ANSYS基础与实例教程 张洪信 第1章
ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述word精品文档38页
第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。
有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。
根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析利用ANSYS可以完成下列磁场分析：·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维静态磁场分析”·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维谐波磁场分析”·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。
参见本书“二维瞬态磁场分析”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。
参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。
ansys课件第一章
弹性力学偏微分方程数值求解方法： （1）差分法 （2）有限元法。有限元法适用于任意形状、剖分网 格可随解的分布而变化，得到的求解方程正定对称， 比差分法更优越。 1.2 应力 应力：描述物体内部间互相作用大小的物理量，通 常用物体内微小长方体受力状态描述。 dydz xx , yy , zz 表示微小长方体拉压变形正应力，
注意： 1 2 3， 1， 2， 3带符号 主应力为应力张量的特征值，即为方程 xx xy xz det I yx yy yz 0的根， zx zy zz I 为单位矩阵 (2)第一强度理论 最大主应力小于许应力强度： 1 [ ]
((
i
ij
)V j f jV j )h dxdydz 0, 下标h表示某一小块区域。
((
i
ij
)V j ) h dxdydz i ( ijV j ) h dxdydz ( ij iV j ) h dxdydz
( V )
i ij
j h
dxdydz ( ijV j ) h dSi
dS x dydz , dS y dxdz , dS z dxdy , 记(dS x , dS y , dS z ) dS , 表示面积向量
高数的面积 分转体积分 定理
将所有小区域(h)的积分相加，因面上的积分
2 12 2 32 2 ( 1 2 2 3 3 1 ) [ ]
1.7 弹性力学的变形偏微分方程：
xi yi zi fi 0(i x, y, z ) x y z 将应变与应力的关系代入，可得： divU u x ( ) fx 0 x divU u y ( ) fy 0 y divU u z ( ) fz 0 z 2 2 2 u x u y u z 其中 2 2 2 ，divU x y z x y z
ansys教程(绝对有用)
第一章ANSYS的安装和配置ANSYS程序包括两张光盘：一张是ANSYS经典产品安装盘，另一张是ANSYSWorkbench产品安装盘。
本章以ANSYS10．0为例介绍ANSYS 的安装、配置、启动及ANSYS的相关知识。
第一节ANSYS的安装一、安装ANSYS对系统的要求安装ANSYS对计算机系统的要求如下。
1．硬件要求①内存至少256M；②采用显存不少于32M的显卡，分辨率至少为1024x768，色彩为真彩色32位：③硬盘剩余空间至少2G；④安装网卡，设置好TCP／IP协议，并且TCP／IP协议绑定到此网卡上。
注意在TCP／1P协议中要设定计算机的hostname。
2．软件系统要求操作系统为Windows2000或WindowsXP以上。
二、安装ANSYS前的准备工作1．拷贝文件先将安装光盘中MAGNITUDE文件夹拷入计算机中，如D：LMAGNITUDE，用Windows的记事本打开D：~IAGNITUDE文件夹中的ansys．dat文件，该文件的第一行内容为"SERVERhostOOOOO(30000001055”，把host改为你的计算机名，如1wm是我的主机名，则host改为Ivan。
执行命令所有程序>附件，命令提示符进入DOS状态，键入1PCONFIG／ALL回车，所显示的physicaladdress即为网卡号，本例中计算机网卡的physicaladdress为000c6e10c8531055，则ansys．dat文件的第一行内容修改为“SERVERlwm000c6e10c8531055”，以原文件名存盘退出。
2．生成许可文件运行D：\MAGNITUDE文件夹中的keygen．bat文件，生成license．dat，该文件就是ANSYS的许可文件，将它存放在指定目录下永久保存，本例中存放在D：LMAGNITUDE文件夹中。
三、安装ANSYS①将ANSYS的安装光盘放入光驱中，出现如图1-1的画面，选择Install ANSYS 10．0开始安装AHSYS10．0。
ansys讲义01
M1-27
鼠标键功能总结
M ode L e ft M o u s e B u tto n P an M id d le M o u s e B u tto n Z oom o r R o ta t e a b o u t z -a x i s A p p ly R ig h t M o u s e B u tto n R o ta t e a b o u t x , y ax es P i c k / U n p ic k M o d e l V i e w in g
M1-30
退出 ANSYS
1-7. 退出ANSYS软件.
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
要退出ANSYS: 1. 选择工具条中的 QUIT,或选择应用菜 单 File > Exit. 2. 选择退出对话框中的 存盘选项.
