ANSYS高级培训手册
ANSYS高级培训教程-官方培训班教程
第一讲 输入方法和IGES选项
1-1. 在ANSYS程序中可用的模型输入方法. 1-2. ANSYS程序中可用的IGES输入选项和工具. 1-3. 输入一个IGES模型
第二讲 拓扑和几何修复工具
1-4. 使用拓扑修复工具修改IGES模型. 1-5. 使用几何修复工具修改IGES模型
第三讲 几何简化
1-6. 简化IGES模型
M1-12
IGES输入检修技术
• 提示:
– 如果输入不成功，关闭MERGE和Solid选项，重新输入. • ANSYS装饰技术可以过滤掉坏图元.
– 输入完成后，仔细检查模型，从中删掉不想要的图元. – 在完成输入后，如果发现一些小面被丢失，则关掉small选项
，重新输入模型. • 可能需要花费更多的时间和占用更多的内存.
M1-18
拓扑修复工具（续）
设置merge容 差和间隙显 示选项
ANSYS
通过指定的容差 ,merge间隙
删除关键 点，线或 面
通过增量merge间隙
显示分开或 封闭的边界 或者同时显 示二者
Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)
列出分开或 封闭的边界
Procedure
1. 选择一种输入选项.
2. 单击OK
ANSYS
Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)
M1-10
IGES输入过程(续）
ANSYS
4.单击OK.
3.选择将要输入的IGES文件.
Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)
Ansys_Icepak高级培训教材
– the coolant can be liquid or gas
Ansys_Icepak高级培训教材
Course Outline
1. Introduction 简介 2. Printed Circuit Boards (PCB板) 3. IC Packages (IC 封装) 4. Heat Sinks 散热器 5. Interface Resistance 接触热阻 6. Fans, Impellers and Blowers 风扇，叶轮，离心风机 7. Altitude Effects 高度的影响 8. Flow Resistances 气流阻尼 9. Radiation 幅射 10. Heat Pipes 热管 11. Joule Heating 电阻发热 12. Thermoelectric Coolers 热电冷却
18
22
28
High Performance
100
120
140
Harsh
3
3
3
Environm ent
Source: Sandia National Laboratories
Commodity: Low cost (<$300) consumer products Hand-Held: Battery powered (<$1000) products such as cellular, etc. Cost/Performance: Maximum performance with cost limit (<$300) (Notebooks, etc.) High Performance: Performance is the primary driver (Servers, Avionics, etc.) Harsh Environment: Automotive, Military, etc.
ANSYS Workbench 14.0超级学习手册(第1章)
ANSYS Workbench 14.0超级学习手册(第1章)ansysworkbench14.0超级学习手册(第1章)第1章ansysworkbench14.0概述本章从总体上对ansysworkbench14.0自带软件包含结构力学模块、流体力学模块等展开详述，同时对ansysworkbench14.0最新资源整合的其他模块展开直观了解，其中包含低频电磁场分析模块ansoftmaxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块ansoftsimplorer、烦躁分析模块ncode及复合材料建模与后处理模块acp等。
同时，本章还以solidworks软件为基准，了解workbench14.0与常用的cad软件展开内置的步骤及方法。
学习目标：（1）介绍ansysworkbench软件各模块的功能；（2）掌握ansysworkbench软件与solidworks软件的集成设置；（3）掌控ansysworkbench平台的常规设置，包含单位设置、外观颜色设置等。
1.1ansys软件简介ansys提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。
