1、ANSYS建模与应用,一种现代计算机辅助工程和工程数值模拟软件,主要内容,界面与环境 单元的选择与使用 加载与求解技术 后处理 模型建立和导入 算例介绍,ANSYS文件类型,坐标系,几何模型的定位和创建可基于三种坐标系(CS):工作平面坐标系(Working PlaneCS);全局坐标系(Global CS) ;局部坐标系(Local CS). (1)工作平面坐标系1)工作平面坐标系即一个2D作图平面。2)它主要用于实体模型体素的定位和定向(up一down建模:关键点、线、面等)(2)全局坐标系。1)全局坐标系是整个模型不变的参考坐标系。它可以是直角坐标系(Cartesian system)、
2、柱坐标系(cylindrical system)和球坐标系(spherical system ),分别如图 (a),(b),(c)所示。,2)缺省时,全局直角坐标系是激活坐标系。 3)可以激活坐标系为柱(或球、其它坐标系)。,(3)局部坐标系1)用户在特定位置创建的坐标系称为局部坐标系。2)局部坐标系可以是直角坐标系,柱坐标系(Cartesian system 0),和球坐标系(cylindrical system 1)(spherical system 2)3)局部坐标系可绕X,Y,z轴转动。4)定义局部坐标系,在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。选择维数最低的单元去获得预期的结
3、果 (尽量做到能选择点而不选择线，能选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳，能选择壳而不选择三维实体).对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程度的模型。你可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不同分析选项作实验性探讨。,单元种类,单元选择,弹簧元是常用的标量单元，它和集中质量单元一样被称作零维单元，它的特性是可以受拉、压或旋转，承受力或力矩；力引起轴向位移，力矩产生旋转位移（转角）。需要输入单元参数有标识号ID，刚度K，阻尼系数Cv等,常用单元的形状,集中质量单元mass为点元素，具有x，y，z位移与旋转的六个自由度。不同的质量或转动惯量可以分别定义对应的每个坐标系方向。输入参数
4、有元素的坐标系、质量M、对应坐标轴的Mx，My，Mz、Ixx、Iyy、Izz、材料等,线单元又叫一维单元，用于表示杆和梁的性质，杆元支持拉、压力P和轴向扭矩T，但不允许弯曲，梁单元则包括弯曲。输入数据包括：材料EX、密度DENS、面积AREA、转动惯量IZZ、截面高度H等，自由度有UX，UY，ROTZ。,面单元包括板单元和壳单元，它们可以用来表示这样的结构，其厚度远小于该结构的其它尺寸。可以承受与平面同方向及法线方向的负载。面元素具有X、Y、Z位移方向和X、Y、Z旋转方向的6个自由度。输入参数包括材料、表面负载、单元性质（厚度等）。三角形面元可以看作是四边形I，J，K，L四个节点中K，L的重合
5、，在大变形分析中，多采用三角形面单元,用于仿真3-D厚板和实体结构的特性，主要的体单元有四面体、五面体和六面体单元，体单元包括3个轴向平移自由度，不包括转动自由度。一般有8个，20个或更多的节点组成。可以用于塑性、膨胀、应力强化、大变形和大应变的分析。输入参数是材料ET、泊松比、密度DENS。,材料及属性,线性材料输入材料常数：杨氏模量、泊松比、密度等非线性材料 实际当中，没有那种材料的应力 应变关系是完全遵循线性关系的，线性假设只不过是一种近似处理。对于大多数工程材料而言，在外载荷不足使结构破坏情况下，这种近似是非常好的，能较好地确定设计中的许可应力或应力限值。ANSYS规定的非线性材料特性
6、： 塑性 永久的，不随时间变化的变形 蠕变 永久的，随时间变化的变形 非线性弹性 粘弹 类似玻璃的材料 超弹 类似于橡胶的材料,网格的划分,缺省单元尺寸的优先顺序对线划分的指定被最先考虑关键点附近的单元尺寸作为第二级考虑对象总体单元尺寸作为第三级考虑对象缺省单元尺寸被最后考虑,智能单元尺寸的优先顺序对线的指定被最先考虑关键点附近的单元尺寸作为第二级考虑对象，当考虑到曲率和小的几何尺寸特征时可以忽略它总体单元尺寸作为第三级考虑对象,当考虑到曲率和小的几何尺寸特征时可以忽略它智能单元尺寸设置被最后考虑,人工调整网格控制,由于结构形状的多样性，在许多情况下，由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并不合
7、适 包括应力集中和奇异点的模型 在这些情况下，进行网格划分时必须做更多的处理。可以通过指定下述的单元尺寸来进行更多的挖制 总体单元尺寸，根据面的边界（线）上所用单元的边长或每条线 上划分的单元数进行控制指定关键点附近的单元尺寸指定线上的单元划分数,层状网格划分生成线性过渡的自由网格在平行于线的方向上单元尺寸相当均匀在垂直于线的方向上，单元尺寸和数目急剧变化当分析时要求表面高精度，层状网格是最 有用的。（例如，模拟CFD的边界层效应 和电磁分析中的集肤效应）,局部细划,拾取细划位置 选择细划级别（从15为从最小到最大） 调整细划深度或其它的细节,网格细划前,混合单元划分,六面体四面体网格某些区域
