ANSYS结构分析-材料模型
ANSYS中材料非线性模型介绍与选择
1.强化应力达到屈服点后，继续加载（如果切线弹模大于0），有塑形变形，应力升高，然后卸载，这时是弹性的，再加载还是弹性的，直到应力得到卸载时的应力值才开始新的屈服。
这种屈服点升高的现象称为强化。
强化机理：塑性变形对应于微观上的位错运动。
在塑性变形过程中不断产生新的位错，位错的相互作用提高了位错运动的阻力。
这在宏观上表现为材料的强化，在塑性力学中则表现为屈服面的变化。
各种材料的强化规律须通过材料实验资料去认识。
利用强化规律得到的加载面（即强化后的屈服面）可用来导出具体材料的本构方程。
强化规律比较复杂,一般用简化的模型近似表示。
目前广泛采用的强化模型是等向强化模型和随动强化模型。
2.等向强化如果材料在一个方向屈服强度提高（强化）在其它方向的屈服强度也同时提高，这样的材料叫等向强化材料。
等向强化模型假设，在塑性变形过程中，加载面作均匀扩大,即加载面仅决定于一个强化参量q。
如果初始屈服面是f*(σij)=0，则等向强化的加载面可表为：f(σij)=f*(σij)－C(q)=0，式中σij为应力分量；C(q)是强化参量q的函数。
通常q可取为塑性功或等效塑性应变式中dε为塑性应变ε的增量;式中重复下标表示约定求和。
3.随动强化如果材料在应该方向的屈服点提高，其它方向的屈服应力相应下降，比如拉伸的屈服强度提高多少，反向的压缩屈服强度就减少多少，这样的材料叫随动强化材料。
随动强化模型假设,在塑性变形过程中,加载面的大小和形状不变，仅整体地在应力空间中作平动。
以αij代表加载面移动矢量的分量，则加载面可表为：f(σij)=f*(σij－αij)=0，式中可取αij=Aε,A为常数。
4.材料模型选择对于多数实际材料,强化规律大多介于等向强化和随动强化之间。
在加载过程中,如果在应力空间中应力矢量的方向(或各应力分量的比值)变化不大，则等向强化模型与实际情况较接近。
由于这种模型便于数学处理，所以应用较为广泛。
随动强化模型考虑了包辛格效应，可应用于循环加载和可能反向屈服的问题中。
ANSYS分析钢筋混凝土结构技巧及实例详解
0 前言利用ANSYS分析钢筋混凝土结构时，其有限元模型主要有分离式和整体式两种模型。
这里结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ANSYS进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧，并以钢筋混凝土简支梁为例，采用分离式有限元模型，说明其具体应用。
1 单元选取与材料性质1. 1 混凝土单元ANSYS中提供了上百种计算单元类型,其中Solid65单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。
该单元是八节点六面体单元,每个节点具有三个方向的自由度( UX , UY , UZ) 。
在普通八节点线弹性单元Solid45 的基础上,该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型,可以综合考虑包括塑性和徐变引起的材料非线性、大位移引起的几何非线性、混凝土开裂和压碎引起的非线性等多种混凝土的材料特性。
使用Solid65 单元时,一般需要为其提供如下数据:1)、实常数(Real Constants) :定义弥散在混凝土中的最多三种钢筋的材料属性,配筋率和配筋角度。
对于墙板等配筋较密集且均匀的构件,一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。
如果采用分离式配筋,那么此处则不需要填写钢筋实常数。
2)、材料模型(Material Model) :在输入钢筋和混凝土的非线性材料属性之前,首先必须定义钢筋和混凝土材料在线弹性阶段分析所需的基本材料信息,如:弹性模量,泊松比和密度。
3)、数据表(Data Table) :利用数据表进一步定义钢筋和混凝土的本构关系。
对于钢筋材料,一般只需要给定一个应力应变关系的数据表就可以了,譬如双折线等强硬化(bilinear isotropic hardening)或随动硬化模型( kinematic hardening plasticity)等。
而对于混凝土模型,除需要定义混凝土的本构关系外,还需要定义混凝土材料的破坏准则。
在ANSYS中,常用于定义混凝土本构关系的模型有:1)多线性等效强化模型(Multilinear isotropic hardening plas2ticity ,MISO模型)，MISO模型可包括20条不同温度曲线，每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点;2)多线性随动强化模型(Multilinear kinematic hardening plas2ticity ,MKIN 模型)，MKIN 模型最多允许5个应力-应变数据点;3)Drucker2Prager plasticity(DP)模型。
ANSYS结构分析材料模型库
Structural ：结构Linear ：线性Elastic ：弹性Isotropic ：各向同性Orthotropic ：正交各向异性Anisotropic ：各向异性Nonlinear ：非线性Elastic ：弹性Hyperelastic ：超弹性Curve Fitting ：曲线拟合Mooney-Rivlin ：Mooney-Rivlin 模型2 parameters ：2 参数3 parameters ：3 参数5 parameters ：5 参数9 parameters ：9 参数Ogden：Ogden 模型1 term ：1 组参数2 terms ：2 组参数3terms ：3 组参数4 terms ：4 组参数5 terms ：5 组参数General:通用参数Neo-Hookean：Neo-Hookean 模型Polynomial Form : Polynomial Form模型1 term : 1 组参数2 terms: 2 组参数3 terms: 3 组参数4 terms: 4 组参数5 terms: 5 组参数General:通用参数Arruda-Boyce : Arruda-Boyce 模型Gent: Gent 模型Yeoh: Yeoh 模型1storder : 1 序列2ndorder : 2 序列3rdorder : 3 序列4thorder : 4 序列5thorder : 5 序列General:通用序列Blatz-Ko(Foam) : Blatz-Ko(泡沫)模型Ogden(Foam): Ogden(泡沫)模型1st order ：1 序列2nd order ：2 序列3rd order ：3 序列4th order ：4 序列5th order ：5 序列General:通用序列Mooney-Rivlin(TB,MOON) ：Mooney-Rivlin(TB,MOON) 模型Multilinear Elastic :多线性弹性Inelastic :非弹性Rate Independent :率无关Isotropic Hardening Plasticity :各向同性硬化塑性Mises Plasticity : Mises 塑性Bilinear :双线性Multilinear :多线性Nonlinear :非线性Hill Plasticity : Hill 塑性Bilinear :双线性Multilinear :多线性Nonlinear :非线性Generalized Anisotropic Hill Potential :广义各向异性Hill 势Kinematic Hardening Plasticity :随动硬化塑性Mises Plasticity : Mises 塑性Bilinear :双线性Multilinear(Fixed table) :多线性(固定表格)Multilinear(General) :多线性(通用)Chaboche：非线性随动强化Hill Plasticity : Hill 塑性Bilinear ：双线性Multilinear(Fixed table) ：多线性(固定表格)Multilinear(General) ：多线性(通用) Chaboche：非线性随动强化Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity ：随动和各向同性混合硬化塑性Mises Plasticity ：Mises 塑性Chaboche and Bilinear Isotropic ：非线性随动和双线性等向Chaboche and MultilinearIsotropic ：非线性随动和多线性等向Chaboche and Nonlinear Isotropic ：非线性随动和非线性等向Hill Plasticity ：Hill 塑性Chaboche and Bilinear Isotropic ：非线性随动和双线性等向Chaboche and MultilinearIsotropic ：非线性随动和多线性等向Chaboche and Nonlinear Isotropic ：非线性随动和非线性等向Rate Depe ndent:率相关Visco-Plasticity ：粘塑性Isotropic Hardening Plasticity ：各向同性硬化塑性Mises Plasticity：Mises 塑性Bilinear ：双线性Multilinear ：多线性Nonlinear ：非线性Hill Plasticity ：Hill 塑性Bilinear ：双线性Multilinear ：多线性Nonlinear ：非线性Anand 's Model：Anand 模型Creep :蠕变Curve Fitting ：曲线拟合Creep Only：仅有蠕变Mises Potential : Mises 势Explicit ：显式Implicit ：隐式1：Strain Hardening(Primary)2：Time Hardening(Primary)3：Generalized Exponential(Primary)4：Generalized