全球的诸多组织都相信ansys为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。
ansys软件就是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用型有限元分析软件。
由世界上最小的有限元分析软件公司之一、美国ansys公司研发，它能够与多数cad软件USB，同时实现数据的共享资源和互换。
软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
（1）前处置模块提供更多了一个强悍的实体建模及网格分割工具，用户可以便利地结构有限元模型。
（2）分析计算模块包括结构分析（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。
（3）后处理模块可以将计算结果以彩色等值线表明、梯度表明、矢量表明、粒子流迹表明、立体切片表明、透明化及半透明表明（可以看见结构内部）等图形方式表明出，也可以将计算结果以图表、曲线形式表明或输入。
ANSYS Workbench 14 0超级学习手册
7.1热力学分析简介
7.2稳态热学分析实 例1——热传递与对
流分析
7.3稳态热学分析实 例2——热传递与对 流分析
7.4稳态热学分析实 例3——水杯热学分 析
7.5瞬态热学分 析——散热片 瞬态热学分析
7.6本章小结
7.1.1热力学分析目的 7.1.2热力学分析 7.1.3基本传热方式
7.2.1问题描述 7.2.2启动Workbench并建立分析项目 7.2.3导入几何体模型 7.2.4创建分析项目 7.2.5添加材料库 7.2.6添加模型材料属性 7.2.7划分网格 7.2.8施加载荷与约束 7.2.9结果后处理
台概述
2.2 DesignModeler几
何建模
2.3 DesignModeler几 何建模综合实例
2.4本章小结
2.1.1 DesignModeler平台界面 2.1.2菜单栏 2.1.3工具栏 2.1.4常用命令栏 2.1.5 Tree Outline（模型树）
2.2.1 DesignModeler零件建模 2.2.2 DesignModeler装配体建模 2.2.3 DesignModeler导入Creo Parametric软件几何数据 2.2.4 DesignModeler导入SolidWorks软件几何数据 2.2.5 DesignModeler建模工具 2.2.6 DesignModeler概念建模工具
Mechanical 前处理操作
4
4.4施加载荷 和约束
5
4.5模型求解
4.6后处理操作
4.7本章小结
4.1.1关于Mechanical 4.1.2启动Mechanical 4.1.3 Mechanical操作界面 4.1.4鼠标控制
ANSYS高级非线性培训手册第01章
• 所用的培训手册是幻灯片的完整拷贝。 • 附加练习题 中包含了练习题描述和指导。 • 通过指导老师可得到练习题文件的拷贝 (要求时).
引言
包括的主题
2. 单元技术 3. 高级率无关塑性 4. 蠕变 5. 率相关塑性 6. 超弹性 7. 粘弹性 8. Drucker-Prager/混凝土 9. 几何不稳定性: 屈曲 10. 单元死活
引言
材料 GUI
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• 大部分材料和温度有关。材料 GUI 提供一个动 态的电子数据表, 表中和温度有关的常数可以方 便地添加和删除。
– 动态输入数据点(若可用) – 有些材料可以绘制温度相关的数据曲线。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
本课程主要讨论18x 系列的单元，因为这些单元具有非线性的完整特征:
Elasticity
Isotropic, Orthotropic (MP) Interpolation
Plasticity
KINH/MKIN
• • • • • • • • •
• • • • • • • • •
• • •
• •
• • • • • • • • •
• • •
– – – – –
BEAM188/189 可具有多材料横截面. SHELL181 支持复合定义. HILL (各向异性Hill 势) 可用于任何塑性模型，包括蠕变（CREEP）、率相关（ RATE). CHAB (Chaboche 非线性随动强化) 可与任何各向同性强化组合. 虽然上面的空格有些是空白，这通常是因为选项不适用于 该单元. 所有的18x 单元支持 USERMAT 用户定义的材料和 USERCREEP用户定义的隐式蠕变法则 。单元 181-187 支持 USERHYPER 用户定义的超弹模型。用户可编程特性不包括在本课程中. 详情请参考 ANSYS用户可编程特性指南.
