ANSYS有限元分析软件介绍

文本
结果文件
jobname.rxx
二进制

(例如：结构)
jobname.rst
图形文件
jobname.grph
二进制 (特殊格式)
ANSYS软件建模及网格划分
有限元模型的建立方法可分为：
直接法
直接根据机械结构的几何外型建立节点和单元，因此直 接法只适应于简单的机械结构系统。
间接法
适用于具有复杂几何外型、节点及单元数目较多的机械 结构系统。该方法通过点、线、面、体，先建立实体模型， 再进行网格划分，以完成有限元模型的建立。
优先设置… 前处理 通用后处理 时间历程后处理 ANSYS 参 数 化 设 计 语 言在两条线的过渡生成线 任意形状 圆柱体 棱柱体 圆锥形 球形 多边形
ANSYS软件常用命令
Stress Strain Displacement DOF Von Mises(Stress) Contour Deformed/Undeformed sRheaspuelts Summary Radiation Matrix Modeling Meshing Attribute LS (Load Step)
ANSYS软件分析步骤
3、定义材料属性
绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可以是 线性或非线性的。 与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。与材 料特性组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能有多 个材料特性组（对应的模型中有多种材料），ANSYS通过独特的参考 号来识别每个材料特性组。 定义材料属性时应当注意以下几点：一般情况下杨氏模量（EX）必须 定义；若加惯性载荷，必须定义能求出质量的参数，如密度；若模型 中存在热载荷，需定义膨胀系数（ALPX）。
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
这个看起来复杂的模型，实
际上是一个方块与一个空心
WZ WYWX
的球进行求交（intersect）
布尔操作的结果.
ANSYS软件建模及网格划分
网格划分主要包括以下四个步骤: 1. 定义单元属性 (材料属性、单元类型、实常数). 2. 设定网格尺寸控制 (控制网格密度). 3. 网格划分以前保存数据库. 4. 执行网格划分.
ANSYS软件建模及网格划分 1 网格划分工具是网格控制的一种快捷方式
打开网格划分工具:
2
Main Menu: Preprocessor > MeshTool
3 1 单元属性控制
2 智能网格划分控制 3 尺寸控制 4 指定单元形状 5 自由网格划分或映射网格划分 6 执行网格划分 7 清除网格 8 局部细划
模型控制工 具条
用户提示信息
当前设置
典型的ANSYS分析过程
典型的ANSYS分析过程包含三个主要的步骤：
1、创建有限元模型 （前处理器）
1）创建或读入有限元模型； 2）定义材料属性； 3）划分网格。
2、施加载荷并求解 （求解器）
1）施加载荷及设定约束条件； 2）求解。
3、查看结果 （后处理器）
1）查看分析结果； 2）检查结果是否正确。
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
自由度为10000～ 500000（多用于板
壳和梁模型）
自由度为50000～ 1000000以上
内存使 用 低
中
中
不完全乔类斯基 共轭梯度法
在多物理模型应用中求解速度很 重要时，处理其它迭代法很难收 敛的模型（几乎是无穷矩阵）
自由度为50000～ 1000000以上
高
预条件共轭梯度 法
当求解速度很重要时（大型模型 的线性分析）尤其适合实体单元
ANSYS软件分析步骤
4、创建几何模型
1. 建立模型的方法 ANSYS程序为用户提供了下列生成几何模型以及有限元模型的方法： 在ANSYS中创建几何模型，即实体建模； 导入在其它CAD系统创建的模型，直接生成。
对于实体建模，需要描述模型的几何边界，以便生成有限元模型前 建立对单元大小和形状的控制，然后让ANSYS自动生成所有的节点和 单元。与之对比，直接生成方法必须直接确定每个节点的位置，以及 每个单元的大小、形状和连接关系。采用命令流方式往往更便于实现 有限元模型的直接生成。
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
下面介绍间接法即实体建模。
建模
Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create >
选择以“＋”结尾的菜单，将弹 出拾取菜单 (见下页），提示通 过拾取方式创建体素. 选择By Dimensions ... 将弹出对 话框，提示输入体素的坐标.
对话框示例
二维体素包括矩形、圆、三角形和其它多边形
ANSYS软件分析步骤
6、施加负载
对于不同的分析类型，所施加的载荷形式有所不同，可以归结为6类： DOF约束（DOF constraint）：用于对模型自由度做出限定，用于
确定边界条件； 力（Force）：施加在有限元模型节点上的集中载荷； 表面载荷（Surface load）：施加在单元上的分布载荷，包括线分
4 5
67 8
ANSYS软件分析步骤
1、定义单元类型
结构点单元 结构线单元
梁单元
MASS21
2D
LINK1
3D
LINK8，LINK10，LINK180
2D
BEAM3，BEAM23，BEAM54
3D
BEAM4，BEAM24，BEAM44，BEAM188，BEAM189
实体单元
壳单元 管单元
2D
PLANE2，PLANE25，PLANE42，PLANE82，PLANE83，
• ANSYS在分析过程中需要读写文件. • 文件格式为 jobname.ext, 其中 jobname 是设定的工作文件名,
ext 是由ANSYS定义的扩展名，用于区分文件的用途和类型. • 默认的工作文件名是 file.
