1、目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 有限元分析一般步驟有限元分析一般步驟 有限元結(jié)構(gòu)分析常見類型及其用途有限元結(jié)構(gòu)分析常見類型及其用途 計算結(jié)果可靠性評判計算結(jié)果可靠性評判 總結(jié)總結(jié)目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 ANSYS相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 有限元分析步驟有限元分析步驟 有限元分析類型有限元分析類型 計算結(jié)果與實驗結(jié)果計算結(jié)果與實驗結(jié)果 總結(jié)總結(jié) 有限元法有限元法(FEA , Finite Element Analysis)基本思想基本思想 是將連續(xù)幾何結(jié)構(gòu)離散成有限個單元，每個單元設(shè)是將連續(xù)幾何結(jié)構(gòu)離散成有

2、限個單元，每個單元設(shè)定有限個節(jié)點，連續(xù)體可以看做節(jié)點處連接的一組定有限個節(jié)點，連續(xù)體可以看做節(jié)點處連接的一組單元的集合，從而將單元的集合，從而將一個連續(xù)一個連續(xù)域域中的無限自由度問中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題。最終由題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題。最終由較簡較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。 對每一單元假定一個合適的對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。件），從而得到問題的解。 工程結(jié)構(gòu)離散工程結(jié)構(gòu)離散成成

3、各種單元組成的計算模型，這一各種單元組成的計算模型，這一步稱作單元剖分。單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等步稱作單元剖分。單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問題的性質(zhì)，描述變形形態(tài)的需要和計算進度應(yīng)視問題的性質(zhì)，描述變形形態(tài)的需要和計算進度而定（一般情況單元劃分越細則描述變形情況越精而定（一般情況單元劃分越細則描述變形情況越精確，即越接近實際變形，但計算量越大）。確，即越接近實際變形，但計算量越大）。 每一個單元都有確定的方程描述在一定荷載下的響應(yīng)。每一個單元都有確定的方程描述在一定荷載下的響應(yīng)。模型中所有單元響應(yīng)的模型中所有單元響應(yīng)的“和和”，給出了設(shè)計的總體響應(yīng)。，給出了設(shè)計的總體響應(yīng)。單元中未知

4、量的個數(shù)是有限的，因此稱為單元中未知量的個數(shù)是有限的，因此稱為“有限單元有限單元”。 有限元分析是利用有限個未知量的有限元有限元分析是利用有限個未知量的有限元單元單元模型模型模擬無限個未知量的模擬無限個未知量的幾何結(jié)構(gòu)連續(xù)體。幾何結(jié)構(gòu)連續(xù)體。這樣，用有這樣，用有限元分析計算所獲得的結(jié)果只是近似的。如果劃分限元分析計算所獲得的結(jié)果只是近似的。如果劃分單元數(shù)目非常多而又合理，則所獲得的結(jié)果就與實單元數(shù)目非常多而又合理，則所獲得的結(jié)果就與實際情況相符合。際情況相符合。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元法法不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而不

5、僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。成為行之有效的工程分析手段。 連續(xù)體的離散化連續(xù)體的離散化 將連續(xù)體離散成有限個單元。離散單元形式很多，如二位將連續(xù)體離散成有限個單元。離散單元形式很多，如二位問題，有三角形單元、四邊形單元；三維問題有四面體、六問題，有三角形單元、四邊形單元；三維問題有四面體、六面體等等。面體等等。 選擇單元位移函數(shù)選擇單元位移函數(shù) 假設(shè)的單元位移函數(shù)只能近似的表示（精確的）位移場，假設(shè)的單元位移函數(shù)只能近似的表示（精確的）位移場，通常假定為多項式。如彈性平面問題三角形單元，最簡單的通常假定為多項式。如彈性平面問題三角形單元，最簡單的位移函

6、數(shù)可以選為線性多項式。位移函數(shù)可以選為線性多項式。建立單元剛度矩陣建立單元剛度矩陣 將節(jié)點力矩陣用將節(jié)點力矩陣用FF表示，節(jié)點位移矩陣用表示，節(jié)點位移矩陣用dd表表示，則單元物理方程為示，則單元物理方程為 Kd=F Kd=F 式中式中 K-K-單元剛度矩陣單元剛度矩陣 單元剛度矩陣通常用變分法建立，與位移函數(shù)、單元剛度矩陣通常用變分法建立，與位移函數(shù)、單元形狀、單元材料性質(zhì)及本構(gòu)關(guān)系有關(guān)。單元形狀、單元材料性質(zhì)及本構(gòu)關(guān)系有關(guān)。 建立總體剛度矩陣建立總體剛度矩陣 將各個單元剛度矩陣集合成結(jié)構(gòu)總體的剛度矩陣，藏用集將各個單元剛度矩陣集合成結(jié)構(gòu)總體的剛度矩陣，藏用集合方法是直接剛度法或變分法。結(jié)構(gòu)的

7、節(jié)點平衡方程式可由合方法是直接剛度法或變分法。結(jié)構(gòu)的節(jié)點平衡方程式可由總體剛度矩陣表示為總體剛度矩陣表示為 Ku=P Ku=P式中：式中： K-K-結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣 P- P-整體節(jié)點載荷矩陣整體節(jié)點載荷矩陣 u u整體節(jié)點位移矩陣整體節(jié)點位移矩陣 求解代數(shù)方程組，得到所有節(jié)點位移分量求解代數(shù)方程組，得到所有節(jié)點位移分量 由節(jié)點位移求內(nèi)力與應(yīng)力由節(jié)點位移求內(nèi)力與應(yīng)力在材料確定的情況下，基本的力學(xué)變量在材料確定的情況下，基本的力學(xué)變量 位移、應(yīng)變、應(yīng)力位移、應(yīng)變、應(yīng)力 變形體的描述變形體的描述及所需要的變量 變形體變形體 在外力的作用下，若物體內(nèi)任意兩點之間發(fā)生相對移動，在外力的

8、作用下，若物體內(nèi)任意兩點之間發(fā)生相對移動，這樣的物體叫做變形體。它與材料的物理性質(zhì)密切相關(guān)。材這樣的物體叫做變形體。它與材料的物理性質(zhì)密切相關(guān)。材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象是簡單變形體，如桿、梁、柱料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象是簡單變形體，如桿、梁、柱等。彈性力學(xué)處理的是任意形狀變形體。有限元法所處理的等。彈性力學(xué)處理的是任意形狀變形體。有限元法所處理的對象為任意形狀變形體。因而彈性力學(xué)中有關(guān)變量和方程的對象為任意形狀變形體。因而彈性力學(xué)中有關(guān)變量和方程的描述將是有限元法的重要基礎(chǔ)。描述將是有限元法的重要基礎(chǔ)。 對于一個待分析的對象，包括復(fù)雜的幾何形狀、給定的對于一個待分析的對象，包括復(fù)雜的幾何