ANSYS高级非线性培训手册第06章详解
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• 本节介绍18x系列单元的 不同超弹性模型，基于 应变不变量或直接用主延伸率的每个模型都是 W 的特殊形式。
多项式 Neo-Hookean Mooney-Rivlin Arruda-Boyce Ogden
W W I1 , I 2 , I 3 or W W l1 , l2 , l3
简略地讨论一下应变能势的特殊形式，这些形式决定 采用延伸率还是应变不变量。 – 基于W, 确定第二 Piola-Kirchoff 应力(和 GreenLagrange 应变): dW Sij dEij
• 超弹性本构模型通过应变能密度函数来定义。
D : – 与塑性不同, 超弹性不定义为速率公式 – 相反, 总应力与总应变的关系由应变能势 (W)来定义。
超弹性
... 延伸率的定义
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• 三个应变不变量一般用于定义应变能密度函数。
若材料是完全不可压缩的, 则I3 = 1。 • 由于假设材料为各向同性，应变能势的一些形式 可以表示为这些标量不变量的函数。换句话说, 应变不变量是应变的度量，与用于度量应变时使 用的坐标系无关。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• Neo-Hookean 形式 可看作是多项式形式的子集, 其中N=1, c01=0, c10=/2:
ANSYS_培训教程(全)
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
– –
例如：螺线管制动器、电动机、变压器 磁场分析中考虑的物理量是：磁通量密度、磁场密度、 磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏 等。
January 30, 2001 Inventory #001441 TOC-20
January 30, 2001 Inventory #001441 TOC-6
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
入门
培训材料
• 您手中的培训手册是这一幻灯片的原样拷贝本。
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
–
然而，对该问题还没有一个容易的解决方案。这完全 依赖于你所模拟的对象和模拟所采用的方式。但是， 我们将尽力通过这次培训为你提供指南。
实际系统
有限元模型
January 30, 2001 Inventory #001441 TOC-11
有限元分析与ANSYS
... 什么是有限元分析?
为什么需要有限元分析？ • • • 减少模型试验的数量
January 30, 2001 Inventory #001441 TOC-14
有限元分析与ANSYS
…关于ANSYS
ANSYS/ Professional
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS/ Mechanical
ANSYS/ Multiphysics
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
Ansys Icepak高级培训教材
– Stresses due to TCE (=Total Composite Error 总综合误差） – – – –
mismatch 不匹配 Corrosion 腐蚀 Electro-migration 电子移动 Oxide breakdown 氧化物崩溃 Current leakage (which doubles with every 10 c in active devices) 电流泄漏 Degradation in electrical performance (due to change in device parameters) 电性能下降
Source: C.A. Harper, Handbook of Thick Film Hybrid Microelectronics
The Case for Thermal Management
Major Causes of Electronic Failure 电子失效的主要原因
Temperature Vibration Humidity Dust
电子线路板产生的热与它的效率成反比
•
•
The power that is not converted to perform useful electromagnetic work is lost in the form of heat to the surroundings 没有转换成电磁功率的热耗散到了周围的环境 The power wasted as heat includes: 热耗包括
2500 2000 1500 1000 500 0 10 20 30 40 50 Temperature Rise, C
The Case for Thermal Management
ANSYS-Workbench-14.0超级学习手册(第1章)
第1章ANSYS Workbench 14.0概述本章从总体上对ANSYS Workbench 14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。
同时，本章还以SolidWorks软件为例，介绍Workbench 14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。
学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。
1.1 ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。
全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。
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、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。
软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
（1）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。
（2）分析计算模块包括结构分析（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。
（3）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。
ANSYS中文翻译官方高级手册_adv4
第四章子结构什么是子结构？子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。
这个单一的矩阵单元称为超单元。
在ANSYS分析中，超单元可以象其他单元类型一样使用。
唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。
子结构可以在ANSYS/Mutiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。
使用子结构主要是为了节省机时，并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。
原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。
在非线性分析中，可以将模型线性部分作成子结构，这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。
在有重复几何结构的模型中（如有四条腿的桌子），可以对于重复的部分生成超单元，然后将它拷贝到不同的位置，这样做可以节省大量的机时。
子结构还用于模型有大转动的情况下。
对于这些模型，ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。
在三维情况下，子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。
在大转动模型中，用户在使用部分之前无须对子结构施加约束，因为每个子结构都是作为一个单元进行处理，是允许刚体位移的。
另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算机系统太庞大了。
这样，用户可以通过子结构将问题分块进行分析，每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。
如何使用子结构子结构分析有以下三个步骤：●生成部分●使用部分●扩展部分生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。
凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。
主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界，提取模型的动力学特性。
图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。
由于接触单元需要迭代计算，将板状构件形成子结构将显著地节省机时。
本例中，主自由度是板与接触单元相连的自由度。
图4-1 子结构使用示例使用部分就是将超单元与模型整体相连进行分析的部分。
整个模型可以是一个超单元，也可以象上例一样是超单元与非超单元相连的。
ANSYS高级非线性培训手册第02章解析
单元技术
... 体积锁定
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• 材料行为是几乎或完全不可压缩时(泊松比接近 或等于 0.5)，在完全积分单元中发生体积锁定。
– 超弹材料或塑性流动可发生不可压缩(以后讨论)。 – 单元中产生的伪压应力导致单元对不会引起任何体积 变化的变形“过度刚化”。 – 体积锁定也会引起收敛问题。
• 这个模型呈现剪切锁定了吗?
