束條件、載荷條件）施加約束條件、載荷條件2. 施加載荷進行求解施加載荷進行求解 1）定義分析選項和求解控制）定義分析選項和求解控制 2）定義載荷及載荷步選項）定義載荷及載荷步選項 3）求解）求解 solve3. 后處理后處理 1）查看分析結果）查看分析結果 2）檢驗結果）檢驗結果A1XYZANSYS的分析方法的分析方法(續續)1. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看結果查看結果2. 施加載荷求解施加載荷求解主菜單主菜單分析的三

29、個主要步驟可在主菜單中得到明確體現分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現.Objective2-2.2-2.ANSYSANSYS分析步驟在分析步驟在GUIGUI中的體現中的體現. .ANSYS的分析方法的分析方法(續續)ANSYS GUI中的功能排列中的功能排列按照一種動賓結構，以動按照一種動賓結構，以動詞開始（如詞開始（如Create), 隨后隨后是一個名詞是一個名詞 (如如Circle).菜單的排列，按照由前到后菜單的排列，按照由前到后、由簡單到復雜的順序，與、由簡單到復雜的順序，與典型分析的順序相同典型分析的順序相同. 二、二、 ANSYS文件及工作文件名文件及工作文件名一些特殊的文

30、件一些特殊的文件 數據庫文件數據庫文件jobname.db二進制二進制Log 文件文件jobname.log文本文本結果文件結果文件jobname.rxx二進制二進制圖形文件圖形文件jobname.grph二進制二進制 ANSYS的數據庫，是指在前處理、求解及后處理過的數據庫，是指在前處理、求解及后處理過程中，程中，ANSYS保存在內存中的數據。數據庫既存儲輸入保存在內存中的數據。數據庫既存儲輸入的數據，也存儲結果數據的數據，也存儲結果數據:輸入數據輸入數據 - 必須輸入的信息必須輸入的信息 (模型尺寸、材料屬性、載荷模型尺寸、材料屬性、載荷等等).結果數據結果數據 - ANSYS計算的數值計

31、算的數值 (位移、應力、應變、溫度位移、應力、應變、溫度等等).26三、三、ANSYS10.0的基本操作的基本操作3.1.ANSYS10.03.1.ANSYS10.0的啟動與設置：的啟動與設置： 啟 動 路 徑 ：啟 動 路 徑 ： 【 開 始開 始 】 【 程 序程 序 】 Ansys10.0ANSYS Product Launcher, ,出現如圖出現如圖3-13-1所示的所示的10.010.0：ANSYS Product Launcher 窗口窗口Objective圖圖3-1 10.03-1 10.0：ANSYS Product Launcher窗口窗口1.選擇選擇ANSYS產品產品 S

32、imulation Environment：設定模擬環境，一般選：設定模擬環境，一般選擇擇ANSYSLicense:根據要分析問題的性質，選擇合適產品，根據要分析問題的性質，選擇合適產品，一般選擇一般選擇ANYSY Multiphysics/LS-DYNA2.選擇工作目錄，設置工作文件名選擇工作目錄，設置工作文件名Working Directory:輸入工作目錄輸入工作目錄Job Name：輸入工作文件名：輸入工作文件名3.設置設置ANSYS工作空間和數據庫的大小工作空間和數據庫的大小單擊單擊Customization/Preference，在，在Memory設置工設置工 作空間和數據庫大小。

33、作空間和數據庫大小。Graphics Device Name:設置圖形設備驅動設置圖形設備驅動 ,ANSYS 提供提供win32、win32c、3D 4.運行運行ANSYS ,單擊單擊Run進入進入ANSYS 運行系統運行系統 3.2 ANSYS10.0用戶界面用戶界面應用菜單應用菜單主菜單主菜單命令輸入區命令輸入區ANSYS 工具欄工具欄圖形窗口圖形窗口快捷菜單快捷菜單命令注釋命令注釋狀態欄狀態欄3.3 ANSYS信息輸出窗口信息輸出窗口3.4 退出退出ANSYS10.0四、前處理四、前處理實體建模實體建模 和參數化建模和參數化建模 ；體素庫及布爾運算體素庫及布爾運算 ；拖拉、旋轉、拷貝、蒙

