第六章有限元软件介绍

13、Main MenuSolutionLoad Step Opts（载 荷 步设置）Time/Frequence（时间/频率） Time and Substps（时间-时间步 b长） 注1：先单击Main MenuSolutionUnabridged Menu（完整菜单），才能调出 Time/Frequnc 菜单项 注2：在Time at end of load step（载荷步终止时 间） 中输入5；在Stepped or ramped b.c（阶跃
Example One
问题描述：
悬臂梁杆一端固定，另一端为自由端。 从零时刻起，给自由度施加随时间变化 的应变，确定不同时刻的应力分布。
模型描述：
此端固定
随时间变化的力
要求： 该悬臂梁长5米，厚度为0.1米，弹性模 量为3.08e6，泊松比为0.3。
力的载荷历程：
操作步骤： 1、Utility MenuFileClear&Start New 注：清除当前数据库并开始新的分析 2、Utility MenuFileChange Jobname 注：输入新的工作文件名为Cantilever，并选 中New log and error files复选框。 3、Utility Menu File Change Title 注：输入Changing pressure on one point of a pole
20. Main MenuGeneral PostprocPlot Results （绘制结果）Contour Plot（绘制等值图） Nodal Solu（节点解） 注：选择Nodal Solution（节点解）Elastic Strain （弹性应变）Y-Component of elastic strain （弹性应变Y分量） 此求解值的大小为第5秒Y方向上的应变，应 记住，以便和之后第15秒时刻的求解结果对
有限元分析的基本方法
1）建立实际工程问题的计算模型 利用几何、载荷的对称性简化模型 建立等效模型 2）选择适当的分析工具 侧重考虑以下几个方面： 物理场耦合问题 大变形 网格重划分 3）前处理（Preprocessing） 建立几何模型（Geometric Modeling，自下而上，或基本单 元组合） 有限单元划分（Meshing）与网格控制
2、求解
命令:SOLVE GUI: Main MenuSolutionSolveCurrent LS
步骤四、结果后处理
通用后处理器POST1 命令：/POST1 GUI: Main MenuGeneral Postproc 时间历程后处理器POST26 命令：/POST26 GUI: Main MenuTimeHist Postproc
ANSYS简介
ANSYS 图 形 方 式启动界面如图。 ANSYS 图 形 界 面由输出窗口和 工具菜单窗口构 成，工具菜单窗 口由下拉菜单、 工具条、主菜单 区、视区和辅助 工具框构成。
ANSYS
状态栏
mat=material 材料 type 单元类型 real 实常数 csys=coordinate system 坐标系
18.读取载荷步文件，开始求解 Main MenuSolutionSolve（求解） From LS File（根据载荷步文件求解） 注：LSMIN（起始载荷步）：1 LSMAX（结束载荷步）：3 LSINC（载荷步间隔）：1
19.求解结束后，进入后处理器，查看求解结果。 Main MenuGeneral Postproc（通用后处理器） Read Result（读入结果文件）By Time/Freq （根据时间/频率） 注：TIME中输入5，则第5秒的求解结果读入结 果后处理器中。
MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Del ete
4.定义材料属性
MURX 相对磁导率 EX 杨氏弹性模量 PRXY 泊松比 命令：MP 例：MP,EX,1,3.5E11
3.5E11
DENS 材料密度 KXX 热导率
编号为1的材料的杨氏模量
GUI：
第六章ANSYS程序应用
ANSYS程序概述 ANSYS程序和计算例题

算法与有限元软件
从二十世纪 60 年代中期以来，大量的理论研究不但拓展了有限元 法的应用领域，还开发了许多通用或专用的有限元分析软件。 理论研究的一个重要领域是计算方法的研究，主要有： 大型线性方程组的解法，非线性问题的解法，动力问题计算方法。 目前应用较多的通用有限元软件如下表所列： 软件名称 MSC/Nastran MSC/Dytran MSC/Marc ANSYS ADINA ABAQUS 简介 著名结构分析程序，最初 由NASA研制 动力学分析程序 非线性分析软件 通用结构分析软件 非线性分析软件 非线性分析软件 另外还有许多针对某 类问题的专用有限元 软件，例如金属成形 分 析 软 件 Deform 、 Autoform ， 焊 接 与 热处理分析软件 SysWeld等。
图形显示控制按钮集
控制模型 视图角度 按钮 平移、旋转 按钮和增量 控制按钮
缩放控 制按钮
ANSYS工具栏
SAVE_DB:保存当前数据库 RESUME_DB:从保存的文件中恢复数据库 QUIT:退出ANSYS软件 POWRGRPH:切换图形显示模式
ANSYS有限元分析典型步骤
步骤一、建立实体模型
2.创建标题名
用简洁的英文语句提示用户。GUI: Utility Menu File Change Title
3.定义单元类型
命令：/PREP7 维） [BEAM（杆单元-一维） PLANE（平面单元-二
SOLID（体单元-三维）] GUI: Utility MenuPreprocessor(前处理器) 命令：ET GUI：
17.Main MenuSolutionLoad Step Opts（载荷 步设置）Output Ctrls（输出控制）Solu Printout（求解应答） 注：弹出Solution Printout Control（求解打印对话 框），在Item for printout control中选 All items（输出所有计算结果）； 在FREQ中选Every substep（每一个子步）
