有限元基础及分析步骤课件.ppt

1、1ANSYS分析的基本步骤分析的基本步骤22-1. ANSYS分析过程中三个主要的步骤分析过程中三个主要的步骤.1. 创建有限元模型创建有限元模型 创建或读入几何模型创建或读入几何模型. 定义材料属性定义材料属性. 划分单元划分单元 (节点及单元节点及单元).2. 施加载荷进行求解施加载荷进行求解 施加载荷及载荷选项施加载荷及载荷选项. 求解求解.3. 查看结果查看结果 查看分析结果查看分析结果. 检验结果检验结果. (分析是否正分析是否正确确)A1XYZ31. 建立有限元模型建立有限元模型3. 查看结果查看结果2. 施加载荷求解施加载荷求解主菜单主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体

2、现分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.2-2.ANSYS分析步骤在分析步骤在GUI中的体现中的体现.4ANSYS GUI中的功中的功能排列按照一种动能排列按照一种动宾结构，以动词开宾结构，以动词开始（如始（如Create), 随随后是一个名词后是一个名词 (如如Circle).菜单的排列，按照菜单的排列，按照由前到后、由简单由前到后、由简单到复杂的顺序，与到复杂的顺序，与典型分析的顺序相典型分析的顺序相同同. 5ANSYS文件及工作文件名 默认的工作文件名是默认的工作文件名是 file. 数据库文件数据库文件jobname.db二进制二进制 Log 文件文件jobname.log文本文

3、本 结果文件结果文件jobname.rxx二进制二进制(例如：结构例如：结构)jobname.rst 图形文件图形文件jobname.grph二进制二进制 (特殊格式特殊格式)6ANSYS数据库2-4a. ANSYS数据库中存储的数据数据库中存储的数据.ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储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的数据，也存储结果数据: 输入数据输入数据 - 必须输入的信息必须输入的信息 (模型尺寸、材料属性、载模型尺寸、材料属性、载荷等荷等). 结果数

4、据结果数据 - ANSYS计算的数值计算的数值 (位移、应力、应变、温位移、应力、应变、温度等度等).72-4b. 存储数据库操作存储数据库操作.存储操作将存储操作将ANSYS数据库从内存中写入一个文件数据库从内存中写入一个文件 。数据数据库文件（以库文件（以db为扩展名）是数据库当前状态的一个备份为扩展名）是数据库当前状态的一个备份.弹出一个对话框，允许将数据库存储到弹出一个对话框，允许将数据库存储到另外名字的文件另外名字的文件上。上。 (注意在注意在ANSYS中，中， “Save as” 只将数据库拷贝到另外一个文件名上，只将数据库拷贝到另外一个文件名上，并不改变当前的工作文件名并不改变当

5、前的工作文件名). 立即保存数据库到立即保存数据库到 jobname.db文件文件中，其中中，其中jobname为工作文件名。为工作文件名。82-4c.恢复数据库操作恢复数据库操作.与与 “Save as,”类似，类似， “Resume from” 读入给定文件名的数据库文读入给定文件名的数据库文件，但当前的工作文件名不变件，但当前的工作文件名不变.恢复操作将数据库文件中的数据读入内存中，在这个过程恢复操作将数据库文件中的数据读入内存中，在这个过程中，将首先清除目前内存中的数据，将之替换成数据库文中，将首先清除目前内存中的数据，将之替换成数据库文件中的数据件中的数据.立即恢复名为立即恢复名为

6、jobname.db的文件的文件. Jobname为在为在ANSYS启动对话框启动对话框中设定的工作文件名中设定的工作文件名.92-4d.怎样利用存储和恢复数据库，从错误操作怎样利用存储和恢复数据库，从错误操作中恢复中恢复.ANSYS提供数据库文件备份提供数据库文件备份。 选择选择 “Files Resume from,” 然后选择然后选择 jobname.dbb ，恢复到上一次存储的，恢复到上一次存储的数据库数据库.存储和恢复操作可在工存储和恢复操作可在工具条中方便地调用具条中方便地调用.10有关存储与恢复操作的提示 必须选择一个存储命令，将数据库保存到文件中必须选择一个存储命令，将数据库保

