ANSYS入门教程

January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS
B. 关于 ANSYS
培训手册
• ANSYS 是一个完整的 FEA 软件包，它适合世界范围各个 工程领域的工程师们使用: – 结构分析 – 热分析 – 流体分析，包括 CFD（计算流体动力学） – 电 / 静电场分析 – 电磁场分析
• ANSYS 在部分工业领域中的应用如下：
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
热分析
培训手册
• 热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量 是：热量的获取和损失、热梯度、热通量。
• 可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。
• 稳态分析 – 忽略时间效应
• 瞬态分析 – 确定以时间为函数的温度值等。 – 可模拟相变（熔化及凝固）
• 热和质量的传输 – 在两点之间质量传输（如在一个管子中）产生的热量计算 由一个一维单元完成
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
耦合场分析
培训手册
• 耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为 两个物理场之间相互影响，所以单独求解一个物理场是不
4-64
D. 自下而上建模
E. 专题
培训手册
5-1 5-3 5-9 5-20
6-1 6-3 6-5 6-16
7-1 7-3 7-5 7-9 7-11
8-1 8-3 8-9 8-14 8-15
9-1 9-4 9-7 9-29 9-30 9-50
January 30, 2006
ANSYS 入门
…目录
10. 网格划分 A. 多种单元属性 B. 控制网格密度 C. 改变网格 D. 影射网格 E. 六面体到四面体网格 F. 网格的拉伸 G. 延伸网格 H. 专题
教会学员下述基本能力:
• ANSYS功能，ANSYS基本术语和ANSYS图形用户界面
• 如何进行一个完整的ANSYS分析…其中包含基本步骤
• 建立或输入一个实体模型并进行单元划分
• 加载,求解和观察结果
• 利用一些高级工具—逻辑运算,APDL语言,批处理模式,滚动 工具条等。
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15. 专题 A. 工具条与缩写 B. 开始文件 C. 输入文件 D. 批处理模式 E. 专题
培训手册
14-1 14-3 14-6 14-9 14-16 14-25 14-31 14-39 14-47 15-1 15-3 15-9 15-10 15-16 15-18
January 30, 2006
第1章
入门
欢迎！
培训手册
• 欢迎参加ANSYS入门培训!
• 这部分培训课程包含了如何利用ANSYS进行静力分析。
• 这部分内容针对新用户和不常使用 ANSYS 的用户，没有 考虑 ANSYS实际应用.
• 此外，ANSYS还提供针对不同专题的高级培训。
January 30, 2006
入门
培训目标
培训手册
• 其它产品: – ANSYS/LS-DYNA -高度非线性结构问题 – DesignSpace – CAD 环境下，适合快速分析容易使用 的设计和分析工具
– ANSYS/ProFEA –Pro/E 的 ANSYS 分析接口。
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有限元分析与 ANSYS
…关于 ANSYS
超弹密封
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
…结构分析
培训手册
• 动力分析 – 包括质量和阻尼效应。 – 模态分析，用于计算固有频率和振型。
– 谐响应分析，用于确定结构对正弦变化的已知幅值和频 率载荷的响应。
– 瞬态动力学分析，用于确定结构对随时间任意变化载荷 的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。
培训手册
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
电磁分析
培训手册
• 高频电磁场分析
– 模拟电磁波的传播装置
– 例如：微波及RF无源组件、波导、同轴连接器。
– 电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射 波损耗、电介质及传导损耗。
同轴电缆中的电场 (EFSUM)
培训手册
ANSYS/ Professional
ANSYS/ Mechanical
ANSYS/ Multiphysics
ANSYS/ Emag
ANSYS/ Structural
ANSYS/ LS-DYNA
ANSYS/ PrepPost
ANSYS/ FLOTRAN
ANSYS/ ED
ANSYS/ ProFEA
ANSYS/ University
DesignSpace
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
结构分析
培训手册
• 结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。
• 静力分析 – 用于静态荷载. – 可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、大应 变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.
入门
培训材料
• 可以打印这一幻灯片作为培训手册使用。
•可以从教师那里拷贝练习文件（如果需要）.
培训手册
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入门
目录
2. 有限元分析和 ANSYS 3. ANSYS 基础 4. 应力分析 5. 预先的考虑 6. 热分析 7.热应力分析 8. 输入模型 9.实体建模
– 航空航天
– 电子产品
– 汽车工业
– 重型机械
– 生物医学
– 微机电系统
– 桥梁、建筑
– 运动器械
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS
…关于 ANSYS
培训手册
• ANSYS/Multiphysics 是 ANSYS 产品的“旗舰”，它包 括所有工程学科的所有性能
• ANSYS/Multiphysics 有三个主要的组成产品 – ANSYS/Mechanical – ANSYS 机械-结构及热 – ANSYS/Emag –ANSYS 电磁学 – ANSYS/FLOTRAN – ANSYS 计算流体动力学
培训手册
ANSYS 入门
ANSYS 入门
目录
1. 概述
2. 有限元分析(FEA) 与 ANSYS A. 什么是 FEA? B. 关于 ANSYS C. 关于ANSYS公司
3. ANSYS 基础 A. 进入 ANSYS程序 B. 图形用户界面( GUI) C. 图形与拾取 D. 在线帮助 E. 数据库和文件 F. 退出 ANSYS程序 G. 专题
几何模型既可以在ansys中创建实体模型也可以从其他软件包中输入实体模型两种方法的详细情况以后介绍现在我们简要地讨论如何输入一个iges文件和缩放所需的几何模型igesinitialgraphicsexchangespecification是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范iges文件是ascii码文件很容易在两个计算机系统间传递