34、皮、倒角等拖拉、旋轉、拷貝、蒙皮、倒角等 ；多種自動網格劃分工具，自動進行單元形態、求解精多種自動網格劃分工具，自動進行單元形態、求解精度檢查及修正度檢查及修正 ；自由自由/映射網格劃分、智能網格劃分、自適應網格劃分映射網格劃分、智能網格劃分、自適應網格劃分 復雜幾何體復雜幾何體Sweep映射網格生成映射網格生成 、六面體向四面體自、六面體向四面體自動過渡網格動過渡網格金字塔形金字塔形 、邊界層網格劃分、邊界層網格劃分 ；在幾何模型或在幾何模型或FE模型上加載：點載荷、分布載荷、體模型上加載：點載荷、分布載荷、體載荷、函數載荷載荷、函數載荷 ；可擴展的標準梁截面形狀庫可擴展的標準梁截面形狀庫

35、。1. 實體模型及有限元模型實體模型及有限元模型 現今幾乎所有的有限元分析模型都用實體模型建模現今幾乎所有的有限元分析模型都用實體模型建模. 類似于類似于CAD，ANSYS以數學的方式表達結構的幾何形狀，以數學的方式表達結構的幾何形狀，用于在里面填充節點和單元，還可以在幾何模型邊界上用于在里面填充節點和單元，還可以在幾何模型邊界上方便地施加載荷方便地施加載荷. 但是，但是， 幾何實體模型并不參與有限元分幾何實體模型并不參與有限元分析析. 所有施加在幾何實體邊界上的載荷或約束必須最終傳所有施加在幾何實體邊界上的載荷或約束必須最終傳遞到有限元模型上（節點或單元上）進行求解遞到有限元模型上（節點或單

36、元上）進行求解. 由幾何模型創建有限元模型的過程叫作網格劃分由幾何模型創建有限元模型的過程叫作網格劃分Meshing幾何實體模型幾何實體模型有限元模型有限元模型ANSYS中的圖元中的圖元(即使想從即使想從CAD模型中傳輸實體模型，也應該知道如何使用模型中傳輸實體模型，也應該知道如何使用ANSYS建建模工具修改傳入的模型模工具修改傳入的模型.)下圖示意四類圖元下圖示意四類圖元.體體 (3D模型模型) 由面圍成，代表由面圍成，代表三維實體三維實體.面面 (表面表面) 由線圍成由線圍成. 代表實體代表實體表面、平面形狀或殼（可以是表面、平面形狀或殼（可以是三維曲面）三維曲面）.線線 (可以是空間曲線

37、可以是空間曲線) 以關鍵點以關鍵點為端點，代表物體的邊為端點，代表物體的邊.關鍵點關鍵點 (位于位于3D空間空間) 代表物代表物體的角點體的角點.AreasVolumeKeypointsLinesAreaObjective2.四類實體模型圖元四類實體模型圖元, 以及它們之間的層次關系以及它們之間的層次關系.ANSYS中圖元中圖元(續續)層次關系層次關系從最低階到最高階，模型圖元的層次關系為：從最低階到最高階，模型圖元的層次關系為： 關鍵點（關鍵點（Keypoints） 線（線（Lines） 面（面（Areas） 體（體（Volumes）提示提示: 如果低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪

38、除如果低階的圖元連在高階圖元上，則低階圖元不能刪除.KeypointsLinesAreasVolumesIll justchangethis lineLinesKeypointsAreasVolumesOOPs!2.布爾操作布爾操作選擇圖形類型選擇圖形類型. 將彈出將彈出 選取菜選取菜單單 (見下頁見下頁) 提示選擇圖形進行提示選擇圖形進行布爾操作布爾操作.要使用布爾操作要使用布爾操作:Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate Procedure1. .2. .3. . 選擇一種布爾操作選擇一種布爾操作 (例如例如： Add)五、加載、求解五、加載、