7、存到文件中. 建议在分析过程中，隔一段时间存储一次数据库文件建议在分析过程中，隔一段时间存储一次数据库文件. 在进行不清除后果的（例如划分网格）或会造成重大在进行不清除后果的（例如划分网格）或会造成重大影响的（例如删除操作）操作以前，最好先存储一下影响的（例如删除操作）操作以前，最好先存储一下数据库文件数据库文件. 如果在进行一个操作以前刚刚存储完数据库，您可以如果在进行一个操作以前刚刚存储完数据库，您可以选择工具条中的选择工具条中的RESUME_DB，进行，进行 “undo”。11注意注意 为了最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，应为了最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，应培养以

8、下习惯：培养以下习惯：1) 针对每个分析项目，设置单独的针对每个分析项目，设置单独的子目录子目录；2) 每求解一个新问题使用不同的每求解一个新问题使用不同的 工作文件名工作文件名. 在在AYSYS启动对话框启动对话框中设置工作文件名中设置工作文件名. ANSYS的的Output文件在交互操作中并不自动被写出，在交互操作文件在交互操作中并不自动被写出，在交互操作中，您必须用中，您必须用Utility Menu: File Switch Output to File把把output写到一个文件中写到一个文件中. 分析完成后，您必须保存如下文件分析完成后，您必须保存如下文件: log 文件文件 (

9、.log), 数据库文件数据库文件 ( .db), 结果文件结果文件 ( .rst, .rth等等), 载荷步文件载荷步文件 (.s01, .s02, .), 输出文输出文件件 ( .out), 物理环境文件物理环境文件 (.ph1, .ph2, .). 注意注意 log 文件只添加，不会覆盖文件只添加，不会覆盖.12练习练习 简支梁简支梁131.启动启动 ANSYS.以交互模式进入以交互模式进入ANSYS，工作文件名为，工作文件名为beam.1415使用使用“Preferences” 对话框选择分析模块，对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤。如果不进行选择，以便于对菜单进行过滤。如果不进

10、行选择，所有的分析模块的菜单都将显示出来。例如所有的分析模块的菜单都将显示出来。例如这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明了了.创建好几何模型以后，就要准备单元类型、创建好几何模型以后，就要准备单元类型、实常数、材料属性，然后划分网格实常数、材料属性，然后划分网格.1617对于任何分析，必须单元类型库中选择一对于任何分析，必须单元类型库中选择一个或几个适合分析的单元类型个或几个适合分析的单元类型. 单元类型单元类型决定了辅加的自由度（位移、转角、温度决定了辅加的自由度（位移、转角、

11、温度等）。许多单元还要设置一些单元的选项等）。许多单元还要设置一些单元的选项，诸如单元特性和假设，单元结果的打印，诸如单元特性和假设，单元结果的打印输出选项等。对于本问题，只须选择输出选项等。对于本问题，只须选择 BEAM 并默认单元选项即可并默认单元选项即可.18有些单元的几何特性，不能仅用其节点有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示出来，需要提供一些实的位置充分表示出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。常数来补充几何信息。 典型的实常数有典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。壳单元的厚度，梁单元的横截面积等。某些单元类型所需要的实常数，以实常某些单元类型所需要的实常数

12、，以实常数组的形式输入数组的形式输入. 192021June 3, 199622ANSYS分析中的单位制 除了磁场分析以外，用户不需要告诉除了磁场分析以外，用户不需要告诉ANSYS使用的是使用的是什么单位制什么单位制. 只需要自己决定使用何种单位制，然后只需要自己决定使用何种单位制，然后确保所有输入的值的单位制保持统一确保所有输入的值的单位制保持统一 (ANSYS并不转并不转换单位制换单位制). ANSYS读入输入的数值，并不检验单位制读入输入的数值，并不检验单位制是否正确是否正确. 注意注意: /UNITS 命令只是一种简单的记录，命令只是一种简单的记录，告诉别的人现在使用的单位制告诉别的人

