ANSYSSTRUCTURAL基础ppt课件

ANSYS单元分类
培训手册
1. 杆单元，包括二维杆单元和三维杆单元，线性调节 元，主要包括： LINK1，LINK8，LINK10，LINK11，LINK180等。
2. 弹簧阻尼单元，包括COMBIN系列： COMBIN7,COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。
3. 质量元，MASS21。
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
选择单元策略
培训手册
• 对线性结构（应力）分析，建议采用高阶单元
• 对非线性应力分析，用低阶单元采用较密网格， 而不用较粗网格高阶单元
• 对场分析，低阶单元通常与高阶单元一样可以取 得好的结果
• 对应力分析，四边形比三角形结果要好
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS/Structural求解功能 培训手册
ANSYS/Structural求解功能
• Static -- 结构静力问题（包括线性和非线性问题） • Modal -- 模态振动特性计算分析（结构固有频率和振型） • Harmonic -- 谐波分析 • Transient -- 瞬态分析 • Spectrum -- 谱分析 • Eigen Buckling -- 特征值屈曲分析（线性） • Substructural -- 子结构分析 • 。。。。。。
几何模型与有限元模型关键点单元节点几何模型有限元模型加载载荷的含义六大类体载荷结构分析中温度热分析中热生成率磁场分析中电流密度耦合场载荷上述载荷的一种特殊情况一种分析的结果作为载荷加于另一种分析中实体几何模型载荷优点改变网格不影响载荷涉及到的加载实体少缺点生成的单元在当前激活的单元座标下节点为总体直角座标因此实体与有限元模型可能有不同座标系统和载荷方向实体载荷在凝聚分析中不方便因载荷加在主自由度上施加关键点约束较繁锁不能显示所有实体载荷有限元载荷优点凝聚分析加载方便不用考虑约束扩展缺点网格改变后需重新加载图形拾取加载不方便误差估计serr单元能量范数误差12vol1dvolprerr能量范数百分比误差e100eue12u整个模型应变能sdsg对非线性应力分析用低阶单元采用较密网格而不用较粗网格高阶单元对场分析低阶单元通常与高阶单元一样可以取得好的结果ansys单元介绍ansys单元分类ansys常用单元介绍ansys?ansysansysansysansys?ansys的单元按形状可分为以下三类
{f}=[N]{δ}e (1-9) {f}—单元内任一点的位移列阵 {δ}e —单元的节点位移列阵 [N]—形函数矩阵
精品课件
有限元分析步骤（续）
• 分析单元的力学特性
由（1-9）导出节点位移表示单元应变的关系式
{ε}=[B]{δ}e
(1-10)
{ε}—单元内任一点的应变列阵
[B]—单元应变矩阵
由（1-10）导出
有限元分析步骤（续） 培训手册
• 集合所有单元的平衡方程，集合依据的是所有相邻 单元在公共节点处的位移相等；建立总体的有限元 方程组。 • 引入边界条件 • 求解有限元方程组，得到未知节点位移 • 计算单元应力，对不同的单元，对应力的处理还有 不同的方法
精品课件
ANSYS文件结构
二进制文件
Jobname.db （数据库文件） Jobname.dbb （备份文件） Jobname.rst （结构分析结果文件） Jobname.rth （热分析结果文件） Jobname.rmg （电磁场分析结果文件） Jobname.rfl （流体分析结果文件） Jobname.tri （三角化刚度矩阵文件） Jobname.emat （单元矩阵文件） Jobname.esav （单元保存文件）
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS文件结构（续）
文本文件
Jobname.log（命令日志文件） Jobname.err（错误及警告信息文件）
ANSYS6.0可以改变 Jobname Work directory
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS单元分类 培训手册
•ANSYS的单元按形状可分为以下三类：
质点单元（如质量单元） 线单元（如杆、梁、管单元） 面单元（二维平面 、壳等） 体单元（如SOLID等） 其它辅助单元
下面就这些类型中常用的单元作简要介绍。
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
根据节点间位移协调关系。U11= U22，V11=V22 又根据各节点的平衡条件有
{F}=[K]{δ}
h ANSYS/FLOTRAN
有限元分析步骤
培训手册
有限元法可分为几步：
• 结构的离散化 • 选择位移模式 即假定位移是坐标的某种简单的函数这种函数称为位移 模式或插值函数通常选多项式作为位移模式一般来说， 多项式的项数应等于单元的自由度数。
6. 二维/三维预拉单元PRET179，可以处理预紧螺栓。
7. 结构实体单元，分为二维和三维，弹性和塑性， 低阶 单元和高阶单元。 主要包括：PLANE系列，SOLID系列。
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS单元分类
初级培训
8. 壳单元，分为薄壳、中厚壳，弹性壳元，塑性壳单 元，膜单元。主要包括：SHELL系列。
精品课件
ANSYS非线性
• 材料非线性 • 几何非线性 • 单元非线性
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
几何非线性
• 大应变 • 大挠度 • 应力刚化 • 旋转软化
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
材料非线性
误差估计
SERR 单元能量范数误差 ei ei=1/2∫vol{Δσ}[D]T{Δσ}-1 d(vol)
PRERR能量范数百分比误差 E E=100{e/（U+e）}1/2 U—整个模型应变能
SDSG Δσi 连接单元的节点中，最大应力差值的绝对值
{Δσin}={σan}-{σin}
培训手册
精品课件
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
实体几何模型载荷
培训手册
优点 缺点
改变网格不影响载荷 涉及到的加载实体少
生成的单元在当前激活的单元座标下，节 点为总体直角座标，因此实体与有限元模 型可能有不同座标系统和载荷方向 实体载荷在凝聚分析中不方便，因载荷加 在主自由度上施加关键点约束较繁锁 不能显示所有实体载荷