39、求解Objective5-1. 列表和分類載荷列表和分類載荷ANSYS中的載荷可分為中的載荷可分為: 自由度自由度DOF 定義節點的自由度（定義節點的自由度（ DOF ）值）值 （如結（如結構分析構分析位移、熱分析位移、熱分析溫度、電磁分析溫度、電磁分析磁勢等磁勢等) 集中載荷集中載荷點載荷點載荷 （如結構分析（如結構分析力、熱分析力、熱分析熱導熱導率、電磁分析率、電磁分析magnetic current segments） 面載荷面載荷 作用在表面的分布載荷作用在表面的分布載荷 （如結構分析（如結構分析壓壓力、熱分析力、熱分析熱對流、電磁分析熱對流、電磁分析magnetic Maxwell

40、surfaces等）等） 體積載荷體積載荷 作用在體積或場域內作用在體積或場域內 （如熱分析（如熱分析體積膨體積膨脹、內生成熱、電磁分析脹、內生成熱、電磁分析magnetic current density等等） 慣性載荷慣性載荷 結構質量或慣性引起的載荷結構質量或慣性引起的載荷 (重力、角速重力、角速度度等等)加載加載Objective5-2.加載加載.可在實體模型或可在實體模型或 FEA 模型模型 (節點和單元節點和單元) 上加載上加載.在關鍵點處在關鍵點處約束約束實體模型實體模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力在關鍵點加集中力在關鍵點加集中力在節點處約在節點處約束束FEA 模型模型沿單元邊界

41、均布的壓力沿單元邊界均布的壓力在節點加集中力在節點加集中力加載加載 (續續)+ 幾何模型加載幾何模型加載獨立于有限元網格獨立于有限元網格. 重新劃分網格或重新劃分網格或局部網格修改不影響載荷。局部網格修改不影響載荷。+ 加載的操作加載的操作更加容易更加容易 ,尤其是在圖形中直接拾取時尤其是在圖形中直接拾取時。直接在實體模型加載的優點直接在實體模型加載的優點:Guidelines加載加載 (續續)無論采取何種加載方式無論采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉化求解前都將載荷轉化到有限元模型到有限元模型.因此因此, 加載到實體的載荷將加載到實體的載荷將自動轉化到自動轉化到 其所屬的節點或單元

42、上。其所屬的節點或單元上。實體模型實體模型加載到實加載到實體的載荷體的載荷自動轉化自動轉化到其所屬到其所屬的節點或的節點或單元上單元上FEA 模型模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力 均布壓力轉化到以線為邊界均布壓力轉化到以線為邊界的各單元上的各單元上加載加載 (續續)輸入一個輸入一個壓力值即為壓力值即為 均布載荷均布載荷, 兩個數值兩個數值 定義定義坡度壓力坡度壓力說明：壓力數值為正表示其方向指向表面說明：壓力數值為正表示其方向指向表面Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines加載面力載荷加載面力載荷拾取拾取Line加載加載 (續續)V

43、ALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度壓力載荷沿起始關鍵點坡度壓力載荷沿起始關鍵點(I) 線性變化到第二個關鍵點線性變化到第二個關鍵點 (J)。 如果加載后坡度的方向相反如果加載后坡度的方向相反, 將將兩個壓力數值顛倒即可。兩個壓力數值顛倒即可。加載面力載荷（續）加載面力載荷（續）加載加載 (續續)軸對稱載荷可加載到具有對稱軸的軸對稱載荷可加載到具有對稱軸的3-D 結構上。結構上。3-D 軸對稱結構可用一軸對稱結構可用一2-D 軸對稱模型描述。軸對稱模型描述。加載軸對稱載荷加

44、載軸對稱載荷10” 直徑直徑5” 半徑半徑軸對稱模型軸對稱模型3-D 結構結構對稱軸對稱軸加載加載 (續續)加載加載 軸對稱載荷軸對稱載荷, 注注意以下方面意以下方面: 載荷數值載荷數值 (包括輸出包括輸出的反力的反力) 基于基于360度度轉角的轉角的3-D結構。結構。 在右圖中，軸對稱模在右圖中，軸對稱模型中的載荷是型中的載荷是3-D結結構均布面力載荷的總構均布面力載荷的總量。量。Total Force = 2p pr = 47,124 lb.準則準則3-D 結構結構2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry加載加載 (續續)在關鍵點加載位移約束在關鍵點加載位移約束: 加載