9、形狀、給定的材料類型、指定的邊界條件（受力和約束狀況）。材料類型、指定的邊界條件（受力和約束狀況）。單元單元 有限元模型中每一個小的塊體稱為一個單元。由于單元是有限元模型中每一個小的塊體稱為一個單元。由于單元是構(gòu)成有限元模型的基礎(chǔ)，因此單元類型對于有限元分析過程構(gòu)成有限元模型的基礎(chǔ)，因此單元類型對于有限元分析過程至關(guān)重要。一個有限元程序提供的單元種類越多，該程序功至關(guān)重要。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。能就越強大。ANSYS程序提供了一百余種單元種類，可以模程序提供了一百余種單元種類，可以模擬和分析絕大多數(shù)的工程問題。擬和分析絕大多數(shù)的工程問題。 節(jié)點節(jié)點 用于確定單元

10、形狀、表述單元特征及連接相鄰單元的點。用于確定單元形狀、表述單元特征及連接相鄰單元的點。節(jié)點是有限元模型中的最小構(gòu)成元素。多個單元可以共用節(jié)點是有限元模型中的最小構(gòu)成元素。多個單元可以共用1個個節(jié)點，節(jié)點起連接單元和實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的作用。節(jié)點，節(jié)點起連接單元和實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的作用。 載荷載荷 工程結(jié)構(gòu)所受到外加力或力矩稱為載荷，包括集中力、力工程結(jié)構(gòu)所受到外加力或力矩稱為載荷，包括集中力、力矩及分布力等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義有所差別。在矩及分布力等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義有所差別。在通常結(jié)構(gòu)分析過程中，載荷為力、位移等，在溫度場分析過通常結(jié)構(gòu)分析過程中，載荷為力、位移等，在溫度場分析過程

11、中，載荷是指溫度等。程中，載荷是指溫度等。 邊界條件邊界條件 邊界條件是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加約束。在有限元分邊界條件是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加約束。在有限元分析過程中，施加正確的邊界條件是獲得正確的分析結(jié)果和較析過程中，施加正確的邊界條件是獲得正確的分析結(jié)果和較高的分析精度的關(guān)鍵。高的分析精度的關(guān)鍵。 初始條件初始條件 應(yīng)力應(yīng)力 應(yīng)變應(yīng)變 初始條件是結(jié)構(gòu)響應(yīng)前所施加的如初始溫度、預(yù)應(yīng)力等。初始條件是結(jié)構(gòu)響應(yīng)前所施加的如初始溫度、預(yù)應(yīng)力等。物體內(nèi)部的內(nèi)力分布集度物體內(nèi)部的內(nèi)力分布集度物體內(nèi)任一點（單元體）因外力作用引起的形狀和尺寸物體內(nèi)任一點（單元體）因外力作用引起的形狀和尺寸的相對改變。的

12、相對改變。目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 常用材料力學(xué)理論簡介常用材料力學(xué)理論簡介 線性與非線性簡介線性與非線性簡介 彈性模量（彈性模量（E） 材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。 泊松比泊松比() 在拉伸時，試件發(fā)生軸向伸長，也同時發(fā)生橫向收縮。將在拉伸時，試件發(fā)生軸向伸長，也同時發(fā)生橫向收縮。將縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變el 與橫與橫(徑徑)向應(yīng)變向應(yīng)變er之負比值表示為之負比值表示為，即，即 =-er/el

13、 稱為波桑比稱為波桑比(Poissons ratio), 它也是材料的彈性常數(shù)。它也是材料的彈性常數(shù)。eE 按材料在拉伸斷裂前按材料在拉伸斷裂前是否發(fā)生塑性變形是否發(fā)生塑性變形，將材料分為，將材料分為脆性脆性材料材料和和塑性材料塑性材料兩大類。脆性材料在拉伸斷裂前不產(chǎn)生塑性兩大類。脆性材料在拉伸斷裂前不產(chǎn)生塑性變形變形, , 只發(fā)生彈性變形；塑性材料在拉伸斷裂前會發(fā)生不可只發(fā)生彈性變形；塑性材料在拉伸斷裂前會發(fā)生不可逆塑性變形。逆塑性變形。0.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0PbPm bPsPpPeLoad / KN Distance/ mm塑性材料拉伸曲線塑性材料拉伸

14、曲線脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線 第一強度理論（最大拉應(yīng)力理論）第一強度理論（最大拉應(yīng)力理論） 這一理論認為最大拉應(yīng)力是引起材料脆性斷裂破壞的主這一理論認為最大拉應(yīng)力是引起材料脆性斷裂破壞的主要因素，即不論材料處于簡單還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要最大要因素，即不論材料處于簡單還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力拉應(yīng)力 達到材料在單向拉伸時斷裂破壞的極限應(yīng)力，就會達到材料在單向拉伸時斷裂破壞的極限應(yīng)力，就會發(fā)生脆性斷裂破壞。建立的強度條件為：發(fā)生脆性斷裂破壞。建立的強度條件為： 1 1 該理論適合脆性材料在單向、二向或三向受拉的情況。該理論適合脆性材料在單向、二向或三向受拉的情況。 第四強度理論（形狀

15、改變比能理論）第四強度理論（形狀改變比能理論） 這一理論認為形狀改變比能是引起材料塑性流動破壞的這一理論認為形狀改變比能是引起材料塑性流動破壞的主要因素，即不論材料處于簡單還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。只要構(gòu)主要因素，即不論材料處于簡單還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。只要構(gòu)件危險點處的形狀改變比能，達到材料在單向拉伸屈服時的件危險點處的形狀改變比能，達到材料在單向拉伸屈服時的形狀改變比能，就會發(fā)生塑性流動破壞。建立的強度條件為形狀改變比能，就會發(fā)生塑性流動破壞。建立的強度條件為： 22212233112 這一理論較全面地考慮了各個主應(yīng)力對強度的影響。試這一理論較全面地考慮了各個主應(yīng)力對強度的影響。試驗結(jié)果也與該理論的計

16、算結(jié)果基本相符，適用塑性材料。驗結(jié)果也與該理論的計算結(jié)果基本相符，適用塑性材料。 工程實際中，零件工作應(yīng)力的最大容許值必須低于材料的極工程實際中，零件工作應(yīng)力的最大容許值必須低于材料的極限應(yīng)力。對一定材料制成的具體零件，工作應(yīng)力的最大容許值限應(yīng)力。對一定材料制成的具體零件，工作應(yīng)力的最大容許值，稱為，稱為許用應(yīng)力許用應(yīng)力，并用，并用 表示。許用應(yīng)力與極限應(yīng)力的關(guān)系表示。許用應(yīng)力與極限應(yīng)力的關(guān)系為為式中，式中，n是大于是大于1的安全系數(shù)。根據(jù)行業(yè)規(guī)范進行選取，塑性材的安全系數(shù)。根據(jù)行業(yè)規(guī)范進行選取，塑性材料按屈服應(yīng)力所規(guī)定的安全因素料按屈服應(yīng)力所規(guī)定的安全因素 通常取通常取1.52.2；脆性材料

