ANSYS结构静力分析
ANSYS WORKBENCH 11.0静力结构分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第四章静力结构分析序言•在DS中关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方面:–几何模型和单元–接触以及装配类型–环境（包括载荷及其支撑）–求解类型–结果和后处理•本章当中所讲到的功能同样适用与ANSYS DesignSpace Entra及其以上版本.–本章当中的一些选项可能需要高级的licenses，但是这些都没有提到。
–模态，瞬态和非线性静力结构分析在这里没有讨论，但是在相关的章节当中将会有所阐述。
线性静力分析基础•在线性静力结构分析当中，位移矢量{x} 通过下面的矩阵方程得到:在分析当中涉及到以下假设条件:–[K] 必须是连续的•假设为线弹性材料•小变形理论•可以包括部分非线性边界条件–{F} 为静力载荷•不考虑随时间变化的载荷•不考虑惯性（如质量，阻尼等等）影响•在线性静力分析中，记住这些假设是很重要的。
非线性分析和动力学分析将在随后的章节中给予讨论。
[]{}{}F x K =A. 几何结构•在结构分析当中，可以使用所有DS 支持的几何结构类型.•对于壳体，在几何菜单下厚度选项是必须要指定的。
•梁的截面形状和方向在DM已经指定并且可以自动的传到DS模型当中。
–对于线性体，仅仅可以得到位移结果.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…Point Mass•Point Mass 在“Geometry”分支在模拟没有明确建模的重量–只有面实体才能定义point mass–可以用以下方式定义point mass位置:•在任意用户定义坐标系中(x, y, z)坐标•选择点/边/面来定义位置–重量/质量大小在“Magnitude”中输入–在结构静力分析中,point mass只受“加速度”，“标准重力加速度,”和“旋转速度”的作用.–质量和所选面相连通时它们之间没有刚度. 这不是一个刚度区域假设而是一个类似与分布质量的假设–没有旋转惯性项出现.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…Point Mass•point mass 将会以灰色圆球出现–前面提到，只有惯性力才会对point mass 起作用。
基于ANSYS的汽车变速器结构静力分析
２３定 义边 界条 件 ．
变 速 器 输 入 轴 的动 力 来 源 于 发 动 机 ，通 过 离 合 器 与 发 动 机 相 连 。 发 动 机 输 出扭 矩 通 过 矩 形 花 键 传 递 给 输 入 轴 ． 图４
幽
Ｉ 工 况 下 变 速 器接 触 分 析 的应 力 分 布 图 档
体 模 型 ，如 图 ２所 示 。
即使 已 经满 足 收 敛 准 则 ，也 会 当 作 不 收敛 处 理 。
一
般 ，应 该 选 取 足 够 大 的 Ｆ Ｎ 以保 证 Ｆ Ｏ Ｎ 小 到 可 Ｋ ＴＬ
以接 受 ，但 同时 又 应 该 让 Ｆ Ｎ 足 够 小 而 不 致 引起 总体 刚 度 Ｋ
择 普 遍 的 柔 体 一 体 的接 触 类 型 ． 面 对 面 接 触 单 元 的 接 触 柔
ｏ
方 式 通 过 接 触 向 导建 立接 触 对 ，如 图 ３所 示 。
图 １ 渐 开 线 建模 的 坐 标转 换 示 意 图 令 画 出螺 旋 线 。将 斜 齿 轮 延 分 度 圆展 开 ，螺 旋 线 的几 何 关
求 ，
参考文献 ：
［ ］ 孙 桓 ， 陈作 模 ． 械 原 理 ： 第 六 版 『 ］ 北 京 ： 高等 教 育 出 １ 机 Ｍ
版 社 ．２０ ． ０ ５
ｆ ］ 陈 贤 青 ， 尹 辉 ，戴 湘 武 ． 于 Ｖｃ＋ ２ 基 ＋和 Ａ ＤＬ 实现 渐 开 线 齿 Ｐ
轮 参 数 化 建 模 ［］ ． 学 技 术 与 工 程 ， ２ ０ （ ） １ ５ — Ｊ 科 ０７ ７ ： ４ １
业 信 息 化
的 许 用 强 度 值 ４ ０ ａ 轴 变 形 的 最 大 位 移 小 于 ０１ ０ ＭＰ ； ． ｍｍ． 小 于轴 合 成 挠 度 的 许 用 值 ０ ｒ ．ａ ２ ｍ，所 以 变 速 器 各 个 轴 均 符 合 要 求 。 常 啮 合 齿 轮 对 最 大 齿 根 弯 曲 应 力 分 别 为 １ １ ４ ＭＰ ０ ． ３ ａ和 ｌ ０２ ａ 齿 轮 对 最 大 接 触 应 力 出 现 在 齿 ９ １． ＭＰ 。 轮 啮 合 接 触 区 域 ， 啮 合 齿 轮 对 最 大 的应 力 分 别 为 ３ ０ ａ ５ ＭＰ 和 ４ ９ ＭＰ ， 小 于 屈 服 强 度 ８ ０ ａ ９． ａ ４ ４ ＭＰ ，应 力 云 图 如 图 ４所 示 ，所 以变 速 器 一档 状 态 下 各 个 齿 轮 的 接 触 强 度 也 符 合 要