3. 选择对话框中的 OK.
M1-31
P Z R
鼠标上移的结果
M1-17
Pan, Zoom, and Rotate 菜单 (续)
使用动态模式控制 - 用鼠标中键进行模型旋转 按住鼠标中键不放，左右 移动鼠标，则模型绕着屏 幕的Z向旋转 原始位置
P z R
将鼠标向左移动的结果
Refers to “z”-axis rotation
M1-18
• 设计成交互式的，可与ANSYS使用同一个屏幕. • 需要HTML 3.2浏览器 (建议使用Netscape Communicator 4.0). • 每个教学文件中都包含从ANSYS图形窗口中拷贝出来的一些步骤中的 彩色图形. • 包含大多数分析结果的真彩色动画. • 使用超文本连接，需要时可弹出项目词汇解释，在屏幕底部显示. • 可使用浏览器的查找及打印功能. • 在后面的培训课程中，您可以运行这些在线教学文件，作为课堂练习 的一部分。此部分内容可以在此课程中作为ANSYS的在线帮助来介绍
ANSYS教程
ANSYS教程第 1 章前言1.1 ANSYS简介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，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。
一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。
想要解答，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。
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。
1.2 ANSYS软件主要功能ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。
该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。
1.3 本教材内容•讲述如何利用ANSYS进行静力或稳态分析。
•面向的读者：针对不熟悉ANSYS实际应用的新用户或不常使用ANSYS 的用户。
讲授基本内容:•ANSYS功能，ANSYS基本术语和ANSYS图形用户界面。
第一讲：ansys基础
面/体结构离散
2.1 有限元法常用术语
单 元：分割连续体的小区域，有线、面或实体等种类。 节 点：连接单元的空间点，具有一定自由度。 自由度：用于描述一个物理场（位移）的响应特性的参量。 荷 载：所有荷载等效到节点即等价节点力（温度、位移 广义荷载）
载荷 节点 UY ROTY 单元 UX ROTX UZ
ROTZ
结构 DOFs
原型结构
载荷 约束
有限元模型
2.2 常用术语——节点、单元、自由度
根据结构的实际情况确定单元的类型，数目，形状， 大小以及排列方式。 杆系结构单元 平面单元
体单元
2.3 有限元分析基本过程
有限元法分析问题的基本步骤：
1、结构的离散化
离散化就是将要分析的结构分割成有限个单元体，并在 单元的指定位置设置节点，使相邻单元的有关参数具有一定
K F
[K]整体刚度矩阵， {F }整体载荷 ，{δ}整体节点位移向量
2.3 有限元分析基本过程
6、单元应变和应力的计算 根据已知结点的位移利用弹性力学方程和位移插值函数算 出单元的应变和应力。
2.3 有限元分析基本过程
分 析 对 象
有限元模型
变形云图
应力云图
武汉光谷体育馆
1、主菜单-优选项
■ h-Method 方法：以加密网格划分的方法提高计算精度 ■ p-Method 方法：以增加单元内插值函数阶数的方法提高计算精度
注：P-Method 方法是高阶计算方法，通常比 h-Method 方法具有更高的精度和 收敛性，但耗时比后者大增。且不是所有学科都适用p-Method方法，只有在结构 静力分析、热稳态分析、电磁场分析中可用。其他场合下都采用h-Method方法。
ANSYS新手入门手册(完整版)超值上
ANSYS 基本分析过程指南目录第 1 章开始使用 ANSYS1.1 完成典型的 ANSYS 分析1.2 建立模型第2章加载2.1 载荷概述2.2 什么是载荷2.3 载荷步、子步和平衡迭代2.4 跟踪中时间的作用2.5 阶跃载荷与坡道载荷2.6 如何加载2.7 如何指定载荷步选项2.8 创建多载荷步文件2.9 定义接头固定处预拉伸第 3 章求解3.1 什么是求解3.2 选择求解器3.3 使用波前求解器3.4 使用稀疏阵直接解法求解器3.5 使用雅可比共轭梯度法求解器（JCG）3.6 使用不完全乔列斯基共轭梯度法求解器（ICCG）3.7 使用预条件共轭梯度法求解器（PCG）3.8 使用代数多栅求解器（AMG）3.9 使用分布式求解器(DDS)3.10 自动迭代（快速）求解器选项3.11 在某些类型结构分析使用特殊求解控制3.12 使用 PGR 文件存储后处理数据3.13 获得解答3.14 求解多载荷步3.15 中断正在运行的作业3.16 重新启动一个分析3.17 实施部分求解步3.18 估计运行时间和文件大小11 12323 23 24 25 26 27 68 77 788584 84 85 86 86 86 86 87 88 88 89 92 96 97 100 100 111 1133.19 奇异解第 