17、；脆性材料按強度極限所規(guī)定的安全因素按強度極限所規(guī)定的安全因素 ，通常取，通常取35，甚至更大。，甚至更大。 unsnbn 工程實際中，如果零件工作應(yīng)力處在彈性范圍內(nèi)，不允許出工程實際中，如果零件工作應(yīng)力處在彈性范圍內(nèi)，不允許出現(xiàn)塑性行為，則現(xiàn)塑性行為，則 校核時校核時 為塑性材料的屈服極限或者脆性材為塑性材料的屈服極限或者脆性材料的強度極限。料的強度極限。ANSYS軟件計算結(jié)果軟件計算結(jié)果 ，則，則式中：式中： 塑性材料塑性材料 為為Von mises等效應(yīng)力，即第四強度理論校核。等效應(yīng)力，即第四強度理論校核。 脆性材料脆性材料 為最大拉應(yīng)力，即第一強度理論校核。為最大拉應(yīng)力，即第一強度理論

18、校核。 u unmax maxmaxmax 力（力（F）和位移（）和位移（u）是簡單的線性關(guān)系，即滿足胡）是簡單的線性關(guān)系，即滿足胡克定律克定律F = Ku 常數(shù)常數(shù) K 表示結(jié)構(gòu)剛度表示結(jié)構(gòu)剛度. 線性結(jié)構(gòu)遵循線性關(guān)系線性結(jié)構(gòu)遵循線性關(guān)系. 常用的例子即簡單的彈簧常用的例子即簡單的彈簧:KFuKFu 線性結(jié)構(gòu)非常適宜有限元分析線性結(jié)構(gòu)非常適宜有限元分析, 它是基于線性矩陣代數(shù)它是基于線性矩陣代數(shù). 實際上，大多數(shù)結(jié)構(gòu)力和位移之間不是線性關(guān)系。實際上，大多數(shù)結(jié)構(gòu)力和位移之間不是線性關(guān)系。 F 對對u的圖不是直線的的圖不是直線的, 這樣的結(jié)構(gòu)稱為是非線性的。這樣的結(jié)構(gòu)稱為是非線性的。 剛度不再是

19、常數(shù)剛度不再是常數(shù)K; 變?yōu)槭┘虞d荷的函數(shù)變?yōu)槭┘虞d荷的函數(shù) KT (切向剛度切向剛度)。FuKT 如果加載引起剛度的重大變化，則結(jié)構(gòu)是非線性的如果加載引起剛度的重大變化，則結(jié)構(gòu)是非線性的. 剛度改變的典型原因是剛度改變的典型原因是: 應(yīng)變超出彈性限制應(yīng)變超出彈性限制 (plasticity) 大變形大變形, 如受力的釣魚桿如受力的釣魚桿 狀態(tài)變化狀態(tài)變化 (兩體間的接觸兩體間的接觸, 單元生單元生/死死) 非線性三個主要來源非線性三個主要來源: 幾何非線性幾何非線性:如果一個結(jié)構(gòu)經(jīng)歷如果一個結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了大變形變化的結(jié)構(gòu)外形導(dǎo)致非了大變形變化的結(jié)構(gòu)外形導(dǎo)致非線性行為線性行為. 材料非線性材料非線

20、性:非線性的非線性的 stress-strain 關(guān)系關(guān)系, 如右圖所示的金屬如右圖所示的金屬塑性是另一個非線性來源。塑性是另一個非線性來源。 接觸非線性接觸非線性: “狀態(tài)改變狀態(tài)改變”的非的非線性線性, 是當(dāng)物體相互接近或分離是當(dāng)物體相互接近或分離時會出現(xiàn)剛度突變而導(dǎo)致的非線時會出現(xiàn)剛度突變而導(dǎo)致的非線性。性。 有限元軟件中線性問題只需要一次求解即可完有限元軟件中線性問題只需要一次求解即可完成，耗費資源較少，成本較低。成，耗費資源較少，成本較低。 非線性問題需要通過多個迭代步求解，一般采非線性問題需要通過多個迭代步求解，一般采用用Newton-Raphson迭代法。耗費資源較多，成迭代法。

21、耗費資源較多，成本較高。本較高。Fu位移位移載荷載荷1234KFu線性問題求解線性問題求解非線性問題求解非線性問題求解目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 ANSYS相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 有限元分析一般步驟有限元分析一般步驟 有限元分析類型有限元分析類型 計算結(jié)果與實驗結(jié)果計算結(jié)果與實驗結(jié)果 總結(jié)總結(jié) 前處理前處理 求解設(shè)置求解設(shè)置 后處理（結(jié)果提?。┖筇幚恚ńY(jié)果提取） 建立幾何模型建立幾何模型 建立有限元模型：單元選擇、材料定義建立有限元模型：單元選擇、材料定義 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分 接觸設(shè)置接觸設(shè)置 加載、約束加載、約束 大變形開關(guān)、載荷步（非線性問題）大變形開關(guān)、載

22、荷步（非線性問題） 應(yīng)力、變形、應(yīng)力、變形、 幾何模型建立方式幾何模型建立方式 CAD接口接口 ANSYS中直接建立中直接建立 利用第三方利用第三方CAD軟件軟件 Solidworks、UG、Pro/E、 CAD軟件直接格式讀入軟件直接格式讀入 Pro-E 、UG、Solid Edge、CATIA、SolidWorks、I-DEAS (mdl & idi) 第三方格式（中間格式）讀入第三方格式（中間格式）讀入STEP/IGES、ACIS、Parasolid（兼容性較好）、（兼容性較好）、DWG/DXF、GEMS模型建立過程中盡量避免小碎面、裝配體干涉等影響后模型建立過程中盡量避免小碎面、裝配體

23、干涉等影響后續(xù)分析的問題出現(xiàn)續(xù)分析的問題出現(xiàn), 提高分析效率和計算精度！提高分析效率和計算精度！ 簡化模型時需要滿足的條件簡化模型時需要滿足的條件 對稱模型對稱模型 載荷對稱、約束條件對稱、材料對稱、載荷對稱、約束條件對稱、材料對稱、幾何拓撲對稱。幾何拓撲對稱。 梁模型梁模型 其他兩個方向尺寸遠小于主方向尺寸。如其他兩個方向尺寸遠小于主方向尺寸。如 工字梁、桁架結(jié)工字梁、桁架結(jié) 構(gòu)等等構(gòu)等等 殼模型殼模型 最大厚度遠小于其他兩個方向的尺寸。如大型薄壁件等等最大厚度遠小于其他兩個方向的尺寸。如大型薄壁件等等 簡化處理方式可以混合應(yīng)用，可以大幅度減少有限元簡化處理方式可以混合應(yīng)用，可以大幅度減少有

