机械工程CAD基础第8章 ANSYS应用基础
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3．后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、 梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切 片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出 来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或 输出。
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8.1 ANSYS一般分析过程
建立有限元模型
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2．分析计算模块提供各独立物理场的分析，包 括各种结构的静、动力的线性或非线性分析、 温度场的稳态或瞬态分析以及相变、流体动力 学分析、声场分析、电磁场分析和压电分析， 还能够实现结构、热、流体、电磁、声学的多 物理场耦合分析，模拟多种物理介质的相互作 用。另外，还提供目标设计优化、拓扑优化、 概率有限元设计、疲劳断裂计算等功能。
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1. 定义分析类型和参数 如果在前面的步骤中没有定义分析类型，则需 要定义分析类型，以及相应的控制参数。 2. 施加约束与载荷 ANSYS中的约束与载荷分为6类：自由度约束 （铰接、固定、对称等）、集中力、表面载荷、 体载荷、惯性载荷、耦合场载荷。大部分约束 与载荷既可以施加在实体模型上，也可以施加 在有限元模型上。
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4. 划分网格
1) 设置单元属性 设置单元的属性，即单元类型、实常数、材料特性、 单元坐标系和截面号等。 2) 设置网格控制参数 网格控制参数包括单元形状，单元尺寸等。这些参数 对于整个有限元分析有极为重要的影响，因此必须认 真考虑。 3) 生成网格 设置好以上参数后，网格的生成只需通过鼠标点击按 钮就可完成。在划分的过程中需要仔细地选择待划分 的对象。
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8.1.2 加载与求解
有限元分析的主要目的是确定待分析对象对特 定约束与载荷条件下的响应。因此定义正确的 约束与载荷条件是分析中的一个关键步骤。 ANSYS提供了多种方法施加约束与载荷，并 且可以控制这些约束与载荷是如何被加载的。
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3. 建立几何模型
ANSYS提供以下三种方法来生成模型： 创建实体模型。即描述模型的几何边界，控制单元的尺寸和形状， 利用程序自动生成节点和单元。 直接生成。手工指定每一个节点的位置，以及每一个单元的尺寸， 形状和连接。 导入其它CAD系统生成的模型，如CATIA、Pro/E、AutoCAD、 Mechanical Desktop、Solid Edge、SolidWorks、Unigraphics等。 尽管从其它CAD系统中导入的模型可能需要进一步地修改，但这 种方法使得用户可以使用他自己更熟悉的工具来建立模型，避免 重复建立模型的过程，并且使CAD和CAE系统能更紧密地集成在 一起。
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8.1.1 建立有限元模型
有限元分析的最终目的是从数学上再现实际工 程系统的行为，即该分析必须是对物理原型的 精确地数学模拟。一般而言，建立的有限元模 型是已几何模型为基础，经过单元、节点划分， 由所有的节点，单元，材料特性，实常数，边 界条件和用来表达原物理系统的其它特征所组 成。
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1. 初始环境设置
选择ANSYS Product Launcher菜单选项，弹 出对话框，在其中可以设置初始分析环境。 Simulation Environment用来选择产品模块， 如ANSYS、ANSYS Workbench、ANSYS Batch、等。Working Directory用来设置工作 目录，存放本次分析中生成的相关文件。Job Name中则是缺省的工作名，可根据分析的内 容取成有意义的名字。设置好后点击Run按钮 就进入了图形操作界面。
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第8章 ANSYS应用基础
ANSYS软件是融结构、热、流体、电场、磁 场、声场于一体的大型通用有限元分析软件， 可广泛用于航空航天、机械、土木等领域。 ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块， 分析计算模块和后处理模块。
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1．前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可 以方便地构造有限元模型。ANSYS提供了两种实体建模方法：自 顶向下与自底向上。 自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的基元，程序则自 动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造 几何模型。 自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型， 即用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运 算来组合数据集。 ANSYS程序提供了四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自 由划分和自适应划分。
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1）规划。在运行ANSYS之前应决定分析的目标，模型的基本形式， 选择合适的单元类型，以及如何建立恰当的网格密度。 2）进入前处理器开始建模。选择合适的坐标系，并建立工作面。 3）使用基本几何体素和布尔操作生成基本的几何特征。 4）自底向上生成其它实体模型特征，即由点到线到面直至体生成。 5）使用布尔操作将独立的实体模型合并。 6）创建单元属性，如单元类型，材料特性，单元坐标系等。 7）设置参数控制网格密度，并划分网格。 8）增加其它特性，如面面接触单元，约束公式等。 9）保存模型并退出。
2017/8/11 SYS单元库中有150多种类型的单元，如LINK、BEAM、 SHELL、PLANE、SOLID、CONTACT等类型。应根据具体分析 的对象选择合适的单元类型。 2) 定义单元实常数 单元实常数取决于单元的类型。例如二维梁单元，其实常数包括 截面面积，惯性矩，高度等。并不是所有类型的单元都需要实常 数，即使是同类型中的不同单元也可能有不同的实常数。 3) 定义材料特性 大多数单元类型需要材料特性，如杨氏弹性模量，泊松比，密度 等。同单元类型和实常数一样，每一个材料特性集都有一个引用 号。