4 章后处理概述4.1 什么是后处理4.2 结果文件4.3 后处理可用的数据类型第5章5.1 概述5.2 将数据结果读入数据库5.3 在 POST1 中观察结果5.4 在 POST1 中使用 PGR 文件5.5 POST1 的其他后处理内容第 6 章时间历程后处理器（POST26）6.1 时间历程变量观察器6.2 进入时间历程处理器6.3 6.4 6.5 6.6 6.7定义变量处理变量并进行计算数据的输入数据的输出变量的评价通用后处理器(POST1)1141161161171171181181181271521601741741761771791811831841871901901901941956.8 POST26 后处理器的其它功能第7 章选择和组件7.1 什么是选择7.2 选择实体7.3 为有意义的后处理选择7.4 将几何项目组集成部件与组件第8 章图形使用入门8.1 概述8.2 交互式图形与“外部”图形8.3 标识图形设备名(UNIX 系统)8.4 指定图形显示设备的类型(WINDOWS 系统)198198 198 198 2018.5 与系统相关的图形信息8.6 产生图形显示8.7 多重绘图技术第9 章通用图形规范9.1 概述9.2 用 GUI 控制显示9.3 多个 ANSYS 窗口，叠加显示9.4 改变观察角、缩放及平移9.5 控制各种文本和符号9.6 图形规范杂项9.7 3D 输入设备支持第10 章增强型图形10.1 图形显示的两种方法10.2 POWERGRAPHICS 的特性10.3 何时用 POWERGRAPHICS10.4 激活和关闭 POWERGRAPHICS10.5 怎样使用 POWERGRAPHICS10.6 希望从 POWERGRAPHICS 绘图中做什么第11 章创建几何显示11.1 用 GUI 显示几何体11.2 创建实体模型实体的显示11.3 改变几何显示的说明第12 章创建几何模型结果显示12.1 利用 GUI 来显示几何模型结果12.2 创建结果的几何显示12.3 改变 POST1 结果显示规范12.4 Q-SLICE 技术12.5 等值面技术12.6 控制粒子流或带电粒子的轨迹显示202 205 207210210 210 210 211 214 217 218219219 219219 220 220 220223223 223 224233233 233 235 238 238 239第 13 章生成图形24013.1 使用 GUI 生成及控制图13.2 图形显示动作13.3 改变图形显示指定第 14 章注释注释概述二维注释为ANSYS 模型生成注释三维注释三维查询注释240 240 24124514.1 14.2 14.3 14.4 14.5245 245 246 246 247第15 章动15.1 动画概述画24824824824824924925025115.2 在ANSYS 中生成动画显示15.3 使用基本的动画命令15.4 使用单步动画宏15.5 离线捕捉动画显示图形序列15.6 独立的动画程序15.7 WINDOWS 环境中的动画第 16 章外部图形25316.1 外部图形概述16.2 生成中性图形文件16.3 DISPLAY 程序观察及转换中性图形文件16.4 获得硬拷贝图形第 17 章报告生成器17.1 启动报告生成器17.2 抓取图象17.3 捕捉动画17.4 获得数据表格17.5 获取列表17.6 生成报告253 254 255 258259259 260 260 261 264 26417.7 报告生成器的默认设置第 18 章 CMAP 程序18.1 CMAP 概述18.2 作为独立程序启动 CMAP 18.3 在 ANSYS 内部使用 CMAP 18.4 用户化彩色图第19 章文件和文件管理267 269269 269 271 27127419.1 文件管理概述19.2 更改缺省文件名19.3 将输出送到屏幕、文件或屏幕及文件19.4 文本文件及二进制文件19.5 将自己的文件读入 ANSYS 程序19.6 在 ANSYS 程序中写自己的 ANSYS 文件19.7 分配不同的文件名19.8 观察二进制文件内容（AXU2）19.9 在结果文件上的操作（AUX3）19.10 其它文件管理命令第20 章内存管理与配置20.1 内存管理20.2 基本概念20.3 怎样及何时进行内存管理20.4 配置文件274 274 275 275 278 279 280 280 280 280282282 282 283 286第1章开始使用ANSYS1.1 完成典型的ANSYS 分析ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。
第1篇-《ANSYS应用—基础篇》
