第五讲 ANSYS概述4-单元和材料模型
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qianhuakan@yahoo.com.cn
延性 vs. 脆性材料 脆性材料失效判据 最大主应力判据
延性材料失效判据
Tresca判据
1 - 3 应力强度（ stress intensity）
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
延性 vs. 脆性材料
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
qianhuakan@yahoo.com.cn
示例1: 悬臂梁动态分析 PRVAR, 2 (74th Line)
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
qianhuakan@yahoo.com.cn
示例1: 悬臂梁动态分析 PLNSOL, S, X (80th line)
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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模态分析
求解自然频率/周期. 求解相应的模态. 频率与全局刚度有关. 模态是指模态的自由度.
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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谐分析
载荷为谐波. 允许载荷存在相位差. 求解最大影响. 谐分析通常在模态分析之后. 例子：固定支座的旋转装置.
qianhuakan@yahoo.com.cn
均匀和非均匀材料
材料中任何一个点的材料属性相同， 为均匀材料. 在有限元力，一般认为在一个单元 内材料是均匀的.
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
qianhuakan@yahoo.com.cn
各向同性和各向异性材料
材料在各个方向性质 均相同 ，为各向同性 材料 各向同性线弹性
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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示例1: 悬臂梁动态分析
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
FINISH /CLEAR
L = 60 H = 10 B =6 E = 200000 NU = 0.3 RO = 7.85E-6 DMP = 0.001 SIZE = 3 Q =1 P = 100 /PREP7 K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2
ANTYPE, TRANS TIME, 0.1 KBC, 1 DELTIM, 0.001 OUTRES, BASIC, ALL SOLVE FINISH
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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示例1: 悬臂梁动态分析
SET, LIST (64th Line)
2012年3月7日
粘性
stress time
ANSYS原理与使用-阚前华
strain time
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粘性材料: 粘性和应力松弛 蠕变
strain stress time strain time
2012年3月7日
应力松弛
time
ANSYS原理与使用-阚前华
stress time
/VIEW,, 1, 2, 3 VPLOT ET, 1, SOLID45 MP, EX, 1, E MP, NUXY, 1, NU MP, DENS, 1, RO MP, DAMP, 1, DMP TYPE, 1 MAT, 1 ESIZE, SIZE VMESH, ALL FINISH
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第五讲
ANSYS概述4-单元和材料模型
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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结构分类 分析场： 结构分析 热分析 流体动力学分析 电磁分析 耦合场分析
耦合场分析实例
热力耦合：焊接 流固耦合：压力管道 热激励器: 电-热-结构
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
The von Mises Criteria
e 为Mises应力（von Mises stress）、等效应 力（equivalent stress）或有效应力（ effective stress）.
2012年3月7日
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例子: 悬臂梁动态分析
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非线性分析
几何非线性 材料非线性 状态非线性
2012年3月7日
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材料模型 弹性 vs. 非弹性(塑性) 线性 vs. 非线性 (弹性) 粘性 vs. 非粘性 均匀 vs. 非均匀 各向同性 vs. 各向异性
Beam4
Plane42
Shell63
Solid45
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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结构分析类型
静态分析（Static） 动态分析（Dynamic） 模态分析（Modal） 谐分析（Harmonic） Transient Analysis 稳定性分析（Stability） 瞬态动力学（Transient Dynamics）
前两项 (惯性力和阻尼力)表示动力学响应，当[M]和 [C]取零，即为静态分析
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
静态分析
动力学系统的稳态求解. 动力学系统的近似求解.
经验法则:假如变形时循环的，频率低于结构固 有频率的1/3，动力学效应可以忽略。
2012年3月7日
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线性分析
当载荷和响应呈线性关系，结构分析称之为线性分析 . 线性结构特征：
位移/应变足够小. 应力-应变关系是线性的，如Hooke律. 加载期间没有状态改变.
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
实例2：悬臂梁非线性分析
2012年3月7日
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实例2：悬臂梁非线性分析
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
FINISH /CLEAR
L = 60 H = 10 B =6 E = 200000 NU = 0.3 SY = 100 ET = 0 SIZE = 3 Q =1 P = 100 /PREP7 K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2
2012年3月7日
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弹性-塑性材料 弹性 塑性
Biblioteka Baidu
2012年3月7日
stress strain
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stress strain
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非粘性和粘性材料
非粘性
stress time strain time
ANSYS单元 单元分类: 分析类型 (结构，流体…) 维数 (2D, 3D) 几何 (三角形，四边形，四面体，六面体) 形状函数 (线性，二次) ANSYS9.0总共提供200多种单元.