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
单元 182 (B-Bar), 几乎不可压缩的MooneyRivlin 超弹材料的平面应变
答案: 很意外, 没有。 该模型具有超弹材料属性, 以 B-Bar 和增强应变运行, 结果f非常相似.
... 练习
请参考附加练习题:
• 练习 1: 剪切锁定
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
Training Manual
连续单元
第二章 C-G节
单元技术
连续单元公式
Training Manual
• 后面将讨论一般的指南和建议。而下面的各部分 将详细介绍用以克服剪切和体积锁定的单元技术。
• 对18x 单元，材料和单元技术已经分开。这就提供了一个更 小的单元库，可作为一个“工具箱”，用于处理不同情况和 各种本构模型。
– SHELL181 和 BEAM188/189 还具有高级的前后处理 工具，这些工具是梁和壳单元特有的。
单元技术
... 本章概述
• 这章的要点是:
ANSYS高级非线性培训手册第05章
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
• 关于RATE模型应注意的几点:
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
– 当 g or 0 时, 求解收敛到率无关解，当 m 0 时, pl Peirce收敛为1x 静态解, 而 Perzyna 收敛为2x 静态解。 – 当m=1/n 很小(< 0.2)时, Peirce 在数值上更稳定。注意右侧图中, m是一个小值，Perzyna 模型显示更陡峭的初始曲线，另一方面, Peirce数值上更稳定。
记住首先定义线弹性材 料(EX 和 PRXY)。 否则, 当定义粘塑性时, 材料GUI将提示该信息。
粘塑性
... 定义 RATE 材料特性
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
• 本例中选择了双线性等向强化的各向异性粘塑性。
– 在弹出菜单中选择RATE模型(Perzyna 或 Peirce) – 输入RATE常数(指数m和粘度g
基于粘塑性流动规律, 等效非弹性应变可以写为:
式中f 为屈服函数, g为粘塑性参数。
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
Perzyna 和 Peirce 模型的推导:
Perzyna 模型
Peirce 模型 n 1 o in g
Peirce 模型
0
1
2
3
4
5
正则化应变率
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 11.0
ANSYS Workbench 14.0超级学习手册(第2章)
第2章ANSYS Workbench几何建模在有限元分析之前，最重要的工作就是几何建模，几何建模的好坏直接影响到计算结果的正确性。
一般在整个有限元分析的过程中，几何建模的工作占据了非常多的时间，同时也是非常重要的过程。
本章将着重讲述利用ANSYS Workbench自带的几何建模工具—DesignModeler进行几何建模，同时也简单介绍Creo及SolidWorks软件的几何数据导入方法及操作步骤。
学习目标：（1）熟练掌握DesignModeler平台零件几何建模的方法与步骤；（2）熟练掌握DesignModeler平台外部几何的导入方法；（3）熟练掌握DesignModeler平台装配体及复杂几何的建模方法。
2.1 DesignModeler平台概述DesignModeler是ANSYS Workbench 14.0的几何建模平台，DesignModeler与大多数CAD软件有相似之处，但是也有一些其他CAD软件所不具有的功能。