有限元软件ANSYS提高讲义目录第一篇结构有限元分析基础 (1)第1章有限元理论 (1)1.1 有限单元法介绍 (1)1.2 杆件有限元理论计算与ANSYS软件计算 (1)1.2.1 有限元理论求解计算步骤 (1)1.2.2 ANSYS软件分析计算步骤 (3)第2章各种单元类型分析计算实例 (5)2.1 杆单元分析计算 (5)2.1.1 概述 (5)2.1.2 桁架结构的应力变形分析 (5)2.2 梁单元分析计算 (9)2.2.1 概述 (9)2.2.2 组合门字架梁受力变形分析 (11)2.3 平面板单元分析计算 (23)2.3.1 概述 (23)2.3.2 厚壁圆筒的平面应变有限元分析 (23)2.4 轴对称单元分析计算 (28)2.4.1 概述 (28)2.4.2 厚壁圆筒的轴对称有限元分析 (29)2.5 空间实体单元分析计算 (36)2.5.1 概述 (36)2.5.2 连杆受力分析 (37)2.6 壳单元分析计算 (44)2.6.1 概述 (44)2.6.2 受内压圆柱壳有限元分析 (45)第3章网格划分技巧及实例讲解 (51)3.1 面的自由与映射网格划分 (51)3.1.1 面的自由网格划分 (51)3.1.2 面的映射网格划分 (51)3.2 体的自由与映射网格划分 (52)3.3 体的扫略、拖拉网格划分 (52)3.3.1 体的扫略网格划分 (53)5.9.2 体的拖拉网格划分 (55)第一篇 结构有限元分析基础第1章 有限元理论1.1 有限单元法介绍有限元法(FEA ，Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
Ansys基教程PPT
一、主要功能简介
1. 结构分析 1） 静力分析 – 求解静力载荷作用下结构的位移和应 力等. 可以考虑结构的线性及非线性行为。 ● 线性结构静力分析 （linear） ● 非线性结构静力分析 （nonlinear） ♦ 几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋 转软化
ANSYS的分析方法(续)
Objective
2-2. ANSYS分析步骤在GUI中的体现.
分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.
1. 建立有限元模型 2. 施加载荷求解 3. 查看结果
主菜单
ANSYS的分析方法(续)
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).
直接建模
直接创建节点和单元，模型中没有实体（点、线、面） 出现。
优点：适用于小型、简单、规律性较强的模型，能实现 对每个节点和单元编号的完全控制。
缺点：对复杂、大型的模型，需人工处理的数据量大， 效率低。
二 实体建模概述
主要内容:
– A. 定义 – B. 自顶向下建模
• 前言 • 工作平面 • 布尔运算
如果定义体，ANSYS 将自动生成未定义的面、线，线的曲率由当前 激活坐标系确定。
Create > -Areas- Arbitrary
Operate > Extrude
体
用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义
Create > -Volumes- Arbitrary
Operate > Extrude
菜单的排列，是基于完成有 限元分析任务的操作顺序进 行排列的。
Ansys基础教程PPT
ANSYS 结构分析
第一章 ANSYS主要功能与模块
ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件， 它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大 的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的 工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的 工作环境，是一个开放的软件，支持进行二次开发。 目前主流版本12.0,13.0,14.0,14.5
6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析 7. 压电分析 ●稳态、瞬态分析 ●模态分析 ●谐响应分析 8. 多场耦合分析 ●热－结构 ● 磁－热 ●磁－结构 ●流体－热 ●流体－结构 ●热－电 ●电－磁－热－流体－结构
9. 优化设计及设计灵敏度分析 ●单一物理场优化 ●耦合场优化 10.二次开发功能 ●参数设计语言 ●用户可编程特性 ●用户自定义界面语言 ●外部命令
菜单的排列，是基于完成有 限元分析任务的操作顺序进 行排列的。
生成节点
直接建模
由节点生成单元 生成关键点 由关键点生成线
都涉及到 坐标系的 选择问题
建 模 间接建模
至底而上
由线生成面
由面生成体
划分线、面或者体，生成单元 直接生成线、面或体 自上而下 划分线、面或体，生成单元
Ansys使用的模型有两类：有限元模型和实体模型
Create > -Areas- Arbitrary
Operate > Extrude
体
用自底向上的方法生成体时，需要的关键点或线或面必须已经定义
Create > -Volumes- Arbitrary
Operate > Extrude
ANSYS中坐标系的分类：
整体坐标系和局部坐标系
Ansys基础教程PPT
数、材料属性）
A1
•
2）创建或读入几何实体模型
•
3）有限元网格划分
YZX
•
4）施加约束条件、载荷条件
• 2. 施加载荷进行求解
•
1）定义分析选项和求解控制
•
2）定义载荷及载荷步选项
•
2）求解 solve
ANSYS的分析方法(续)
2-2. ANSYS分析步骤在GUI中的体现.