24、限元計算規(guī)模，提高計算精度！計算規(guī)模，提高計算精度！ 幾何模型細節(jié)處理遵循原則幾何模型細節(jié)處理遵循原則 關(guān)心區(qū)域、高應(yīng)力區(qū)域的倒角、螺栓孔、焊縫等細節(jié)盡關(guān)心區(qū)域、高應(yīng)力區(qū)域的倒角、螺栓孔、焊縫等細節(jié)盡 量保持，否則可能會引起應(yīng)力集中。量保持，否則可能會引起應(yīng)力集中。 低應(yīng)力區(qū)域、不關(guān)心區(qū)域中的倒角、螺栓孔、焊縫在的低應(yīng)力區(qū)域、不關(guān)心區(qū)域中的倒角、螺栓孔、焊縫在的 情況下可以刪除，有利于網(wǎng)格劃分。情況下可以刪除，有利于網(wǎng)格劃分。 梁單元梁單元（ Beam4、Beam188、Beam189、 ） 殼單元殼單元（ Shell 63、Shell181、Shell281、. ） 二維平面單元二維平面單元

25、 （ Plane183、Plane182、. ） 螺栓、薄壁管、等截面細長構(gòu)件、角鋼、細長薄壁構(gòu)螺栓、薄壁管、等截面細長構(gòu)件、角鋼、細長薄壁構(gòu)件等等件等等 平面或曲面平面或曲面 模擬實體截面，必須在整體直角坐標(biāo)系模擬實體截面，必須在整體直角坐標(biāo)系X-Y平面內(nèi)建立模型平面內(nèi)建立模型 載荷作用在載荷作用在X-Y平面內(nèi)、其響應(yīng)（位移）也在平面內(nèi)、其響應(yīng)（位移）也在X-Y平面內(nèi)平面內(nèi) 三維實體單元三維實體單元 （ Solid185、Solid186、Solid187） 用于幾何屬性，材料屬性，荷載或分析要求考慮細節(jié)，用于幾何屬性，材料屬性，荷載或分析要求考慮細節(jié)， 而無法采用更簡單的單元進行建模的結(jié)構(gòu)

26、。而無法采用更簡單的單元進行建模的結(jié)構(gòu)。 三維三維CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)化而來的幾何模型，而這些幾何模型轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化而來的幾何模型，而這些幾何模型轉(zhuǎn) 化成二維模型或殼體會花費大量的時間和精力?；啥S模型或殼體會花費大量的時間和精力。ANSYS提供了超過提供了超過150種單種單元類型，可以根據(jù)需要選用元類型，可以根據(jù)需要選用其他單元！其他單元！ 根據(jù)力學(xué)分析類型對單元屬性（根據(jù)力學(xué)分析類型對單元屬性（Keyoption）進行）進行選擇，如二維實體單元選擇，如二維實體單元Plane182 平面應(yīng)力平面應(yīng)力 Keyoption(3)=0 平面應(yīng)變平面應(yīng)變 Keyoption(3)=2平面應(yīng)力平面應(yīng)力 假設(shè)假設(shè)

27、Z軸方向應(yīng)力軸方向應(yīng)力等于零。等于零。 用于用于Z方向尺寸遠小于方向尺寸遠小于X、Y方向尺寸的模型。方向尺寸的模型。 Z方向應(yīng)變不等于零。方向應(yīng)變不等于零。 可選擇不同厚度可選擇不同厚度 (Z 方向方向)。 用于分析諸如只受面內(nèi)荷用于分析諸如只受面內(nèi)荷載的平板，承受壓力或離載的平板，承受壓力或離心力的薄板等結(jié)構(gòu)。心力的薄板等結(jié)構(gòu)。平面應(yīng)變平面應(yīng)變 沿沿Z方向應(yīng)變等于零。方向應(yīng)變等于零。 用于用于Z方向尺寸遠大于方向尺寸遠大于X、Y方向尺寸的模型。方向尺寸的模型。 Z方向應(yīng)力不等于零。方向應(yīng)力不等于零。 用于等截面細長結(jié)構(gòu)，例如用于等截面細長結(jié)構(gòu)，例如梁。梁。 單元階次單元階次 單元階次是指單元

28、形函數(shù)的多項式階次。單元階次是指單元形函數(shù)的多項式階次。 什么是形函數(shù)什么是形函數(shù)? 形函數(shù)是指給出單元內(nèi)結(jié)果形態(tài)的數(shù)值函數(shù)。形函數(shù)是指給出單元內(nèi)結(jié)果形態(tài)的數(shù)值函數(shù)。因為因為FEA的解答只是節(jié)點自由度值，需要通的解答只是節(jié)點自由度值，需要通過形函數(shù)用節(jié)點自由度的值來描述單元內(nèi)任過形函數(shù)用節(jié)點自由度的值來描述單元內(nèi)任一點的值。一點的值。 形函數(shù)根據(jù)給定的單元特性給出。形函數(shù)根據(jù)給定的單元特性給出。 每一個單元的形函數(shù)反映單元真實特性的程每一個單元的形函數(shù)反映單元真實特性的程度，直接影響求解精度，這一點將在下邊說度，直接影響求解精度，這一點將在下邊說明。明。 一旦選擇了單元類型，就選擇了相應(yīng)單元類

29、型一旦選擇了單元類型，就選擇了相應(yīng)單元類型的形函數(shù)，所以選擇單元類型之前，應(yīng)查看相的形函數(shù)，所以選擇單元類型之前，應(yīng)查看相關(guān)單元的形函數(shù)信息。關(guān)單元的形函數(shù)信息。 典型的線性單元只有角節(jié)點，而二次單元有中典型的線性單元只有角節(jié)點，而二次單元有中間節(jié)點。間節(jié)點。線性單元線性單元線性單元內(nèi)部位移按線性變化，線性單元內(nèi)部位移按線性變化，因此（大多數(shù)）單元內(nèi)應(yīng)力是因此（大多數(shù)）單元內(nèi)應(yīng)力是不變的。不變的。線性單元對單元扭曲變形很敏線性單元對單元扭曲變形很敏感。感。如果只想得到名義上的應(yīng)力時，如果只想得到名義上的應(yīng)力時，可以采用線性單元?？梢圆捎镁€性單元。在應(yīng)力梯度大的地方，應(yīng)該劃在應(yīng)力梯度大的地方，應(yīng)