13、现在使用的单位制.单位制将影响输入的实体模型尺寸、材料属性、实常数单位制将影响输入的实体模型尺寸、材料属性、实常数以及载荷等以及载荷等.单位系统单位系统 长度长度 时间时间 质量质量 力力 SI 米米 秒秒 千克千克 牛顿牛顿 MKS 米米 秒秒 千克千克 公斤力公斤力 FPS 英尺英尺 秒秒 磅磅 磅磅2324252627在划分网格以前，用一表示几何模型的文在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件。一旦需要返回重新件名保存数据库文件。一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，因为此时需要恢划分网格时就很方便了，因为此时需要恢复数据库文件。复数据库文件。282930313233343

14、53637June 3, 199638单元属性单元属性单元属性是指在划分网格以前必须指单元属性是指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征定的所分析对象的特征. 这些特征这些特征包括包括: 材料属性材料属性 单元类型单元类型 实常数实常数39材料属性材料属性 是与几何模型无关的本构属性，是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等例如杨氏模量、密度等. 虽然材料属性并不虽然材料属性并不与单元类型联系在一起，但由于计算单元与单元类型联系在一起，但由于计算单元矩阵时需要材料属性，矩阵时需要材料属性，ANSYS为了用户使为了用户使用方便，还是对每种单元类型列出了相应用方便，还是对每种单元类型列出

15、了相应的材料类型。的材料类型。 根据不同的应用，材料属性根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线性的可以是线性或非线性的. 与单元类型及实常与单元类型及实常数类似，一个分析中可以定多种材料数类似，一个分析中可以定多种材料. 每种每种材料设定一个材料编号材料设定一个材料编号. 对于本问题，只须对于本问题，只须定义一种材料，这种材料只须定义一个材定义一种材料，这种材料只须定义一个材料属性料属性杨氏模量杨氏模量 29E6 psi.June 3, 199640材料属性ANSYS所有的分析都需要输入材料属性所有的分析都需要输入材料属性- 例如在例如在结构分析至少要输入材料的杨氏模量结构分析至少要输入材料

16、的杨氏模量EXX，热分，热分析至少要输入材料的导热系数等析至少要输入材料的导热系数等KXX. 3-14. 定义材料属性、单元类型以及实常数定义材料属性、单元类型以及实常数.June 3, 199641下表是下表是ANSYS全部的材料属性全部的材料属性.June 3, 199642定义材料属性要定义材料属性要定义材料属性 :Main Menu: Preprocessor Material Properties -Constant- Isotropic1. 选择选择 OK 定义第一种材料定义第一种材料.2. 在相应的框中输入材料属性值在相应的框中输入材料属性值 (如果需要如果需要可使用滚动条可使用

17、滚动条).3. 选择选择 OK.June 3, 199643定义单元类型设定单元类型设定单元类型:Main Menu: Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete1. 选择选择 Add.June 3, 1996442. 选择选择 Help 得到关得到关于单元类型的信于单元类型的信息息.3. 选择单元图示摘要选择单元图示摘要.4. 选择选择 Go To.June 3, 19964546June 3, 1996477. 选择单元类型选择单元类型.6. 选择单元分类选择单元分类.8. 选择选择 OK.June 3, 1996489. 如果必要，选择如果必要，选

18、择 Options 修改单元选项修改单元选项. 以下是以下是PLANE82的单元选项设置的单元选项设置.10. 选择选择 Close 结束单元类型定义结束单元类型定义.选择选择 Help 得到更多单元选得到更多单元选项的帮助项的帮助. June 3, 199649ANSYS “实常数”实常数是针对某一单元的几何特征实常数是针对某一单元的几何特征, 例如例如: 梁单元的横截面积梁单元的横截面积. 壳单元的厚度壳单元的厚度.分析用中到的单元的实常数，可以查阅单分析用中到的单元的实常数，可以查阅单元在线帮助元在线帮助. 注意并不是所有的单元都需注意并不是所有的单元都需要实常数要实常数.June 3,