45、約束載荷加載約束載荷Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +procedure1. .2. .3. . Expansion option 可使相同的載荷加可使相同的載荷加在位于兩關鍵點連線的所有節點上在位于兩關鍵點連線的所有節點上拾取拾取keypoints例例要固定一邊要固定一邊，只要拾取，只要拾取關鍵點關鍵點6、7,并設置并設置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7加載加載 (續續)加載約束載荷（續）加載約束載荷（續）在線和面上加載位移約束在線和面上加載位

46、移約束: Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+步驟步驟1. .2. .3. . 拾取拾取 lines 拾取拾取areas求解求解結果文件結果文件結果數據結果數據數據庫數據庫求解器求解器結果結果輸入數據輸入數據 求解前數據檢查求解前數據檢查在求解初始化前，應進行分析數據檢查，包括下面內容在求解初始化前，應進行分析數據檢查，包括下面內容: 統一的單位統一的單位 單元類型和選項單元類型和選項 材料性質參數材料性質參數考慮慣性時應輸入材料密度考慮慣性時應輸入材料密度熱應力分

47、析時應輸入材料的熱膨脹系數熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數 實常數實常數 (單元特性單元特性) 單元實常數和材料類型的設置單元實常數和材料類型的設置 實體模型的質量特性實體模型的質量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不應存在的縫隙模型中不應存在的縫隙 殼單元的法向殼單元的法向 節點坐標系節點坐標系 集中、體積載荷集中、體積載荷 面力方向面力方向 溫度場的分布和范圍溫度場的分布和范圍 熱膨脹分析的參考溫度熱膨脹分析的參考溫度 (與與 ALPX 材料特性協調材料特性協調?)求解過程求解過程:1. 求解前保存數據庫求解前保存數據庫2. 將將O

48、utput 窗口提到最前面觀看求解信息窗口提到最前面觀看求解信息3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.進行求解進行求解Objective5-3.描述求解過程描述求解過程進行求解進行求解(續續) 沒有獲得結果的原因是什么沒有獲得結果的原因是什么? 往往是求解輸入的模往往是求解輸入的模型不完整或存在錯誤，典型原因有型不完整或存在錯誤，典型原因有: 約束不夠約束不夠 (通常出現的問題通常出現的問題)。 當模型中有非線性單元當模型中有非線性單元 (如縫隙如縫隙 gaps、滑塊滑塊sliders、鉸鉸hinges、索索cables等），整體或部分結構出現崩等）

49、，整體或部分結構出現崩潰或潰或“松脫松脫”。 材料性質參數有負值材料性質參數有負值, 如密度或瞬態熱分析時的比如密度或瞬態熱分析時的比熱值。熱值。 未約束鉸接結構未約束鉸接結構，如兩個水平運動的梁單元在豎直如兩個水平運動的梁單元在豎直方向沒有約束。方向沒有約束。 屈曲屈曲 - 當應力剛化效應為負（壓）時，在載荷作用當應力剛化效應為負（壓）時，在載荷作用下整個結構剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，下整個結構剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，求解存在奇異性，因為整個結構已發生屈曲求解存在奇異性，因為整個結構已發生屈曲。六、后處理六、后處理計算報告自動生成及定制工具：自動生成符合要求格式的計算報

50、計算報告自動生成及定制工具：自動生成符合要求格式的計算報告告 結果顯示菜單：圖形顯示、抓圖、結果列表結果顯示菜單：圖形顯示、抓圖、結果列表 圖形：云圖、等值線、矢量顯示、粒子流跡顯示、切片、透明及圖形：云圖、等值線、矢量顯示、粒子流跡顯示、切片、透明及半透明顯示、紋理半透明顯示、紋理 及各種結果動畫顯示，可獨立保存及重放及各種結果動畫顯示，可獨立保存及重放 3D圖形注注釋功能圖形注注釋功能 直接生成直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的圖形等格式的圖形 計算結果排序、檢索、列表及再組合計算結果排序、檢索、列表及再組合 鋼筋混凝土單元可顯示單元