Graham(Primary)5：Generalized Blackburn(Primary)6：Modified Time Hardening(Primary)7：Modified Strain Hardening(Primary)8：Generalized Garofalo(Secondary)9：Exponential Form(Secondary)10：Norton(Secondary)11：Time Hardening(Primary+Secondary)12：Rational polynomial(Primary+Secondary)13：Generalized Time HardeningHill Potential ：Hill 势Implicit ：隐式1：Strain Hardening(Primary)2：Time Hardening(Primary)3：Generalized Exponential(Primary)4：Generalized Graham(Primary)5：Generalized Blackburn(Primary)6：Modified Time Hardening(Primary)7：Modified Strain Hardening(Primary)8：Generalized Garofalo(Secondary)9：Exponential Form(Secondary)10：Norton(Secondary)11：Time Hardening(Primary+Secondary)12：Rational polynomial(Primary+Secondary)13：Generalized Time HardeningWith Isotropic Hardening Plasticity ：各向同性硬化塑性蠕变With Mises Plasticity ：Mises 塑性Bilinear ：双线性Explicit ：显式Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rational polynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time Hardening Multilinear ：多线性Explicit ：显式Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rational polynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time Hardening Nonlinear ：非线性Explicit ：显式Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rational polynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningWith Hill Plasticity ：Hill 塑性Bilinear ：双线性Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rationalpolynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningMultilinear ：多线性Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rationalpolynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningNonlinear ：非线性Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rationalpolynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningWith Kinematic Hardening Plasticity ：随动硬化塑性蠕变WithMises Plasticity ：Mises 塑性Bilinear ：双线性Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rationalpolynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningWith Hill Plasticity ：Hill 塑性Bilinear ：双线性Implicit ：隐式1 ：Strain Hardening(Primary)2 ：Time Hardening(Primary)3 ：Generalized Exponential(Primary)4 ：Generalized Graham(Primary)5 ：Generalized Blackburn(Primary)6 ：Modified Time Hardening(Primary)7 ：Modified Strain Hardening(Primary)8 ：Generalized Garofalo(Secondary)9 ：Exponential Form(Secondary)10 ：Norton(Secondary)11 ：Time Hardening(Primary+Secondary)12 ：Rationalpolynomial(Primary+Secondary)13 ：Generalized Time HardeningWith Swelling ：溶胀蠕变Explicit ：显式Non-metal Plasticity ：非金属塑性Con crete:混凝土Drucker-Prager ：D-PFailure Criteria :复合材料失效准则Cast-Iron ：铸铁Plastic Poisson'Ratio：塑性泊松比UniaxialCompression ：单轴压缩Uniaxial Tension ：单轴拉伸Shape Memory Alloy ：形状记忆合金Viscoelastic :粘弹性Curve Fitting ：曲线拟合Maxwell ：Maxwell 模型Prony：Prony 模型Shear Resp onse：剪切响应Volumetric Response : 体积响应Shift Function ：转换函数Density ：密度Thermal Expansion ：热膨胀Seca nt Coefficie nt :正割系数Isotropic ：各向同性Orthotropic ：正交各向异性Instantaneous Coefficient ：瞬时系数Isotropic ：各向同性Orthotropic ：正交各向异性Thermal Strain ：热应变Isotropic ：各向同性Orthotropic ：正交各向异性Damping ：阻尼Co nsta nt :常数Frequency Independent ：频率无关Friction Coefficient :摩擦系数Specialized Materials :特殊材料Gasket：垫圈Gen eral Parameters :通用参数Compression ：压缩Linear Unloading :线性卸载Nonlinear Unloading :非线性卸载Transverse Shear：横向剪切Joi nt Elastic :接触弹性Lin ear :线性Stiffness :刚度Damping :阻尼Friction :摩擦Nonlinear :非线性Stiffness All :总刚度Stiffness ROTX: ROTX 刚度Stiffness ROTZ: ROTZ 冈寸度Damping All :总阻尼DampingROTX: ROTX阻尼DampingROTZ: ROTZ阻尼Friction All :总摩擦Friction ROTX : ROTX摩擦Friction ROTZ : ROTZ摩擦User Material Options ：自定义材料选项User Con sta nts :自定义常数State Variables:状态变量Creep :蠕变Creep and State Variables:蠕变和状态变量Hyperelastic ：超弹性。
ANSYS结构分析教程篇
ANSYS结构分析基础篇一、总体介绍进行有限元分析的基本流程：1.分析前的思考1)采用哪种分析静态,模态,动态...2)模型是零件还是装配件零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六面体网格采用零件,但零件间需定义bond接触3)单元类型选择线单元,面单元还是实体单元4)是否可以简化模型如镜像对称,轴对称2.预处理1)建立模型2)定义材料3)划分网格4)施加载荷及边界条件3.求解4.