1、1ANSYS基礎21.1有限單元法簡介1.2 ANSYS簡介1.3 ANSY工作界面31.1 有限單元法簡介有限單元法簡介 數(shù)值分析方法可以分為兩大類：有限差分法數(shù)值分析方法可以分為兩大類：有限差分法 、有限單元法、有限單元法 。 有限單元法作為一個具有鞏固理論基礎和廣發(fā)應用效力的數(shù)值有限單元法作為一個具有鞏固理論基礎和廣發(fā)應用效力的數(shù)值分析工具，必將在國民經(jīng)濟建設和科學技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮更大的分析工具，必將在國民經(jīng)濟建設和科學技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用，其自身也將得到進一步的發(fā)展和完善。作用，其自身也將得到進一步的發(fā)展和完善。4有限單元法的基本解法有限單元法的基本解法 有限單元法作為數(shù)值分析方法的

2、另一個重要特點是利用在每一有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個重要特點是利用在每一個單元內(nèi)假設的近似函數(shù)來分片地表示整個求解域上待求的未個單元內(nèi)假設的近似函數(shù)來分片地表示整個求解域上待求的未知場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或及其導數(shù)在知場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或及其導數(shù)在單元的各個結(jié)點的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達。單元的各個結(jié)點的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達。 一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)或及其導數(shù)在各個結(jié)點一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)或及其導數(shù)在各個結(jié)點上的數(shù)值就成為新的未知量（也即自由度），從而使一個連續(xù)上的數(shù)值就成為新的未知量（也即自由度），從而使一個連續(xù)的無限

3、自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。似值，從而得到整個求解域上的近似解。 5 有限單元法的基本步驟有限單元法的基本步驟 離散化離散化 單元分析單元分析 計入邊界條件，求解有限元方程計入邊界條件，求解有限元方程 后處理計算后處理計算 61.2.1 ANSYS主要特點：主要特點： ANSYS 是完全的是完全的WINDOWS 程序，界面友好，便于使用。程序，界面友好，便于使用。 產(chǎn)品系列由一整

4、套可擴展的、靈活集成的各模塊組成，滿足各行各業(yè)的工程產(chǎn)品系列由一整套可擴展的、靈活集成的各模塊組成，滿足各行各業(yè)的工程需要。需要。 強大的非線性分析功能。強大的非線性分析功能。 多場及多場耦合分析。多場及多場耦合分析。 實現(xiàn)前后處理和求解以及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化。實現(xiàn)前后處理和求解以及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化。 具有多物理場優(yōu)化功能，是目前唯一具有流場優(yōu)化功能的具有多物理場優(yōu)化功能，是目前唯一具有流場優(yōu)化功能的CFD軟件。軟件。 多種求解器分別適用于不同的問題及不同的電腦硬件配置。多種求解器分別適用于不同的問題及不同的電腦硬件配置。 強大的并行計算功能，支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行。

5、強大的并行計算功能，支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行。 多種自動網(wǎng)格劃分技術(shù)。多種自動網(wǎng)格劃分技術(shù)。 支持多種支持多種CAD軟件進行模型傳遞。軟件進行模型傳遞。71.2.2 組成模塊 ANSYS軟件根據(jù)應用領域不同，可以分為如下幾個模塊。軟件根據(jù)應用領域不同，可以分為如下幾個模塊。Structural：結(jié)構(gòu)分析：結(jié)構(gòu)分析 Thermal：熱分析；：熱分析；Emag：電磁學問題分析；：電磁學問題分析；Multiphysics：耦合場分析；：耦合場分析；Flotran：流體動力學分析；：流體動力學分析；Mechanical：機械分析，包括結(jié)構(gòu)和熱分析；：機械分析，包括結(jié)構(gòu)和熱分析；LS-Dyna：高

6、度非線性分析，包括結(jié)構(gòu)分析。：高度非線性分析，包括結(jié)構(gòu)分析。8 按照軟件本身的流程結(jié)構(gòu)，可分為按照軟件本身的流程結(jié)構(gòu)，可分為 前處理、求解、通用后處理、時間歷程后處理前處理、求解、通用后處理、時間歷程后處理4個模塊個模塊 91.2.3 主要功能介紹結(jié)構(gòu)分析靜力分析-用于求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移和應力等。包括線性和非線性分析。非線性分析涉及塑性、應力剛化、大變形、大應變、超彈性、接觸和蠕變等。模態(tài)分析-用于計算線性結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)。譜分析-是模態(tài)分析的擴展，用于計算由于隨機載荷引起的結(jié)構(gòu)應力和應變。諧波分析-用于確定線性結(jié)構(gòu)在隨時間正弦曲線變化的載荷作用下的響應。瞬態(tài)動力分析-用于計算結(jié)

