ANSYS软件介绍与实例讲解

一简述ANSYS软件的发展史。

1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。

30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。

ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。

20世纪70年代初。

ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。

70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。

在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。

今天软件的功能更加强大，使用更加便利。

ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。

ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。

ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。

业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。

ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都等多个办事处。

ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732-95国家标准的中国压力容器版。

作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆总公司，在其机车提速的研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用。

二节点﹑单元﹑单元类型的基本概念。

节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。

单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。

单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。

三用ANSYS软件进行分析的一般过程。

1建立有限元模型
（1）指定工作文件名和工作标题。

该项工作并不是必须要求做的，但是做对多个工程问题进行分析时推荐使用工作文件名和工作标题。

文件名是用来识别ANSYS作业的，通过为分析的工程指定文件名，可以确保文件不被覆盖。

如果用户在分析开始没有定义工作文件名，则所有的文件名都被默认地设置为file。

（2）定义单元类型和单元关键字。

ANSYS提供了将近200种不同的单元类型，每一种单元类型都有自己特定的编号和单元类型名，如PLANE182、SOLID90、SHELL208等；单元关键字定义了单元的不同特性，如轴对称，平面应力等，用户需根据需要选择相应的单元类型，并设置其关键字。

（3）定义单元实常数。

实常数指某一单元的补充几何特征，如单元的厚度、梁的横截面积和惯性矩等，指定了单元类型之后，应根据单元类型指定相应的实常数。

（4）定义材料属性。

在所有的分析中都要输入材料属性，材料属性根据分析问题的物理环境不同而不同。

如在结构分析中必须输入材料的弹性摸量、泊松比；在热结构耦合分析中必须输入材料的热导、线膨胀系数；如果在分析工程中需要考虑重力、惯性力，则必须要输入材料的密度。

（5）创建几何模型。

2 加载求解
在有限元模型建立之后，可以运用SOLUTION处理器定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步长，进行求解。

具体步骤如下：
（1）定义分析类型和分析选项。

ANSYS的分析类型包括：静态、瞬态、调谐、模态、谱分析、挠度和子结构分析等，用户可以根据需要解决的工程问题进行选择。

（2）加载。

ANSYS的载荷可分为六大类：位移约束、力、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷。

这些载荷大部分可以施加到集合模型上，包括关键点、线和面；也可以施加到有限元模型上，包括单元和节点。

（3）指定载荷步选项。

载荷步选项的功能是对载荷步进行修改和控制，包括对子步数、步长和输出控制等。

（4）求解初始化。

该项的主要功能是在ANSYS程序数据库中获得模型和载荷信息，进行计算求解，并将结果数据写入到结果文件（Jobname.RST、Jobname.RTH、Jobname.RMG 和Jobname.RFL）和数据库中。

3查看求解结果
程序计算完成之后，可以通过通用后处理POST1和时间历程后处理POST26查看求解结果。

POST1用于查看整个模型或部分模型在某一时间步的计算结果，POST26后处理器用于查看模型的特定点在所有时间步内的计算结果。

四ANSYS软件划分网格的方法有哪些？说明他们的优缺点。

包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。

延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。

映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。

ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。

自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。

五APDL的具体含义？
APDL语言即ansys参数化编程语言，类似于编程语言，但使用环境仅在ansys 界面中。

运用它可以完全实现脱离菜单操作。

并可以实现很多菜单中无法实现的功能。

熟练的ansys使用人员一定也会熟练的使用APDL。

apdl程序的运行是通过在ansys中读取mac文件或直接在输入对话框中复制来运行，从前处理——求解——后处理均可实现。

六ANSYS软件有哪些功能？简述他的优缺点。

1 功能
（1）结构分析。

静力分析：用于静态载荷。

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。

模态分析：计算线性结构的自振频率及振形、谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD)。

谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。

瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应.。

可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。

特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析)。

专项分析:：断裂分析, 复合材料分析。

疲劳分析：用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。

它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。

（2）ANSYS热分析。

热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力.。

ANSYS功能：相变(熔化及凝固), 内热源(例如电阻发热等)三种热传递方式(热传导、热对流、热辐射)。

（3）ANSYS电磁分析。

磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。

静磁场分析- 计算直流电（DC)或永磁体产
生的磁场.交变磁场分析- 计算由于交流电(AC)产生的磁场.瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场电场分析用于计算电阻或电容系统的电场。

典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。

高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。

（4）ANSYS流体分析。

流体分析用于确定流体的流动及热行为。

流体分析分以下几类
CFD/ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。

声学分析- 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分析等。

容器内流体分析- 考虑容器内的非流动流体的影响.。

可以确定由于晃动引起的静水压力。

流体动力学耦合分析- 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。

（5）ANSYS耦合场分析。

耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。

如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。

例如：在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）。

2 优缺点：
（l）ANSYS是完全的WWS程序，从而使应用更加方便；
（2）产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成，因而能满足各行各业的工程需要；
（3）它不仅可以进行线性分析，还可以进行各类非线性分析；
（4）它是一个综合的多物理场耦合分析软件，用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究，还可以进行这些分析的相互影响研究。

七根据给定的图形，在AMSYS软件中建摸分析，并得出应力云图。

（1）根据所给的尺寸建立有限元模型。

1）建立模型
图1 部分座板图
图2 座板
2）划分网格
图3 座板网格图（2）加载求解
图4加载约束后的座板
图5求解后所得图（3）后处理
图6变形图
图7应力云图。