后处理1)查看结果位移,应力,应变,支反力2)根据标准规范评估结构的可靠性3)优化结构设计高阶篇：一、结构的离散化将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统;这一步要解决以下几个方面的问题:1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便;2、根据结构的特点,选择不同类型的单元;对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题;3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次;4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况;要考虑参数区间及确定最危险工况等问题;5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷;二、选择位移插值函数1、位移插值函数的要求在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式;位移插值函数需要满足相容协调条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足;但近年来有人提出了一些新的位移插值函数,如：三角函数、样条函数及双曲函数等,此时需要检查是否满足相容条件;2、位移插值函数的收敛性完备性要求：1 位移插值函数必须包含常应变状态;2位移插值函数必须包含刚体位移;3、复杂单元形函数的构造对于高阶复杂单元,利用节点处的位移连续性条件求解形函数,实际上是不可行的;因此在实际应用中更多的情况下是利用形函数的性质来构造形函数;形函数的性质：1相关节点处的值为 1,不相关节点处的值为 0;2形函数之和恒等于 1;这里我们称为的相关节点, 为的相关节点,其它点均为不相关节点;三、单元分析目的：计算单元弹性应变能和外力虚功;使用最小势能原理,需要计算结构势能,由弹性应变能和外力虚功两部分构成;结构已经被离散,弹性应变能可以由单元弹性应变能叠加得到,外力虚功中的体力、面力都是分布在单元上的,也可以采用叠加计算;2、计算单元外力功从前面推导可以看出：单元弹性应变能可计算的部分只有单元刚度矩阵,单元外力虚功可计算的部分只有单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量;在实际分析时并不需要进行上述推导,只需要将假定的位移插值函数代入本节推导得出的单元刚度矩阵、等效体力载荷向量和等效面力载荷向量的计算公式即可;所以我们说有限元分析的第三步是计算单元刚度矩阵、等效体力载荷向量和等效面力载荷向量;几点说明：1单元刚度矩阵具有正定性、奇异性和对称性三各重要特性;所谓正定性指所有对角线元素都是正数,其物理意义是位移方向与载荷方向一致；奇异性是说单元刚度矩阵不满秩是奇异矩阵,其物理意义是单元含有刚体位移；对称性是说单元刚度矩阵是对称矩阵,程序设计时可以充分利用;2按照本节公式计算的单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量称为一致载荷向量;实际分析时有时也采用静力学原理计算单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量,实际应用表明在大多数情况下,这样做可以简化计算,同时又基本上不影响分析结果;二、预处理总述1、实体分析可是3D或2D,3D分析采用的高阶单元SOLID186或SOLID187划分的四面体TET 或六面体HEX单元,2D分析采用的高阶单元的三角形TRI或四边形QUA单元,2D分析时需要在创建项目时在GEOMETRY的分析类型项选择2D,实体分析得每个节点结构上只有3个自由度,如下图所示2、面体分析几何上是2D但离散元是3D,通常面体厚度给予赋值;面体网格划分采用壳单元,具有6个自由度;3、线体几何上是1D,离散元是3D,截面形状可通过line body进行设置,线体网格划分采用梁单元,具有6个自由度;4、同个part下的所有body共享相交边界,网格划分时共用交界上的节点,不需要设置接触;5、NameSelection的使用技巧,在model模块下,可点击右键insert NameSelection,一般Nameselection的选择方法可用几何选取,直接在模型上鼠标点选;另一种实用的选取方法为Worksheet,可以添加多种条件进行筛选,模型划分网格后,可以精确到对每个单元的选取;三、网格划分1、relevance选项控制网格的精度,值在-100到100间,越小越粗糙,越大越精密;relevance center 控制relevance中间点的精度,element size控制整个模型的最大单元尺寸;2、网格的高级尺寸控制a)接近度和曲度结合控制b)曲度c)邻近度d)固定尺寸曲度对于一些含曲线特征的几何体,可以控制其划分网格的精密度邻近度可以控制某个区域两个邻近的几何特征间的网格划分密度2、网格的高级选项形状检测：标准力学-线性分析、模态和热分析进阶力学-大变形分析、材料的非线性分析3、局部网格划分控制Method 选择Automatic 首先若能SWEEP则选用sweep划分HEX网格,否则选用patchconforming划分TET网格;四面体TET网格划分有两种方法：patchconforming和patch independent;对于不能通过sweep得到六面体的几何体可以选用Hex dominant或者Multizone划分方法4、尺寸控制Sizing可以通过element size单元最大尺寸、Number of divisions每个边的单元数量、Sphere of influence控制影响区,可设置影响半径来调节网格划分尺寸;Contact sizing可设置接触面的尺寸;5、其他设置element refinement可设置选择几何体的网格密度加密倍数；mapped face meshing 可设置映射面生成结构化网格；可通过side、corner、end点的定义来设置映射策略;inflation control设置膨胀层,主要用于流体分析的边界层划分;pinch 可以移出一些不必要的小的几何特征,划分网格时可以去掉一些小的凸起部分;划分网格前有个小圆台采用pinch划分网格后没有凸台Master选择蓝色线,Slave选择红色线,tolerance的值要比凸台的高度大;6、虚拟拓扑的应用虚拟拓扑有助于优化几何模型,可以合并面,分割面或边来提高网格划分质量;虚拟拓扑可以自动控制虚拟拓扑合并面虚拟拓扑分割边虚拟拓扑设置：behavior可以设置拓扑搜寻深度;7、子模型的应用当原几何模型较大,网格数量有限,为了对模型局部进行更精确的计算分析,可以采用子模型;子模型的一般创建方法：先对整体模型项目A进行分析计算,然后copy原项目得到项目B,对项目B中几何进行切割细化网格,将项目A的solution栏拖到Setup栏,最好在B项目求解设置下的submodeling 插入边界条件,子模型的切割边界应远离高应力区;四、静力学分析线弹性静力分析假设：a)各向同性线弹性材料b)小变形理论c)无时间、无阻尼效应1、point mass,质量点可以通过坐标或选择几何面、线、点加载在几何体上,质量点只受Acceleration,Standard earth gravity,Rotational velocity影响;2、求解设置可设置求解步数,定义每步的终止时间,静力分析中的time只是一个跟踪量求解器选择：自动,直接求解Direct,迭代求解Iterative弱弹簧的使用：为了满足静止约束,程序可自动添加弱弹簧,可以在结果中查看弱弹簧的反力,应该是一个很小的值,并不影响结构的应力分析;惯性释放：当物体受力不平衡产生加速度时,利用惯性释放可以产生一个惯性力进行静力分析,惯性释放只能用于线性结构分析;惯性释放下的应力：静力平衡下的应力3、施加载荷加速度、角速度、压力、力,静水压力模拟水压轴承力Bearing Load,施加在整个圆柱面上;remote force定义力的作用点螺栓预紧力Bolt Pretension施加在圆柱面上,可以定义预紧力或伸长量;Thermal condition,计算热应力,需要设置reference temperature4、施加约束Fix support 约束点、线、面的所有自由度;Displacement 位移约束Elastic Support 无摩擦的弹性支持面Frictionless Support,约束面的法向运动,作用在平面上等同于对称边界条件作用在圆柱面上约束径向运动cylindrical support 只作用在圆柱面上,可以设轴向,径向,切向三个自由度compression only support 基于罚函数方法对目标面建立一个刚性接触面simply supported 作用于点或边,面体或线体,约束所有平动除了转动自由度Fixed rotation 约束转动,放开平动nodal load and support 必须通过name selection 来选取nodetools-Solve process settings可以设置求解用的计算机CPU数五、接触基本设置接触是一种高度非线性特征,接触一般通过接触对描述,包括接触面contact和目标面target,程序一共有5种接触方式,其主要特征如下：Bonded 和 no separation 都是线性接触,bonded使两个接触面固定在一起,无间隙不能相对滑动而no separation 允许有较小的滑动,其他接触都是非线性;contact 接触行为behavior分为对称和非对称两种行为;接触面的处理interface treatment：adjust to touch程序自动取消两个接触面的间隙; add offset 可以设置偏移量,正值使两个接触面靠近可以模拟过盈配合,负值使两个接触面远离;Pinball region 可以设置判断接触区域的大小,当两个面都进入pinball region时程序则判定为发生接触;mesh connections建立网格连接connection worksheet表格查看连接信息joint 定义约束副,共有九种约束形式来约束body-body 或者body-ground;定义joint时需要定义reference和mobile regions,几何窗口左边显示的自由度,其中灰色的是被约束的,彩色的是自由的joint configure可以定义约束的初始状态Set定义初设状态,revert恢复原始状态;对于旋转面或圆柱面的约束类型,可以定义扭转刚度和扭转阻尼;大多数joints都可以通过stops来定义他的运动区域spring and beam：spring可以通过弹簧来连接body,可以定义初始值和弹簧刚度,beam可以定义材料和圆形截面半径;六、remote边界条件1、Remote boundary conditions provide a means to apply a condition whose center of action is not located where the condition is scoped , “remotely”.Remote 边界条件包括 point mass,springs,joints,remote