1、ANSYS建模與應(yīng)用,一種現(xiàn)代計算機輔助工程和工程數(shù)值模擬軟件,主要內(nèi)容,界面與環(huán)境 單元的選擇與使用 加載與求解技術(shù) 后處理 模型建立和導入 算例介紹,ANSYS文件類型,坐標系,幾何模型的定位和創(chuàng)建可基于三種坐標系(CS):工作平面坐標系(Working PlaneCS);全局坐標系(Global CS) ;局部坐標系(Local CS). (1)工作平面坐標系 1)工作平面坐標系即一個2D作圖平面。 2)它主要用于實體模型體素的定位和定向(up一down建模:關(guān)鍵點、線、面等) (2)全局坐標系。 1)全局坐標系是整個模型不變的參考坐標系。它可以是直角坐標系(Cartesian syst

2、em)、柱坐標系(cylindrical system)和球坐標系(spherical system ),分別如圖 (a),(b),(c)所示。,2)缺省時,全局直角坐標系是激活坐標系。 3)可以激活坐標系為柱(或球、其它坐標系)。,(3)局部坐標系 1)用戶在特定位置創(chuàng)建的坐標系稱為局部坐標系。 2)局部坐標系可以是直角坐標系,柱坐標系(Cartesian system 0),和球坐標系(cylindrical system 1)(spherical system 2) 3)局部坐標系可繞X,Y,z軸轉(zhuǎn)動。 4)定義局部坐標系,在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。 選擇維數(shù)最低的

3、單元去獲得預(yù)期的結(jié)果 (盡量做到能選擇點而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實體). 對于復雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當考慮建立兩個或者更多的不同復雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項作實驗性探討。,單元種類,單元選擇,彈簧元是常用的標量單元，它和集中質(zhì)量單元一樣被稱作零維單元，它的特性是可以受拉、壓或旋轉(zhuǎn)，承受力或力矩；力引起軸向位移，力矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移（轉(zhuǎn)角）。需要輸入單元參數(shù)有標識號ID，剛度K，阻尼系數(shù)Cv等,常用單元的形狀,集中質(zhì)量單元mass為點元素，具有x，y，z位移與旋轉(zhuǎn)的六個自由度。不同的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量可以分別定義對應(yīng)的每個

4、坐標系方向。輸入?yún)?shù)有元素的坐標系、質(zhì)量M、對應(yīng)坐標軸的Mx，My，Mz、Ixx、Iyy、Izz、材料等,線單元又叫一維單元，用于表示桿和梁的性質(zhì)，桿元支持拉、壓力P和軸向扭矩T，但不允許彎曲，梁單元則包括彎曲。輸入數(shù)據(jù)包括：材料EX、密度DENS、面積AREA、轉(zhuǎn)動慣量IZZ、截面高度H等，自由度有UX，UY，ROTZ。,面單元包括板單元和殼單元，它們可以用來表示這樣的結(jié)構(gòu)，其厚度遠小于該結(jié)構(gòu)的其它尺寸?？梢猿惺芘c平面同方向及法線方向的負載。面元素具有X、Y、Z位移方向和X、Y、Z旋轉(zhuǎn)方向的6個自由度。輸入?yún)?shù)包括材料、表面負載、單元性質(zhì)（厚度等）。三角形面元可以看作是四邊形I，J，K，L四

5、個節(jié)點中K，L的重合，在大變形分析中，多采用三角形面單元,用于仿真3-D厚板和實體結(jié)構(gòu)的特性，主要的體單元有四面體、五面體和六面體單元，體單元包括3個軸向平移自由度，不包括轉(zhuǎn)動自由度。一般有8個，20個或更多的節(jié)點組成。可以用于塑性、膨脹、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變的分析。輸入?yún)?shù)是材料ET、泊松比、密度DENS。,材料及屬性,線性材料 輸入材料常數(shù)：楊氏模量、泊松比、密度等 非線性材料 實際當中，沒有那種材料的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。 AN

6、SYS規(guī)定的非線性材料特性： 塑性 永久的，不隨時間變化的變形 蠕變 永久的，隨時間變化的變形 非線性彈性 粘彈 類似玻璃的材料 超彈 類似于橡膠的材料,網(wǎng)格的劃分,缺省單元尺寸的優(yōu)先順序 對線劃分的指定被最先考慮 關(guān)鍵點附近的單元尺寸作為第二級考慮對象 總體單元尺寸作為第三級考慮對象 缺省單元尺寸被最后考慮,智能單元尺寸的優(yōu)先順序 對線的指定被最先考慮 關(guān)鍵點附近的單元尺寸作為第二級考慮對象，當考慮到曲率和小的幾何尺寸特征時可以忽略它 總體單元尺寸作為第三級考慮對象,當考慮到曲率和小的幾何尺寸特征時可以忽略它 智能單元尺寸設(shè)置被最后考慮,人工調(diào)整網(wǎng)格控制,由于結(jié)構(gòu)形狀的多樣性，在許多情況下，

7、由缺省單元尺寸或智能尺寸使產(chǎn)生的網(wǎng)格并不合適 包括應(yīng)力集中和奇異點的模型 在這些情況下，進行網(wǎng)格劃分時必須做更多的處理?？梢酝ㄟ^指定下述的單元尺寸來進行更多的挖制 總體單元尺寸，根據(jù)面的邊界（線）上所用單元的邊長或每條線 上劃分的單元數(shù)進行控制 指定關(guān)鍵點附近的單元尺寸 指定線上的單元劃分數(shù),層狀網(wǎng)格劃分生成線性過渡的自由網(wǎng)格 在平行于線的方向上單元尺寸相當均勻 在垂直于線的方向上，單元尺寸和 數(shù)目急劇變化 當分析時要求表面高精度，層狀網(wǎng)格是最 有用的。（例如，模擬CFD的邊界層效應(yīng) 和電磁分析中的集膚效應(yīng)）,局部細劃,拾取細劃位置 選擇細劃級別（從15為從最小到最大） 調(diào)整細劃深度或其它的細