30、該劃分大量的單元。分大量的單元。二次單元二次單元二次單元內(nèi)的位移是二次變化二次單元內(nèi)的位移是二次變化的，因此，單元內(nèi)應(yīng)力是線性的，因此，單元內(nèi)應(yīng)力是線性變化的。變化的。 二次單元在描述曲線或曲面邊二次單元在描述曲線或曲面邊界時比線性單元更精確。但對界時比線性單元更精確。但對單元扭曲變形反映不明顯。單元扭曲變形反映不明顯。如果想得到高精度的應(yīng)力，應(yīng)如果想得到高精度的應(yīng)力，應(yīng)采用二次單元。采用二次單元。一般情況下，與線性單元相比，一般情況下，與線性單元相比，所用單元個數(shù)較少，自由度較所用單元個數(shù)較少，自由度較少，結(jié)果較好。少，結(jié)果較好。單元屬性是選擇單元的重要依據(jù)，具體情況可查看單元屬性是選擇單元

31、的重要依據(jù)，具體情況可查看幫助文檔。幫助文檔。自由度按二次分自由度按二次分布布真實曲線真實曲線線性近似線性近似 (結(jié)果差）結(jié)果差）二次近似（結(jié)果二次近似（結(jié)果好）好）多個單元線性多個單元線性近似（結(jié)果較近似（結(jié)果較好）好） 優(yōu)先選擇高階單元。優(yōu)先選擇高階單元。 帶中間節(jié)點的單元能夠較好的模擬曲面，可提高帶中間節(jié)點的單元能夠較好的模擬曲面，可提高 計算精度。計算精度。 對殼單元，線性單元與二次單元區(qū)別不明顯，常對殼單元，線性單元與二次單元區(qū)別不明顯，常 優(yōu)先采用線性單元優(yōu)先采用線性單元(shell181單元單元)。 材料定義在有限元模型前處理中非常重要，關(guān)系材料定義在有限元模型前處理中非常重要，

32、關(guān)系到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 靜力學(xué)所需基本力學(xué)參數(shù)靜力學(xué)所需基本力學(xué)參數(shù)(各向同性材料各向同性材料) 動力學(xué)所需基本力學(xué)參數(shù)動力學(xué)所需基本力學(xué)參數(shù)(各向同性材料各向同性材料) 彈性模量、泊松比、屈服極限、切向模量（塑性區(qū)域）彈性模量、泊松比、屈服極限、切向模量（塑性區(qū)域） 彈性模量、泊松比、密度彈性模量、泊松比、密度務(wù)必保證材料參數(shù)的準(zhǔn)確！務(wù)必保證材料參數(shù)的準(zhǔn)確！ 網(wǎng)格劃分是網(wǎng)格劃分是有限元模型建立過程中最重要步驟、最復(fù)雜、有限元模型建立過程中最重要步驟、最復(fù)雜、最耗費時間的一個步驟，通常會占據(jù)有限元分析的最耗費時間的一個步驟，通常會占據(jù)有限元分析的60%左右左右的時間。的時

33、間。請記住，有限元求解時需要有限元模型，而不是實體模請記住，有限元求解時需要有限元模型，而不是實體模型。實體模型不參與有限元求解。型。實體模型不參與有限元求解。實體模型實體模型FEA 模型模型網(wǎng)格化網(wǎng)格化 有限單元法的基本原則是：單元數(shù)（網(wǎng)格密度）越多，有限單元法的基本原則是：單元數(shù)（網(wǎng)格密度）越多，所得的解越逼近真實值。所得的解越逼近真實值。 然而，隨單元數(shù)目增加，求解時間和所需計算機資源然而，隨單元數(shù)目增加，求解時間和所需計算機資源急劇增加。急劇增加。 有限元分析的目標(biāo)，決定下邊的滑鍵應(yīng)該如何移動。有限元分析的目標(biāo)，決定下邊的滑鍵應(yīng)該如何移動。 有限元計算精度主要依靠有限元計算精度主要依靠

34、網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度與與網(wǎng)格質(zhì)量網(wǎng)格質(zhì)量來保證來保證網(wǎng)格加密后，兩次計算結(jié)果相差較小，即計算結(jié)果收斂！網(wǎng)格加密后，兩次計算結(jié)果相差較小，即計算結(jié)果收斂！ 網(wǎng)格劃分有三個步驟：網(wǎng)格劃分有三個步驟： 單元屬性是網(wǎng)格劃分前必須指定的有限元模型的單元屬性是網(wǎng)格劃分前必須指定的有限元模型的特性，包括：特性，包括：單元類型單元類型實常數(shù)實常數(shù)材料性質(zhì)材料性質(zhì)定義單元屬性定義單元屬性指定網(wǎng)格控制指定網(wǎng)格控制生成網(wǎng)格生成網(wǎng)格 Automatic Method 軟件根據(jù)幾何模型特點自動生成網(wǎng)格。軟件根據(jù)幾何模型特點自動生成網(wǎng)格。 Tetrahedrons Method（四面體）（四面體） 生成四面體網(wǎng)格生成四面體網(wǎng)

35、格 Hex Dominant Method（六面體為主導(dǎo)）（六面體為主導(dǎo)） 生成六面體為主，部分為四面體的混合網(wǎng)格生成六面體為主，部分為四面體的混合網(wǎng)格 Sweep Method（掃略網(wǎng)格）（掃略網(wǎng)格） 掃略網(wǎng)格、網(wǎng)格較好掃略網(wǎng)格、網(wǎng)格較好 Multizone Method（多區(qū)域網(wǎng)格劃分）（多區(qū)域網(wǎng)格劃分） 最新網(wǎng)格劃分方法，對復(fù)雜體掃略網(wǎng)格最新網(wǎng)格劃分方法，對復(fù)雜體掃略網(wǎng)格自動網(wǎng)格自動網(wǎng)格四面體四面體六面體為主導(dǎo)六面體為主導(dǎo)掃略網(wǎng)格掃略網(wǎng)格Multizone Sizing（單元尺寸）（單元尺寸） 整體、整體、局部局部網(wǎng)格控制網(wǎng)格控制 線、面、體線、面、體 Contact Sizing 接觸

36、區(qū)域的網(wǎng)格尺寸控制接觸區(qū)域的網(wǎng)格尺寸控制 Refinement 局部網(wǎng)格細化局部網(wǎng)格細化 在已劃分實體上在已劃分實體上邊、面、體邊、面、體 ANSYS Workbench中默認單元類型中默認單元類型 四面體：四面體：Solid187（10節(jié)點）節(jié)點） 六面體：六面體：Solid186（20節(jié)點）、節(jié)點）、 Solid185（8節(jié)點）節(jié)點） 殼：殼：Shell181（4節(jié)點）節(jié)點） 梁：梁：Beam189（3節(jié)點）節(jié)點） 模型模型 Demo.x_t (Parasolid格式格式) 演示步驟演示步驟 模型導(dǎo)入模型導(dǎo)入 材料屬性定義材料屬性定義(E=210GPa、泊松比、泊松比=0.3) 自由網(wǎng)格劃