3．后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、 梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切 片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出 来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或 输出。
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建立有限元模型
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2．分析计算模块提供各独立物理场的分析，包 括各种结构的静、动力的线性或非线性分析、 温度场的稳态或瞬态分析以及相变、流体动力 学分析、声场分析、电磁场分析和压电分析， 还能够实现结构、热、流体、电磁、声学的多 物理场耦合分析，模拟多种物理介质的相互作 用。另外，还提供目标设计优化、拓扑优化、 概率有限元设计、疲劳断裂计算等功能。
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1. 定义分析类型和参数 如果在前面的步骤中没有定义分析类型，则需 要定义分析类型，以及相应的控制参数。 2. 施加约束与载荷 ANSYS中的约束与载荷分为6类：自由度约束 （铰接、固定、对称等）、集中力、表面载荷、 体载荷、惯性载荷、耦合场载荷。大部分约束 与载荷既可以施加在实体模型上，也可以施加 在有限元模型上。
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4. 划分网格
1) 设置单元属性 设置单元的属性，即单元类型、实常数、材料特性、 单元坐标系和截面号等。 2) 设置网格控制参数 网格控制参数包括单元形状，单元尺寸等。这些参数 对于整个有限元分析有极为重要的影响，因此必须认 真考虑。 3) 生成网格 设置好以上参数后，网格的生成只需通过鼠标点击按 钮就可完成。在划分的过程中需要仔细地选择待划分 的对象。
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8.1.2 加载与求解
有限元分析的主要目的是确定待分析对象对特 定约束与载荷条件下的响应。因此定义正确的 约束与载荷条件是分析中的一个关键步骤。 ANSYS提供了多种方法施加约束与载荷，并 且可以控制这些约束与载荷是如何被加载的。
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3. 建立几何模型
ANSYS提供以下三种方法来生成模型： 创建实体模型。即描述模型的几何边界，控制单元的尺寸和形状， 利用程序自动生成节点和单元。 直接生成。手工指定每一个节点的位置，以及每一个单元的尺寸， 形状和连接。 导入其它CAD系统生成的模型，如CATIA、Pro/E、AutoCAD、 Mechanical Desktop、Solid Edge、SolidWorks、Unigraphics等。 尽管从其它CAD系统中导入的模型可能需要进一步地修改，但这 种方法使得用户可以使用他自己更熟悉的工具来建立模型，避免 重复建立模型的过程，并且使CAD和CAE系统能更紧密地集成在 一起。
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8.1.1 建立有限元模型
有限元分析的最终目的是从数学上再现实际工 程系统的行为，即该分析必须是对物理原型的 精确地数学模拟。一般而言，建立的有限元模 型是已几何模型为基础，经过单元、节点划分， 由所有的节点，单元，材料特性，实常数，边 界条件和用来表达原物理系统的其它特征所组 成。
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1. 初始环境设置
选择ANSYS Product Launcher菜单选项，弹 出对话框，在其中可以设置初始分析环境。 Simulation Environment用来选择产品模块， 如ANSYS、ANSYS Workbench、ANSYS Batch、等。Working Directory用来设置工作 目录，存放本次分析中生成的相关文件。Job Name中则是缺省的工作名，可根据分析的内 容取成有意义的名字。设置好后点击Run按钮 就进入了图形操作界面。
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第8章 ANSYS应用基础
ANSYS软件是融结构、热、流体、电场、磁 场、声场于一体的大型通用有限元分析软件， 可广泛用于航空航天、机械、土木等领域。 ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块， 分析计算模块和后处理模块。
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1．前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可 以方便地构造有限元模型。ANSYS提供了两种实体建模方法：自 顶向下与自底向上。 自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的基元，程序则自 动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造 几何模型。 自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型， 即用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运 算来组合数据集。 ANSYS程序提供了四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自 由划分和自适应划分。
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1）规划。在运行ANSYS之前应决定分析的目标，模型的基本形式， 选择合适的单元类型，以及如何建立恰当的网格密度。 2）进入前处理器开始建模。选择合适的坐标系，并建立工作面。 3）使用基本几何体素和布尔操作生成基本的几何特征。 4）自底向上生成其它实体模型特征，即由点到线到面直至体生成。 5）使用布尔操作将独立的实体模型合并。 6）创建单元属性，如单元类型，材料特性，单元坐标系等。 7）设置参数控制网格密度，并划分网格。 8）增加其它特性，如面面接触单元，约束公式等。 9）保存模型并退出。
2017/8/11 SYS单元库中有150多种类型的单元，如LINK、BEAM、 SHELL、PLANE、SOLID、CONTACT等类型。应根据具体分析 的对象选择合适的单元类型。 2) 定义单元实常数 单元实常数取决于单元的类型。例如二维梁单元，其实常数包括 截面面积，惯性矩，高度等。并不是所有类型的单元都需要实常 数，即使是同类型中的不同单元也可能有不同的实常数。 3) 定义材料特性 大多数单元类型需要材料特性，如杨氏弹性模量，泊松比，密度 等。同单元类型和实常数一样，每一个材料特性集都有一个引用 号。