有限元分析软件ANSYS分析简单结构力学静力问题讨论
坐标 下分开信息 区，否则后处理提供 的的信 息
便 会 出现 错 误 。
某 单 悬臂粱 ，长 度为 ５ ０ ０ ｍｍ，集 中荷载 １ ０ ０ Ｎ，泊 松 比 Ｏ ． ３ ３ ，弹簧 ７ ０ ０ ０ ０ Ｍｐ ａ 。抛 出单 悬 臂 梁 自身重 量 ，截 面 成 宽为 １ ５ ｍｍ，高 为
１ ２ ｍｍ 的 矩 形 。 该 问 题 的 分 析 为 ： 计 算 支 座 反
４结论
综 上 所 述 ， 在 学 习 和 实 践 使 用 ＡＮＳ ＹＳ解
决结构力学 的问题 中经 常会碰 到较多的疑问， 譬如怎样绘制结构线 、包弯矩络 图等 ，以及 怎 样施加给机构不利荷载 。虽然很 多问题在其 它
ＭＰ ， Ｅ Ｘ， １ ， ７ ｅ ４ １ 定义材料特性
ＭＰ ， Ｐ ＲＸＹ， １ ， ０ ． ３ ３
加 固施 工数 值仿 真分 析 ［ Ｄ ］ ．大连 理 工大
学，２ ０ ０ ８ ．
１ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 简要 介绍
ＡＮＳ ＹＳ是 在 二 十 一 世 纪 前 期 诞 生 的 工 程 分 析 软 件 ， 当 时 开 发 ＡＮＳ ＹＳ的 目 的是 为 了 电
Ｆ Ｉ ＮＩ Ｓ Ｈ
习Ａ ＮＳ ＹＳ软件 ，在解决结构力 学时所有的 问 ！ 清 空当前信息 题都会迎刃而解 。本文主要针对有限元分析软 件 ＡＮＳ ＹＳ分析简 单结构力学静 力问题讨论 ， 以及对 Ａ ＮＳ ＹＳ进 行简要的讲解和 简单验证分 析 ＡＮＳ ＹＳ以及提 出了结构力学 的注意事项 。 ＡＮＳ ＹＳ软件 功能极为 强大 ，但 是其主要 的应
的分析手段 。
标 ， 整 体 和 局 部 ， 使 用 ＡＮＳ部坐 标 直接 关系 到 后 结果 的问题分 析。ＡＮＳ ＹＳ中包含 一些线 单 元 ，例 如 Ｐ Ｉ Ｐ Ｅ、ＢＥ Ａ Ｍ 以及 Ｓ Ｐ ＡＲ等， 如 果 需要查看应变数据 以及应力数据时 ，就 需要 到 （“ Ｇ Ｐ ＞ Ｅ Ｔ ＞ ＤＴ ”简称 ）中获取相应 的数据 ，
ansys中的静力分析
第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。
力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。
从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。
物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。
同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。
描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。
力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。
力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。
力的作用点表示物体间机械作用的位置。
一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。
由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。
1.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。
ANSYS Workbench Mechanical第四章 静力结构分析
Workbench -Mechanical Introduction第四章静力结构分析概要Training Manual •本章，将练习线性静力结构分析，模拟过程中包括：A.几何和单元B.组件和接触类型C.分析设置D.环境，如载荷和约束环境如载荷和约束E.求解模型F.结果和后处理•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用。
–尽管本章中讨论的一些选项可能需要更高级的许可，但都给了提示。
