大型通用有限元分析软件ANSYS简介精.doc
有限元分析建模及ANASYS简介
ANSYS功能概览
• • • • • 结构分析 热分析 电磁分析 流体分析 (CFD) 耦合场分析 - 多物理场
ANSYS 结构分析 概览
结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.
结构分析的类型: • 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).
2. 有限元建模的基本内容
• 有限元建模在一定程度上是一种艺术，是一种物体发生的物理相互 作用的直观艺术。一般而言，只有具有丰富经验的人，才能构造出 优良的模型。建模时，使用者碰到的主要困难是：要理解分析对象 发生的物理行为；要理解各种可利用单元的物理特性；选择适当类 型的单元使其与问题的物理行为最接近；理解问题的边界条件、所 受载荷类型、数值和位臵的处理有时也是困难的。 • 建模的基本内容： • 1、力学问题的分析（平面问题、板壳、杆梁、实体、线性与非线 性、流体、流固耦合…..）-----取决于工程专业知识和力学素养。 • 2、单元类型的选择（高阶元/低阶元？杆/梁元？平面/板壳？ ….. ） -----取决于对问题和单元特性的理解及计算经验。 • 3、模型简化（对称性/反对称性简化、小特征简化、抽象提取、支 坐等简化） • 4、网格划分（手工、半自动、自动，单元的形状因子？） • 5、载荷、约束条件的引入（载荷等效、边界处理） • 6、求解控制信息的引入
曲轴的有限元模型
6.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。
大型通用有限元程序ANSYS概述
目前是世界 目前是世界CAE行业最大的公司之一。 行业最大的公司之一。 行业最大的公司之一
9 November 2009
大型通用有限元程序ANSYS概述
L1-2
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
大型有限元分析软件ANSYS的特点
大型有限元分析软件ANSYS的特点王友海 颜慧军 胡长胜 ANSY S程序是美国ANSY S公司研制的大型有限元分析(FE A)软件,自1970年John S wans on博士洞察到计算机模拟工程应该商品化,创建了AN2 SY S公司以来,ANSY S程序已发展成为全球范围一个多用途的设计分析软件。
ANSY S程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包。
与其它有限元分析软件如S AP或NAS2 TRAN等相比,它有以下特点:(1)ANSY S是完全的WI NDOWS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,例如:热—结构耦合,磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合等。
本文将以ANSY S/Structural (结构)模块为例,详细研究该软件的功能及特点。
1 结构静、动力分析111 结构静力分析ANSY S程序中结构静力分析,用来求解外载荷引起的位移、应力、和力。
静力分析适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题。
ANSY S程序中静力分析同样能包括非线性,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等。
有关非线性内容后面将详细叙述。
112 结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
ANSY S程序可以求解下列类型的动力分析问题:瞬态动力、模态、谐波响应及随机振动。
11211 瞬态分析瞬态分析(也称时间—历程分析)用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应。
ANSY S求解瞬态动力问题有三种方法:全瞬态动力分析方法,凝聚法和模态叠加法。
11212 模态分析图1 皮带轮模态分析(虚线表示未变形形态)当需要结构的自然频率时,模态分析是很有用的(图1)。
ANSYS简介
土体开挖后围护结构位移图
土体开挖后围护结构弯距图
土体开挖后横撑弯距图
2.1.2 地下结构工程应用
原始土体模型
待修工程模型(地下3层，地上2层)
底版和楼板采用板单元（SHELL63） 柱采用梁单元（BEAM4）
地下工程修建后其梁柱变形图
开挖到最后局部结构变形图
地下工程修建后四周土体位移图
工具条 将常用的命令制成工具 条，方便调用.
图形 显示由ANSYS创建或传 递到ANSYS的图形.
2.3 基本交互操作
使用动态模式控制 - 用鼠标在左键进行模型平移
按住鼠标左键不放，移动 鼠标，模型将随鼠标而平 移.
原始位置
P ZR
ห้องสมุดไป่ตู้
将鼠标移到左上方的 结果
2.3 基本交互操作
使用动态模式控制 - 用鼠标中键进行模型缩放
ANSYS GUI中的功能排列 按照一种动宾结构，以动 词开始（如Create), 随后 是一个名词 (如Circle).
菜单的排列，按照由前到后 、由简单到复杂的顺序，与 典型分析的顺序相同.
3.2 ANSYS的文件系统
3.2a ANSYS怎样在分析中使用文件. 3.2b ANSYS使用的文件格式. 3.2c 确定默认的ANSYS文件名.