{σ}=[D][B]{δ}e
{σ}—单元内任一点的应力矩阵
[D]—与单元材料有关的弹性矩阵
利用变分原理，建立作用于单元上的节点力和位
移之间的关系式
{F}e=[K]e{δ}e
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
初级培训
ANSYS/STRUCTURAL 基础
ANSYS公司成都办事处
有限元法基础
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
• 有限单元法在50年代起源于航空工程飞机结构的矩阵分 析，结构矩阵分析认为，一个结构可以看作是由有限个 力学小单元相互连接而成的集合体，表征单元力学特性 的刚度矩阵可比喻作建筑中的砖瓦。装配在一起就能提 供整个结构的力学特性。
ANSYS单元介绍
ANSYS单元介绍
>>ANSYS单元分类 *ANSYS常用单元 介绍
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS单元介绍
•>>ANSYS单元分类
*ANSYS常用单元 介绍 *ANSYS常用单元 推荐
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
精品课件
有限元载荷
优点 凝聚分析加载方便 不用考虑约束扩展
缺点 网格改变后需重新加载 图形拾取加载不方便
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS坐标系种类
• 总体坐标系 • 局部坐标系 • 节点坐标系 • 单元坐标系 • 结果坐标系 • 显示坐标系
单元非线性
• 接触 – 点----点 – 点----线 – 点----面 – 面----面 – 刚----柔 – 柔----柔
• 单元生死 (焊接,土壤开挖) • 非线性单元 LINK10, COMBINE40...
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
几何模型与有限元模型
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
建模
• 确定工作名和分析标题（/TITLE） • 定义单位 • 选单元 • 定义实常数 • 定义材料性质 • 创建几何模型 • 建立有限元模型
培训手册
精品课件
• 应用有限元法求解连续体时，把求解区域分为有限个单 元，并在每个单元上指定有限个节点。一般可以认为相 邻单元在节点连接成一组单元的集合体，用以模拟或逼 近求解区域进行分析，同时选定场函数的节点值。例如 取节点位移作为基本未知量。假设一个插值函数近似地 表示位移分布规律。再利用变分原理或其它方法建立单 元节点力和位移之间的力学特性关系。得到一组以节点 位移为未知量的代数方程组。从而求解节点位移分量。
• 速率无关的塑性 • 速率相关的塑性 • 超弹性 • 粘弹性 • 混凝土 • 非线弹性 • 蠕变 • 膨胀
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
材料非线性
• 流动准则 • 屈服准则 • 强化准则
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS坐标系类型
• 直角坐标系 • 圆柱坐标系 • 球坐标系 • 环形坐标系
培训手册
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
（1-1）
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
简例（续）
培训手册
即 {F} 1=[K] 1{δ}1 在（1-1）中令U11=1，V11=U21=V21=0 则F1x1=K11 ，F1y1=K21 ，F1x2=K31 ，F1y2=K41
上式表明，当节点1沿X方向产生一单位位移， 而单元1的其余节点位移为零时，各节点施于单元1 上的力将组成一平衡力系，表示单元1抵抗位移U11 的刚度。
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
简例（续）
培训手册
上标表示单元号码，下标表示节点号码。因铰接不存在 力矩，每节点力和位移各有两个分量，共四个自由度，用 四个方程来描述力—位移关系：
F1x1=K11U11+K12V11+K13U21+K14V21 F1y1=K21U11+K22V11+K23U21+K24V21 F1x2=K31U11+K32V11+K33U21+K34V21 F1y2=K41U11+K42V11+K43U21+K44V21
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
简例（续）
培训手册
下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：
位移已知边界条件 ui=ui （在边界Гu上位移已知） 外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS单元分类
初级培训
4 . 梁单元，分为二维和三维单元，弹性和塑性；可定 义各种截面。主要包括： BEAM3，BEAM4，BEAM23，BEAM24，BEAM44， BEAM188，BEAM189。
5. 管单元，分为弹性和塑性管元，直管、弯管、T 形管。 主要包括：PIPE系列。
单元 节点 体 面 线 关键点
培训手册
有限元模型 几何模型
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
加载
培训手册
载荷的含义（六大类）
自由度约束（位移，对称边界条件，温度等） 节点力（力，力矩，热流量） 表面载荷（压力，对流，热流量） 体载荷（结构分析中温度，热分析中热生成率，磁 场分析中电流密度） 惯性载荷（重力加速度，角加速度） 耦合场载荷（上述载荷的一种特殊情况，一种分析 的结果作为载荷加于另一种分析中）
精品课件
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
ANSYS内存管理
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
ANSYS内存管理 (续)
Workspace
培训手册
精品课件
ANSYS 分析过程
• 建模 ( /prep7) • 加载及求解 (/solu) • 观察结果 (/post1, /post26)