19、 199650定义实常数选择了单元类型后，定义单元实常数选择了单元类型后，定义单元实常数:Main Menu: Preprocessor Real ConstantsProcedure1. .2. .3. . 1. 选择选择 Add.2. 选择要定义的实选择要定义的实常数是针对哪种常数是针对哪种单元类型单元类型.3. 选择选择 OK.June 3, 1996515. 选择选择 e OK.4. 输入实常数输入实常数.6. 如果要定义另如果要定义另一实常数，选择一实常数，选择 Add 并重复并重复25步步.7. 结束实常数定义结束实常数定义，选择，选择 Close.52网格划分网格划分3-15.

20、划分网格四个主要步骤划分网格四个主要步骤.网格划分主要包括以下四个步骤网格划分主要包括以下四个步骤:1. 定义单元属性定义单元属性 (单元类型、实常数、材料单元类型、实常数、材料属性属性).2. 设定网格尺寸控制设定网格尺寸控制 (控制网格密度控制网格密度).3. 网格划分以前保存数据库网格划分以前保存数据库.4. 执行网格划分执行网格划分.533-16.使用缺省设置划分网格使用缺省设置划分网格.要进行网格划分要进行网格划分:Main Menu: Preprocessor MeshTool1.给图元定义单元给图元定义单元属性属性 (体、面等体、面等).2.设定网格密度控制设定网格密度控制.3.

21、保存保存 DB, 然后执行网格然后执行网格划分划分.4.将出现拾取对话框，提将出现拾取对话框，提示拾取要划分网格的图示拾取要划分网格的图元元.拾取后选择拾取后选择OKApply.54如果没有对网格进行任何控制，如果没有对网格进行任何控制，ANSYS将使用将使用缺省设置缺省设置: 自由网格划分，即四边形网格划分自由网格划分，即四边形网格划分 (2-D 模型模型) ，其中可能包含少量三角形其中可能包含少量三角形. 单元尺寸由单元尺寸由ANSYS确定确定 (通常是比较合理的通常是比较合理的). 单元属性为：类型为单元属性为：类型为1,材料为材料为1,实常数为实常数为1.55ANSYS网格划分中有许多

22、不同的单元尺寸控制方式网格划分中有许多不同的单元尺寸控制方式: “Smart Sizing” 总体（总体（“Global”） 单元尺寸单元尺寸 指定的线上的单元分割数及间距控制指定的线上的单元分割数及间距控制 给定关键点附近的单元尺寸控制给定关键点附近的单元尺寸控制 层网格划分层网格划分 - 在壁面附近划分较密的的网格在壁面附近划分较密的的网格 (适于模拟适于模拟 CFD 边界层及边界层及电磁分析中的电磁分析中的 skin effects) 网格细化网格细化 - 在制定区域细化网格在制定区域细化网格 (并不清除已经划好的并不清除已经划好的)上述每种控制方法都有自己特定的用途。尽管它们可以混合使

23、用上述每种控制方法都有自己特定的用途。尽管它们可以混合使用, 但有些但有些会有冲突会有冲突. 通常一次使用通常一次使用12种控制方法种控制方法.3-17. 单元尺寸单元尺寸.56要使用智能网格划分要使用智能网格划分:Main Menu: Preprocessor MeshTool选择选择 Smart Size 然后然后移动滚动条设置所需的移动滚动条设置所需的数值数值. 最高效的控制方法是智能网格划分最高效的控制方法是智能网格划分 Smart Sizing. 它考虑几何图形的曲率它考虑几何图形的曲率以及线与线的接近程度以及线与线的接近程度. 可将滚动条设可将滚动条设置在置在1（最密的网格）到（最密的网格）到10（最粗的网（最粗的网格）之间，一般建议设定在格）之间，一般建议设定在48之间之间.