ANSYS机械工程应用精华50例(第3版)
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2.3
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
6.CR圆弧（ Create>Lines >Arcs > By Cent & Radius） 通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。 该圆弧在工 作平面上。 7.倒圆角（ Create>Lines > Line Fillet） 要求两线有公共关键点。 三、实例-正弦曲线的创建 （一）创建原理
Toolbar： 用于快速执行命令，常用的有Text Toolbar、 Standard Toolbar、Display Toolbar。 Status and Prompt Area：用于向用户显示提示信息， 显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。
12
1.3 ANSYS的使用方法
有限元专题实践 软件及应用
8
有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（三）
三、ANSYS的结构 1.处理器（即程序模块，共9个） 预处理器（PREP7）：创建有限元模型。 求解器（SOLUTION）：施加约束、载荷，求解。 普通后处理器（POST1）： 显示在指定时间点上选定模 型的计算结果。 时间历程后处理器（POST26）： 显示模型上指定点在 整个时间历程上的结果。 优化处理器（OPT）：优化设计。 2.ANSYS文件 ANSYS执行一个分析任务时，要使用大量的文件。这些 文件以工作名（JOBNAME）为基础。
16
第2章 ANSYS的建模
本章提示 2.1 概述 2.2 关键点的创建 2.3 线的创建 2.4 面的创建 2.5 工作平面 2.6 体的创建 2.7 对话框及元素 2.8 复杂实体的创建方法 2.9 单元的划分
17
有限元专题实践 软件及应用
有限元专题实践 软件及应用
本章提示
1. 掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点 和适用范围。 2. 掌握由简单实体形成复杂实体的方法、过程、特点及适 用范围。 3. 了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的 实体模型。 4. 了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创 建。
一、解题步骤 1.前处理 先指定任务名和分析标题，然后在PREP7预处理器下选 择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模 型等。 2.求解 在SOLUTION求解器下选择分析类型，指定分析选项； 然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行 初始化并求解。 3.后处理 使用POST1普通后处理器或POST26时间历程后处理器 对结果进行查看。
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2.3
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
一、线的类型 直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。 二、创建方法 1.创建直线 （ Create>Lines >Lines> Straight Line） 在任意情况下，均创建直线。 2.在活跃坐标系上 （ Create>Lines >Lines> In Active Coord ） 创建线的类型与活跃坐标系有关。 3.垂线（ Create>Lines >Lines> Normal to Lines） 4.角度线 （ Create>Lines >Lines> At angle to line） 5.三点圆弧（ Create>Lines >Arcs > Through 3KPs） 拾取3个关键点创建圆弧。 第1、2个关键点为圆弧的端点， 第3个为中间点。 圆弧的圆心角必须小于180°。
2
有限元专题实践 软件及应用
目
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章
录
ANSYS简介 ANSYS的建模 结构静力学分析 结构动力学分析 ANSYS Workbench简介 非线性分析 其它应用
3
有限元专题实践 软件及应用
第1章 ANSYS简介
本章提示 1.1 ANSYS的基础知识 1.2 ANSYS的用户界面 1.3 ANSYS的使用方法 1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
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有限元专题实践 软件及应用
1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
8. 施加约束；在节点1UX、UY=0，在 节点3UY=0 。 9. 在节点施加载荷，FY=-2000。 10. 求解。 11. 定义单元表FA(SMISC,1)、SA(LS,1)。 12. 列表单元表数据。 习题：杆AD、CD为钢制，横截面面积 为2.5cm2，E=2.02×1011 Pa，μ=0.3。杆 BD为铜制，E=1×1011 Pa，μ=0.3，横截 面面积为3cm2，力F=-2000N。试计算各 杆的轴向力、轴向应力。
.RST .RTH .RMG .RFL
运算过程中所有结果数 据
二进制
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（四）
四、ANSYS主要产品 1. 经典版ANSYS（Mechanical APDL） ANSYS Multiphysics包括工程学科的所有功能。 ANSYS Mechanical用于结构及热分析； ANSYS Emag用于电磁场分析； ANSYS FLOTRAN用于计算流体动力学分析。 2. ANSYS Workbench 继承了经典版ANSYS的绝大多数功能，具有强大的模 型创建、网格划分能力，使用和学习十分方便。 3. ANSYS LS-DYNA 为显式动力学分析软件，用于求解高度非线性问题。