Objective
分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.
称为布尔运算。
实体建模 - 自顶向下建模
•二维图元包括矩形、圆、三角形和其它多边形。
•三维图元包括块体, 圆柱体, 棱体， 球 体, 圆锥体和圆环。
• 当建立二维图元时，ANSYS 将定义一个面，并包括其下层的线和关 键点。
• 当建立三维图元时，ANSYS 将定义一个体，并包括其下层的面、线 和关键点。
D. 自底向上建模
• 由下向上建模时首先建立关键点，从关键点开始建立其它实体。 • 如建立一个L-形时, 可以先下面所示的角点. 然后通过连接点简单地
形成面，或者先形成线，然后用线定义面.
关键点
•定义关键点:
– Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints – 或者用 K 命令组立的命令: K, KFILL, KNODE, 等.
即:生成一种体素时会自动生成所有的从属于该体素的较低级图元。
布尔运算
• 布尔运算 是对几何实体进行组合计算的过程。ANSYS 中布尔运算包 括加、减、相交、叠分、粘接、搭接.
• 布尔运算时输入的可以是任意几何实体从简单的图元到通过CAD输入 的复杂的几何体。
ansys适合初学者教程-第一章 基本介绍
第1章 ANSYS基本介绍有限元法是20世纪50年代在连续体力学领域——飞机结构的静力和动力特性分析中应用的一种有效的数值分析方法。
同时，有限元法的通用计算程序作为有限元研究的一个重要组成部分，也随着电子计算机的飞速发展而迅速发展起来。
在20世纪70年代初期，大型通用的有限元分析软件出现了，这些大型、通用的有限元软件功能强大，计算可靠，工作效率高，因而逐步成为结构分析中的强有力的工具。
近20多年来，各国相继开发了很多通用程序系统，应用领域也从结构分析领域扩展到各种物理场的分析，从线性分析扩展到非线性分析，从单一场的分析扩展到若干个场耦合的分析。
在目前应用广泛的通用有限元分析程序中，美国ANSYS公司研制开发的大型通用有限元程序ANSYS是一个适用于微机平台的大型有限元分析系统，功能强大，适用领域非常广泛。
ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件。
开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空、航天、电子、汽车、土木工程等各种领域，能够满足各行业有限元分析的需要。
初期版本的ANSYS软件功能单一，使用不便，但随着几十年的发展到现在，ANSYS 的最新版本已经达到6.1（估计截稿时，最新版本有可能达到7.0），功能更加强大和完善，操作和使用也更加的方便。
图形用户界面（GUI）给用户学习和使用ANSYS提供了更加直观的途径。
而命令流方式给高级用户提供了更为灵活和高效的分析手段。
同时，ANSYS提供的强大和完整的联机说明和系统详尽的联机帮助系统，使用户能够不断深入学习并完成一些深入的课题。
ANSYS软件主要包括三个模块：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、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使用手册
附录ANSYS使用手册第1章开始使用ANSYS1.1完成典型的ANSYS分析ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。
在ANSYS分析指南手册中有关于它开展不同工程应用领域分析的具体过程。
本章下面几节中描述了对绝大多数分析皆适用的一般步骤。
一个典型的ANSYS分析过程可分为三个步骤：●建立模型●加载并求解●查看分析结果1.2建立模型与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费ANSYS用户更多时间。
首先必须指定作业名和分析标题，然后使用PREP7前处理器定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。
1.2.1 指定作业名和分析标题该项工作不是强制要求的，但ANSYS推荐使用作业名和分析标题。
1.2.1.1定义作业名作业名是用来识别ANSYS作业。
当为某项分析定义了作业名，作业名就成为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。
（这些文件的扩展名是文件类型的标识，如.DB）通过为每一次分析给定作业名，可确保文件不被覆盖。
如果没有指定作业名，所有文件的文件名均为FILE或file（取决于所使用的操作系统）。