2012年3月7日
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ANSYS单元 常用单元
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plastic
linear
Viscous elastic Non-lin
plastic
2012年3月7日
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延性 vs. 脆性材料
延性材料
脆性材料
stress strain
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
stress strain
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
示例1 : 悬臂梁动态分析
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 /SOLU NSEL, S, LOC, X, 0 D, ALL, ALL, 0 NSEL, S, LOC, Y, H/2 SF, ALL, PRES, Q NSEL, ALL N1 = NODE(L,-H/2,-B/2) N2 = NODE(L,-H/2,B/2) F, N1, FY, -P/2 F, N2, FY, -P/2 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 /POST1 SET, LIST SET, LAST /VIEW,, 0, 0, 1 PLNSOL, S, X FINISH /POST26 NSOL, 2, N1, U, Y, UY PLVAR, 2 PRVAR, 2 FINISH /POST1 SET,,,,, 0.008 PLNSOL, S, X
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示例1: 悬臂梁动态分析
阻尼 vs. 无阻尼
阻尼
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析
无阻尼
2012年3月7日
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2012年3月7日
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各向同性线弹性材料
2012年3月7日
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各向异性线弹性材料
2012年3月7日
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2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 讨论 静态 vs. 动态分析
静态
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析
动态
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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示例1: 悬臂梁动态分析 PLNSOL, S, X (67th Line)
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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示例1: 悬臂梁动态分析 PLVAR, 2 (73rd Line)
ANSYS 材料模型
材料模型的选择依赖于载荷，变形率，温度等.
分类 linear Noviscous elastic Nonlinear 模型 Linear elast.
Non-lin elast. Hyper-elast.
plasticity Linear viscous elast. Non-linear viscous elast. Visco-plasticity
/VIEW,, 1, 2, 3 VPLOT ET, 1, SOLID45 MP, EX, 1, E MP, NUXY, 1, NU TB, BKIN, 1 TBDATA,, SY, ET TBPLOT, BKIN, 1 TYPE, 1 MAT, 1 ESIZE, SIZE VMESH, ALL
延性 vs. 脆性材料 脆性材料失效判据 最大主应力判据
延性材料失效判据
Tresca判据
1 - 3 应力强度（ stress intensity）
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
延性 vs. 脆性材料
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 PRVAR, 2 (74th Line)
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 PLNSOL, S, X (80th line)
2012年3月7日
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模态分析
求解自然频率/周期. 求解相应的模态. 频率与全局刚度有关. 模态是指模态的自由度.
2012年3月7日
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谐分析
载荷为谐波. 允许载荷存在相位差. 求解最大影响. 谐分析通常在模态分析之后. 例子：固定支座的旋转装置.
qianhuakan@yahoo.com.cn
均匀和非均匀材料
材料中任何一个点的材料属性相同， 为均匀材料. 在有限元力，一般认为在一个单元 内材料是均匀的.
2012年3月7日
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各向同性和各向异性材料
材料在各个方向性质 均相同 ，为各向同性 材料 各向同性线弹性
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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示例1: 悬臂梁动态分析
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
FINISH /CLEAR
L = 60 H = 10 B =6 E = 200000 NU = 0.3 RO = 7.85E-6 DMP = 0.001 SIZE = 3 Q =1 P = 100 /PREP7 K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2
ANTYPE, TRANS TIME, 0.1 KBC, 1 DELTIM, 0.001 OUTRES, BASIC, ALL SOLVE FINISH
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析
SET, LIST (64th Line)
2012年3月7日
粘性
stress time
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strain time
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粘性材料: 粘性和应力松弛 蠕变
strain stress time strain time
2012年3月7日
应力松弛
time
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stress time
/VIEW,, 1, 2, 3 VPLOT ET, 1, SOLID45 MP, EX, 1, E MP, NUXY, 1, NU MP, DENS, 1, RO MP, DAMP, 1, DMP TYPE, 1 MAT, 1 ESIZE, SIZE VMESH, ALL FINISH
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第五讲
ANSYS概述4-单元和材料模型
2012年3月7日
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结构分类 分析场： 结构分析 热分析 流体动力学分析 电磁分析 耦合场分析
耦合场分析实例
热力耦合：焊接 流固耦合：压力管道 热激励器: 电-热-结构
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
The von Mises Criteria
e 为Mises应力（von Mises stress）、等效应 力（equivalent stress）或有效应力（ effective stress）.