8、節(jié),網(wǎng)格細劃前,混合單元劃分,六面體四面體網(wǎng)格 某些區(qū)域已經(jīng)被六邊形單元進行映射網(wǎng)格劃分，同時另一些較復雜的區(qū)域需要用四面體單元進行網(wǎng)格劃分,決定在哪兒采用過渡金字塔形單元是合適的. 為了生成金字塔單元，重新排列組合四面體單元. 將金字塔單元放入網(wǎng)格中.,程序自動生成過渡用的金字塔單元,加載,已將幾何模型劃分網(wǎng)格, 應(yīng)如何加載、求解? 載荷分類,ANSYS中的載荷可分為: 自由度DOF - 定義節(jié)點的自由度（ DOF ） 值 (結(jié)構(gòu)分析_位移、熱分析_ 溫度、電磁分析_磁勢等) 集中載荷 - 點載荷 (結(jié)構(gòu)分析_力、熱分析_ 熱導率、電磁分析_ magnetic current segment

9、s) 面載荷 - 作用在表面的分布載荷 (結(jié)構(gòu)分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等) 體積載荷 - 作用在體積或場域內(nèi) (熱分析_ 體積膨脹、內(nèi)生成熱、電磁分析_ magnetic current density等) 慣性載荷 - 結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷 (重力、角速度等),可在實體模型或 FEA 模型 (節(jié)點和單元) 上加載,直接在實體模型加載的優(yōu)點,在關(guān)鍵點處約束,沿線均布的壓力,在節(jié)點處約束,在節(jié)點加集中力,幾何模型加載獨立于有限元網(wǎng)格. 重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷. 加載的操作更加容易 ,尤其是在圖形中直接拾取時.,無論

10、采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型.因此, 加載到實體的載荷將自動轉(zhuǎn)化到 其所屬的節(jié)點或單元上。,加載到實體的載荷自動轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點或單元上,沿線均布的壓力,均布壓力轉(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上,DOF 約束形式,載荷約束形式,提交求解,求解結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中并輸出到結(jié)果文件,結(jié)果文件,求解器,結(jié)果,結(jié)果數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫,輸入數(shù)據(jù),實體模型建立和導入,1.一種使用自帶的建模工具進行建模 2.另一種采用模型輸入的方法,為CAD的文件格式到ANSYS的傳輸提供一個界面. 保存原始模型的特性（不需要先輸出再輸入） 在有些情況下，可以從CAD程序中直接進入ANSYS. 使用接口輸

11、入，需要下面的licenses: Parasolids: Connection for Parasolids , ANSYS Pro/E: Pro/E, Connection for Pro/E, ANSYS Unigraphics: Unigraphics, Connection for Unigraphics, ANSYS SAT: Connection for SAT, ANSYS,模型導入,Connection for Pro/E Program,Connection for Unigraphics Program,Connection for CADDS Program,IGES F

12、ile,Connection for SAT File,Connection for Parasolid File,CAD 中的模型,為下一步網(wǎng)格劃分和求解而輸入ANSYS的模型,IGES輸入選項和工具,可用的修復工具: 1.拓撲修復工具 2.幾何修復工具 3.幾何簡化工具,拓撲修復工具 顯示并列示分開的邊界，對邊界和間隙進行marge操作，刪除多余的線和面,幾何修復工具 創(chuàng)建丟失的線和面，修復模型.,幾何簡化工具 檢查并顯示短小的線或環(huán)，將分開的線或面連來，填充面或孔.，去掉突起,IGES輸入檢修技術(shù),提示: 如果輸入不成功，關(guān)閉MERGE和Solid選項，重新輸入. ANSYS裝飾技術(shù)可以

13、過濾掉壞圖元. 輸入完成后，仔細檢查模型，從中刪掉不想要的圖元. 在完成輸入后，如果發(fā)現(xiàn)一些小面被丟失，則關(guān)掉small選項，重新輸入模型. 可能需要花費更多的時間和占用更多的內(nèi)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(取點),算例: 簡單三角形單元解孔邊應(yīng)力集中,1、已知條件 一個正方形板，邊長L=100mm，中心有一小孔，直徑D=10mm，左右邊受均布拉伸

14、載荷，面力集度 ，如圖所示。板厚度t=10mm，材料的E=206GPa，=0.29 ，為平面應(yīng)力模型。,2、目的和要求,用簡單三角形單元分析x=0截面上應(yīng)力的分布規(guī)律和最大值，計算孔邊應(yīng)力集中系數(shù)。利用對稱性條件，取板的四分之一進行有限元建模。,3 、具體操作步驟及要求,（1）單擊屏幕左下角的“開始”，在程序中找到Ansys10.0，雙擊打開, 在Ansys中默認的單位是、m、s，我們就采用默認單位。 （2）在屏幕左側(cè)的主菜單中選擇Prefercence，單擊，選擇Structural，然后選擇OK，表示進行結(jié)構(gòu)分析。 （3）退出Prefercence，進入Preprocessor進入前處理部分。單擊Element Type。再單擊Add/Edit/Delete，在Element types中選擇solid，,（5）分割面。首先創(chuàng)建圓