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有限元专题实践 软件及应用
2.1
概述
一、创建有限元模型的方法 1.直接生成法 人工定义节点和单元，适合创 建简单模型。 2.实体建模法 先人工创建几何体，再划分单元，形成有限元模型。适合 创建大型模型。 二、几何实体的等级 体 面 由关键点、线、面到体，等级 线 依次提高。 关键点 关键点与节点是不同性质的点。 不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。
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有限元专题实践 软件及应用
1.4
ANSYS应用实例-平面桁架
实例：用ANSYS软件求解平面桁架问 题。已知长度L=0.1 m，各杆横截面 面积均为A=1×10-4 m2，力P=2000 N。 试计算各杆的轴向力Fa、轴向应力σa。 求解步骤： 1. 过滤界面。 2. 选择单元类型BEAM3。 3. 定义实常数，指定横截面面积1E-4 。 4. 定义材料模型。 5. 创建节点1(0,0,0)、2(0.1,0,0)、3(0.2,0,0)、4(0.1,0.1,0)。 6. 显示节点号、单元号。 7. 创建单元。
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2.3
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
6.创建直线的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全球 直角坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号8、编号增量1。 7.创建铅垂线。 (1)复制关键点，Δx=0、 Δy=1、 Δz=0。 (2)创建直线。 8.创建投影线。 9.创建样条曲线并删除其余线。
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有限元专题实践 软件及应用
1.3 ANSYS的使用方法
二、命令输入方法
1.菜单法（GUI法） 通过拾取菜单或按钮执行命令。 该方法方便易用，适合 初学者，但效率低，操作步骤较多时容易出错且不便改正。 2.命令流法 通过在命令窗口输入命令流执行命令。该方法可以克服 菜单法的缺点，适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使 用。
4
有限元专题实践 软件及应用
本章提示
1. 掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。 2. 掌握ANSYS软件的基础知识。
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1.1 ANSYS的基础知识（一）
一、ANSYS的功能 (一)结构分析 用于分析在力载荷作用下结构的 变形、应力和应变和反力。 1. 静力分析：载荷不随时间变化时。 机械结构 建筑结构 是最常用、最基本的一种分析类型。 2. 动力学分析： 模态分析用于分析结构的固有频率和振型。 谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。 瞬态动力学分析用于分析结构在随时间呈任意规律变化 载荷作用下的响应。 谱分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地 震载荷）的动力响应。
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（三）
文件类型 数据库文件 记录文件 扩展名 .DB .LOG .ERR 存 储 文件格式 二进制 ASCⅡ ASCⅡ
模型、载荷、约束、输
入输出数据 运行过程中的每一个命 令 运行过程中的所有错误 和警告信息
错误与警告文件 结果文件：
结构和耦合场分析 热分析 磁场分析 流体力学分析
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1.2 ANSYS的用户界面
有限元专题实践 软件及应用
Main Menu： 包含了各个处理器下的基本命令。为树状弹 出式菜单结构。 Utility Menu：包含了ANSYS的全部公共命令。 该菜单为 下拉菜单结构。 Graphics Window： 用于显示ANSYS的模型以及分析得到 的图形结果等。 Command Input Area：用于输入ANSYS命令。 Output Window：用于显示软件运行过程的文本输出。
有限元专题实践 软件及应用
软件及应用
高耀东 内蒙古科技大学
1
有限元专题实践 软件及应用
前
言
本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。 其主要任务是： 1．巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。 2．学习通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的 前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。 3．掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和 步骤。 4. 培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工 程意识。 5. 帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际 发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强 学生进行国际学术交流的能力。
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2.3
（二）创建步骤
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