37、分自由網(wǎng)格劃分 六面體為主導(dǎo)網(wǎng)格劃分六面體為主導(dǎo)網(wǎng)格劃分 掃略網(wǎng)格劃分掃略網(wǎng)格劃分 網(wǎng)格整體、局部控制網(wǎng)格整體、局部控制 有限元分析中盡量保持高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格的質(zhì)量，能有限元分析中盡量保持高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格的質(zhì)量，能夠較好的保證計算精度。夠較好的保證計算精度。ANSYS提供了很多檢驗網(wǎng)格質(zhì)量提供了很多檢驗網(wǎng)格質(zhì)量的方法。的方法。 Mesh選項中可得到選項中可得到Mesh Metric，可對其進行設(shè)置和查，可對其進行設(shè)置和查看來評估網(wǎng)格質(zhì)量?？磥碓u估網(wǎng)格質(zhì)量。 不同物理環(huán)境和不同求解器對網(wǎng)格質(zhì)量有不同的要求不同物理環(huán)境和不同求解器對網(wǎng)格質(zhì)量有不同的要求 ANSYS 網(wǎng)格劃分中可得到的網(wǎng)格度量有

38、網(wǎng)格劃分中可得到的網(wǎng)格度量有: 單元質(zhì)量單元質(zhì)量 縱橫比縱橫比 雅可比雅可比 扭曲因子扭曲因子 平行誤差平行誤差 最大拐角最大拐角 偏斜偏斜 單元質(zhì)量單元質(zhì)量 整體網(wǎng)格質(zhì)量，只要保證高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量較高，整體網(wǎng)格質(zhì)量，只要保證高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量較高， 低應(yīng)力區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量可以稍差。低應(yīng)力區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量可以稍差。 縱橫比縱橫比 理想狀態(tài)下，單元縱橫比為理想狀態(tài)下，單元縱橫比為1 一般單元縱橫比不能大于一般單元縱橫比不能大于8 縱橫比 = 1 高縱橫比四邊形縱橫比 = 1 高縱橫比三角形 扭曲因子扭曲因子 單元扭曲會導(dǎo)致計算時間大幅度增加，甚至不收斂。對計單元扭曲會導(dǎo)致計算時間大幅度增加，甚

39、至不收斂。對計算結(jié)果影響較大。算結(jié)果影響較大。 對六面體對六面體, 三角形和四邊形三角形和四邊形: 應(yīng)小于應(yīng)小于 0.8 對四面體對四面體: 應(yīng)小于應(yīng)小于 0.90-0.25 0.25-0.50 0.50-0.80 0.80-0.95 0.95-0.98 0.98-1.00*Excellent very good good acceptable bad Inacceptable*關(guān)注高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)關(guān)注高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量！格質(zhì)量！ 網(wǎng)格質(zhì)量要求網(wǎng)格質(zhì)量要求 對模型進行切割處理，盡可能采用掃略網(wǎng)格。對模型進行切割處理，盡可能采用掃略網(wǎng)格。 盡量選擇六面體單元劃分網(wǎng)格，保持中間節(jié)點。盡量選擇六

40、面體單元劃分網(wǎng)格，保持中間節(jié)點。 高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量要求較高，低應(yīng)力梯度區(qū)高應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量要求較高，低應(yīng)力梯度區(qū)域網(wǎng)格可以稍差。域網(wǎng)格可以稍差。 單元縱橫比不要大于單元縱橫比不要大于8。 盡量避免高應(yīng)力區(qū)域網(wǎng)格扭曲。盡量避免高應(yīng)力區(qū)域網(wǎng)格扭曲。 網(wǎng)格質(zhì)量檢查（網(wǎng)格質(zhì)量檢查（上一步演示網(wǎng)格模型上一步演示網(wǎng)格模型） 網(wǎng)格整體質(zhì)量（網(wǎng)格整體質(zhì)量（Element Quality） 網(wǎng)格扭曲檢查（網(wǎng)格扭曲檢查（Skewness） 接觸設(shè)置是裝配體分析中重要的步驟，接觸設(shè)置是裝配體分析中重要的步驟，ANSYS有自動探有自動探測功能。在模型導(dǎo)入測功能。在模型導(dǎo)入ANSYS時，自動將零件之間接觸關(guān)系

41、時，自動將零件之間接觸關(guān)系進行定義，默認為綁定接觸。只需根據(jù)實際情況進行修改進行定義，默認為綁定接觸。只需根據(jù)實際情況進行修改即可。接觸類型如下即可。接觸類型如下 綁定接觸（綁定接觸（ Bonded ）不分離接觸（不分離接觸（ No Separation） 摩擦接觸（摩擦接觸（Frictional） 無摩擦接觸（無摩擦接觸（Frictionless） 粗糙接觸（粗糙接觸（Rough）根據(jù)零件之間實際連接根據(jù)零件之間實際連接關(guān)系進行接觸設(shè)置關(guān)系進行接觸設(shè)置 根據(jù)接觸類型選擇不同的接觸算法進行計算根據(jù)接觸類型選擇不同的接觸算法進行計算 接觸與算法配對接觸與算法配對 罰函數(shù)法（罰函數(shù)法（ Pure

42、Penalty ） 拉格朗日法（拉格朗日法（ Normal Lagrange ） 多點約束方程（多點約束方程（MPC） 增廣拉格朗日法增廣拉格朗日法(Augmented Lagrange) 綁定接觸一般采用綁定接觸一般采用MPC算法算法 摩擦接觸、無摩擦接觸采用拉格朗日算法摩擦接觸、無摩擦接觸采用拉格朗日算法 根據(jù)模型實際承載情況進行加載根據(jù)模型實際承載情況進行加載 集中力（節(jié)點）集中力（節(jié)點） 分布力分布力 （線、面）（線、面） 壓力（線、面）壓力（線、面） 遠端力（點、線、面）遠端力（點、線、面） 軸承載荷（線、面）軸承載荷（線、面） 扭矩（點、線、面）扭矩（點、線、面） 螺栓預(yù)緊力（螺栓

43、）螺栓預(yù)緊力（螺栓） 固定約束（限制點、邊或面的所有自由度）固定約束（限制點、邊或面的所有自由度） 位移約束（在點、邊或面上施加已知位移）位移約束（在點、邊或面上施加已知位移） 彈性約束（面彈性約束（面/邊界上模擬彈簧行為）邊界上模擬彈簧行為） 無摩擦約束（在面上施加法向自由度約束）無摩擦約束（在面上施加法向自由度約束） 圓柱面約束（軸向、徑向或切向約束提供單獨控制）圓柱面約束（軸向、徑向或切向約束提供單獨控制） 僅有壓縮的約束（正常壓縮方向施加約束，非線性約束）僅有壓縮的約束（正常壓縮方向施加約束，非線性約束） 轉(zhuǎn)動約束（只約束轉(zhuǎn)動，不限制平移）轉(zhuǎn)動約束（只約束轉(zhuǎn)動，不限制平移） 載荷步加載

