王新敏《ANSYS工程结构数值分析》

1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.2 软件分析功能
⑷谐响应分析：确定线性结构在随时间正弦变化的载荷 作用下的响应。 ⑸瞬态动力分析：计算结构在随时间任意变化的载荷作 用下的响应，可以考虑与静态分析相同的结构非线性特 性。可考虑非线性全瞬态和线性模态叠加法。 ⑹谱分析：模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或 PSD 输入（随机振动）引起的结构应力和应变。可考虑 单点谱和多点谱分析。 ⑺显式动力分析： ANSYS/LS-DYNA 可用于计算高度非线 性动力学和复杂的接触问题。 除上述七种分析类型外，还可进行如下的特殊分析： 断裂、复合材料、疲劳、P-方法等。
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.1 杆单元
⑷通常用 LINK1 和 LINK8 模拟桁架结构，如屋架、网架、 网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、 拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构 不能是几何可变的，否则造成位移超限的提示错误。 LINK10 可模拟绳索、地基弹簧、支座等，如斜拉桥的 斜拉索、悬索、索网结构、缆风索、弹性地基、橡胶 支座等。LINK180除不具备双线性特性(LINK10)外，它 均可应用于上述结构中，并且其可应用的非线性性质 更加广泛，增加了粘弹塑性材料。 ⑸LINK1、LINK8和LINK180单元还可用于普通钢筋和预 应力钢筋的模拟，其初应变可作为施加预应力的方式 之一。
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.5 输入方式
命 令 流 方 式 是 融 GUI 方 式 、 APDL、UPFs、UIDL、 MAC，甚至 TCL/TK 于一个文本文件中，可通过 /input 命令（或Utility Menu>File>Read Input From…）读入 并执行，也可通过拷贝该文件的内容粘贴到命令行中 执行。命令流方式可包含上述多种方式，例如仅仅将 命令罗列起来相当于命令方式，这对于初学者而言可 能更容易接受。 命令流方式的主要优点有： ①修改简单：不必考虑因操作错误造成模型的重大损 失，也不必考虑DB文件的重要性而不断保存；可以随 时修改参数进而改变几何模型和有限元模型等，一切 都变得那么简单和方便。
前言
现代工程科学技术发展要求人才具备完整 的知识结构，即在工程实践、理论修养和计算 能力方面有严格的高水平的训练，此三者缺一 不可，否则在今后的竞争中就会十分被动。计 算能力的提高当然有多种途径，应用大型商业 通用程序是其中之一。 当前大型商用程序如 ANSYS、ADINA、SAP、 NASTRAN、MARC、ABAQUS、ADAMS、I-DEAS 等 ， 而ANSYS功能强大，简便易学，是首选通用程序。 她融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于 一体，应用于各种行业。 当前最高版本10.0,推荐8.1版本。
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.1 杆单元
单元使用另外应注意的问题： ⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11 无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变 化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。 ⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线 荷载；仅有集中质量方式。 ⑶ LINK180 无实常数型初应变，但可输入初应力文件， 可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变 化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。
/runst
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.4 文件格式
文 件 类 型 日志文件 错误文件 输出文件 数据库文件 结果文件： 结构与耦合场分析 热分析 图形文件 三角化刚度矩阵文件 单元刚度矩阵 组集的整体刚度矩阵和质量矩阵 荷载步文件 文件扩展名 .log .err .out .db .rst .rth .grph .tri .emat .full .snn 文件格式 文本 文本 文本 二进制
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
类 别 杆单元 梁单元 管单元 2D实体元 3D实体元 壳单元 弹簧单元 质量单元 接触单元 矩阵单元 表面效应元 粘弹实体元 超弹实体元 耦合场单元 界面单元 显式动力 分析单元 单 元 名 称 LINK1，8，10，11，180 BEAM3，4，23，24，44，54，188，189 PIPE16，17，18，20，59，60 PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，183 SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，191 SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，209 COMBIN7，14，37，39，40 MASS21 CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，178 MATRIX27，50 SURF153，154 VISCO88，89，106，107，108， HYPER56，58，74，84，86，158 SOLID5，PLANE13，FLUID29，30，38，SOLID62，FLUID79，FLUID80，81， SOLID98，FLUID129，INFIN110，111，FLUID116，130 INTER192，193，194，195 LINK160，BEAM161，PLANE162，SHELL163，SOLID164，COMBI165， MASS166，LINK167，SOLID168
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.5 输入方式
②可使用控制命令：类似如 if-then、do 等控制命令的 使用可大大提高工作效率。 ③可结合用户界面处理：可将其它用户界面相关的命 令融于命令流中。 ④文件处理更加方便：文件的输入和输出可由用户控 制，数据的处理将极其方便。 ⑤交流和保存方便：命令流文件比较小便于保存，对 于相互交流学习甚为方便。 所以强烈推荐使用命令流方式进行操作！！ 本课程将以命令流文件为主进行讲解，而对于GUI 方式则稍加介绍，因此对初学者而言初始略有困难， 但很快会从中受益。