displacement,remote force and moment loads;所有的remote边界条件都是采用MPC约束方程进行计算,几何行为可以设置为rigid,deformable and coupled,remote计算更耗时;设置remote边界一般先定义remote point,可以直接选择几何特征或给定坐标定义,也可以在定义remote边界条件时通过右键“promote remote point”定义;2、behavior controlrigid,deformable and coupled3、pinball control 可以通过pinball大小来定义约束方程的数量4、constraint equations 可以多个remote point间的相互约束关系;七、MultiStep的设置应用1、对于多步分析中的每一步,软件都作为一个独立的分析过程,载荷约束都可以单独设置;对于某些载荷或约束可以通过右键激活或抑制该步当查看计算结果选择两个载荷步之间的时间节点时,如0与1步的,则程序通过线性插值的方式得到的计算结果;2、Solution Combination结果组合Solution Combination可以通过不同的计算环境共享几何网格进行组合Solution Combination也可以通过同一计算环境的不同载荷步进行组合八、模态分析自由振动其中K-刚度矩阵和M-质量矩阵是常量,忽略阻尼C和外力F,应用线弹性材料和小变形理论,结构可以是约束的或非约束的,φ为模态坐标是个相对量;1.结构载荷和热载荷步,非线性接触不适用于模态分析,但可以施加约束或预应力;2.可以定义求解阶数和频率范围;3.由于并没有外部激励,模态变形只是一个相对量,并且是一个质量归一化的量;4.拉伸预应力将会增大自然频率,而压缩预应力将会降低自然频率;九、稳态热分析1.不考虑瞬态影响,K和Q可以是常量也可以是温度的函数,可以施加固定温度的边界条件;壳单元不考虑厚度方向的温度变化,线单元不考虑截面上的温度变化;接触中热传递：如果接触是bonded或no separation,热传递将会发生在pinball区域内的表面热接触通过以下公式进行传热：TCC默认被设为一个较大的数值用来模拟完美传热,同样可以人为设置较低的数值来模拟热阻;2.边界条件heat flow 热流量j/s,可应用于点、线、面heat flux 热通量j/m2/s,只能应用于面2D时可用于线internal heat generation 热源j/m3/s 只能用于实体perfectly insulated 绝热,默认应用于所有未设置边界条件的地方temperature 恒定温度,应用于点、线、面、实体convection 对流只能应用于面,其中h-对流传热系数,Tam-环境温度,用户可以自己设置;radiation 热辐射其中σ-玻尔兹曼常数,程序自动给定；ε-发射率,用户输入;F-form factor角系数,当correlation设为To ambient-F=1,即所有的辐射能都与周围环境进行交换当correlation设为 surface to surface ,辐射能只参与面面之间的交换,这时你可以设置Enclosure每个辐射面应该设置相同的enclosure number和Enclosure type可设为open 或perfect,如果计算报错可将其设为open;十、结果处理1.编辑legendPlane可以通过鼠标左键拖曳生产剖切面,也可以通过局部坐标系的XY平面生产剖切面 Tool 可以通过Geometry selection查看选择几何特征的计算结果,也可以先定义一个局部坐标系,再通过coordinate system查看具体某点局部坐标系的原点的计算结果;chart and Table可以对多个计算结果进行图表分析,Alert可以设置报警值,如强度极限;Geometry可以添加path和surface,path可以通过局部坐标系,边,点来定义,surface可以通过局部坐标系定义;查看edge的结果可以通过鼠标右键Convert to path result转换成基于path的计算结果,把X轴设为S即可绘制关于位置的图表;另外利用path结果可以得到应力线性化用于应力评判;error可以通过高的能量差异区来鉴别几何网格的合理性;可以通过Convergence来判断网格是否足够8.应力奇点,结构分析时由于几何模型、载荷施加等因素常常会导致应力奇点,影响计算结果的准确性,我们通过审查收敛结果来避免应力奇点;如果应力奇异区并不是我们感兴趣的区域,我们可以只对感兴趣区域的计算结果定义收敛控制,如下图所示;ANSYS结构动态分析篇一、简介动态分析包括以下模块：模态分析,谐响应分析,随机振动分析,响应谱分析及瞬态分析;动态分析中结构的惯性、阻尼都扮演着重要角色;自由振动：结构的自然频率和振型激励振动：曲柄轴和其他的旋转机械地震冲击载荷：地震工况,爆炸随机振动：火箭发射,道路交通时间载荷：汽车碰撞,汽锤、水锤等以上每种情况都可以选择相应的动态模块进行分析;1、模态分析模态分析是用来确定结构的振动特性,如自然频率和振型,通常也是进行其他动态分析的先决条件;如汽车的固有频率应发动机频率,叶片在预应力下的振动特性;2、谐响应分析谐响应分析常用来分析结构在持续的简谐载荷下的响应,如转动机械的响应;3、响应谱分析响应谱分析通常用来分析建筑结构在地震工况下的响应;4、随机振动分析宇宙空间站、航天飞机等一般都要进行随机振动分析,以便能承受一段时间内不同频率下的随机载荷;5、瞬态分析动态分析各模块的特点如下：基本方程如下：其中只有瞬态分析允许非线性,包括几何非线性、接触非线性、材料非线性;二、阻尼概述阻尼定义：阻尼是导致振动不断减弱甚至停止的一种能量耗散机制;阻尼一般与材料性质,运动速度,振动频率有关;阻尼分为以下类型：粘性阻尼-缓冲器、减震器材料/固体/滞后阻尼-内摩擦库伦或干摩擦阻尼-滑动摩擦数值阻尼-人工阻尼1、瞬态分析和阻尼模态分析中结构阻尼矩阵C的完整表达式如下：α和β阻尼用来确定瑞利阻尼对于大多数结构来说,α阻尼可以忽略,这时因此对于给定的β,低频率阻尼小,高频率阻尼大;而对于给定的α,低频率阻尼大,高频率阻尼小;α和β阻尼可以通过定义材料时输入：也可以通过全局阻尼输入：2、在谐响应分析中的材料/固体/滞后阻尼全函数的谐响应分析和模态叠加法分析中的结构阻尼矩阵C的完整表达式为：同样,α,β,g可以通过定义材料输入也可以通过求解设置输入：3、模态叠加法分析模态叠加法中的阻尼控制在谐响应分析、瞬态分析、响应谱分析及随机振动分析中都支持以下表达式：4、数值阻尼数值阻尼并不是真实的阻尼,是人工抑制由高频结构产生的数值噪声;默认值为用来过滤掉虚假的高频模态;使用较小的值来过滤掉对最终结果影响较小的非物理响应;注意：数值阻尼只适用于瞬态分析;三、模态分析应用模态分析用来分析结构的振动特性自然频率和振型,是大多数动态分析得基础;假设和限制：结构是线性的M和K是常量.线性无阻尼的自由振动方程：假设{u}为简谐运动,则有因此求解行列式的特征值和特征向量;注意,{φ}为振型反应结构振幅的比例关系,可对质量矩阵进行正则化2、参与因子与有效质量参与因子：,其中{D}是笛卡尔坐标系中各个坐标轴单位位移响应;测量各个模态在各个方向运动的总质量,较大的值意味着该模态在该方向容易被激励;有效质量：理论上,各个方向的有效质量的总和应该等于结构的总质量,但取决于模态展开的数量;3、模态展开方法接触：由于模态分析时线性分析,只允许Bonded和No separation,其他接触程序视为无接触;4、阻尼模态分析特征值是复杂的,特征值的虚数部分表示自然频率,而实数部分衡量系统的稳定性,正值不稳定,负值稳定;模态展开方法：四、谐响应分析应用输入条件：简谐变化的载荷力,压力和位移,多个载荷应具有同样得频率,力和位移可以是同相或异相;假设和限制：结构具有固定的或与频率相关的刚度,阻尼,质量,不允许非线性；所有的载荷位移按相同频率做简谐变化;当施加的载荷的频率接近结构的自然频率时,发生共振；增加阻尼降低响应的振幅；阻尼较小的变化都会导致共振区响应的大幅变化；谐响应的运动方程如下：求解方法有两种：1、全函数法,直接求解矩阵方程;该方法求解准确,但速度慢于MSUP且耗资源,支持几乎所有的载荷和边界条件,其中加速度、轴承载荷、力矩相角只能为0;2、模态叠加法MUSP,对方程进行坐标变换{u}={φ}{y},将{M}和{K}变换成对角矩阵进行解耦,再求解n个解耦的方程{y},其中{C}必须是是对称矩阵,此方法需先进行模态分析;模态叠加法是一种近似求解,准确度取决了模态的展开阶数,一般比FULL法快;基本设置：cluster results-include residual vector-在模态叠加分析中,当施加的载荷激励高阶模态时,动态响应将会很粗糙;因此采用residual