可按下面方法改变作业名。
●进入ANSYS程序时通过入口选项修改作业名。
可通过启动器或ANSYS执行命令。
详见ANSYS 操作指南。
●进入ANSYS程序后，可通过如下方法实现：命令行方式：/FILENAMEGUI：Utility Menu>File>Change Jobname/FILENAME命令仅在Begin level（开始级)才有效，即使在入口选项中给定了作业名，ANSYS 仍允许改变作业名。
然而该作业名仅适用于使用/FILNAME后打开的文件。
使用/FILNAME命令前打开的文件，如记录文件Jobname.LOG、出错文件Jobname.ERR等仍然是原来的作业名。
1.2.1.2 定义分析标题/TITLE命令(Utility Menu>File>Change Title)可用来定义分析标题。
Ansys基础教程-1简介、理论基础、分析过程全解
0 x 0 y Dε( x, y ) 1- xy 2
σ( x, y) Dε( x, y) DB( x, y)qe S( x, y)qe
S( x, y) DB DB1 B2 B3 S1 S2 S3
二、主要模块构架
ANSYS/ Multiphysics
ANSYS/ LS-DYNA
ANSYS/ Emag
ANSYS/ Mechanical
ANSYS/ FLOTRAN
电磁
ANSYS/ Thermal ANSYS/ Structural
线性结构分析
ANSYS/
LinearPlus
第二章 ANSYS理论基础
体力：重力（密度）
整体节点 位移列阵 整体等效节 点力列阵
厚度：t
p
0 p 单位体积力 b 表面力 p g 0
u1 v 1 u 2 q v2 u 6 v6
W W q P
e T e 1
4
W q Pe
e
eT
系统势能
1 T U W q Kq qT P 2
关于单元刚度矩阵的扩充叠加
m
0 0 0 0 0 0 0 0 Ke mm
e K im
Ue
1 eT e e q Kq 2
单元编号 m<i<j
1 U e qT Kq u1 u 2 u3 2 u n 1
结论：单元内部每一点位移由单元节点位移确定
u N1 v 0
0 N1
N2 0
0 N2
N3 0
u1 v 1 0 u2 1 Ni (ai bi x ci y ) N3 v 2A 2 u3 v3
有限元理论与方法-第1讲
青岛大学讲稿学院：机电工程学院教研室：车辆工程课程名称：有限元法基础任课教师：张洪信备讲授内容注第1讲(第1周)第一章有限元法及ANSYS概述CAE即计算机辅助工程，指工程设计中的分析计算与仿真。
CAE软件可分为专用和通用两类，前者主要是针对特定类型的工程或产品用于产品性能分析、预测和优化的软件。
它以在某个领域中的应用深入而见长，如美国ETA公司的汽车专用CAE软件LS／DYNA3D及ETA／FEMB等。
通用软件可对多种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新。
它以覆盖的应用范围广而著称，如ANSYS、PA TRAN、NASTRAN和MARC等。
目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法有：有限单元法（Finite Element Method，FEM）、边界元法（Boundary Element Method，BEM）和有限差分法（Finite Difference Method，FDM）等，但就其实用性和应用的广泛性而言，主要还是有限单元法。
作为一种离散化的数值解法，有限单元法首先在结构分析，然后又在其他领域中得到广泛应用。
1.1 发展与现状离散化的思想可以追溯到20世纪40年代。
1941年A.Hrennikoff首次提出用离散元素法求解弹性力学问题，当时仅限于用杆系结构来构造离散模型，但能很好地说明有限元的思想。
如果原结构是杆系，这种方法的解是精确的，发展到现在就是大家熟知的矩阵分析法。
究其实质这还不能说就是有限单元法的思想，但结合以后的有限元理论，统称为广义有限单元法。
1943年R．Courant在求解扭转问题时为了表征翘曲函数而将截面分成若干三角形区域，在各三角形区域设定一个线性的翘曲函数，这实质上就是有限单元法的基本思想（对里兹法的推广），这一思想真正用于工程中是在电子计算机出现后。
20世纪50年代因航空工业的需要，美国波音公司的专家首次采用三节点三角形单元，将矩阵位移法用到平面问题上。
ANSYS教程
ANSYS 入门教程(1) - ANSYS 与结构分析第1章ANSYS 与结构分析1.1 ANSYS 功能与软件结构1.1.1 ANSYS 软件的技术特点⑴强大的建模能力⑵强大的求解能力⑶强大的非线性分析能力⑷强大的网格划分能力⑸良好的优化能力⑹多场及多场耦合分析能力⑺具有多种接口能力⑻强大的后处理能力⑼强大的二次开发能力⑽数据统一能力强⑾支持多种硬件平台和操作系统平台1.1.2 ANSYS 软件的分析功能结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析等。