DesignModeler主要是为有限元分析服务的几何建模平台，所以有许多功能是其他CAD软件所不具备的，如梁单元建模（Beam）、包围（Enclose）、填充（Fill）、点焊（Spot Welds）等。
2.1.1 DesignModeler平台界面图2-1所示为刚启动的DesignModeler平台界面，如同其他CAD软件一样，DesignModeler平台有以下几个关键部分：即菜单栏、工具栏、命令栏、图形交互窗口、模型树及草绘面板、详细视图及单位设置等。
在几何建模之前先对常用的命令及菜单进行详细介绍。
2.1.2 菜单栏菜单栏中包括File（文件）、Create（创建）、Concept（概念）、Tools（工具）、View（视图）及Help（帮助）共6个基本菜单。
1．File（文件）菜单File（文件）菜单中的命令如图2-2所示，下面对File（文件）菜单中的常用命令进行简单介绍。
ANSYS高级培训手册
单元类型
主要单元类型举例
• 壳单元: – Shell (壳)单元用于薄面板 或曲面模型。 壳单元分析应用的基本原 则是每块面板的主尺寸不 低于其厚度的10倍。
单元类型
主要单元类型举例
• 三维实体单元: – 用于那些由于几何、材 料、载荷或分析结果要 求考虑的细节等原因造 成无法采用更简单单元 进行建模的结构。
Almost always allow coarser mesh, lower #dof than linear
Should allowcoarser mesh, lower #dof than linear
Allowmuch coarser mesh for same accuracy- solution time may be < or > quadratic
单元类型
主要单元类型举例
– 轴对称 假定三维实体模型是由XY面内的 Hoop 横截面绕Y轴旋转360o 形成的（管，锥 体，圆板, 圆顶盖，圆盘等）。 ▪ 对称轴必须和整体 Y 轴重合。 ▪ 不允许有负 X 坐标。 ▪ Y 方向是轴向，X方向是径向， Z方向 是周向。 ▪ 周向位移是零；周向应变和应力十分 明显。 ▪ 只能承受轴向载荷（所有载荷）。
temperatures- mild gradients
Finer mesh, higher #dof required for same accuracy compared to quadratic or p
Not usually a problem unless mesh is very coarse
ANSYS高级应用培训
第 2 章-有限元分析与ANSYS
什么是有限元分析?
有限元分析是一种模拟在确定的荷载条件下的设计响应的方法。 用称之为“单元”的离散体模拟设计。
每一个单元都有确定的方程描述在一定荷载 下的响应。
模型中所有单元响应的“和”，给出了设计 的总体响应。
单元中未知量的个数是有限的，因此称为 “有限单元”。
第 2 章-有限元分析与ANSYS
…关于 ANSYS
ANSYS Professional
ANSYS Mechanical
ANSYS Multiphysics
ANSYS Emag
ANSYS Structural ANSYS DesignSpace ANSYS ED ANSYS FLOTRAN ANSYS LS-DYNA
模态分析，计算结构的固有频率和振 型。 谐响应分析，确定结构对辐值已知、 频率按正弦曲线变化的荷载的响应。
瞬态动力分析，确定结构对随时间任 意变化的载荷的响应，而且可以包含 非线性特性。
其它结构分析功能
谱分析。
随机振动。 特征值屈曲。 子结构，子模型。
历史
• 结构分析有限元法是1950年至1960 年期间，由学术界和工业界的研究 人员建立起来的。 • 有限元的基本理论已有100年之久， 而且用来计算过悬索桥和蒸汽锅炉 。
第 2 章-有限元分析与ANSYS
什么是有限元分析?