1.创建圆弧，Center(0，0)、 R=1、α=90°。 2.打开关键点号、线号。 3.显示多类型实体。 4.创建圆弧的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全 球圆柱坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号3、编号增量1。 5.创建关键点，x=1+π/2、y=0、z=0。
Hale Waihona Puke Baidu25
2.3
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
10.镜像样条曲线。 (1)偏移工作平面到关键点。 (2)切换活跃坐标系为工作 平面坐标系。 (3)镜像样条曲线，镜面为Y-Z plane。 11.对样条曲线求和。 (1)合并关键点。 (2)布尔add运算。
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有限元专题实践 软件及应用
2.1
概述
三、实体建模法 1.自上而下法 用ANSYS命令直接创建高级实体，而依附的低级实体自 然被创建。
2.自下而上法 先创建低级实体，再创建高级实体。
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2.2
关键点的创建
有限元专题实践 软件及应用
1.在工作平面上 （Create>Keypoints > On Working Plane ） 创建的关键点在工作平面上。 2.在活跃坐标系上（ Create>Keypoints > In Active CS） 关键点的坐标与活跃坐标系有关。 3.在线上 （ Create>Keypoints > On 如何作三角形 的中线AE？ Line w/Ratio） 4.填充关键点 （Create>Keypoints >Fill between KPs） 填充关键点的方向与活 跃坐标系有关。
7
屈曲分析
热分析
有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（二）
二、ANSYS的特点 1.具有强大的建模能力 ，仅靠ANSYS本身即能创建出各 种复杂的几何模型。 2.具有强大的求解能力 。 3.具有强大的非线性分析功能。 4.可以进行单独物理场分析，也可以耦合场分析。 5.具有强大的网格划分功能。 t1 6.具有强大的后处理功能。 t2 7.具有强大的二次开发功能。 耦合场-热应力 8.提供了常用CAD软件的数据接口。 状态非线性 几何非线性 材料非线性 9.可以在有限元分析的基础上，进行优化设计。 10.集前后处理、求解功能于一体，使用统一的数据库。
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有限元专题实践 软件及应用
有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（一）
(一)结构分析 3. 其它结构分析功能： 随机振动分析、结构屈曲分 析、 用ANSYS/LS-DYNA进 行结构显式动力学分析。 (二)热分析 用于计算系统随时间变化 的温度场和其他热参数。 (三)电磁场分析 (四)流体动力学分析
2.3
线的创建
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6.CR圆弧（ Create>Lines >Arcs > By Cent & Radius） 通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。 该圆弧在工 作平面上。 7.倒圆角（ Create>Lines > Line Fillet） 要求两线有公共关键点。 三、实例-正弦曲线的创建 （一）创建原理
Toolbar： 用于快速执行命令，常用的有Text Toolbar、 Standard Toolbar、Display Toolbar。 Status and Prompt Area：用于向用户显示提示信息， 显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。
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1.3 ANSYS的使用方法
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（三）
三、ANSYS的结构 1.处理器（即程序模块，共9个） 预处理器（PREP7）：创建有限元模型。 求解器（SOLUTION）：施加约束、载荷，求解。 普通后处理器（POST1）： 显示在指定时间点上选定模 型的计算结果。 时间历程后处理器（POST26）： 显示模型上指定点在 整个时间历程上的结果。 优化处理器（OPT）：优化设计。 2.ANSYS文件 ANSYS执行一个分析任务时，要使用大量的文件。这些 文件以工作名（JOBNAME）为基础。
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第2章 ANSYS的建模
本章提示 2.1 概述 2.2 关键点的创建 2.3 线的创建 2.4 面的创建 2.5 工作平面 2.6 体的创建 2.7 对话框及元素 2.8 复杂实体的创建方法 2.9 单元的划分
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有限元专题实践 软件及应用
有限元专题实践 软件及应用
本章提示
1. 掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点 和适用范围。 2. 掌握由简单实体形成复杂实体的方法、过程、特点及适 用范围。 3. 了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的 实体模型。 4. 了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创 建。
一、解题步骤 1.前处理 先指定任务名和分析标题，然后在PREP7预处理器下选 择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模 型等。 2.求解 在SOLUTION求解器下选择分析类型，指定分析选项； 然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行 初始化并求解。 3.后处理 使用POST1普通后处理器或POST26时间历程后处理器 对结果进行查看。
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2.3