7、構(gòu)在隨時間任意變化的載荷作用下的響應，并且可考慮上述靜力分析中提到的所有非線性特性。屈曲分析-用于計算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。ANSYS 可進行線性屈曲和非線性曲屈分析。顯式動力分析-ANSYS/LS-Dyna可用于計算高度非線性動力學問題和復雜的沖擊、碰撞、快速成型問題。10 熱分析：熱分析： 內(nèi)熱源：存在熱源問題。內(nèi)熱源：存在熱源問題。 相變分析：材料在溫度變化時的相變、熔化和凝固等。相變分析：材料在溫度變化時的相變、熔化和凝固等。 熱傳遞：傳導、對流、輻射。熱傳遞：傳導、對流、輻射。11 流體動力學分析流體動力學分析 ANSYS程序的程序的Flotran CFD分析功能能夠進行二維及三維

8、的分析功能能夠進行二維及三維的流體瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)動力學分析?？梢酝瓿梢韵路治觯簩恿鳌⑽闪黧w瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)動力學分析。可以完成以下分析：層流、紊流分析；自由對流與強迫對流分析；可壓縮流流分析；自由對流與強迫對流分析；可壓縮流/不可壓縮流分不可壓縮流分析；亞音速、跨音速、超音速流動分析；多組分流動分析；析；亞音速、跨音速、超音速流動分析；多組分流動分析；移動壁面及自由界面分析；牛頓流與非牛頓流體分析；內(nèi)流移動壁面及自由界面分析；牛頓流與非牛頓流體分析；內(nèi)流和外流分析；分布阻尼和和外流分析；分布阻尼和FAN模型；熱輻射邊界條件，管流模型；熱輻射邊界條件，管流。12 電磁分析電磁分析 靜磁場分析靜磁場分析:計

9、算直流電或永磁體的磁場；計算直流電或永磁體的磁場； 瞬態(tài)磁場分析：計算隨時間變化的電流或外界引起的磁場；瞬態(tài)磁場分析：計算隨時間變化的電流或外界引起的磁場； 交變磁場分析：計算由交流電引起的磁場；交變磁場分析：計算由交流電引起的磁場； 電場分析：計算電阻或電容系統(tǒng)的電場，典型的物理量有電電場分析：計算電阻或電容系統(tǒng)的電場，典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻；流密度、電荷密度、電場及電阻； 高頻電磁場分析：計算微波及波導、雷達系統(tǒng)。高頻電磁場分析：計算微波及波導、雷達系統(tǒng)。13 聲學分析聲學分析 ANSYS程序能進行聲波在含流體介質(zhì)中的傳播的研究，也能程序能進行聲波在含流體介質(zhì)中的傳播

10、的研究，也能分析浸泡在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。其涉及范圍包括分析浸泡在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。其涉及范圍包括：聲波在容器內(nèi)的流體介質(zhì)中傳播；聲波在固體介質(zhì)中的傳：聲波在容器內(nèi)的流體介質(zhì)中傳播；聲波在固體介質(zhì)中的傳播；水下結(jié)構(gòu)的動力分析；無限表面吸收單元。播；水下結(jié)構(gòu)的動力分析；無限表面吸收單元。 壓電分析壓電分析 用于二維或三維結(jié)構(gòu)對用于二維或三維結(jié)構(gòu)對AC、DC或任意隨時間變化的電流或或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應。主要內(nèi)容如下：穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析；諧機械載荷的響應。主要內(nèi)容如下：穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析；諧響應分析；瞬態(tài)響應分析；交流、直流、時變電載荷或機械響應分析；瞬態(tài)響應分析

11、；交流、直流、時變電載荷或機械載荷分析。載荷分析。14 多耦合場分析多耦合場分析 多耦合場分析就是考慮兩個或多個物理場之間的相互作用。多耦合場分析就是考慮兩個或多個物理場之間的相互作用。ANSYS統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫及多物理場分析并存的特點保證了可方便統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫及多物理場分析并存的特點保證了可方便地進行耦合場分析，允許的耦合類型有以下幾種：熱應力地進行耦合場分析，允許的耦合類型有以下幾種：熱應力、磁熱、磁結(jié)構(gòu)、流體流動熱、流體結(jié)構(gòu)、熱電、磁熱、磁結(jié)構(gòu)、流體流動熱、流體結(jié)構(gòu)、熱電、電磁熱流體應力。、電磁熱流體應力。 優(yōu)化設計優(yōu)化設計 ANSYS程序提供多種優(yōu)化方法，包括零階方法和一階方法等程序提供多種優(yōu)化

12、方法，包括零階方法和一階方法等。對此，。對此，ANSYS提供了一系列的分析評估修正的過程。提供了一系列的分析評估修正的過程。此外，此外，ANSYS程序還提供一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程程序還提供一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程的效率。的效率。151.3.1啟動界面方法一： 單擊Windows7中的【開始】按鈕，選擇【所有程序】選項，選擇其中的Mechanical APDL Product Launcher命令，啟動ANSYS。 啟動ANSYS后，首先出現(xiàn)圖1所示的提示。16 接著，出現(xiàn)如圖所示的啟動窗口接著，出現(xiàn)如圖所示的啟動窗口 設置文件保存路徑和文件名17 設置完成后，單擊啟動界面上的按鈕