51、內的鋼筋、開裂情況以及壓碎部位鋼筋混凝土單元可顯示單元內的鋼筋、開裂情況以及壓碎部位 ；梁、管、板、復合材料單元及結果按實際形狀顯示，顯示橫截面梁、管、板、復合材料單元及結果按實際形狀顯示，顯示橫截面結果；顯示梁單元彎矩圖結果；顯示梁單元彎矩圖 顯示優化靈敏度及優化變量曲線顯示優化靈敏度及優化變量曲線 提供對計算結果的加、減、積分、微分等計算提供對計算結果的加、減、積分、微分等計算 顯示沿任意路徑的結果曲線，并可進行沿路徑的數學計算顯示沿任意路徑的結果曲線，并可進行沿路徑的數學計算ANSYS 有兩個后處理器有兩個后處理器: 通用后處理器通用后處理器 (即即 “POST1”) 只能觀看整個模型在

52、某一只能觀看整個模型在某一時刻的結果時刻的結果 (如：結果的照相如：結果的照相 “snapshot”). 時間歷程后處理器時間歷程后處理器 (即即 “POST26”) 可觀看模型在不同可觀看模型在不同時間的結果。時間的結果。 但此后處理器只能用于處理瞬態和但此后處理器只能用于處理瞬態和/或動或動力分析結果。力分析結果。Objective靜力分析結果后處理的步驟主要包括靜力分析結果后處理的步驟主要包括:1. 繪變形圖2. 變形動畫3. 支反力列表4. 應力等值線圖5. 網格密度檢查GuidelinesObjective靜力分析結果后處理的五個步驟靜力分析結果后處理的五個步驟第四章第四章 ANSY

53、S補充說明補充說明一、坐標系一、坐標系1. 工作平面坐標系工作平面坐標系wpcs：類似于繪圖圖板，缺省時總與類似于繪圖圖板，缺省時總與總體坐標系重合，能以網格捕捉形式顯示，并可相對總體坐標系重合，能以網格捕捉形式顯示，并可相對當前激活總體坐標系移動或旋轉，其編號永遠為當前激活總體坐標系移動或旋轉，其編號永遠為“4”2. 總體坐標系總體坐標系 global cs：包括三種形式包括三種形式 總體直角坐標系（總體直角坐標系（x , y , z) 編號為編號為“0” 總體柱坐標系總體柱坐標系 （r , , z) 編號為編號為“1” 總體球坐標系總體球坐標系 （r , , )編號為編號為“2”3. 局部

54、坐標系局部坐標系 local cs：局部坐標系是在任意位置的用戶局部坐標系是在任意位置的用戶定義坐標系，即不一定與總體坐標系平行或重合，可定義坐標系，即不一定與總體坐標系平行或重合，可以是任意方向，編號為大于等于以是任意方向，編號為大于等于“11”FEM坐標系坐標系4. 節點坐標系節點坐標系 node cs：所有的力及其他方向的與節點相所有的力及其他方向的與節點相關的載荷都是在節點坐標系下進行的，例如力的方向關的載荷都是在節點坐標系下進行的，例如力的方向等只與節點坐標系相關等只與節點坐標系相關 節點坐標系上可以輸入力和力矩；位移約束；耦合及節點坐標系上可以輸入力和力矩；位移約束；耦合及約束過程

55、約束過程5. 單元坐標系單元坐標系 element cs：即材料坐標系，例如彈性模量即材料坐標系，例如彈性模量在材料為各向異性時每一方向將不同，此時則根據單在材料為各向異性時每一方向將不同，此時則根據單元坐標系輸入不同方向的元坐標系輸入不同方向的 E 6. 結果坐標系：結果的輸出形式位移，支反力，力矩等結果坐標系：結果的輸出形式位移，支反力，力矩等都是與結果坐標系相關的，結果坐標系即當前激活坐都是與結果坐標系相關的，結果坐標系即當前激活坐標系，同節點坐標系一樣，二者可以是任何一種當前標系，同節點坐標系一樣，二者可以是任何一種當前激活坐標系激活坐標系 二、二、CAD模型建模原則模型建模原則應考慮