vector方法,除了采用模态的特征向量,还利用附件的模态转换向量来计算高阶频率;五、响应谱分析响应谱分析主要用来替代时程分析来确定结构对时间变化载荷的响应：如地震载荷,风载,海浪载荷,活塞载荷,火箭发动机振动等;对于多自由度长时程的分析往往通过响应谱分析来近似快速的求解最大响应;1、响应谱响应谱一般是单自由度系统在给定时程内的最大响应,该响应可以是位移,速度和加速度;多个不同频率相同阻尼的单自由度振荡器K,C,M就可以绘制响应谱,其中阻尼已经包含在响应谱中,也可以给定其他的阻尼绘制相应的响应谱;位移,速度,加速度响应谱之间是可以相互转换的,转换公式如下：2、分析类型响应谱分析分为单点响应谱SPRS分析和多点响应谱分析MPRS.SPRS-已知激励方向和频率的响应谱作用在所有的支撑点上,通常用来分析建筑结构的地震载荷;参与因子γ是对给定自然频率结构响应的量度,表征每个模态对特定方向的响应贡献多少;对于每个特征频率ω,谱值S都可以通过对数插值从响应谱中得到,但超过响应谱频率不会进行插值,而是取最近点的谱值;模态系数A,定义为放大系数来乘以特征向量来给出每个模态的实际位移,计算公式如下;响应R,计算公式如下如果系统有多个模态,那么应该对各个模态下的响应R进行叠加组合响应谱分析计算最大的位移和应力响应,它不能准确计算实际响应,因此有以下3种叠加方法SRSS,CQC和ROSE;SRSS:以下情况,SRSS法不再适用：1)考虑近间距自然频率的模态2)考虑部分或全刚度响应的模态3)包含未展开的高阶频率4、如果各阶模态频率有足够的间距,可以使用SRSS法叠加;评判各阶模态是否是近距频率,对于不同的阻尼比有不同的评判准则;对于阻尼比ζ≤2%,如果fi<fj,且fj≤,则是近距频率；对于阻尼比ζ＞2%,如果fi<fj,且fj≤1+5ζfi,则是近距频率;对于近距频率模态,可选用CQC或ROSE进行叠加,其中纠正系数0≤ε≤1,ε=0,不纠正；ε=1,全纠正；0<ε<1,部分纠正;CQC和ROSE计算公式中ε是基于模态的频率和阻尼计算得到;CQC计算公式如下ROSE计算公式如下5、响应谱中有两个特征频率fsp峰值频率和fzpa0周期加速度区域低频区<fsp,不考虑模态纠正除非有近距频率,可用SRSS,CQC或ROSE;中频区在fsp和fzpa之间,由周期区向刚性区转变,模态包含周期部分和刚性部分,通常用系数α将响应分为周期部分和刚性部分;α=0,周期；α=1,刚性；0<α<1,部分周期部分刚性;高频区>fzpa,刚性区,模态需要完全纠正;计算α有两种方法：Lindley-Yow和Gupta;Lindley-Yow法：α=αSa, α=ZPA/Sa,ZPA-0周期的加速度,Sa第i阶频率的加速度;当Sa<ZPA,α=0；Sa=ZPA, α=1；Sa>ZPA,随着Sa的减小α增大;Gupta法：α=αf,Lindley-Yow法中刚性响应影响所有的模态其对应的频率响应Sa>ZPA,但不应该用于其模态频率f<fsp；Gupta法中刚性响应影响所有的模态只有其频率f>f1=fsp,因此Gupta法适用大部分情况,应优先选用;6、刚性响应计算首先如前面描述的单独进行各个模态的响应计算,当打开刚性响应影响Rigid Response Effect时,这些模态响应R就不再是进行直接组合,而是分为周期Rp和刚性部分Rr;刚性响应系数α可选择Gupta或Lindley-Yow法计算;周期部分和刚性部分响应计算如下：然后分别进行组合叠加,对于周期部分响应Rp可用SRSS,CQC或ROSE方法进行叠加,如果含有近距频率模态时需要纠正不能使用SRSS法;刚性部分响应Rr进行代数和叠加即可最后将周期部分响应和刚性部分响应进行组合得到总的响应Rt7、缺省质量响应进行模态分析时,我们不可能展开所有模态来考虑结构100%的质量,因此我们关心的模态中所有质量占总质量的百分比即为有效质量比率,但展开的最高模态频率因远大于响应谱的fzpa,才能得到较为准确的分析结果;有时需要展开的模态阶数太多,我们可以通过模态分析计算缺省的质量将其进行额外的响应分析Missing Mass Response,这样就不必展开的模态频率要远大于fzpa;当f>fzpa,加速度响应是刚性的,因此可以进行静态的加速度分析;1)首先可以计算频率大于fzpa总的惯性力FT2)计算各个模态的惯性力3)计算各模态惯性力的合力。
ansys静态结构材料参数
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文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!ANSYS静态结构材料参数详解引言在工程领域，静态结构分析是一项至关重要的任务，它可以帮助工程师们预测和评估各种结构在静止状态下的行为。
ansys模型建立-材料设置-参数化过程
一.建立三维模型
8.标注如图尺寸
9.回到三维建模页面建立拉伸选项，operation选项该为去除材 料，生成特征
一.建立三维模型
10.建立阵列选项Greate→Pattern,选择阵列几何为圆孔内表面 点击Apply，在选择阵列轴为Z轴，生成如图特征。
一.建立三维模型
11.建立旋转特征，选择ZX平面并建立如图草图，尺寸标注如 图。
点击
三.参数化
建立变量之间的关系，此处使得小圆直径为大圆直径的1/6 如果含有更多变量可以建立更多变量关系，此处只建立大圆与
小圆直径的关系
三.参数化
2.双击Parameters，选择优化结果，如图在Table of Design poits
中添加不同变量的尺寸大小，点击
进行计算。
三.参数化
二.Mechanicals设置
6.施加载荷与约束（这里只添加简单的约束）如图，选择六个 圆孔面添加固定约束
选择凹槽面施加轴承载荷， 载荷设置如图
二.Mechanicals设置
7.设置结果选项，点击运算产生结果，如图。
三.参数化
1.返回DesignModeler，选择大圆的直径和孔的直径实现参数化。 如图点击尺寸前的小方框，并且命名。
ANSYS 培训举例
一.建立三维模型
1.点击XYplane
2.点击如图图标使得XY面正对屏幕
一.建立三维模型
3.选择草绘命令建立如图所示图形
一.建立三维模型
5.标注尺寸
一.建立三维模型
6.回到三维建模页面建立拉伸选项Extrude1，拉升长度为10mm
一.建立三维模型
7.建立孔特征，点击面选择工具，选择拉伸体的一个端面为建 立草图的平面，建立如图草图
ANSYS中的24种材料属性
ANSYS中的24种材料属性ANSYS是一种常用的工程模拟软件，用于解决复杂工程问题，如结构分析、流体动力学、电磁场分析等。
在ANSYS软件中，各种材料的性质和行为是通过材料模型来描述的。
以下是ANSYS中常用的24种材料属性：1. 弹性模量（Young's modulus）：表示材料的刚度，即材料在应力作用下的变形程度。
2. 剪切模量（Shear modulus）：表示材料抵抗剪切应力的能力。
3. 泊松比（Poisson's ratio）：描述材料在拉伸时横向收缩的程度。
4. 密度（Density）：表示材料的质量与体积之比。
5. 线膨胀系数（Linear expansion coefficient）：指材料在温度变化下的线性膨胀程度。
6. 灵敏度系数（Pound-Stress Sensitivity Coefficient）：衡量材料的应力-变形灵敏度。
7. 杨氏系数（Yield strength）：指材料在达到屈服点时所能承受的最大应力。
8. 屈服强度（Ultimate tensile strength）：指材料在达到破断点前所能承受的最大应力。
9. 断裂韧性（Fracture toughness）：描述材料在破裂时所需要的能量。
10. 硬度（Hardness）：衡量材料对局部塑性变形的抵抗能力。
11. 弹性极限（Elastic limit）：材料在弹性范围内所能承受的最大应力。
12. 节流应力（Buckling stress）：指材料受压时失去稳定性的引发应力。
13. 热导率（Thermal conductance）：指材料传导热量的能力。
14. 热膨胀系数（Thermal expansion coefficient）：指材料在温度变化下的体积膨胀程度。
15. 电导率（Electrical conductance）：指材料导电的能力。
16. 磁导率（Permeability）：指材料对磁场的导磁能力。
ANSYS材料模型
第七章材料模型ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型，它们可以表示广泛的材料特性，可用材料如下所示。
本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。
对于每种材料模型的详细信息，请参看App endix B,Materi al ModelExampl es或《LS/DYNA Theore tical Manual》的第十六章（括号内将列出与每种模型相对应的L S-DYNA材料号）。
线弹性模型·各向同性（#1）·正交各向异性（#2）·各向异性（#2）·弹性流体（#1）非线弹性模型·Blatz-ko Rubber(#7)·Mooney-Rivlin Rubber(#27)·粘弹性（#6）非线性无弹性模型·双线性各向同性（#3）·与温度有关的双线性各向同性（#4）·横向各向异性弹塑性（#37）·横向各向异性FLD（#39）·随动双线性（#3）·随动塑性（#3）·3参数Bar lat（#36）·Barlat各向异性塑性（#33）·与应变率相关的幂函数塑性（#64）·应变率相关塑性（#19）·复合材料破坏（#22）·混凝土破坏（#72）·分段线性塑性（#24）·幂函数塑性（#18）压力相关塑性模型·弹-塑性流体动力学（#10）·地质帽盖材料模型(#25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(#53)·粘性泡沫(#62)·低密度泡沫(#57)·可压缩泡沫(#63)·Honeyc omb(#26)需要状态方程的模型·Bamman塑性（#51）·Johnso n-Cook塑性（#15）·空材料（#9）·Zerill i-Armstr ong(#65)·Steinb erg(#11)离散单元模型·线弹性弹簧·普通非线性弹簧·非线性弹性弹簧·弹塑性弹簧·非弹性拉伸或仅压缩弹簧·麦克斯韦粘性弹簧·线粘性阻尼器·非线粘性阻尼器·索（缆）（#71）刚性体模型·刚体（#20）7.1定义显示动态材料模型用户可以采用ANSYS命令 MP，MPTEMP，MPDATA，TB， TBTEMP和 TBDATA以及ANSY S/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。
ansys非线性瞬态结构分析重要命令
非线性各向同性硬化模型(TB,NLISO)选项基于Voce硬化规律或power硬化规律。该模型的优势在于材料行为由函数确定，而函数由TBDATA命令定义的四个材料常数确定。你可以通过拟合材料拉伸应力-应变曲线来得到这四个常数。不同于MISO，不需要担心如何恰当选定应力-应变点来输入。但是该选项只是适用于如下图所示的拉伸曲线。该选项适合大应变分析。可以综合Chaboche, creep, viscoplastic, and Hill anisotropy等选项来反正复杂材料行为。
Swelling Material Model
User-Defined Material Model
2 Plasticity塑性