13、設置完成后，單擊啟動界面上的按鈕 ，進入，進入ANSYS。 方法二：也可以通過點擊方法二：也可以通過點擊Windows7中的中的【開始開始】按鈕按鈕 /【所有程序所有程序】/【ANSYS 14.5】 /【Mechanical APDL 14.5】，進入，進入ANSYS。 181.3.2 ANSY的工作界面 ANSYS 14.5輸出窗口 19 ANSYS主窗口主窗口 20 1.3.3 ANSYS 14.5主窗口介紹 ANSYS狀態(tài)欄 輸入命令窗口 21 圖形顯示窗口圖形顯示窗口 22 ANYSY工具欄工具欄Toolbar 圖形顯示控制按鈕集圖形顯示控制按鈕集 2324參參數(shù)數(shù)設設置置宏宏菜菜單單

14、控控制制幫幫助助文文件件管管理理選選擇擇列列表表繪繪圖圖繪繪圖圖控控制制工工作作平平面面常用菜單常用菜單25 設置工程名和標題設置工程名和標題Clear&Start New 清除當前的分析過程并清除當前的分析過程并進行新的分析，以當前進行新的分析，以當前工程名命名。工程名命名。Change jobname 設置新的文件名，后續(xù)設置新的文件名，后續(xù)操作以新文件名作為文操作以新文件名作為文件名。件名。Change Directory 設置文件路徑，設置文件路徑，Change Title 在圖形窗口中定義主標題在圖形窗口中定義主標題盡量不用漢字盡量不用漢字 讀入文件讀入文件Resume jo

15、bname.db 回復當前正在使用回復當前正在使用 的工程的工程Resume from 回復用戶選擇的工程回復用戶選擇的工程 保存文件保存文件Save as jobname.db 將數(shù)據(jù)庫保存為當前將數(shù)據(jù)庫保存為當前文件名文件名Save as 保存為新的名字保存為新的名字Write db log file 把數(shù)據(jù)庫的輸入信把數(shù)據(jù)庫的輸入信息寫到一個記錄文息寫到一個記錄文件中件中退出程序退出程序26選擇選擇實體實體選擇選擇組元和集合組元和集合激活激活整個模型整個模型激活激活某類實體某類實體27顯示顯示文件文件內(nèi)容內(nèi)容顯示選取內(nèi)容的顯示選取內(nèi)容的狀態(tài)狀態(tài)顯示顯示關鍵點關鍵點的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和

16、相關數(shù)據(jù)顯示顯示線線的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示面面的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示體體的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示節(jié)點節(jié)點的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示單元單元的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示組元組元的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示選中實體選中實體的屬性和相關數(shù)據(jù)的屬性和相關數(shù)據(jù)顯示顯示要查詢內(nèi)容要查詢內(nèi)容的屬性的屬性顯示顯示載荷載荷顯示顯示模型中的其它信息模型中的其它信息28重新繪制重新繪制窗口中的圖形窗口中的圖形繪制繪制關鍵點關鍵點繪制繪制線線繪制繪制面面繪制繪制三維實體三維實體繪制繪制指定的實體指定的實體繪制繪制節(jié)點節(jié)點繪制繪制

17、單元單元繪制繪制分層的單元分層的單元繪制繪制材料屬性材料屬性繪制繪制數(shù)據(jù)表格數(shù)據(jù)表格繪制數(shù)組繪制數(shù)組參數(shù)參數(shù)繪制繪制所有圖元所有圖元繪制繪制組元組元29對模型進行移動、縮對模型進行移動、縮放、旋轉(zhuǎn)放、旋轉(zhuǎn)圖元編號圖元編號顯示控制顯示控制顯示符號的顯示符號的控制控制模型顯示風格模型顯示風格的控制的控制字體顯示風格字體顯示風格控制控制圖形窗口的內(nèi)容圖形窗口的內(nèi)容顯示控制顯示控制動畫顯示動畫顯示控制控制更改畫圖更改畫圖控制控制對屏幕進行硬拷貝對屏幕進行硬拷貝捕捉繪圖窗口并以捕捉繪圖窗口并以位圖等文件保存位圖等文件保存30是否顯示是否顯示工作平面工作平面顯示工作平面狀態(tài)顯示工作平面狀態(tài)工作平面工作平面

18、參數(shù)設置參數(shù)設置對工作平面進行對工作平面進行旋轉(zhuǎn)和平移旋轉(zhuǎn)和平移把工作平面移動到指定圖元把工作平面移動到指定圖元把工作平面把工作平面按指定方向設置按指定方向設置更改當前指定坐標系更改當前指定坐標系更改當前顯示的坐標系更改當前顯示的坐標系局部坐標系的相關操作局部坐標系的相關操作31使用應用菜單的約定使用應用菜單的約定: “”表示產(chǎn)生一個對話框 “ +”表示圖形拾取 “ ”表示將產(chǎn)生下一個子菜單 “ ” (空缺)表示運行一個ANSYS命令32Preferences（參數(shù)選擇）：（參數(shù)選擇）：彈出一個對話框，用戶可彈出一個對話框，用戶可以選擇學科及某個學科的有限元方法。以選擇學科及某個學科的有限元方法。 Preprocessor（預處理器）：（預處理器）：包含包含PREP7操作，如建操作，如建模、分網(wǎng)和加載等模、分網(wǎng)和加載等Solution