56、多少細節：如倒角和孔處，對分析無用時可忽應考慮多少細節：如倒角和孔處，對分析無用時可忽略，但對分析目標有用，而且此處將會出現最大應力略，但對分析目標有用，而且此處將會出現最大應力則不能忽略則不能忽略是否具有對稱性：包括軸，旋轉，平面或鏡面，重復是否具有對稱性：包括軸，旋轉，平面或鏡面，重復或平移對稱等。但下列因素必須對稱或平移對稱等。但下列因素必須對稱-幾何形狀；材幾何形狀；材料屬性；載荷工況。料屬性；載荷工況。 此時可取一部分分析，而后疊加此時可取一部分分析，而后疊加即可即可應力奇異：指在有限元模型中那些應力值無限大的點應力奇異：指在有限元模型中那些應力值無限大的點處，如點載荷的集中力和力矩

57、作用處；孤立的約束點；處，如點載荷的集中力和力矩作用處；孤立的約束點；尖角處等。尖角處等。 建模時最好避免之建模時最好避免之三、網格劃分器三、網格劃分器自由式自由式 free：對復雜的拓撲結構無限制，對復雜的拓撲結構無限制， 形狀不定。形狀不定。映射式映射式 mapped：拓撲結構有限制，只適用規則的體拓撲結構有限制，只適用規則的體 形狀，如四，六面體等，可通過形狀，如四，六面體等，可通過global set 進行密度設進行密度設置。置。掃略掃略 sweep：適用于柱體形狀，同適用于柱體形狀，同mapped一樣可控制一樣可控制密度。密度。Smart size：智能尺寸是根據幾何模型的形狀，確定

58、網智能尺寸是根據幾何模型的形狀，確定網格密度，適于格密度，適于free劃分，可通過滑桿確定網格密度。劃分，可通過滑桿確定網格密度。網格劃分原則網格劃分原則網格劃分的單元形狀四方和六方的沒有可比性。網格劃分的單元形狀四方和六方的沒有可比性。Sweep掃略網格須上下面即對應面完全一致。掃略網格須上下面即對應面完全一致。能用能用mapped,sweep劃分網格最好先用之，不行再用自劃分網格最好先用之，不行再用自由式由式free。網格劃分最好按線，面，網格劃分最好按線，面， 體的順序。體的順序。分配單元屬性千萬不能分配錯誤。分配單元屬性千萬不能分配錯誤。面盡量用四邊形的網格，體盡量用六面體的網格。面盡

59、量用四邊形的網格，體盡量用六面體的網格。關心應力結果的區域須進行詳細網格劃分。關心應力結果的區域須進行詳細網格劃分。僅關心位移結果的地方網格可以粗糙些。僅關心位移結果的地方網格可以粗糙些。四、四、ANSYS求解器類型求解器類型用于求解表征結構自由度的線性方程組用于求解表征結構自由度的線性方程組直接消去求解器直接消去求解器l波前求解器：波前求解器： 最穩定，速度慢，小內存時用最穩定，速度慢，小內存時用lsparse求解器：速度快，非線性最適合求解器：速度快，非線性最適合迭代迭代求解器求解器lPCG：預條件共軛梯度求解器預條件共軛梯度求解器lICCG：不完全的喬里斯基共軛梯度求解器不完全的喬里斯基

60、共軛梯度求解器lJCG：雅可比共軛梯度求解器雅可比共軛梯度求解器 注：位置在求解器注：位置在求解器/solu中的求解選項中的求解選項analysis options，包括求解精度公差更改包括求解精度公差更改五、如何加快計算速度五、如何加快計算速度在大規模結構計算中，計算速度是一個非常重要的在大規模結構計算中，計算速度是一個非常重要的問題，下面就如何提高計算速度作一些建議：問題，下面就如何提高計算速度作一些建議：充分利用充分利用ANSYS MAPANSYS MAP分網和分網和SWEEPSWEEP分網技術，盡可能分網技術，盡可能獲得六面體網格，這一方面減小解題規模，另一方面提獲得六面體網格，這一方