大多数工程材料在达到所谓的弹性比例极限前都表现出线性的应力-应变关系。超出该极限，应力-应变关系变为非线性，但也不会变成完全没有弹性。塑性以不可恢复的变形为特点，当应力超过屈服极限材料即表现塑性。一般弹性极限与屈服极限差别很小，ANSYS中一般将这两点当成一点。塑性是一个不可恢复、与路径相关的现象。换句话说，载荷施加顺序及塑性响应顺序都影响最终结果。如果分析中会产生塑性形变，最好以较小的载荷步和时间步求解，以便模型会更遵循载荷-响应曲线。
双线性随动硬化模型(TB,BKIN)假设总应力范围等于屈服强度的两倍，以便包括包辛格效应。建议该选项使用于遵循von Mises屈服准则的一般小形变情况。不建议做大变形应用。BKIN选项可以综合蠕变和希尔各向异性选项来仿真更复杂的材料行为。
Multilinear Kinematic Hardening Material Model多线性随动硬化模型
ansys材料模型
各向同性弹性模型各向同性弹性模型。
使用MP命令输入所需参数：MP，DENS—密度MP，EX—弹性模量MP，NUXY—泊松比此部分例题参看，Isotropic Elastic Example:High Carbon Steel 。
MP,ex,1,210e9 MP,nuxy,1,.29! Pa! No unitsMP,dens,1,7850 ! kg/m3双线性各向同性模型使用两种斜率（弹性和塑性）来表示资料应力应变行为的经典双线性各向同性硬化模型（与应变率没关）。
仅可在一个温度条件下定义应力应变特征。
（也有温度相关的本构模型；参看Temperature Dependent Bilinear Isotropic Model）。
用MP命令输入弹性模量（E xx），泊松比（ NUXY）和密度（ DENS），程序用 EX和 NUXY 值计算体积模量（K）。
用 TB 和 TBDATA命令的 1 和 2 项输入信服强度和切线模量：TB，BISOTBDATA，1，Y （信服应力）TBDATA，2，E tan（切线模量）例题参看Isotropic Plasticity Example：Nickel Alloy 。
MP,ex,1,180e9 MP,nuxy,1,.31! Pa! No unitsMP,dens,1,8490 ! kg/m 3TB,BISO,1TBDATA,1,900e6! Yield stress (Pa)TBDATA,2,445e6! Tangent modulus (Pa)双线性随动模型（与应变率没关）经典的双线性随动硬化模型，用两个斜率（弹性和塑性）来表示资料的应力应变特征。
用MP 命令输入弹性模量（Exx），密度（DENS）和泊松比（ NUXY）。
可以用 TB，BKIN和 TBDATA 命令中的 1-2 项输入信服强度和切线模量：TB，BKINTBDATA，1，Y （信服应力）TBDATA，2，E tan（切线模量）例题参看，Bilinear Kinematic Plasticity Example：Titanium Alloy 。
Ansys复合材料结构分析操作指导书
Ansys复合材料结构分析操作指导书Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书第⼀章概述复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在⼀起⽽形成的⼀种多相固体材料，具有很⾼的⽐刚度和⽐强度（刚度和强度与密度的⽐值），因⽽应⽤相当⼴泛，其应⽤即涉及航空、航天等⾼科技领域，也包括游艇、风电叶⽚等诸多民⽤领域。
由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进⾏分析需要借助数值模拟的⽅法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。
Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是⽬前世界上唯⼀⼀款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，⽬前已经发展成集结构⼒学、流体⼒学、电磁学、声学和热学分析于⼀体的⼤型通⽤有限元分析软件，是⼀款不可多得的⼯程分析软件。
Ansys在做复合材料结构分析⽅⾯也有不俗的表现，此书将介绍如何使⽤该款软件进⾏复合材料结构分析。
在开始之前有以下⼏点需要说明，希望⼤家能对有限元法有⼤体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出⼀些学习Ansys软件的建议。
1、有限元分析⽅法应⽤简介有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建⽴在严格数学分析理论上的⼀种数值分析⽅法。
该⽅法的基本思想是离散化模型，将求解⽬标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相连构成整个有限元模型，⽤该模型代替实际结构进⾏结构分析。
在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想⼀下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的⾃由度)，节点位移通过求解⼀系列代数⽅程组得到，在求得节点位移后，利⽤节点位移和应⼒、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应⼒、应变，应⽤线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应⼒、应变等信息。
ANSYS树形结构的材料模型库
ANSYS树形结构的材料模型库(☺第一级●第二级▪第三级▫第四级◦第五级)☺Linear：材料的线性行为●Elastic：弹性性能参数▪Isotropic：各向同性弹性性能参数▪Orthtropic：正交各向异性弹性性能参数▪Anisotropic：各向异性弹性性能参数☺Nonlinear：材料的非线性行为●Elastic：非线性的弹性模型▪Hyperelastic：超弹材料模型（包含多个模型）▫Curve Fitting：通过材料实验数据拟合获取材料模型▫Mooney-Rivilin：Mooney-Rivilin模型（包含2、3、5与9参数模型）▫Ogden：Ogden模型（包含1～5项参数模型与通用模型）▫Neo-Hookean：Neo-Hookean模型▫Polynomial Form：Polynomial Form模型（包含1～5项参数模型与通用模型）▫Arruda-Boyce：Arruda-Boyce：模型▫Gent：Gent模型▫Yeoh：Yeoh模型▫Blatz-Ko(Foam)：Blatz-Ko（泡沫）模型▫Ogden(Foam) Ogden：（泡沫）模型▫Mooney-Rivlin(TB,MOON)：Mooney-Rivlin(TB,MOON)模型▪Multilinear Elastic：多线性弹性模型●Inelastic：非线性的非弹性模型▪Rate Independent：率不相关材料模型▫Isotropic Hardening Plasticity：各向等向强化率不相关塑性模型◦Mises Plasticity：各向等向强化的Mises率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型◦Hill Plasticity：各向等向强化的Hill率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型▫Generalized Anisotropic Hill Potenial：xx各向异性Hill势能率不相关模型▫Kinematic Hardening Plasticity：随动强化率不相关塑性模型◦Mises Plasticity：随动强化的Mises率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear(Fixed table)：多线性模型Nonlinear(General)：非线性模型Chaboche Chaboche：模型◦Hill Plasticity：随动强化的Hill率不相关塑性模型Bilinea：双线性模型Multilinear(Fixed table)：多线性模型Nonlinear(General)：非线性模型Chaboche Chaboche：模型▫Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity：随动强化塑性与各向等向强化的率不相关塑性混合模型◦Mises Plasticity：等向强化的Mises率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic：Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic：Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic：Chaboche模型与非线性等向强化混合模型◦Hill Plasticity：各向等向强化的Hill率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic：Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic：Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic：Chaboche模型与非线性等向强化混合模型▪Rate dependent：率相关材料模型▫Visco-plasticity：粘塑模型◦Isotropic Hardening Plasticity：等向强化率相关塑性模型Mises Plasticity：等向强化的Mises率相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型Hill