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
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
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。
生成节点
直接建模
由节点生成单元 生成关键点 由关键点生成线
都涉及到 坐标系的 选择问题
建 模 间接建模
至底而上
由线生成面
由面生成体
划分线、面或者体，生成单元 直接生成线、面或体 自上而下 划分线、面或体，生成单元
Ansys使用的模型有两类：有限元模型和实体模型
Create > -Areas- Arbitrary
Operate > Extrude
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- Arbitrary
Operate > Extrude
ANSYS中坐标系的分类：
整体坐标系和局部坐标系
(Global and Local Coordinate Systems )
Create > -Lines- Splines
Create > -Lines- Lines
Create > -Lines- Arcs
L,k1,k2,k3,radius
L,k1,k2
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，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。
– 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：
体
– 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.
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- Create > Keypoints – 或者用 K 命令组立的命令: K, KFILL, KNODE, 等.
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。
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
…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.
节点坐标系(Nodal Coordinate Systems)
单元坐标系(Element Coordinate Systems)
显示坐标系(Display Coordinate System) 结果坐标系(The Results Coordinate System)
一、整体坐标系与局部坐标系
加
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。
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.
Common Intersection
Pairwise Intersection
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）
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
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。
面
线及关键点
体
面 线
关键点
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.
Add
二、主要模块简介
ANSYS/ Multiphysics
ANSYS/ LS-DYNA
ANSYS/ Emag
ANSYS/ Mechanical
ANSYS/ FLOTRAN CFD
ANSYS/ Thermal
ANSYS/ Structural
ANSYS/
LinearPlus
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 A1 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 Y Z X 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 solve 3. 后处理 1）查看分析结果 2）检验结果
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
ANSYS的分析方法(续)
2-2. ANSYS分析步骤在GUI中的体现.
Objective
分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.
主菜单 1. 建立有限元模型 2. 施加载荷求解 3. 查看结果
ANSYS的分析方法(续)
ANSYS GUI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).
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。