2.3 基本交互操作
使用动态模式控制 - 用鼠标右键旋转模型
按住鼠标右键，移动鼠标 ，模型将绕屏幕的X,Y轴 旋转
原始位置
P ZR
将鼠标向右移动的结果
2.3 基本交互操作
左键 拾取（或取消）距离鼠标点最近的图元或坐标. 按 住此键进行拖拉，可以予览被拾取的图元或坐标. （直到选中为止） 中键 (对于两键鼠标可以用Shift加鼠标右键代替) 相当于 拾取图形拾取菜单中的APPLY.
ANSYS有限元分析软件介绍
应力 应变 位移 自由度 平均应力 等高线（图） 变形后/未变形的形状 结果摘要 辐射矩阵 建模 划分网格 属性 载荷步
ANSYS软件界面及菜单
输出窗口
工具条菜单图 标
主菜单
命令窗口图标
应用菜单
缩写工具条菜单
显示/隐藏图 标
Contact Manager Icon
输入行
Reset picking
绘图区
布和面分布； 体载荷（Body load）：包括体积载荷和场载荷； 惯性载荷（Inertia loads）：由模型惯性而引起的载荷，主要应用
在结构分析中； 其他类型载荷：包括耦合场载荷（Coupled-field loads）、初应力
载荷等。
ANSYS软件分析步骤
7、求解—ANSYS程序中有几种解联立方程系统的方法
行业专用
★ AAutoReaGas ★ AUTODYN ★ POLYFLOW ★ Icepak ★ Airpak ★ DTM
ANSYS有限元分析软件介绍
结构分析：确定结构的变形、应变、应力及反作用力等。 热 分 析：计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获
取或损失、热梯度、热通量等。
电磁分析:用于计算磁场，包括静磁场、交变磁场、瞬态磁
三维体素包括块、圆柱、棱柱、球和锥
坐标系统及工作平面
ANSYS中的坐标系有：
总体坐标系
－ 总体笛卡尔坐标系 － 总体柱坐标系 － 总体球坐标系
局部坐标系
－ 局部笛卡尔坐标系 － 局部柱坐标系 － 局部球坐标系
工作平面坐标系
工作平面设置
Utility Menu: WorkPlane >
工作平面控制
3D
SHELL28，SHELL41，SHELL43，SHELL63，SHELL93，
ANSYS软件简单介绍(上机1)
1 施加约束：把左端节点所有自由度都固定；
2 施加载荷：在右端节点上施加垂直向下1000N 的力;
显示单元的形状,可以看出力应该施加于Z方向
选中需要施加力的节点,点击ok,确定力的大小和方向。
3 求解（Solve)
首先定义分析类型，再求解（点击ok，关闭STATUS 窗）
出现solution is done，代表计算结束
ANSYS的单位制
ANSYS软件没有为分析指定系统单位，在分析中可以使用任 何一套自封闭（单位量纲之间可以互相推导得出）的单位制； 所有的单位基本由长度、力和时间的量纲推导得出。
面积＝长度2、体积=长度3、惯性矩=长度4； 应力=力/长度2、 弹性模量=力/长度2； 集中力=力、线分布力=力/长度、面分布力=力/长度2 ； 重量=力、质量=重量/重力加速度=力/(长度/秒2) ； 容重＝力/长度 3，密度＝质量/体积＝容重/重力加速度＝力×时 间2/长度4
2 设定梁的横截面 形状和尺寸
3 建立梁两端的关键点K1（0,0,0）、K2（2,0,0）；
4 连接关键点K1、K2,生成直线；
5 设定材料参数,弹性模量EX＝2e11，泊松比PRXY=0.3；
6 将直线用梁单元Beam 188进行划分；
先设置单元的长度为0.1m,再选择直线进行划分
求解（Solution)
ANSYS入门实例
基本操作步骤
预处理（PreProcessor)
选择单元类型Structural Beam和2 node 188; 设定梁的横截面形状和尺寸； 建立关键点K1（0,0,0）、K2（2，0，0）； 直线连接关键点K1、K2； 设定弹性模量EX＝2e11，及泊松比PRXY=0.3； 将直线用梁单元Beam 188进行划分；
ansys分析入门基础篇
边界条件
02
03
材料属性
设置边界条件，如固定约束、自 由约束等，以限制物体的自由度。
设置材料属性，如弹性模量、泊 松比、密度等，以模拟实际材料 的特性。
求解过程
建立模型
根据分析需求，建立相应的模型。
加载和求解
根据分析需求，加载相应的载荷和边界条件，然 后进行求解。
ansys分析入门基础篇
目录
• ANSYS软件简介 • 建立模型 • 加载与求解 • 结果后处理 • 案例分析
01 ANSYS软件简介
什么是ANSYS
综合性仿真软件
ANSYS是一款集结构、流体、电 磁、热、声等多物理场于一体的 综合性仿真软件，广泛应用于航 空航天、汽车、船舶、电子、能 源等领域。
电子
ANSYS在电子领域应用于集成电路、电子 元器件、PCB板等的设计和优化，提高产 品性能和可靠性。
船舶
ANSYS在船舶领域应用于船体结构、推进 系统、船舶设备等的设计和优化，提高船 舶性能和安全性。
ANSYS的基本功能
结构分析
流体动力学分析
ANSYS提供了强大的结构分析功能，可以 对各种材料进行静力、动力、疲劳等分析 ，模拟结构的变形、应力、应变等。
ANSYS的流体动力学分析功能可以对流体 进行稳态和瞬态分析，模拟流体流动、传 热、燃烧等过程。
电磁场分析
声场分析
ANSYS的电磁场分析功能可以对电磁设备 进行磁场、电场、电磁力的分析和优化， 提高设备的性能和效率。
ANSYS的声场分析功能可以对声音传播、 噪声产生等进行模拟和分析，优化产品的 声学性能。
02 建立模型
第二章 ANSYS软件概述
一、ANSYS软件体系
ANSYS除了提供标准的隐式动力学分析以外， 还提供了显式动力学分析模 块ANSYS/LS-DYNA.
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.