线的创建
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一、线的类型 直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。 二、创建方法 1.创建直线 （ Create>Lines >Lines> Straight Line） 在任意情况下，均创建直线。 2.在活跃坐标系上 （ Create>Lines >Lines> In Active Coord ） 创建线的类型与活跃坐标系有关。 3.垂线（ Create>Lines >Lines> Normal to Lines） 4.角度线 （ Create>Lines >Lines> At angle to line） 5.三点圆弧（ Create>Lines >Arcs > Through 3KPs） 拾取3个关键点创建圆弧。 第1、2个关键点为圆弧的端点， 第3个为中间点。 圆弧的圆心角必须小于180°。
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目
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章
录
ANSYS简介 ANSYS的建模 结构静力学分析 结构动力学分析 ANSYS Workbench简介 非线性分析 其它应用
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第1章 ANSYS简介
本章提示 1.1 ANSYS的基础知识 1.2 ANSYS的用户界面 1.3 ANSYS的使用方法 1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
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1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
8. 施加约束；在节点1UX、UY=0，在 节点3UY=0 。 9. 在节点施加载荷，FY=-2000。 10. 求解。 11. 定义单元表FA(SMISC,1)、SA(LS,1)。 12. 列表单元表数据。 习题：杆AD、CD为钢制，横截面面积 为2.5cm2，E=2.02×1011 Pa，μ=0.3。杆 BD为铜制，E=1×1011 Pa，μ=0.3，横截 面面积为3cm2，力F=-2000N。试计算各 杆的轴向力、轴向应力。
.RST .RTH .RMG .RFL
运算过程中所有结果数 据
二进制
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（四）
四、ANSYS主要产品 1. 经典版ANSYS（Mechanical APDL） ANSYS Multiphysics包括工程学科的所有功能。 ANSYS Mechanical用于结构及热分析； ANSYS Emag用于电磁场分析； ANSYS FLOTRAN用于计算流体动力学分析。 2. ANSYS Workbench 继承了经典版ANSYS的绝大多数功能，具有强大的模 型创建、网格划分能力，使用和学习十分方便。 3. ANSYS LS-DYNA 为显式动力学分析软件，用于求解高度非线性问题。
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有限元专题实践 软件及应用
2.1
概述
一、创建有限元模型的方法 1.直接生成法 人工定义节点和单元，适合创 建简单模型。 2.实体建模法 先人工创建几何体，再划分单元，形成有限元模型。适合 创建大型模型。 二、几何实体的等级 体 面 由关键点、线、面到体，等级 线 依次提高。 关键点 关键点与节点是不同性质的点。 不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。
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有限元专题实践 软件及应用
1.4
ANSYS应用实例-平面桁架
实例：用ANSYS软件求解平面桁架问 题。已知长度L=0.1 m，各杆横截面 面积均为A=1×10-4 m2，力P=2000 N。 试计算各杆的轴向力Fa、轴向应力σa。 求解步骤： 1. 过滤界面。 2. 选择单元类型BEAM3。 3. 定义实常数，指定横截面面积1E-4 。 4. 定义材料模型。 5. 创建节点1(0,0,0)、2(0.1,0,0)、3(0.2,0,0)、4(0.1,0.1,0)。 6. 显示节点号、单元号。 7. 创建单元。
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线的创建
有限元专题实践 软件及应用
6.创建直线的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全球 直角坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号8、编号增量1。 7.创建铅垂线。 (1)复制关键点，Δx=0、 Δy=1、 Δz=0。 (2)创建直线。 8.创建投影线。 9.创建样条曲线并删除其余线。
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有限元专题实践 软件及应用
1.3 ANSYS的使用方法
二、命令输入方法
1.菜单法（GUI法） 通过拾取菜单或按钮执行命令。 该方法方便易用，适合 初学者，但效率低，操作步骤较多时容易出错且不便改正。 2.命令流法 通过在命令窗口输入命令流执行命令。该方法可以克服 菜单法的缺点，适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使 用。
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有限元专题实践 软件及应用
本章提示
1. 掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。 2. 掌握ANSYS软件的基础知识。
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1.1 ANSYS的基础知识（一）