8、已经被六边形单元进行映射网格划分，同时另一些较复杂的区域需要用四面体单元进行网格划分,决定在哪儿采用过渡金字塔形单元是合适的. 为了生成金字塔单元，重新排列组合四面体单元. 将金字塔单元放入网格中.,程序自动生成过渡用的金字塔单元,加载,已将几何模型划分网格, 应如何加载、求解? 载荷分类,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_ magnetic current segments) 面载荷 - 作用在表面的分布载荷 (结构分析_压力、
9、热分析_热对流、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces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_ magnetic current density等) 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等),可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元) 上加载,直接在实体模型加载的优点,在关键点处约束,沿线均布的压力,在节点处约束,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.,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
10、.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。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,DOF 约束形式,载荷约束形式,提交求解,求解结果保存在数据库中并输出到结果文件,结果文件,求解器,结果,结果数据,数据库,输入数据,实体模型建立和导入,1.一种使用自带的建模工具进行建模 2.另一种采用模型输入的方法,为CAD的文件格式到ANSYS的传输提供一个界面. 保存原始模型的特性（不需要先输出再输入） 在有些情况下，可以从CAD程序中直接进入ANSYS. 使用接口输入，需要下面的licenses: Parasolids:
11、Connection for Parasolids , ANSYS Pro/E: Pro/E, Connection for Pro/E, ANSYS Unigraphics: Unigraphics, Connection for Unigraphics, ANSYS SAT: Connection for SAT, ANSYS,模型导入,Connection for Pro/E Program,Connection for Unigraphics Program,Connection for CADDS Program,IGES File,Connection for SAT File,C
12、onnection for Parasolid File,CAD 中的模型,为下一步网格划分和求解而输入ANSYS的模型,IGES输入选项和工具,可用的修复工具:1.拓扑修复工具 2.几何修复工具 3.几何简化工具,拓扑修复工具 显示并列示分开的边界，对边界和间隙进行marge操作，删除多余的线和面,几何修复工具 创建丢失的线和面，修复模型.,几何简化工具 检查并显示短小的线或环，将分开的线或面连来，填充面或孔.，去掉突起,IGES输入检修技术,提示:如果输入不成功，关闭MERGE和Solid选项，重新输入. ANSYS装饰技术可以过滤掉坏图元. 输入完成后，仔细检查模型，从中删掉不想要的图元
13、. 在完成输入后，如果发现一些小面被丢失，则关掉small选项，重新输入模型. 可能需要花费更多的时间和占用更多的内存.,(x, y ,z) K1(0,0,0) k2(2,0,0) K3(3,3,0) k4(6,3,0 ) K5(6,1,0) k6(7,1,0) K7(7,6,0) k8(6,6,0) K9(6,4,0) k10(3,4,0) K11(3,7,0) k12(0,7,0),算例(取点),算例: 简单三角形单元解孔边应力集中,1、已知条件一个正方形板，边长L=100mm，中心有一小孔，直径D=10mm，左右边受均布拉伸载荷，面力集度 ，如图所示。板厚度t=10mm，材料的E=206
14、GPa，=0.29 ，为平面应力模型。,2、目的和要求,用简单三角形单元分析x=0截面上应力的分布规律和最大值，计算孔边应力集中系数。利用对称性条件，取板的四分之一进行有限元建模。,3 、具体操作步骤及要求,（1）单击屏幕左下角的“开始”，在程序中找到Ansys10.0，双击打开, 在Ansys中默认的单位是、m、s，我们就采用默认单位。 （2）在屏幕左侧的主菜单中选择Prefercence，单击，选择Structural，然后选择OK，表示进行结构分析。 （3）退出Prefercence，进入Preprocessor进入前处理部分。单击Element Type。再单击Add/Edit/Delete，在Element types中选择solid，,（5）分割面。首先创建圆，点击（0，0）点，拖动鼠标直至r=20时，点击鼠标左键，图上出现一个圆。,(6)使用直线再次分割面。单击（0，0） 、（50，50）两点，单击OK，完成创建直线操作。(7)划网格,line1,2取10,line3,4取20, line5,取20,map,(9)建立约束条件，约束左边线上的点X方向上的自由度，下边线上的点的约束y方向上的自由度，同时在左边线和下边线上施加对称约束。随后在右边线上施加压力，大小为100mN/mm(10) 计算,
