1、ANSYS入門及應用章節學習內容課時安排授課上機第一章ANSYS軟件的安裝及用戶界面22第二章ANSYS工作平臺及其運用22第三章ANSYS的基本分析步驟22第四章ANSYS軟件的應用22第五章ANSYS高級建模技術222022/7/25ANSYS入門及應用結構分析方法匯總1 力法 2 位移法 3 糖葫蘆串方法 4 有限差分法 5 有限單元法 6 試驗方法 7 混合法 8 邊界單元法 2022/7/25ANSYS入門及應用結構分析方法匯總糖葫蘆串方法 糖葫蘆串方法是一種沿用較久應用比較廣泛的簡單方便的方法。糖葫蘆串法就是將某個 建筑結構物的所有豎向構件簡化為一個一維的豎向懸臂梁，而將各層不同的

2、標高處的所 有水平向構件簡化為集中質量分布于懸臂梁上，形如插在地上的糖葫蘆串，然后應用位 移法或力法建立地震與動力方程再進行求解，并進行地震隨機反應分析與研究。 糖葫蘆串方法應用效果研究：這種方法確實是一種簡單方便的研究方法，但是，無論哪 一種建筑結構，一般都屬于三維空間力系，簡化為二維平面時就已喪失了空間力系的力 學特性及變形特征，再簡化為一維懸臂梁又喪失了平面力系的力學特性及變形特征，再 由于力法或位移法的高階線形代數方程組的簡化，可想而知，這種糖葫蘆方法是何等的粗糙，與建筑結構的真實變形狀態和實際力學特性相差就更遠了。 2022/7/25ANSYS入門及應用結構分析方法匯總有限差分法 有

3、限差分法是對連續體作數學上近似的較為一般的數值方法，亦是長期沿用的復雜繁 瑣的又傳統經典的一種方法，有限差分法之所以是數學上的近似，主要就是將所需求解 的振動微分方程式根據微分原理以近似的有限差分式來代替，亦即將其變成一組有限個 線形代數方程式，其未知數的個數等于要決定的方程式的數目，不同類型的問題可用不 同形式的離散點來建立不同形式的格網進行求解，但其置換的法則有多種，可任意取其 中的一種。 有限差分法應用效果評論：對于某一個受力構件用有限差分法來近似研究或計算時，差 分的誤差值與所取得網格點的多少密切相關，格點愈少誤差值愈大；格點愈密誤差值愈 小，可是構成這個方程組的線形代數方程式就愈多，

4、相應的計算量就愈大；然而，對于 一幢龐大的建筑物而言，有大量的梁、柱、墻和其他構件，需建立大量的方程組，而每 組又包括極多的代數方程式，其工作量和計算量相當可觀，這還只是結構的二維問題。 對于三維問題不僅力學問題相當復雜，而且計算問題也相當困難，所以，有限差分法的 近似性和粗糙性以及難易性更是可想而知了。 2022/7/25ANSYS入門及應用結構分析方法匯總邊界單元法 邊界單元法同有限元法一樣也是將對連續體作物理上近似的計算方法。與有限元法不 同的是有限元法是將整個連續體進行剖分，而邊界元是將連續體的邊界進行剖分，內部 可以通過理論推導可以精確滿足，是一種半解析半數值得近似方法。 邊界單元法

5、應用效果評論：邊界單元法和有限單元法一樣是人為的將一個構件連續體的 邊界分割成有限多個邊界元，只有將邊界元分割的充分小而又相當多的時候，建立高階 線性方程組并進行求解與計算，才能較真實地近似體現這一構件的動力特性及變形特征 。如果將單元分割的充分大而又相當的少，就會導致這近似性很差，使建筑結構實際動力特性與變形特性的計算結果失真。但是，由于采用了基本解，使連續體內部的位移和 應力可以精確滿足，這樣就大大提高了解的精度。同時由于只對邊界進行剖分，未知數 的數目比有限元法少的多，計算量會大大減少。但是由于其基本解對于各個問題都不一 樣而且不易找出，所以其應用范圍受到了很大的局限。加之它的系數矩陣是

6、滿秩矩陣， 求解方程的時候累積誤差較大，而且在求解系數矩陣的過程中，奇異積分經常出現導致 方程組出現病態，所以目前應用較少。 2022/7/25ANSYS入門及應用常見的結構分析通用有限元程序ABAQUS它本身沒有前后處理，國內其前后處理主要借助于Patran軟件，這也是發展其用戶致命的弱點，到90年代中后期，才開始其前后處理軟件的開發，也就是現在的ABAQUS-CAE/Viewer,但是有某些原來的參數引入不進其CAE中，某些參數主要是涉及到巖土工程中的某些參數，ABAQUS5.8.14的命令行可以全部引入，但其CAE中不行，但對于機械行業、板筋成形方面一點沒有問題。本身ABAQUS軟件的開