一、ANSYS的功能 (一)结构分析 用于分析在力载荷作用下结构的 变形、应力和应变和反力。 1. 静力分析：载荷不随时间变化时。 机械结构 建筑结构 是最常用、最基本的一种分析类型。 2. 动力学分析： 模态分析用于分析结构的固有频率和振型。 谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。 瞬态动力学分析用于分析结构在随时间呈任意规律变化 载荷作用下的响应。 谱分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地 震载荷）的动力响应。
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（三）
文件类型 数据库文件 记录文件 扩展名 .DB .LOG .ERR 存 储 文件格式 二进制 ASCⅡ ASCⅡ
模型、载荷、约束、输
入输出数据 运行过程中的每一个命 令 运行过程中的所有错误 和警告信息
错误与警告文件 结果文件：
结构和耦合场分析 热分析 磁场分析 流体力学分析
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1.2 ANSYS的用户界面
有限元专题实践 软件及应用
Main Menu： 包含了各个处理器下的基本命令。为树状弹 出式菜单结构。 Utility Menu：包含了ANSYS的全部公共命令。 该菜单为 下拉菜单结构。 Graphics Window： 用于显示ANSYS的模型以及分析得到 的图形结果等。 Command Input Area：用于输入ANSYS命令。 Output Window：用于显示软件运行过程的文本输出。
有限元专题实践 软件及应用
软件及应用
高耀东 内蒙古科技大学
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有限元专题实践 软件及应用
前
言
本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。 其主要任务是： 1．巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。 2．学习通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的 前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。 3．掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和 步骤。 4. 培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工 程意识。 5. 帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际 发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强 学生进行国际学术交流的能力。
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2.3
（二）创建步骤
线的创建
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1.创建圆弧，Center(0，0)、 R=1、α=90°。 2.打开关键点号、线号。 3.显示多类型实体。 4.创建圆弧的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全 球圆柱坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号3、编号增量1。 5.创建关键点，x=1+π/2、y=0、z=0。
Hale Waihona Puke Baidu25
2.3
线的创建
有限元专题实践 软件及应用
10.镜像样条曲线。 (1)偏移工作平面到关键点。 (2)切换活跃坐标系为工作 平面坐标系。 (3)镜像样条曲线，镜面为Y-Z plane。 11.对样条曲线求和。 (1)合并关键点。 (2)布尔add运算。
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有限元专题实践 软件及应用
2.1
概述
三、实体建模法 1.自上而下法 用ANSYS命令直接创建高级实体，而依附的低级实体自 然被创建。
2.自下而上法 先创建低级实体，再创建高级实体。
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2.2
关键点的创建
有限元专题实践 软件及应用
1.在工作平面上 （Create>Keypoints > On Working Plane ） 创建的关键点在工作平面上。 2.在活跃坐标系上（ Create>Keypoints > In Active CS） 关键点的坐标与活跃坐标系有关。 3.在线上 （ Create>Keypoints > On 如何作三角形 的中线AE？ Line w/Ratio） 4.填充关键点 （Create>Keypoints >Fill between KPs） 填充关键点的方向与活 跃坐标系有关。
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屈曲分析
热分析
有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（二）
二、ANSYS的特点 1.具有强大的建模能力 ，仅靠ANSYS本身即能创建出各 种复杂的几何模型。 2.具有强大的求解能力 。 3.具有强大的非线性分析功能。 4.可以进行单独物理场分析，也可以耦合场分析。 5.具有强大的网格划分功能。 t1 6.具有强大的后处理功能。 t2 7.具有强大的二次开发功能。 耦合场-热应力 8.提供了常用CAD软件的数据接口。 状态非线性 几何非线性 材料非线性 9.可以在有限元分析的基础上，进行优化设计。 10.集前后处理、求解功能于一体，使用统一的数据库。
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有限元专题实践 软件及应用
1.1 ANSYS的基础知识（一）
(一)结构分析 3. 其它结构分析功能： 随机振动分析、结构屈曲分 析、 用ANSYS/LS-DYNA进 行结构显式动力学分析。 (二)热分析 用于计算系统随时间变化 的温度场和其他热参数。 (三)电磁场分析 (四)流体动力学分析