14. Main MenuSolutionLoad Step Opts（载 荷 步设置）Write LS File（写载荷步文件） 注：创建第一个载荷步文件，在Load step file number n 中输入1。
15.同理，第二次载荷步的创建，同12，13，14步。 注：载荷施加方式应改为stepped（阶跃） 16.同理，第三次载荷步的创建。 注：载荷大小变为-5e4。
有限元分析的基本方法
4）求解（Solution） 给定约束（Constraint）和载荷（Load） 求解方法选择 计算参数设定 5）后处理（Postprocessing）后处理的目的在于分析计算模 型是否合理，提出结论。 用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算 结果，包括位移、应力、应变、温度等； 最大最小值分析； 特殊部位分析。
11、Main MenuSolutionDefine Load（定义 载 荷） Apply（加载）Structural（结构） Displacement（位移）On Lines（在线 上） 注：选择ALL DOF,在Displacement Value一栏 中 输入0 12、Main MenuSolutionDefine Load（定义 载 荷） Apply（加载）Structural（结构） Force/Moment（力/力矩）On Keypoint
4、Main MenuPreprocessorElement Type Add/Edit/Delete 注：选择单元类型Structural--Solid--Quad 4node 42
5、Main MenuPreprocessorMaterial props Material Models 注：在右侧材料库列表中依次双击Structural(机构） Linear(线性）Elastic(弹性）Isotropic （各向同性）
ANSYS简介
大型通用有限元分析软件 ANSYS，自1971年推出至今，已经发展 功能强大、前后处理和图形功能完备的有限元软件，并广泛地应用 于工程领域。可以分析结构、动力学、传热、热力耦合、电磁耦合、 流固耦合等领域的问题。
ANSYS采用开放式结构：提供了与CAD软件的接口，用户编程接 口UPFs，参数化设计语言APDL。 ANSYS分为系统层，功能模块层两层结构。可以使用图形方式， 也可以使用批处理方式。
螺旋齿轮成形过程的分析
有限元应用实例
T形锻件的成形分析
有限元应用实例
焊接残余应力分析（用Sysweld完成）
结构与焊缝布置
焊接过程的温度分布与轴向残余应力
有限元应用实例
热处理过程的分析 BMW曲轴的感应淬火（Induction quenching of crankshafts at BMW，用SysWeld软件完成） 在曲轴表面获得压应力，可以提高曲轴的疲劳寿命。
曲轴的 有限元 模型
有限元应用实例
有限元模型的局部
有限元应用实例
沿网格线52的残余应力分布，红线为预测的轴 向应力与径向应力之差，黑点为实测值
有限元应用实例
复杂形状工件的组织转变预测 预测工件的组织分布和机械性能
二分之一工 件的有限元 模型
有限元应用实例
淬火3.06 min 时的温 度分布
淬火3.06 min 时的马 氏体分布
有限元应用实例
有限元法已经成功地应用在以下一些领域： 固体力学，包括强度、稳定性、震动和瞬态问题的分析； 传热学； 电磁场； 流体力学。
转向机构支架的强度分析（用MSC/Nastran完成）
有限元应用实例
金属成形过程的分析（用Deform软件完成） 分析金属成形过程中的各种缺陷。
型材挤压成形的分析。型材在挤压 成形的初期，容易产生形状扭曲。
MainMenuPreprocessorMaterialpropsMaterial Models
步骤二、建立有限元模型
“Finite Elements”有限元（有限个单元） 例：一栋房子由有限块砖砌成，每一块砖就相当于 ANSYS中的单元。
命令：mesh GUI：Main MenuPreprocessorMeshing
1.建立和修改工作文件名 2.创建标题名 3.定义单元类型 4.定义材料属性
1.建立和修改工作文件名
ANSYS为存储在工作空间中的文件起的名字， 例如file.xxx。ANSYS通过后缀对不同类型的文 件进行识别。如，file.db是数据库文件，file.err 为错误与警告记录文件。 命令：/filname fname GUI：Utility MenuFileChange Jobname 注：utility menu(实用菜单)
步骤三、加载和求解
1、定义分析类型和设置分析选项 2、求解
1、定义分析类型和设置分析选项
命令：ANTYPE GUI: Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis ANSYS一共可以求解7种不同类型的分析，它们是：静态 分析、瞬态分析、谐振态分析、模态分析、频谱分析、屈 曲分析和子结构分析。 选择合适的求解方法： GUI: Main MenuSolutionAnalysis TypeSol’n Controls
8、Main MenuPreprocessorMeshing Size
9、 Main MenuPreprocessorMeshing Mesh AreaFree 注：ANSYS便开始进行网格划分，划分后生成 有限元模型 10、Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis 注：定义分析类型，选择Transient(瞬态）
6、Main MenuPreprocessorModelingCreate AreasRectangleBy Dimensions 注：输入悬臂梁的尺寸 7、Main MenuPreprocessorMeshing Mesh AttributesAll Areas 注：为实体模型分配单元属性