44、可以很好模擬多工況計算載荷步加載可以很好模擬多工況計算載荷步載荷步 1載荷步載荷步 2載荷步載荷步 3載荷步載荷步 4載荷步載荷步 5載荷步載荷步2的載荷的載荷子步子步1載荷步就是為獲取解而設(shè)載荷步就是為獲取解而設(shè)置的加載條件置的加載條件載荷子步就是載荷步的子載荷子步就是載荷步的子劃分。劃分。工況工況1工況工況2工況工況3工況工況4工況工況5 PCG迭代求解器迭代求解器 屬于間接迭代法，收斂精度主要依賴于收斂準(zhǔn)則，屬于間接迭代法，收斂精度主要依賴于收斂準(zhǔn)則， 特別適合于特別適合于中等或大尺寸模型的中等或大尺寸模型的結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析。 很依賴于剛度矩陣的良性度，如矩陣為良性則求解很依賴于剛度矩陣

45、的良性度，如矩陣為良性則求解 速度好速度好；病態(tài)矩陣會導(dǎo)致求解；病態(tài)矩陣會導(dǎo)致求解效率效率降降低低。 稀疏求解器稀疏求解器 使用消元為基礎(chǔ)的直接求解法使用消元為基礎(chǔ)的直接求解法，支持各支持各類分析，病態(tài)類分析，病態(tài) 矩陣也不會造成求解的困難矩陣也不會造成求解的困難。 內(nèi)存要求高。內(nèi)存要求高。 大變形設(shè)置大變形設(shè)置 載荷子步（時間步）設(shè)置載荷子步（時間步）設(shè)置 載荷子步是載荷步內(nèi)由程序定義的載荷增量載荷子步是載荷步內(nèi)由程序定義的載荷增量. 分析中出現(xiàn)非線性行為時，設(shè)置載荷子步，實現(xiàn)梯度加分析中出現(xiàn)非線性行為時，設(shè)置載荷子步，實現(xiàn)梯度加 載，有利于計算收斂，提高計算精度。載，有利于計算收斂，提高計

46、算精度。 較少的子步會可能導(dǎo)致不收斂；較多的子步會耗費大量較少的子步會可能導(dǎo)致不收斂；較多的子步會耗費大量 計算資源，計算速度緩慢。需要合理選擇載荷子步數(shù)量。計算資源，計算速度緩慢。需要合理選擇載荷子步數(shù)量。 考慮幾何非線性行為考慮幾何非線性行為 根據(jù)分析目的提取所需結(jié)果：根據(jù)分析目的提取所需結(jié)果： 各方向變形及總體變形各方向變形及總體變形 應(yīng)力應(yīng)變分量、主應(yīng)力應(yīng)變或者應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變分量、主應(yīng)力應(yīng)變或者應(yīng)力 應(yīng)變不變量應(yīng)變不變量 接觸輸出接觸輸出 支反力支反力 安全系數(shù)（應(yīng)用安全系數(shù)（應(yīng)用4種失效理論）種失效理論） ： 柔性理論：柔性理論： 最大等效應(yīng)力最大等效應(yīng)力 最大剪切應(yīng)力最大剪切應(yīng)力 脆

47、性理論：脆性理論： Mohr-Coulomb應(yīng)力應(yīng)力 最大拉伸應(yīng)力最大拉伸應(yīng)力 使用每個安全因子的應(yīng)力工具，都可使用每個安全因子的應(yīng)力工具，都可以繪制出安全邊界和應(yīng)力比。以繪制出安全邊界和應(yīng)力比。 通過通過Solution下的下的 Contact Tool可以可以得到接觸結(jié)果得到接觸結(jié)果 在在Details of User Defined Result中，中，表達式允許使用各種數(shù)學(xué)操作符號，表達式允許使用各種數(shù)學(xué)操作符號，包括平方根、絕對值，指數(shù)等。包括平方根、絕對值，指數(shù)等。 用戶定義結(jié)果可以用一種用戶定義結(jié)果可以用一種Identifier（標(biāo)識符）來標(biāo)注標(biāo)識符）來標(biāo)注 結(jié)果圖例包含結(jié)果圖例

48、包含identifier （標(biāo)識符）和（標(biāo)識符）和表達式表達式 模型（上一步演示的網(wǎng)格模型）模型（上一步演示的網(wǎng)格模型） 接觸設(shè)置（綁定接觸、接觸設(shè)置（綁定接觸、MPC算法）算法） 約束（底端固定約束約束（底端固定約束Fixed Support） 加載加載 （上端加載沿（上端加載沿Z負方向載荷負方向載荷,大小為大小為-100N） 求解求解 提取等效應(yīng)力結(jié)果提取等效應(yīng)力結(jié)果 提取整體變形、提取整體變形、Z方向的變形。方向的變形。 保存計算結(jié)果保存計算結(jié)果 退出退出目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 ANSYS相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 有限元分析步驟有限元分析步驟 有限元結(jié)

49、構(gòu)分析常見類型及其用途有限元結(jié)構(gòu)分析常見類型及其用途 計算結(jié)果與實驗結(jié)果計算結(jié)果與實驗結(jié)果 總結(jié)總結(jié) 靜力學(xué)分析主要研究物體的平衡和平衡條件。主靜力學(xué)分析主要研究物體的平衡和平衡條件。主要用于評價結(jié)構(gòu)承受靜穩(wěn)態(tài)載荷的能力。要用于評價結(jié)構(gòu)承受靜穩(wěn)態(tài)載荷的能力。 當(dāng)零件承受載荷激勵頻率小于其固有頻率的當(dāng)零件承受載荷激勵頻率小于其固有頻率的1/3時，時，可以將問題簡化為靜力學(xué)問題進行計算?？梢詫栴}簡化為靜力學(xué)問題進行計算。 ANSYS中靜力學(xué)分析主要針對物體在靜載荷作用下中靜力學(xué)分析主要針對物體在靜載荷作用下的變形、應(yīng)力等問題的變形、應(yīng)力等問題 ANSYS Workbench中對應(yīng)的計算工具是中對