一些特殊的文件
数据库文件
jobname.db
二进制
Log 文件
jobname.log
有限元分析软件
ANSYS软件介绍 ANSYS软件常用命令 ANSYS软件界面及菜单 ANSYS的单位制 ANSYS的文件管理 ANSYS软件建模及网格划分 ANSYS软件分析步骤
ANSYS软件家族产品
特色产品
★ Workbench ★ Multiphysics ★ DesignSpace ★ DesignXplorer ★ FSI ★ HPC
流体分析产品
★ FLUENT ★ CFX ★ FLUENT V5
结构分析产品 ★ Mechanical ★ Explicit STR ★ Rigid Dynamics ★ Fatigue Module ★ LS-DYNA
电磁分析产品 ★ EMAG ★ ANSOFT
模型处理产品
★ AI*Environment ★ BladeModeler ★ DesignModeler ★ MeshMorpher ★ Meshing ★ Tgrid ★ ICEM CFD ★ ICEM CFD Cart3D
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
ANSYS软件界面及菜单
1. 建立有限元模型
主菜单（Main Menu）
2. 施加载荷求解
3. 查看结果
实用菜单（Uti来自百度文库ity Menu）
文件 选择 列表 显示 显示控制 工作平面 参数
宏 菜单控制 帮助
ANSYS的单位制
ANSYS所有的单位是自己统一的。 常用单位如下表：
ANSYS的文件管理
2. 坐标系
1）整体与局部坐标系 2）坐标系的激活 3）节点和单元坐标系 4）显示和结果坐标系
ANSYS软件分析步骤
5、对实体模型划分网格
用户建模工作完成后，得到分析目标的几何模型。接下来，就需要对 几何模型划分网格，形成有限元单元、节点，从而得到有限元分析模 型。有限元网格的划分过程包括四个步骤： 定义有限元模型中的单元属性； 目标网格选项控制； 对几何模型划分网格； 修改与优化有限元网格。
实用菜单 存储数据库 恢复数据库 选择实体 组元/集合 画图/重新画图 平移，缩放，旋转… 工作平面 坐标系 宏
ANSYS软件常用命令
Preference… Preprocessor General Postproc TimeHist Postproc APDL Line Fillet Arbitrary Cylinder Prism Cone Sphere Polygon
解法
正向直接解法(直 接消除法)
稀疏矩阵直接解 法
雅可比共轭梯度 法
典型应用场合
要求稳定性（非线性分析）或内 存受限制时
要求稳定性和求解速度（非线性 分析）；线性分析时迭代法收敛 很慢时（尤其对病态矩阵，如形
状不好的单元）
在单场问题（如热，磁，声，多 物理问题）中求解速度很重要时
模型尺寸
低于50000自由度
3D
SHELL28，SHELL41，SHELL43，SHELL63，SHELL93，
SHELL150，SHELL181
PIPE16，PIPE17，PIPE18，PIPE20，PIPE59，PIPE60
ANSYS软件分析步骤
2、定义单元实常数
单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例如 2D梁单元BEAM3的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度 （HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和 附加的单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要 实常数，同类型的不同单元可以有不同的实常数值。
PLANE145，PLANE146，PLANE182，PLANE183
3D
SOLID45，SOLID64，SOLID65，SOLID92，SOLID95，
SOLID147，SOLID148，SOLID185，SOLID186，
SOLID187
2D
SHELL51，SHELL61，SHELL208，SHELL209
WX WP (X,Y)
布尔操作
1. .....
要使用布尔操作:
2. .....
3. .....
Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Operate >
Procedure
选择一种布尔操作 (例如： Add)
选择图形类型. 将弹出 选取菜单 , 提示选择图形 进行布尔操作.
移动工作平面 的选项
有关坐标系统的 选项
坐标系统与工作平面关系：
工作平面
工作平面 — 是一个可以移动的二维参考平面，用于定位和确定体
素的方向。
缺省时，工作平面的原点与总体坐标系的原点重合，但可以将它移动 或旋转到任意想要的位置 通过显示栅格，可以将工作平面作为绘图板
WY
X1 X2
Y2 Y1
WY WX
场、交变电磁场等。
流体分析 ：用于确定流体的流动及热行为， 包括不可压
缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。
耦合场分析 ：考虑两个或多个物理场之间的相互作用。
ANSYS软件常用命令
Utility Menu SAVE_DB RESUME_DB Select Entity Comp/Assembly Plot/Replot Pan,Zoom,Rotate… WorkPlane(WP) Coordinate System(CS) Macro