结构分析有七种类型，功能如下：⑴静力分析：用于求解静力载荷作用下结构的静态行为，可以考虑结构的线性和非线性特性。
非线性特性如大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹、蠕变等。
⑵特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载和屈曲模态。
非线性屈曲分析和循环对称屈曲分析属于静力分析类型，不属于特征值屈曲分析类型。
⑶模态分析：计算线性结构的固有频率和振型，可采用多种模态提取方法。
可计算自然模态、预应力模态、阻尼复模态、循环模态等。
⑷谐响应分析：确定线性结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
⑸瞬态动力分析：计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，可以考虑与静态分析相同的结构非线性特性。
可考虑非线性全瞬态和线性模态叠加法。
⑹谱分析：模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的结构应力和应变。
可考虑单点谱和多点谱分析。
⑺显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
除上述七种分析类型外，还可进行如下的特殊分析：断裂、复合材料、疲劳、P-方法等。
1.1.3 ANSYS 软件主要处理模块1.1.4 ANSYS 软件的文件格式1.1.5 ANSYS 软件的输入方式ANSYS 的输入方式常规可分为菜单方式、命令方式、宏方式、函数方式、文件方式等。
从使用角度分为两大类，即GUI（Graphical User Interface）方式和命令流方式。
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1.2 矩阵分析法及有限元法分析的一般步骤
➢状态一： ui = ui ，uj=0
状态二：ui=0，uj=uj
ui
l
单元应变
uj l
E Eui
l
单元应力
Eu j
l
Ui
A
AE l
ui
单元左端节点力
Ui
A
AE l uj
U
j
A
AE l ui
Yi Vij
Vim Vip
0
节点平衡方程与整体刚度矩阵
➢杆单元ij在节点i的节点力为
Fij
U ij Vij
K ii δi
K ij δ j
➢考虑所有节点力
K
ii
δi
K ij δ j
K im δm
K ip δp
Pi
e
➢对于全部节点i=1,2,…,N的结构，得到2N阶线性方程组，
0
1
0
0 0 0
0 1 0
0
vi
0 0
u v
j j
F e K e δe
F e [Ui Vi U j Vj ]T
节点力
节点位 移
单元刚度 矩阵
δe ui vi u j v j T
1 0 1 0
Ke
AE
0
0
0
0
➢ANSYS公司成立于1970年，总部位于美国宾西法尼亚 州的匹兹堡，致力于CAE技术的研究和发展。ANSYS软 件的创始人是美国匹斯堡大学力学系教授、著名有限元 权威John Swanson博士。
1.2 矩阵分析法及有限元法分析的一般步骤
➢矩阵分析法适用于由连杆或梁等单元组成的杆件结构， 是一种具有朴素的有限元思想的非连续介质的力学分析 方法。
1.1 有限元法与ANSYS的发展
1
节
y
点
4
节点 3 P/2 荷载
2
P
2
1
x
1
2
P/2
1 1
2 5
3
4 3
2 5m
7 6
6
7
j
4
i8
8 9
单 元
单元上节点 处的结构内 力为节点力
1.1 有限元法与ANSYS的发展
➢将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成 为解决现代工程学问题必不可少的有力工具：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/E、UG、I－ DEAS、CADDS及AutoCAD等。
➢1941年A.Hrennikoff首次提出用离散元素法求解弹性 力学问题，当时仅限于用杆系结构来构造离散模型，但 能很好地说明有限元的思想。如果原结构是杆系，这种 方法的解是精确的，就是矩阵分析法。究其实质这还不 能说就是有限单元法的思想，但结合以后的有限元理论 ，统称为广义有限单元法。
➢1943年R．Courant在求解扭转问题时为了表征翘曲函 数而将截面分成若干三角形区域，在各三角形区域设定 一个线性的翘曲函数。