一、ANSYS软件体系
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.)
一、ANSYS软件体系
ANSYS热分析
ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热 梯度、热通量等.
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)
注：直接运行光盘下的WinHostId.exe也可弹出右图所示窗口
二、ANSYS软件安装
2、把光盘内的CRACK目录复制一份到硬盘上，然后用记事本编辑 “ansys.dat”文件。第一行：其中“host”用计算机名代替，“000000000000” 用MAC地址（12位）代替，如图所示。保存关闭。
三、ANSYS用户界面
Preprocessor（预处理器）：包含PREP7操作，如建模、分网和加载等。 预处理器的主要功能包括单元定义、建模、分网。
单元定义：用于定义、编辑或删除单元。如果单元需要设置选项，用该方法比用 命令方法更直观方便
Ansys软件简介及求解步骤
内容：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
一、软件功能简介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。
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；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；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（可看到结构内部）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。
软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
目前版本为ANSYS5.7版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95/98或Windows NT,也可运行于UNIX系统下。
微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024×768，显示内存为2M以上，硬盘大于350M，推荐使用17英寸显示器。
启动ANSYS，进入欢迎画面以后，程序停留在开始平台。
从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。
ANSYS用户手册的全部内容都可以联机查阅。
用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。
软件介绍ANSYS
作用于物体的外力可以分为体力和面力，体力是分布在物体体积内的力 （重力、惯性力、磁吸力等）。面力是作用于物体表面上的力，也可以 是集中力。
为描述物体内任一点的应力P，就从该点设想从物体中取出一个 无限小的平行六面体，它的棱边平行于坐标轴，而长度分别为
，d它x , d们y ,分dz 别，与将三每个一坐微标面轴上平的行应。力分表解示为正一应个力正，应力表和示两剪个应剪力应。力
解的连续函数。 3 对每个单元建立单元刚度矩阵。 4 按一定结点编码顺序，将各个单元刚度矩阵叠加以构造结构
整体刚度矩阵。 5 导出以结点自由度（DOF）为未知量的结构整体刚度方程，
并 将边界条件、初始条件应用于方程中（DOF通常代表位移、 结点温度值、压力、流速等等）。 6 求解步骤（5）中得到的方程组，以得到结点上的自由度值。 7 根据结点的值和形函数，得到其他的物理量，如应力、支座 反力、弯矩图、热流量等等。
z dz
dy
dx P
y
x
物体内任一点P的位移，用它在x、y、z三轴上的投影u、v、w 来表示，沿坐标轴的正方向为正，反之为负，则这三个投影称 为该点的位移分量。
弹性体
体力分量 面力分量 应变分量 应力分量 位移分量
都随点的位置而改变，通常都是 点的坐标的连续函数。
有限单元法的基本步骤:
1 将实际求解对象离散化，即将实际求解域划成结点和单元。 2 选择合适的形函数，即选择一个用单元结点解描述整个单元
ANSYS软件两大特点： 1 功能强大、广泛：融结构、热、流体、电磁、声学于一体；多场耦合；线性； 非线性。 2 处理过程一体化：建模、网格划分、加载、求解、后处理、优化设计等。
ANSYS结构分析功能
ANSYS包括7种结构分析类型： 1 静力分析——用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。
大型通用有限元分析软件ANSYS简介(精)
大型通用有限元分析软件ANSYS简介ANSYS是一款大型通用有限元分析软件，广泛用于工业、医疗、交通等领域中的工程分析和仿真。
本文将对ANSYS的功能、特点和应用进行详细介绍。
功能简介ANSYS拥有丰富的功能，包括：•有限元分析：ANSYS可以对各种结构进行基于有限元计算的工程分析和仿真，包括热力学、动力学、流体力学等。
•多物理场模拟：ANSYS可以同时对多个物理场进行分析和仿真，如热力学、流固耦合、磁场等。
•材料建模：ANSYS支持多种材料的建模和分析，包括塑性、疲劳、断裂等。
•优化：ANSYS可以对设计进行自动化的优化，以满足不同的性能和成本要求。
•可视化：ANSYS可以通过可视化工具对模拟结果进行可视化，方便用户分析和理解仿真结果。
特点简介ANSYS的特点主要包括：•通用性：ANSYS是一款通用的有限元分析软件，可以应用于各种工程领域的分析和仿真。