2012年3月7日
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例子: 悬臂梁动态分析
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非线性分析
几何非线性 材料非线性 状态非线性
2012年3月7日
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材料模型 弹性 vs. 非弹性(塑性) 线性 vs. 非线性 (弹性) 粘性 vs. 非粘性 均匀 vs. 非均匀 各向同性 vs. 各向异性
Beam4
Plane42
Shell63
Solid45
2012年3月7日
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结构分析类型
静态分析（Static） 动态分析（Dynamic） 模态分析（Modal） 谐分析（Harmonic） Transient Analysis 稳定性分析（Stability） 瞬态动力学（Transient Dynamics）
前两项 (惯性力和阻尼力)表示动力学响应，当[M]和 [C]取零，即为静态分析
2012年3月7日 ANSYS原理与使用-阚前华 qianhuakan@yahoo.com.cn
静态分析
动力学系统的稳态求解. 动力学系统的近似求解.
经验法则:假如变形时循环的，频率低于结构固 有频率的1/3，动力学效应可以忽略。
2012年3月7日
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线性分析
当载荷和响应呈线性关系，结构分析称之为线性分析 . 线性结构特征：
位移/应变足够小. 应力-应变关系是线性的，如Hooke律. 加载期间没有状态改变.
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
实例2：悬臂梁非线性分析
2012年3月7日
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实例2：悬臂梁非线性分析
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
FINISH /CLEAR
L = 60 H = 10 B =6 E = 200000 NU = 0.3 SY = 100 ET = 0 SIZE = 3 Q =1 P = 100 /PREP7 K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2
2012年3月7日
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弹性-塑性材料 弹性 塑性
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stress strain
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非粘性和粘性材料
非粘性
stress time strain time
ANSYS单元 单元分类: 分析类型 (结构，流体…) 维数 (2D, 3D) 几何 (三角形，四边形，四面体，六面体) 形状函数 (线性，二次) ANSYS9.0总共提供200多种单元.
2012年3月7日
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ANSYS单元 常用单元
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plastic
linear
Viscous elastic Non-lin
plastic
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延性 vs. 脆性材料
延性材料
脆性材料
stress strain
2012年3月7日
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stress strain
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
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示例1 : 悬臂梁动态分析
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 /SOLU NSEL, S, LOC, X, 0 D, ALL, ALL, 0 NSEL, S, LOC, Y, H/2 SF, ALL, PRES, Q NSEL, ALL N1 = NODE(L,-H/2,-B/2) N2 = NODE(L,-H/2,B/2) F, N1, FY, -P/2 F, N2, FY, -P/2 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 /POST1 SET, LIST SET, LAST /VIEW,, 0, 0, 1 PLNSOL, S, X FINISH /POST26 NSOL, 2, N1, U, Y, UY PLVAR, 2 PRVAR, 2 FINISH /POST1 SET,,,,, 0.008 PLNSOL, S, X
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示例1: 悬臂梁动态分析
阻尼 vs. 无阻尼
阻尼
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析
无阻尼
2012年3月7日
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2012年3月7日
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各向同性线弹性材料
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
qianhuakan@yahoo.com.cn
各向异性线弹性材料
2012年3月7日
ANSYS原理与使用-阚前华
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2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 讨论 静态 vs. 动态分析
静态
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示例1: 悬臂梁动态分析
动态
2012年3月7日
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2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 PLNSOL, S, X (67th Line)
2012年3月7日
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示例1: 悬臂梁动态分析 PLVAR, 2 (73rd Line)
ANSYS 材料模型
材料模型的选择依赖于载荷，变形率，温度等.
分类 linear Noviscous elastic Nonlinear 模型 Linear elast.
Non-lin elast. Hyper-elast.
plasticity Linear viscous elast. Non-linear viscous elast. Visco-plasticity
/VIEW,, 1, 2, 3 VPLOT ET, 1, SOLID45 MP, EX, 1, E MP, NUXY, 1, NU TB, BKIN, 1 TBDATA,, SY, ET TBPLOT, BKIN, 1 TYPE, 1 MAT, 1 ESIZE, SIZE VMESH, ALL