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.1 杆单元
单元名 称 LINK1 LINK8 LINK10 LINK11
LINK180
杆单元特性
节点 数 节点自由 度 Ux,Uy 特 性
EPCSDGB EPCSDGB
表1-4
备 D仅受拉 或仅受压杆 3D 线性调节 器 3D 有限应变 杆
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.3 处理器
名称 prep7 solution post1 post26 opt pds aux2 aux12 aux15 runstat 功 能 路 径 Main Menu>Preprocessor Main Menu>Solution Main Menu>General Postproc Main Menu>TimeHist Postpro Main Menu>Design Opt Main Menu>Prob Design Utility Menu>File>List>Ninary Files Main Menu>Radiation Opt Main Menu>File>Import Main Menu>Run-Time Stats 命 令 /prep7 /solu /post1
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.2 软件分析功能
结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析等。
结构分析有七种类型，功能如下： ⑴静力分析：用于求解静力载荷作用下结构的静态行为， 可以考虑结构的线性和非线性特性。非线性特性如大变 形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹、蠕变等。 ⑵特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载和屈曲模态。 非线性屈曲分析和循环对称屈曲分析属于静力分析类型， 不属于特征值屈曲分析类型。 ⑶模态分析：计算线性结构的固有频率和振型，可采用 多种模态提取方法。可计算自然模态、预应力模态、阻 尼复模态、循环模态等。
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.1 杆单元
杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。 该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有 平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应 变）、应力刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等 功能，表1-4是该类单元较详细的特性。
二进制 文本 二进制 二进制 二进制 文本
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.5 输入方式
ANSYS 的输入方式常规可分为菜单方式、命令方 式、宏方式、函数方式、文件方式等。从使用角度分 为两大类，即GUI（Graphical User Interface）方式和 命令流方式。 GUI方式包括菜单、命令、函数其组合，即通过点选菜 单或输入单个命令的方式。菜单方式是用鼠标在菜单 上进行选取，通过对话框完成各种操作；命令方式是 从命令行输入命令及命令域的值，因ANSYS提供联想 式命令提示；函数方式也是从命令行中输入，但仅输 入命令本身，其命令域的值将通过对话框输入。GUI方 式的特点是简单、易学，但对于复杂模型或实际模型 的修改等比较麻烦。
/post26
建立几何模型，赋予材料属 性，分网与施加边界条件等 加载、求解 查看某个时刻的计算结果 查看时间历程上的计算结果 优化设计 概率设计 把二进制文件变为可读文件 在热分析中计算辐射因子和 矩阵 从CAD或FEM程序中传递文 件 估计计算时间、运行状态等
/opt /pds /aux2
/aux12 /aux15
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.2 梁单元
梁单元分为多种单元，分别具有不同的特性，是 一类轴向拉压、弯曲、扭转 (3D) 单元。该类单元有常 用的 2D/3D 弹性梁元、塑性梁元、渐变不对称梁元、 3D薄壁梁元及有限应变梁元。此类单元除BEAM189实 为 3 节点外，其余均为 2 节点，但有些辅以另外的节点 决定单元的方向（如表1-5中的节点数）。
第1章 ANSYS与结构分析
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 ANSYS功能与软件结构 结构分析单元功能与特性 结构分析材料类型与特点 结构分析与结构建模 结构分析的基本过程
1.1ANSYS功能与软件结构
1.1.1软件技术特点
⑴强大的建模能力 ⑵强大的求解能力 ⑶强大的非线性分析能力 ⑷强大的网格划分能力 ⑸良好的优化能力 ⑹多场及多场耦合分析能力 ⑺具有多种接口能力 ⑻强大的后处理能力 ⑼强大的二次开发能力 ⑽数据统一能力强 ⑾支持多种硬件平台和操作系统平台
1.2ANSYS结构分析单元功能与特性
1.2.2 梁单元
单元 名称 BEAM3 BEAM23 BEAM54 BEAM4 BEAM24 BEAM44
BEAM188 BEAM189
简
称
节 点 2 2 2 2 2+1 2+1 2+1 3+1
节点 自由度 Ux,Uy, Rotz
特 性 EDGB
EPCSDF GB
2 Ux,Uy,Uz
EDGB EGB
EPCDFGB
模拟缆索的松弛及 间隙 模拟液压缸和大转 动 另可考虑粘弹塑性
E- 弹性 (Elasticity)，P- 塑性 (Plasticity)，C- 蠕变 (Creep)，S- 膨胀 (Swelling)， D- 大变形或大挠度 (Large deflection)，F- 大应变 (Large strain) 或有限应变 (Finite strain)，B-单元生死(Birth and dead),G-应力刚化(Stress stiffness) 或几何刚度(Geometric stiffening)，A-自适应下降(Adaptive descent)等。
备
注
2D弹性梁 2D塑性梁
2D渐变不对称梁
常用平面梁元 具有塑性等功能 不对称截面，可偏 移中心轴 拉压弯扭，常用 3D 梁元
拉压弯及圣文南扭转； 开口或闭口截面
拉压弯扭，不对称截面， 可偏移中心轴，可释放节 点自由度，可采用梁截面 Timoshenko梁，计入剪切 变形影响；可增加翘曲自 由度；可采用梁截面。