4. 应力分析 A. 分析步骤 B. 实体建模 C. 网格划分 D. 加载 E. 求解 F. 查看结果 G. 检查结果的正确性 H. 专题
1-1
5. 初步决定
A. 何种分析类型?
2-1
B. 为谁建模?
2-3
C. 何种单元类型?
2-6 2-20
6. 热分析 A. 概述
B. 过程
3-1
C. 专题
3-3
3-8
11-1 11-4 11-10 11-15
12-1 12-4 12-8 12-11 12-16
13-1 13-4 13-9 13-14 13-22 13-30
14. 后处理 A. 查询拾取 B. 结果坐标系 C. 路径操作 D. 误差估计 E. 荷载工况组合 F. 结果查阅器 G. 数据报告生成器 H. 专题
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
电磁分析
• 电磁分析用于计算电磁装置中的磁场
• 静态磁场及低频电磁场分析 – 模拟由直流电源，低频交流电 或低频瞬时信号引起的磁场。 – 例如：螺线管制动器、电动 机、变压器 – 磁场分析中考虑的物理量是： 磁通量密度、磁场密度、磁 力和磁力矩、阻抗、电感、 涡流、能耗及磁通量泄漏等。
有限元分析与 ANSYS
... 什么是有限元分析?
培训手册
• 这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似具有无 限未知量的实际系统的响应。
– 所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？
– 然而，对该问题还没有一个 容易的解决方案。这完全依 赖于你所模拟的对象和模拟 所采用的方式。但是，我们 将尽力通过这次培训为你提 供指南。
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
…流体分析
• 声学分析 – 用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。 – 例如：扬声器，汽车内部，声纳 – 典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。
培训手册
• 容器内流体分析 – 模拟容器内的非流动流体的影响，确定由于晃动引起的静 水压力。 – 例如：油罐，其它液体容器
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
流体分析
培训手册
• 计算流体动力学 (CFD) – 用于确定流体中的流动状态和温度。 – ANSYS/FLOTRAN 能模拟层流和湍流，可压缩和不可压 缩流体，以及多组份流。
– 应用：航空航天，电子元件封装，汽车设计。 – 典型的物理量是：速度，压力，温度，对流换热系数。
– 单元中未知量的个数是 有限的，因此称为“有 限单元”。
Historical Note
• 结果分析有限元方法是上个世纪 50～60 年代 有高等院校和工业 研究部门创建的。
• 有限元依据的基本理论已经有 100 年以上的历史，它也是手工 计算桥梁和蒸汽锅炉的强度的基 础。
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11. 选择逻辑 A. 如何使用选择逻辑 B. 部件与集合 C. 专题
12. APDL基础 A. 定义参数 B. 使用参数 C. 获取数据库信息 D. 专题
13. 加载和求解 A. 力荷载 B. 结点坐标系 C. 求解器 D. 多荷载步求解 E. 专题
10-1 10-3 10-10 10-20 10-23 10-40 10-48 10-53 10-59
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
…电磁分析
培训手册
• 电磁分析类型: – 静态磁场分析用于计算由直流电 (DC) 或永磁体产生的 磁场。
– 交变磁场分析用于计算由交流电 (AC) 产生的磁场 – 瞬态磁场分析用于计算随时间变化的磁场。
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实际系统
有限元模型
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS
... 什么是有限元分析?
培训手册
为什么需要有限元分析？
• 减少模型试验的数量 – 计算机模拟容许对大量的假设情况进行快速有效的试验 。
• 模拟不适合在原型上试验的设计。 – 例如：器官移植，比如人造膝盖。
• 概要: – 节省费用 – 节省时间… 缩短产品开发时间! – 创造出更可靠、高品质的设计
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
…电磁分析
培训手册
• 静电学 – 计算由电压或电荷激发引起的电场。 – 例如：高压装置，微机电系统（MEMS），传输线。 – 典型的物理量是：电场强度和电容。
• 电流传导 – 计算在一定电压下的导体的电流
• 电路耦合 – 电磁装置与电路的耦合
• 其它结构功能 – 谱分析 – 随机振动 – 特征值屈曲 – 子模型
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有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
…结构分析
• 用 ANSYS/LS-DYNA 进行显示动力分析 – 模拟以惯性力为主的大变形分析。 – 用于模拟冲击、碰撞、快速成形等。
培训手册
January 30, 2006
10. 网格划分 11. 选择逻辑 12. APDL 基础 13. 加载和求解 14. 后处理 15. 专题
培训手册
January 30, 2006
第2章
有限元分析与 ANSYS
有限元分析与 ANSYS
概述
培训手册
• 在这一节，我们将在介绍有限单元分析同时给出 ANSYS 功能的概述。
• 标题: A. 什么是有限元分析？ B. 关于 ANSYS
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有限元分析与 ANSYS
A.什么是有限元分析?
培训手册
• 有限元分析是一种模拟设计荷载条件，并且确定在荷载条
件下的设计响应的方法。
• 它是用被称之为“单元”的离散的块体来模拟设计。
– 每一个单元都有确定的 方程来描述在一定荷载 下的响应。
– 模型中所有单元响应的 “和”给出了设计的总 体响应。
7. 热-应力分析
3-17
A. 概述
3-27
B. 序列法
3-33
C. 直接法
3-42
D. 专题
3-43
8. 几何模型的输入
4-1 4-4
A. IGES 输入 B. 相关产品 C. 有限元模型输入
4-7
D. 专题
4-15
4-35
9. 实体建模
4-47
A. 定义
4-52
B. 自上而下建模
4-60
C. 专题