•灵活性：ANSYS支持多种材料和物理场的分析，可以根据需要进行个性化的设置。
•精度：ANSYS的有限元计算技术可以提供高精度的分析结果。
•效率：ANSYS的并行计算技术可以显著提高仿真的效率，同时支持云计算和本地计算。
应用简介ANSYS广泛应用于各种工程领域，包括：•航空航天：用于飞机、火箭等结构和系统的分析和仿真。
•汽车工程：用于汽车零部件和整车的优化分析和仿真。
•医疗器械：用于医疗器械的设计和性能分析。
•电子设备：用于电子设备的热和电性能分析和仿真。
•建筑工程：用于建筑结构的分析和仿真。
总结ANSYS是一款功能丰富、通用性强、精度高的大型有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域中的分析和仿真。
作为一名工程师，掌握ANSYS的使用，可以提高工程设计的效率和精度，为项目的成功实施提供有力的支持。
Ansys简介
到 80 年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有：ANSYS, NASTRAN, ASKA, ADINA, SAP 等。以 ANSYS 为代表的工程数值模拟软件，是一个多用途的有限元法分析软件，它从 1971 年的 2.0 版本与今天的 5.7 版本已有很大的不同，起初它仅提供结构线性分析和热分析，现在可用来求结 构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理，将有限元分 析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。
1.3 ANSYS 软件主要特点
主要技术特点：
• 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件 • 唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型 FEA 软件 • 唯一具有多物理场优化功能的 FEA 软件 • 唯一具有中文界面的大型通用有限元软件 • 强大的非线性分析功能 • 多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置 • 支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容 • 强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行 • 多种自动网格划分技术 • 良好的用户开发环境
2. 主菜单（Main Menu）：包含分析过程的主要命令，如建立模块、外力负载、边界条件、分析类型 的选择、求解过程等。
3. 工具栏（Toolbar）：执行命令的快捷方式，可依照各人爱好自行设定。 4. 输入窗口（Input Window）：该窗口是输入命令的地方，同时可监视命令的历程。 5. 图形窗口（Graphic Window）：显示使用者所建立的模块及查看结果分析。 6. 输出窗口（Output Window）：该窗口叙述了输入命令执行的结果。
ANSYS介绍及对计算的意义
ANSYS 介绍及对计算的意义1．引言ANSY是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件，广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站上运行，能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。
ANSY的流场分析求解模块FLOTRAN基于能量守恒、质量守恒和动量守恒, 能求解流场速度、压力、温度分布等参数。
利用ANSY软件对干气密封面结构处的流场进行仿真分析，能够为干气密封面结构的合理设计提供理论依据[01]。
ANSY公司成立于1970年，总部设在美国的宾夕法尼亚洲，目前是世界CAE 行业中最大的公司。
其创始人John Swanso博士为匹兹堡大学力学教授、有限元界权威。
在30多年的发展过程中，ANSY不断改进提高，功能不断增强，目前最新的版本已发展到10.0版本，本文分析使用的是ANSYS 8.0。
2. ANSYSB介1970年成立的美国ANSY公司是世界CAE亍业最著名的公司之一，长期以来一直致力于设计分析软件的开发、研制，其先进的技术及高质量的产品赢得了业界的广泛认可。
在我国，ANSY用户也越来越多，三峡工程、二滩电站、黄河下游特大型公路斜拉桥、国家大剧院、浦东国际机场、上海科技城太空城、深圳南湖路花园大厦等在结构设计时都采用了ANSY作为分析工具【°2】。
ANSY的界面非常友好，有些类似于AUTOCAD 其使用方法也和AUTOCAD相似的地方：GU方式和命令流方式。
GUI(Graphical User Interface) 方式即通过点击菜单项，在弹出的对话框中输人参数并进行相应设置从而进行问题的分析和求解：命令流方式是指在ANSY的命令流输入窗口输入求解所需的命令，通过执行这些命令来实现问题的解答。
GU方式较容易掌握，但是在熟悉了ANSY的命令之后，使用命令流方式要比GU方式效率高出许多【°3】。
有限元分析软件
有限元分析软件——ANSYS
ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。
在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。