7、發一開始就是基于高度非線性問題，其理論性較強，專業性較強，要求用戶背景知識的起點較高，加上“以前”又沒有自己的前后處理功能，其微機版的問世也比其它軟件晚，沒有高校培養計劃因此，導致其用戶較少。 2022/7/25ANSYS入門及應用常見的結構分析通用有限元程序單從在結構方面的應用ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS的功能 1).如果做接觸問題，選擇軟件的順序為Abaqus、Adina、Marc和Ansys，接觸問題本身就是一個高度非線性問題，前三者本身就是基于高度非線性問題而開發的，從建立接觸對(因為接觸對中按材料硬度可分硬硬、硬軟、軟軟，如果相同硬度，那么那個接觸體誰大、誰小， 那

8、個是凸面、那個是凹面等來確定誰是接觸面、誰是目標面等考慮)的方便程度和收斂程度為以上順序。 2022/7/25ANSYS入門及應用常見的結構分析通用有限元程序2).如果對結構要做結構優化設計或拓撲優化設計，那么Ansys最強，Ansys軟件中直接有優化設計模塊，是單目標優化設計，設計變量有結構尺寸變量和狀態變量(如某些地方的某種應力不能超過某一值，或某一變形不能超過多少)，優化結構變量寫入APDL程序中，如果對APDL程序不是很熟悉，那么可以通過Ansys軟件界面菜單完成建模和目標變量和設計變量設置，然后把所有操作過程寫入*.log 或*.lgw文件中，它們是文本文件，以APDL程序保存的，用

9、記事本等調出此*.log 文件進行整理，整理出循環迭代結構，另存文件名，在菜單中執行優化模塊時，直接調此文件，一次性優化出結果。 其它幾個軟件中沒有結構優化設計模塊，但也可以通過自己編寫個小程序，用MARc、Adina和Abaqus對結構進行優化設計，但首先要熟悉如何取某節點或某單元的結果數據，使其在設計范圍內尋求最優。 2022/7/25ANSYS入門及應用常見的結構分析通用有限元程序3).如果從界面菜單上建模方面來講，目前Adina、Abaqus與Ansys旗鼓相當，MARC最弱，甚至前兩者超過ANSYS軟件的建模，Adina-m和Abaqus/CAE的建模方式是基于現代CAD的建模方式(

10、如類似Pro/E、UG、Solidwork等，其蒙皮技術、復雜曲面掃描技術遠強于ANSYS)。 4). 如果從編程序建模，那么Ansys最強，因為它有自己的APDL程序語言，所有結構尺寸都可以參數化，這也是其率先開發結構優化設計和拓撲優化設計模塊的基礎。Marc也有一個python,但很不好用。Adina 可以在Adina-in準備文本模型文件，但不能設置變量參數，可以通過文本編輯處理模型數據。Abaqus與Adina一樣，可以編輯輸入模型文件參數。 2022/7/25ANSYS入門及應用常見的結構分析通用有限元程序5). 如果從結構網格劃分的方便程度來講(這里不指自由網格劃分)，設置網格線、

11、面、體的分段數和質量較好的映射網格方面，這幾個軟件的排序是Abaqus、Ansys、Adina和Marc。 6). 從用于教學方面，只有Ansys(2000節點)和Adina有教學版(900節點)。2022/7/25ANSYS入門及應用有限元分析 (FEA) 方法有限元分析 (FEA)有限元分析 是對物理現象（幾何及載荷工況）的模擬，是對真實情況的數值近似。通過劃分單元，求解有限個數值來近似模擬真實環境的無限個未知量。 結構分析的有限元方法是由一批學術界和工業界的研究者在二十世紀五十年代到二十世紀六十年代創立的。 有限元分析理論已有100多年的歷史，是懸索橋和蒸汽鍋爐進行手算評核的基礎。定義1

12、3有限元模型真實系統有限元模型 有限元模型 是真實系統理想化的數學抽象。定義14自由度（DOFs）自由度(DOFs) 用于描述一個物理場的響應特性。結構 DOFs 結構 位移 熱 溫度 電 電位 流體 壓力 磁 磁位 方向 自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ15節點和單元節點: 空間中的坐標位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。單元: 一組節點自由度間相互作用的數值、矩陣 描述（稱為剛度或系數矩陣)。單元有線、 面或實體以及二維或三維的單元等種類。有限元模型由一些簡單形狀的單元組成，單元之間通過節點連接，并承受一定載荷。載荷載荷16節點和單元節點自由度是隨連接該節點 單元類型 變化

13、的。JIIJJKLILKIPOMNKJIL三維桿單元 (鉸接)UX, UY, UZ三維梁單元二維或軸對稱實體單元UX, UY三維四邊形殼單元UX, UY, UZ,三維實體熱單元TEMPJPOMNKJIL三維實體結構單元ROTX, ROTY, ROTZROTX, ROTY, ROTZUX, UY, UZ,UX, UY, UZ17ANSYS分析簡介ANSYS 軟件主要包括三個模塊：前處理模塊（preprocessor）前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊（solution）分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）

14、、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力；后處理模塊（General Postproc and TimeHist Postproc ）后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。2022/7/25ANSYS入門及應用ANSYS分析簡介ANSYS有兩種模式：交互模式（Interactive Mode）交互模式即用戶圖形界面（GUI）操作，這種模式比較適用初學者，操作過程就像使用office程序一樣，簡單明了，不需記憶太多的程序命令，針對一般的簡單模型，采用這種方法，效率很高