50、應(yīng)的計算工具是Static Structural 動力學(xué)分析動力學(xué)分析用來確定用來確定慣性力慣性力和和阻尼力阻尼力不可忽略時系不可忽略時系統(tǒng)動力學(xué)特性的技術(shù)。統(tǒng)動力學(xué)特性的技術(shù)。 研究系統(tǒng)的固有特性和瞬態(tài)特性等動力特性，用于判斷研究系統(tǒng)的固有特性和瞬態(tài)特性等動力特性，用于判斷 是否滿足振動強度、速度、加速度和穩(wěn)定性等要求。是否滿足振動強度、速度、加速度和穩(wěn)定性等要求。 研究減振、隔振、振動控制等，使系統(tǒng)振動減小到最低研究減振、隔振、振動控制等，使系統(tǒng)振動減小到最低 程度。程度。 研究如何利用振動，使系統(tǒng)具有更大的位移、速度、加研究如何利用振動，使系統(tǒng)具有更大的位移、速度、加 速度等響應(yīng)，甚至讓

51、系統(tǒng)發(fā)生共振。速度等響應(yīng)，甚至讓系統(tǒng)發(fā)生共振。 動力學(xué)基本控制方程：動力學(xué)基本控制方程： tFuKuCuM M = 結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣C = 結(jié)構(gòu)阻尼矩陣結(jié)構(gòu)阻尼矩陣K = 結(jié)構(gòu)剛度矩陣結(jié)構(gòu)剛度矩陣F = 隨時間變化的載荷函數(shù)隨時間變化的載荷函數(shù)u = 節(jié)點位移矢量節(jié)點位移矢量 = 節(jié)點速度矢量節(jié)點速度矢量 = 節(jié)點加速度矢量節(jié)點加速度矢量其中其中: 模態(tài)分析模態(tài)分析 結(jié)構(gòu)固有頻率及振型結(jié)構(gòu)固有頻率及振型 諧響應(yīng)分析（共振響應(yīng)分析）諧響應(yīng)分析（共振響應(yīng)分析） 隨正弦函數(shù)變化載荷下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)隨正弦函數(shù)變化載荷下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng) 響應(yīng)譜分析響應(yīng)譜分析 基礎(chǔ)激勵（強迫振動）下的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)

52、基礎(chǔ)激勵（強迫振動）下的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng) 隨機振動分析隨機振動分析 隨機載荷（隨機載荷（PSD譜）作用下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)譜）作用下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng) 瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析 隨時間變化載荷作用下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)隨時間變化載荷作用下結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng) 動力學(xué)分析動力學(xué)分析瞬態(tài)動力分析瞬態(tài)動力分析模態(tài)分析模態(tài)分析模態(tài)疊加法模態(tài)疊加法瞬態(tài)動瞬態(tài)動力分析力分析響應(yīng)譜響應(yīng)譜分析分析響應(yīng)譜響應(yīng)譜算法算法隨機振隨機振動算法動算法諧響應(yīng)諧響應(yīng)分析分析轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)分析 主要研究多體系統(tǒng)（一般由若干個柔性和剛性物體主要研究多體系統(tǒng)（一般由若干個柔性和剛性物體 相互連接所組成）運動規(guī)律。相互連接所組成）

53、運動規(guī)律。 通常結(jié)構(gòu)以某種方式連接起來，形成一個可以被一通常結(jié)構(gòu)以某種方式連接起來，形成一個可以被一 個力或者位移所驅(qū)動的機械裝置。個力或者位移所驅(qū)動的機械裝置。 兩種類型結(jié)構(gòu)可以在多體運動的仿真中使用：兩種類型結(jié)構(gòu)可以在多體運動的仿真中使用： 剛體運動學(xué)分析：剛體運動學(xué)分析：將考慮模型中結(jié)構(gòu)的大轉(zhuǎn)動將考慮模型中結(jié)構(gòu)的大轉(zhuǎn)動,使用使用鉸接方式鉸接方式 傳遞位移和轉(zhuǎn)動。傳遞位移和轉(zhuǎn)動。 柔體運動學(xué)分析：柔體運動學(xué)分析：可以是剛體，也可以是柔體。結(jié)構(gòu)可以是剛體，也可以是柔體。結(jié)構(gòu)的位移和轉(zhuǎn)動不僅包括鉸接本身的位移和轉(zhuǎn)動，還包括的位移和轉(zhuǎn)動不僅包括鉸接本身的位移和轉(zhuǎn)動，還包括柔體變形部分。柔體變形部

54、分。 剛體動力學(xué)剛體動力學(xué)剛?cè)峄旌蟿恿W(xué)剛?cè)峄旌蟿恿W(xué)目錄目錄 有限元理論與方法簡介有限元理論與方法簡介 ANSYS相關(guān)力學(xué)理論簡介相關(guān)力學(xué)理論簡介 有限元分析步驟有限元分析步驟 有限元分析類型有限元分析類型 計算結(jié)果可靠性評判計算結(jié)果可靠性評判總結(jié)總結(jié)應(yīng)力集中判斷與處理應(yīng)力集中判斷與處理 應(yīng)力集中是指受力構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)應(yīng)力集中是指受力構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍的應(yīng)力顯著增大現(xiàn)象。生突變而引起局部范圍的應(yīng)力顯著增大現(xiàn)象。 應(yīng)力集中是真實存在的，多出現(xiàn)于尖角、孔洞、缺應(yīng)力集中是真實存在的，多出現(xiàn)于尖角、孔洞、缺口、溝槽以及有剛性約束處及其鄰域?？?、溝槽以及有剛

55、性約束處及其鄰域。 應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)力最大值（峰值應(yīng)力）與物體幾應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)力最大值（峰值應(yīng)力）與物體幾何形狀和加載方式等因素有關(guān)。何形狀和加載方式等因素有關(guān)。應(yīng)力集中判斷與處理應(yīng)力集中判斷與處理無倒角無倒角286Mpa倒角倒角173Mpa應(yīng)力集中判斷與處理應(yīng)力集中判斷與處理 為避免應(yīng)力集中造成構(gòu)件破壞，應(yīng)力集中可以通過為避免應(yīng)力集中造成構(gòu)件破壞，應(yīng)力集中可以通過一些方法來消除。一些方法來消除。 改善結(jié)構(gòu)，消除應(yīng)力集中；盡量使構(gòu)件應(yīng)力分布均改善結(jié)構(gòu)，消除應(yīng)力集中；盡量使構(gòu)件應(yīng)力分布均勻，對提高構(gòu)件疲勞壽命有很大幫助。勻，對提高構(gòu)件疲勞壽命有很大幫助。 消除結(jié)構(gòu)中尖角，應(yīng)力集中處添加倒角、圓角。消除結(jié)構(gòu)中尖角，應(yīng)力集中處添加倒角、圓角。 改善構(gòu)件外形、局部加強孔邊。改善構(gòu)件外形、局部加強孔邊。 提高材料表面光潔度。提高材料表面光潔度。應(yīng)力奇異判斷與處理應(yīng)力奇異判斷與處理 應(yīng)力奇異是