Plasticity：等向强化的Hill率相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型◦Anand’Model：Anand模型▫Creep蠕变/xx模型◦Creep only：蠕变模型Mises Potential：Mises势蠕变模型Explicit：Mises势显式蠕变模型Implicit：Mises势隐式蠕变模型1: Strain Harding(Primary)2: Time Harding(Primary)3: Generalized Exponential(Primary) 4: Generalized Graham(Primary) 5: Generalized Blackburn(Primary) 6: Modified Time Harding(Primary) 7: Modified Strain Harding(Primary) 8: Generalized Garofalo(Secondary) 9: Exponential Foam(Secondary) 10: Norton(Secondary)11: Time Harding(Primary+Secondary)12: Rational polynomial(Primary+Secondary)Hill Plasticity：Hill塑性蠕变模型Implicit：Hill塑性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）◦With Isotropic Hardening Plasticity：等向强化塑性蠕变模型With Mises Plasticity：Mises等向强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Explicit：Mises等向强化塑性的双线性显式蠕变模型Implicit：Mises等向强化塑性的双线性隐式蠕变模型（略，包含Creeponly>MisesPotential> Implicit相同模型）Multilinear：多线性蠕变模型Explicit Mises：等向强化塑性的多线性显式蠕变模型Implicit Mises：等向强化塑性的多线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>MisesPotential> Implicit相同模型）Nonlinear：非线性蠕变模型Explicit Mises：等向强化塑性的非线性显式蠕变模型Implicit Mises：等向强化塑性的非线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>MisesPotential> Implicit相同模型）With Hill Plasticity：Hill等向强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Explicit：双线性显式蠕变模型Implicit：双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）Multilinear：多线性蠕变模型Explicit：多线性显式蠕变模型Implicit：多线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）Nonlinear：非线性蠕变模型Explicit：非线性显式蠕变模型Implicit：非线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）◦With Kinematic Hardening Plasticity：随动强化塑性蠕变模型With Mises Plasticity：Mises随动强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Implicit Mises：随动强化塑性的双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>MisesPotential> Implicit相同模型）With Hill Plasticity：Hill随动强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Implicit双线性隐式蠕变模型（略，包含Creeponly>MisesPotential>Implicit 相同模型）◦With Swelling：融涨模型Explicit：显式融涨模型▪Non-metal Plasticity：非金属塑性模型▫Concrete：混凝土模型▫Drucker-Prager：D-P模型▫Failure Criteria：复合材料失效模型▪Gasket：垫片材料模型▫General Parameters：xx参数模型▫Compression：压缩模型▫Linear Unloading：线性卸载模型▫Nonlinear Unloading：非线性卸载模型▪Cast-Iron：铸铁材料模型▫Plasticity Poisson’s Ratio：xx参数模型▫Uniaxial Compression：单轴压缩模型▫Uniaxial Tension：单轴拉伸模型▪Shape Memory Alloy形状记忆合金●Viscoelastic：非线性的粘弹模型▪Curve Fitting▪Maxwell：Maxwell模型▪Prony：Prony模型▫Shear Response：剪切响应模型▫Volumetric Response：体积响应模型▫Shift Function：转换函数模型☺Density：材料的密度☺Thermal Expansion Coef：材料的热膨胀系数●Isotropic：各向同性材料的热膨胀系数●Orthtropic：正交各向异性材料的热膨胀系数☺Damping：材料的阻尼☺Friction Coefficient：材料的摩擦系数☺User Material Options：用户自定义材料模型。
【ANSYS Fluent培训】4-流体的材料模型
1、概述
2、流体材料的定义方法
2.1 修改已经存在的材料的属性
1.在材料类型下拉菜单中选择材料类型（流体、固体等）。 2.在流体、固体或其它材料下拉菜单中选择你所要修改属性 的材料。（列表名和第一步中所选的材料类型一致) 3.修改相关属性 4.点击改变/创建按钮将所选择的材料的属性改变为新的属性 。要改变别的材料的属性只需要重复上述步骤即可。需要记 住的是在改变每一个材料属性之后别忘了点击改变/创建按钮 。
4、定义密度
不可压理想气体定律: 在FLUENT中，对于不可压流如果使用理想气体定律来定义密度，密度的计算 式为：
pop
RT
可压流动的理想气体定律: 对于可压流，气体定律的形式为：
pop p
RT
4、定义密度
可压缩流体密度模型
该模型不支持密度基求 解器。
5、粘度
流体的材料模型
1、概述
材料属性是在材料面板中的1中定义的，它允许你输入各种属 性值，这些属性值和你在模型面板中定义的的问题范围相关 。这些属性可能会包括： -密度或者分子量 -粘性 -比热容 -热传导系数 -质量扩散系数 -标准状态焓 -分子运动论中的各个参数
属性可能是温度和/或成分相关的，温度相关是基于你所定 义的或者有分子运动论计算得出的多项式、分段线性或者分 段多项式函数和个别成分属性
值之外还有温度相关函数。你可以选择某一函数类型，相关的参数就会显 示出来。你不可以编辑这些值，但是这个面板所显示的的函数和你所设定 的温度相关函数是一样的，详细的内容可以参阅，使用温度相关函数定义 属性一节。 5.点击复制按钮。这些属性就从数据库中复制到当前列表中了，所有复制的属 性也会在材料面板中显示出来。 6.遵循相同的步骤复制或者关闭材料数据库面板。 从数据库复制完材料之后，你可以修改它的属性和名字，而不影响原来数据库 的材料属性。
（整理）ANSYS材料模型.
（整理）ANSYS材料模型.第七章材料模型ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型，它们可以表⽰⼴泛的材料特性，可⽤材料如下所⽰。
本章后⾯将详细叙述材料模型和使⽤步骤。
对于每种材料模型的详细信息，请参看Appendix B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第⼗六章（括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA材料号）。
线弹性模型·各向同性（#1）·正交各向异性（#2）·各向异性（#2）·弹性流体（#1）⾮线弹性模型·Blatz-ko Rubber(#7)·Mooney-Rivlin Rubber(#27)·粘弹性（#6）⾮线性⽆弹性模型·双线性各向同性（#3）·与温度有关的双线性各向同性（#4）·横向各向异性弹塑性（#37）·横向各向异性FLD（#39）·随动双线性（#3）·随动塑性（#3）·3参数Barlat（#36）·Barlat各向异性塑性（#33）·与应变率相关的幂函数塑性（#64）·应变率相关塑性（#19）·复合材料破坏（#22）·混凝⼟破坏（#72）·分段线性塑性（#24）·幂函数塑性（#18）压⼒相关塑性模型·弹-塑性流体动⼒学（#10）·地质帽盖材料模型(#25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(#53)·粘性泡沫(#62)·低密度泡沫(#57)·可压缩泡沫(#63)·Honeycomb(#26)需要状态⽅程的模型·Bamman塑性（#51）·Johnson-Cook塑性（#15）·空材料（#9）·Zerilli-Armstrong(#65)·Steinberg(#11)离散单元模型·线弹性弹簧·普通⾮线性弹簧·⾮线性弹性弹簧·弹塑性弹簧·⾮弹性拉伸或仅压缩弹簧·麦克斯韦粘性弹簧·线粘性阻尼器·⾮线粘性阻尼器·索（缆）（#71）刚性体模型·刚体（#20）7.1定义显⽰动态材料模型⽤户可以采⽤ANSYS命令 MP， MPTEMP， MPDATA，TB， TBTEMP和 TBDATA以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。