这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似模拟具有无限未知量 的实际系统的响应。
所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？
然而，对该问题还没有一个容易的解决 方案。这完全依赖于你所模拟的对象和 模拟方式。我们将尽力通过这次培训为 你提供指导。
物理系统
有限元模型
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
I Z
Y
X
ANSYS TRAINING
单元类型
其它可供选择的单元类型
•
线性单元 / 二次单元 / p单元: 一旦你决定采用平面、三维 壳或者三维实体单元，还需要进 一步决定采用线性单元、二次单 元或P单元。 线性单元和高阶单 元之间明显的差别是线性单元只 存在 “角节点”，而高阶单元还 存在 “中节点”。下面还提到一 些差别。
Brick mesh
ANSYS TRAINING
单元类型
主要单元类型举例
•
专用单元: – 专用单元 包括接触单元 用于构件间存在接触面的 结构建模，如涡轮盘和叶 片，螺栓头部和法兰，电 触头，以及O-圈等等。 – 做好接触分析要求有这方 面的知识和经验。
FSLIDE M or M/2
K1 GAP M or M/2 K2 J C
– 线性单元内的位移按线性变化， 因此(大多数时)单个单元上的应力 状态是不变的。 – 二次单元内的位移是二阶变化的 ，因此单个单元上的应力状态是 线性变化的。 – p单元内的位移是从2阶到 8阶变 化的，而且具有求解收敛自动控 制功能，自动分析各位置上应当 采用的阶数。
ANSYS TRAINING
ANSYS TRAINING
单元库及常用单元
ANSYS TRAINING
ANSYS单元类型
• • • • • • • • • • 实体单元 梁/管单元 壳/膜单元 杆/索单元 弹簧元 接触单元 表面效应单元 质量单元 mesh200 „„
ANSYS TRAINING
单元类型
常用单元的形状
点 (质量)
欢迎各位来参加 ANSYS进阶培训
主讲人：黄志新 肖金花
ANSYS公司北京办事处
ANSYS TRAINING
培训安排
• 第一天 单元库及常用单元、材料库、高级有限元模型技术 • 第二天 建模、加载、后处理的高级技术 • 第三天 APDL参数化分析技术、优化设计
• 第四天 非线性分析
• 第五天 ANSYS Workbench 的高级使用
ANSYS TRAINING
单元类型
主要单元类型举例
– 平面应力 假定在Z方向上的应力为零， 主要有以下特点： 当Z方向上的几何尺寸远远小于X和 Y方向上的尺寸才有效。 所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z方向上存在应变。 运动只在XY平面内发生。 允许具有任意厚度 (Z方向上) 。
元, 或 p单元相比)。
ANSYS TRAINING
单元类型
其它可供选择的单元类型
• 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在许多情况下，同线 性单元相比，采用更高阶类型的单元进行少量的计算就 可以得到更好的计算结果。下面是根据不同分析目的进 行单元选择的情况。
Objective Linear elements Quadratic elements p-elements (linear s tructural analys is only)
高度扭曲的二次情形 (非平行对边)
ANSYS TRAINING
单元类型
其它可供选择的单元类型
• 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): – 大多数二次单元允许忽略部分 或所有边的中节点 - 但是，在 没有中节点的边上，你只能得 到线性结果。如果所有中节点
均不存在，该单元就变成了线 性单元，计算精度也随之降低 (
ANSYS TRAINING
单元类型
主要单元类型举例
• 三维实体单元:
L Y R Q O Z I M J N K
– 用于那些由于几何、材 料、载荷或分析结果要 求考虑的细节等原因造 成无法采用更简单单元 进行建模的结构。
P
X
Tetrahedron mesh
– 四面体模型在用CAD建 模往往比使用专业的 FEA分析建模更容易， 也偶尔得到使用。
ANSYS TRAINING
单元类型
主要单元类型举例
• X-Y
平面单元: 在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型的 ANSYS单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平 面应变 、轴对称、或者谐结构特性。
L K O P Y (or Axial) N I M J X (or Radial) I P M J Triangular Option N K,L,O
具体单元名称
单元图示 ANSYS 单元名称 (类别, 编号)
单元特性
ANSYS TRAINING
单元类型
• 在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。 • 选择维数最低的单元去获得预期的结果 (尽量做到能选择 点而不选择线，能选择线而不选择平面，能选择平面而不 选择壳，能选择壳而不选择三维实体)。 • 对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程 度的模型。可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不 同分析选项作实验性探讨。