u j ,U j
j
ui ,U i
U j uj
x
ui ,U i
vi ,Vi
图1-3 局部坐标与整体坐标
矩倾斜杆单元刚度矩阵
➢节点力 F K eδ
➢上式反映了单元节点位移与单元 节点力的关系，称ui 为Ui单元刚度方j U程j uj
y
ui ,U i ui ,U i
x
y
v j ,V j
u j ,U j
j
U
j
A
AE l ui
单元右端节点力
Uj
A
AE l uj
➢左、右两端都可变位情况下单元节点力
Ui
AE l
ui
AE l
u
j
U
j
AE l ui
AE l uj
Ui
U
j
AE 1 l 1
1 ui 1 u j
K
e
ui u j
e
➢考Ge为单元大域变换矩阵，对平面桁架结构，单元自由度 m=4，节点自由度为h=2，整个结构有n个节点，则该单元大 域变换矩阵为m×（hn）维。ij单元假定为全局单元编号中第 3个：
1 2 2i 1 2i 2 j 1 2 j 2n
0 0 1 0 0 0 0
G3 0 0
边界条件的处理
➢如果利用电子计算机求解时
k1,1 k1,2 k1,3 k1,4 k1,16 u1 X 1
k
2,1
k 2,2
k 2,3
k 2,4
k 2,16
v1
Y1
k k
3,1 4,1
k 3, 2 k 4,2
k 3,3 k 4,3
l 1 0 1 0
0
0矩阵
Yi
p
m
i
Xi
j
Yi
Xi
U ij U im U ip V ij V im V ip
图1-4 节点i的平衡
➢节点i的荷载Pi=[Xi Yi]T ➢水平和垂直方向的节点受力平衡方程为
X i Uij Uim Uip 0
ANSYS基础与实例教程
第1章 有限元法与ANSYS入门
CAE即计算机辅助工程，指工程设计中的分析计算与仿真 。通用软件可对多种类型的工程和产品的物理力学性能进行 分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新。它 以覆盖的应用范围广而著称，如ANSYS、PATRAN、 NASTRAN和MARC等。
0
1
0
0 0 0
0 1 0
0
vi
0 0
u v
j j
F e K e δe
F e [Ui Vi U j Vj ]T
节点力
节点位 移
单元刚度 矩阵
δe ui vi u j v j T
1 0 1 0
Ke
AE
0
0
0
0
u j ,U j
x vi ,Vi
2
Ke
AE
l 2
2 2
2 2
2
2
α=cosθ，β=sinθ
➢刚度系数kij的意义是第j自由度对应节点在第j自由度方向 产生单位位移时，对第i自由度对应节点在第i自由度方向产 生的作用力。
对u1=0上式作如下变化，在刚度矩阵[K]中，把与u1对应的对 角线上的刚度系数是k1,1换为一个极大的数，例如可换成 k1,1×108；把与u1对应的节点荷载换成k1,1×108×u1=0，其余保 留不变。对其它边界条件可以类推。上述以位移作为未知量 求解并表示出节点力和单元内力的方法，称为“位移法”， 相应的有限单元法为“位移法有限元”。
l 1 0 1 0
0
0
0
0
1.2 矩阵分析法及有限元法分析的一般步骤
➢单元轴力
ui
N AE 1
l
0
1
0uvij
S
δe
v j
S AE 1 0 1 0
l
单元应力 矩阵
矩倾斜杆单元刚度矩阵
y
y
v j ,V j
x
u j ,U j
工程技术领域内常用的数值模拟方法有：有限单元法（ Finite Element Method，FEM）、边界元法（Boundary Element Method，BEM）和有限差分法（Finite Difference Method，FDM）。基本思想就是离散化。
1.1 有限元法与ANSYS的发展
8
7
6
5
Yi
Xi
U ij U im U ip V ij
V im
1
V ip
2 4
3
Q
图1-5 桁架
➢边界上的节点一种可以自由变形，这时只要让这些节点上 的荷载等于零就可以了，如果节点3作用着外荷载，可令该 点的荷载等于规定的荷载Q。另一种是边界上的节点，规定 了节点位移的数值：
u1=v1=v4=0，v2=b
i
j
图1-1 桁架
i
j
ui U i
U j uj
j
图1-2 水平杆单元
1.2 矩阵分析法及有限元法分析的一般步骤
i
j
ui U i
U j uj
图1-2 水平杆单元
➢杆单元两端各有一个水平节点位移ui和uj，即具有两个 自由度。两端结节点力分别为Ui和Uj。
杆的受力情况可分解为两种状态：
状态一： ui = ui ，uj=0。这时，节点j被固定。 状态二：ui=0，uj=uj。与状态一正好相反。
矩倾斜杆单元刚度矩阵
➢节点力 F K eδ
➢如写为
Fi F j
K ii