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第 24卷第 3期辽宁石油化工大学学报 Vol. 24 No. 3 2004年 9月JOURNAL OF L IAON IN G UN IV ERSIT Y OF PETROL EUM &CHEMICAL TECHNOLO GY Sep. 2004文章编号 :1672-6952(2004 03-0094-05大型通用有限元分析软件 ANS YS 简介高兴军 , 赵恒华 3(辽宁石油化工大学机械工程学院 , 辽宁抚顺 113001摘要 : ANSYS 软件具有建模简单、快速、方便的特点 , 因而成为大型通用有限元程序的代表对有限元作了一个总体的介绍 , 并着重介绍了 ANSYS 软件 , 简要地叙述了 ANSYS的分析功能 , , ANSYS 软件的确是工程应用分析的有效工具。
,密超高速的机械加工的应力分析有着一定的帮助。
关键词 :有限元 ; ANSYS ;中图分类号 :TH123; :AFinite Element Analyse Software ANSYSG AO Xing -jun , ZHAO Heng -hua 3(School of Mechanical Engineering , L iaoning U niversity of Pet roleum&Chemical Technology ,Fushun L iaoning 113001, P. R. ChinaReceived 19December 2003; revised 20M arch 2004; accepted 1J une 2004Abstract : Because the software of ANSYS has the characteristics such as model buildin g simply , fast and conveniently , it becomes the representative of large universal finite element procedure. A general introduction of the finite element , mainly to the use of ANSYS ,was given. In addition , the main characters of ANSYS and its primarily functions of analysis were introduced. By giving a detailed operating instruction of a s pace bracket , it demonstrates its a pplication in mechanics analyzing. From its structure and function , the software of ANSYS is really an efficient tool in engineering and it plays an important role in statics and dynamics , doing a great help to the machining stress analysis of ultra -high speed and ultra -precise being studied.K ey w ords : Finite element ; ANSYS ; Stress analysis3Corresponding author. Tel. :+86-413-6689739; fax :+86-413-6689032; e -mail :zhh@ln pu. edu. cn有限元法是一种采用电子计算机求解复杂工程结构的非常有效的数值方法 , 是将所研究的工程系统转化成一个结构近似的有限元系统 , 该系统由节点及单元组合而成 , 以取代原有的工程系统。
有限元系统可以转化成一个数学模式 , 并根据数学模式 ,进而得到该有限元系统的解答 , 并通过节点、单元表现出来。
完整有限元模型除了节点、单元外 ,还包含收稿日期 :2003-12-19作者简介 :高兴军 (1979- , 男 , 江苏泰兴市 , 在读硕士。
基金项目 :辽宁省自然科学基金资助项目 (20022161 ; 辽宁省教育厅科技计划资助项目 (202223206 。
3通讯联系人。
工程系统本身所具有的边界条件、约束条件、外力负载等[1-2]。
由于有限元法具有精度高、适应性强以及计算格式规范统一等优点 , 故在短短 50多年间已广泛应用于机械、宇航航空、汽车、船舶、土木、核工程及海洋工程等许多领域 , 成为现代机械产品设计中一种重要工具。
特别是随着电子计算机技术的发展核软、硬件环境的不断完善以及高档微机核计算机工作站逐步普及 , 从而为 ANSYS 的推广应用创造了良好的条件 , 并将展示出更为广阔的工程应用前景 [3]。
1概述ANSYS 是目前世界顶端的有限元商业应用程序 , 是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发 , 它能与多数 CAD 软件接口 , 实现数据的共享和交换 , 如 Pro/ Engineer , NASTRAN , IDEAS , AutoCAD 等 , 是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一 [4-5]。
美国 John Swanson 博士于 1970年创建 ANSYS 公司后 , 便开发出了该应用程序 , 以此用计算机模拟工程结构分析 , 历经 30多年的不断完善和修改 , 现成为全球最受欢迎的应用程序 [6]。
ANSYS 是一种广泛的商业套装工程分析软件。
所谓工程分析软件 ,力负载所出现的反应 , 例如应力、位移、 ,态 ,, , 理论分。
, 必须先简化结构 , 采用数值模拟方法分析。