Quality of results
Mesh generation method(s)
Excellent for high order quads, good for near parallelogram linear quads, poor for non-parallelogram linear quads Unstructured (“free”) mesh of quads is possible for any area, but may contain a few triangles Structured mesh of quads is possible in 3 or 4-sided areas only
平面应力 分析是用来分析诸如承
受面内载荷的平板、承受压力或远 离中心载荷的薄圆盘等结构。
ANSYS TRAINING
单元类型
主要单元类型举例
– 平面应变 假定在Z方向的应变为零， 主要具有以下特点： 当Z方向上的几何尺寸远远大于X 和Y方向上的尺寸才有效。 所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z方向上存在应力。 运动只在XY平面内发生。
单元类型
其它可供选择的单元类型
我们有必要讲述一下ANSYS中各线性概念之间的区别。 • 线性分析 是指不包含任何非线性影响(如：大变形，塑性，或者 接触)。 • 线性方程 求解器 是指 方程组解就是结构的自由度解。即使是 非线性分析，这些方程还是线性的 (但必须进行多次求解)。
• 线性单元 假定单元内的自由度按线性变化 (跟二次单元, 三次单
K,L,O
N J
M Triangular Option
Y (Axial)
X (Radial)
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单元类型
主要单元类型举例
– 谐单元 - 举例： 假定一承受剪 力，弯矩，和/或者扭矩的轴。
M T V
轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上。这时，除了扭矩 外，事实上是一般的轴对称问题。
由于转化成线性单元的二次单 元和块单元具有“不相容的位 移模式”，并引起单元弯曲)。
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单元类型
其它可供选择的单元类型
•线性单元 / 二次单元 / p单元(续): – 更高阶的单元模拟曲面的精度就越高。
低阶单元
更高阶单元
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单元类型
其它可供选择的单元类型
.
面 (薄壳, 二维实体,轴对称实体)
. . . .
线性
.. . .. ...
二次
. .. . . . ..
线性
线(弹簧，梁，杆)
体(三维实体)
. . . ..... . .. . . . .. .
二次
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单元类型
在单元手册中，ANSYS单元库有200多种单元类型， 其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。
Highly accurate stresses, or temperatures with high gradients Deflections, nominal stresses, or temperatures- mild gradients
Finer mesh, higher #dof required for same accuracy compared to quadratic or p Not usually a problem unless mesh is very coarse
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单元类型
其它可供选择的单元类型
• 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): – 不能将接触单元同具有中节点的单元连起来 ( 仅对于节 点-节点和节点-面接触单元而言-- 对于面-面接触单元则 是允许的)。类似地，在热分析问题中， 不能将辐射link 单元或者非线性对流表面添加到具有中节点的单元上。
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单元类型
主要单元类型举例
•
线单元: – Beam(梁)单元是用于螺栓(杆)，薄壁管件，C 形截面构件，角钢或者狭长薄膜构件(只有膜应 力和弯应力的情况)等模型。 – Spar (杆)单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆 和薄膜桁架等模型。 – Spring 单元是用于弹簧，螺杆，或细长构件， 或通过刚度等效替代复杂结构等模型。
Should allow coarser mesh, lower #dof than linear
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单元类型
其它可供选择的单元类型
•线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在 进行单元选择时应考虑的其它因素。 – 线性单元的扭曲变形可能引起精度 损失。更高阶单元对这种扭曲变形 不敏感。 – 就求解的精度的差别讲，线性单元 和二次单元网格之间的差别远没有 平面单元和三维实体单元网格之间 的差别那么惊人之大。所以经常使 用线性壳单元。