ANSYS中典型的非线性材料模型
ANSYS中典型的非线性材料模型：双线性随动强化（BKIN）双线性等向强化（BISO）多线性随动强化（MKIN）多线性等向强化（MISO）双线性随动强化（Bilinear Kinematic Hardening Plasticity）、双线性等向强化（Bilinear Isotropic Hardening Plasticity）均属于双线性模型。
双线性模型通过两个直线段来模拟弹塑性材料的本构关系，即认为材料在屈服以前应力—应变关系按照弹性模量成比例变化，屈服以后，按比弹性模量小的另一个模量（切线模量）变化。
模型有两个斜率：弹性斜率和塑性斜率。
对于服从Mises屈服准则，初始为各向同性材料的小应变非线性问题，一般采用双线性随动强化模型，这种材料包括大多数的金属材料。
而对于初始各向同性材料的大应变问题则采用等向强化模型。
需要输入的常数是屈服应力s y和切向斜率ET。
（理想弹塑性材料ET＝0）多线性随动强化（Multilinear Kinematic Hardening Plasticity）、多线性等向强化（Multilinear Isotropic Hardening Plasticity）属于多线性模型。
多线性模型与双线性模型类似，只是使用多条直线段来表示模拟弹塑性材料的本构关系，即认为材料在屈服以前应力—应变关系按照弹性模量成比例变化，屈服以后，则按照其位置不同，以不同的、小于弹性模量的另一个模量变化。
例1：MP，EX，1，30E6！定义第1类材料的弹性模量EX＝30E6MP，NUXY，1，0.3！定义第1类材料的泊松比为NUXY＝0.3TB，BKIN，1！激活数据表，应用经典双线性随动强化准则，并为第1类材料指定1个参考温度。
TBTEMP，70！在数据表中为输入的应力—应变数据指定参考温度值TEMP＝70TBDATA，1，36000，0！在数据表中从第1个空格开始填入数据，屈服应力36000，塑性斜率0 （红色为塑性选项）例2：定义双线性随动强化模型的标准过程MPTEMP，1，0，500！定义杨氏弹性模量对应的温度MPDATA，EX，1，，12E6！定义杨氏模量的取值MPDATA，EX，1，，8E6TB，BKIN，1，2！激活数据表，应用经典双线性随动强化准则，并为第1类材料指定2个参考温度。
2.ANSYS结构分析与结构建模
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.1 结构分类及仿真单元
板壳结构： 当L/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。 当5～8<L/h<80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80～100时,采用薄膜单元。 对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄 壳单元，否则选择中厚壳单元。
f,2,fy,-400000 !节点2施加向下的荷载400000N
f,3,fy,-400000 !节点3施加向下的荷载400000N
f,4,fy,-400000 !节点4施加向下的荷载400000N
!关闭关键点号显示
/pbc,all,,1
!显示实体上的边界条件和荷载
/psymb,ldiv,-1 !关闭线划分单元属性显示
lplot
!绘制线
solve
!执行求解
finish
!退出solu处理器
!----------后处理-------------------------------
/post1
!进入后处理器
/replot
!显示个线的实常数号
lesize,all,,,1 !定义各个线所划分的单元个数
lmesh,all !对所有线进行单元划分
finish
!退出prep7处理器
!----------加载和求解-------------------------------------------------------
⑴ 创建几何模型，再到有限元模型的分析过程命令流
!e1.1--平面桁架分析
!----------前处理--------------------------------------
/filname,truss,1 !定义工作文件名
ansys非线性瞬态结构分析重要命令
3.1 瞬态分析的三种方法
瞬态分析有三种方法：full, mode-superposition ,andreduced。对于涉及非线性(plasticity, large deflections, large strain, and so on)的情况一般使用全积分方法。全积分也是最费时的方法。
自动时间步
AUTOTS,ON
DELTIM, DTIME, DTMIN, DTMAX, Carry
如果使用自动时间步，当Carry=OFF，以DTIME为起始时间步长，最小时间步不小于DTMIN，最大不大于DTMAX，当Carry=ON，以上一载荷步的最后子时间步长为起始时间步长。
另一个效果相同的命令组合：
OUTRES,Item,Freq,Cname
Item:NSOL,节点结果；ESOL,单元结果；ALL，所有。
Freq:n,每第n个子步；-n,均分成n段；NONE,一个也不存；ALL,每一子步；LAST,最后一子步；%array%按数组提供的时刻来存储。
例1：
NSUBST,6
OUTRES,ERASE设置到默认值，对于静态和瞬态分析，默认的是输出每一载荷步的最后子步的所有结果；谐态分析是每一子步。
线搜索选项
LNSRCH, Key
线搜索选项（LNSRCH）。该选项可代替自适应下降选项。如果线搜索选项是打开的，程序将自动关闭自适应选项。
非线性分析收敛标准
CNVTOL, Lab, VALUE, TOLER, NORM, MINREF
设置分析终结标准
NCNV, KSTOP, DLIM, ITLIM, ETLIM, CPLIM
Lab：
SPARSE-Sparse direct equation solver
ANSYS中典型的非线性材料模型
ANSYS中典型的非线性材料模型：双线性随动强化（BKIN）双线性等向强化（BISO）多线性随动强化（MKIN）多线性等向强化（MISO）双线性随动强化（Bilinear Kinematic Hardening Plasticity）、双线性等向强化（Bilinear Isotropic Hardening Plasticity）均属于双线性模型。
双线性模型通过两个直线段来模拟弹塑性材料的本构关系，即认为材料在屈服以前应力—应变关系按照弹性模量成比例变化，屈服以后，按比弹性模量小的另一个模量（切线模量）变化。
模型有两个斜率：弹性斜率和塑性斜率。
对于服从Mises屈服准则，初始为各向同性材料的小应变非线性问题，一般采用双线性随动强化模型，这种材料包括大多数的金属材料。
而对于初始各向同性材料的大应变问题则采用等向强化模型。
需要输入的常数是屈服应力s y和切向斜率ET。
（理想弹塑性材料ET＝0）多线性随动强化（Multilinear Kinematic Hardening Plasticity）、多线性等向强化（Multilinear Isotropic Hardening Plasticity）属于多线性模型。
多线性模型与双线性模型类似，只是使用多条直线段来表示模拟弹塑性材料的本构关系，即认为材料在屈服以前应力—应变关系按照弹性模量成比例变化，屈服以后，则按照其位置不同，以不同的、小于弹性模量的另一个模量变化。
例1：MP，EX，1，30E6！定义第1类材料的弹性模量EX＝30E6MP，NUXY，1，0.3！定义第1类材料的泊松比为NUXY＝0.3TB，BKIN，1！激活数据表，应用经典双线性随动强化准则，并为第1类材料指定1个参考温度。
TBTEMP，70！在数据表中为输入的应力—应变数据指定参考温度值TEMP＝70TBDATA，1，36000，0！在数据表中从第1个空格开始填入数据，屈服应力36000，塑性斜率0 （红色为塑性选项）例2：定义双线性随动强化模型的标准过程MPTEMP，1，0，500！定义杨氏弹性模量对应的温度MPDATA，EX，1，，12E6！定义杨氏模量的取值MPDATA，EX，1，，8E6TB，BKIN，1，2！激活数据表，应用经典双线性随动强化准则，并为第1类材料指定2个参考温度。
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ANSYS 结构分析材料模型
1 材料模型的分类
a. ANSYS 结构分析材料属性：
线性(Linear)、非线性(Nolinear)、密度(Density)、热膨胀(Thermal Expansion)、阻尼(Damping)、摩擦系数( Friction Coefficient)、特殊材料(Specialized Materials) 等七种，可通过材料属性菜单分别定义。
b. 材料模型：
线性、非线性及特殊材料三类，每类材料中又可分为多种材料类型，而每种材料类型则有不同的属性。
2 材料模型的定义及特点
材料模型及其属性均可通过GUI 方式输入。
线弹性材料可通过MP 命
令输入，而非线性及特殊材料则通过TB 命令定义，其属性则通过TBDATA 表输入。
表中前几项是常用的塑性材料模型，其后部分的材料模型有专用材料模型和可与前几项组合使用的材料模型。
表中屈服准则列中的Mises/Hill，指针对不同的单元分别采用Mises 屈服准则或Hill屈服准则，凡是可以考虑塑性的所有单元均可采用二者。
常用的单元
杆单元：LINK8、LINK10、LINK180
梁单元：BEAM3、BEAM4、BEAM188、BEAM189
管单元：PIPE16、PIPE20
2D 实体单元：PLANE82、PLANE183
3D 实体单元：SOLID65、SOLID92/95、SOLID191
壳单元：SHELL63、SHELL93、SHELL181
弹簧单元：COMBIN14、COMBIN39
质量单元：MASS21
矩阵单元：MATRIX27
表面效应单元：SURF154。