由于计算机行业的发展 , 相应的软件也应运而生 ,ANSYS 软件在工程上应用相当广泛 , 在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用 , 都能达到某种程度的可信度 , 颇获各界好评。
使用该软件 , 能够降低设计成本 , 缩短设计时间 [4]。
到 20世纪 80年代初期 , 国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有 :ANSYS , NASTRAN , ASKA , ADINA , SAP 等 [2]。
以 ANSYS 为代表的工程数值模拟软件 , 是一个多用途的有限元法分析软件 , 它从 1971年的 2. 0版本与今天的 8. 0版本已有很大的不同 , 起初它仅提供结构线性分析和热分析 , 现在可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。
它包含了前置处理、解题程序以及后置处理 , 将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合 , 已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。
ANSYS 软件是第一个通过 ISO9001质量认证的大型分析设计类软件 , 是美国机械工程师协会 (ASM E 、美国核安全局 (NQA 及近 20种专业技术协会认证的标准分析软件 [7]。
在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院 17个部委推广使用。
2 ANSYS 特点及应用领域 2. 1 ANSYS 主要技术特点ANSYS 程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包 , 其特点 [3-5,8]:(1 数据统一。
ANSYS 使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果 , 实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。
(2 强大的建模能力。
ANSYS 具备三维建模能力 , 仅靠 ANSYS 的 GU I (图形界面就可建立各种复杂的几何模型。
(3 强大的求解功能。
ANSYS 提供了数种求解器 , 用户可以根据分析要求选择合适的求解器。
(4 强大的非线性分析功能。
ANSYS 具有强大的非线性分析功能 , 可进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析。
(5 具有智 ,(ANSYS 的应用可分为国防和民用两大类 , 主要有 :汽车、飞机、火车、轮船等运输工具的碰撞分析 ; 金属成型、金属切割 ; 汽车零部件的机械制造 ; 塑料成型、玻璃成型 ; 生物力学; 地震工程 ; 消费品、建筑物、高速结构等的安全性分析 ; 点焊、铆焊、螺栓连接 ; 液体 -结构相互作用 ; 运输容器设计 ; 内弹道发射对结构的动力响应分析 ; 终点弹道的爆炸驱动和破坏效应分析 ; 军用新材料 (包括炸药、复合材料、特种金属等的研制和动力特性分析 ; 超高速碰撞模拟分析等等 [9]。
2. 3 ANSYS 在机械上的应用ANSYS 可以对机械结构的静、动态力学特性进行分析 [10]。
静力分析是用于静态载荷。
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、超弹性及蠕变等。
模态分析是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。
在机械结构动力学分析中 , 利用弹性力学有限元建立结构的动力学模型 , 进而可以计算出结构的固有频率、振型等模态参数以及动力响应 [3,11]。
3 ANSYS 软件分析过程ANSYS 典型的分析过程由前处理、求解计算和后处理 3个部分组成 [3-5,12]。
3. 1前处理双击实用菜单中的 Preprocessor , 进入 ANSYS 的前处理模块。
这个模块主要有两部分内容 :实体 59第 3期高兴军等 . 大型通用有限元分析软件 ANSYS 简介建模和网格划分。
ANSYS 程序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最高级图元 , 如球、棱柱 , 称为基元 , 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 , 如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。
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 , 从而“ 雕塑出” 一个实体模型。
ANSYS 程序提供了完整的布尔运算 , 诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。
在创建复杂实体模型时 , 对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。
ANSYS 程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。
附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体与面的自动相交运算、的硬点的建立、移动体建模时 , , 即 : , 然后依次是相关的线、面、体。
ANSYS 程提供了使用便捷、高质量的对 CAD 模型进行网格划分的功能。