线性静态结构分析基础Training Manual •对于一个线性静态结构分析（Linear Static Analysis），位移{x}由下面的矩阵方程解出：[]{}{}FK=x假设：–[K] 是一个常量矩阵[K]是个常量矩阵•假设是线弹性材料行为•使用小变形理论可能包含些非线性边界条件•可能包含一些非线性边界条件–{F}是静态加在模型上的•不考虑随时间变化的力•不包含惯性影响（质量、阻尼）•记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。
非线性静态分析和动态分析在后面章节讲解。
A. 几何模型Training Manual •在结构分析中，可能模拟各种类型的实体。
•对于面实体，在Details of surface body中一定要指定厚度值。
•线实体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到Simulation（模拟）中。
… 质量点Training Manual •在模型中添加一个质量点来模拟结构中没有明确建模的重量体：–质量点只能和面一起使用。
–它的位置可以通过下面任一种方法指定：•用户自定义的坐标系中指定（x，y，z）坐标值•通过选择顶点/边/面指定位置–质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。
–质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。
–不存在转动惯性… 材料特性Training Manual •在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比：–在Engineering Data中输入材料参数–存在惯性时，需要给出材料密度存在惯性时需要给出材料密度–当施加了一个均匀的温度载荷时，需要给出热膨胀系数在均匀度载荷条件下不需要指定导热系数–在均匀温度载荷条件下，不需要指定导热系数–想得到应力结果，需要给出应力极限–进行疲劳分析时需要定义疲劳属性•在许可协议中需要添加疲劳分析模块B. 组件–实体接触Training Manual •在导入实体装配体时，在实体之间会自动创建接触对。
AnsysWorkbench静力学分析详细实例.pdf
Ansys静力分析实例： 1 问题描述： 如图所示支架简图，支架材料为结构钢，厚度10mm，支架左侧的两个通孔为固定孔，顶面的开槽处受均布载荷，载荷大小为500N/mm。
2 启动Ansys Workbench，在界面中选择Simulation启动DS模块。
3 导入三维模型，操作步骤按下图进行，单击“Geometry”，选择“From File”。
从弹出窗口中选择三维模型文件，如果文件格式不符，可以把三维图转换为“.stp”格式文件，即可导入，如下图所示。
4 选择零件材料：文件导入后界面如下图所示，这时，选择“Geometry”下的“Part”，在左下角的“Details of ‘Part’”中可以调整零件材料属性。
5 划分网格：如下图，选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可。
【此时也可以在左下角的“Details of‘Mesh’”对话框中调整划分网格的大小（“Element size”项）】。
生成网格后的图形如下图所示： 6 添加分析类型：选择上方工具条中的“New Analysis”，添加所需做的分析类型，此例中要做的是静力分析，因此选择“Static Structural”，如下图所示。
7 添加固定约束：如下图所示，选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Fixed Support”。
这时左下角的“Details of ‘Fixed Support’”对话框中“Geometry”被选中，提示输入固定支撑面。
本例中固定支撑类型是面支撑，因此要确定图示6位置为“Face”，【此处也可选择“Edge”来选择“边”】然后按住“CTRL”键，连续选择两个孔面为支撑面，按“Apply”确认，如下图所示。
8 添加载荷：选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Force”，如下图所示。
ANSYS钢结构框架模型静力分析_实体模型
钢结构框架模型静力分析1、参数选择钢结构框架模型共五层，底部以固定装置约束所有自由度。
（1）螺栓杆尺寸为ψ11，（2）钢板尺寸300mm*200mm*10mm，（3）层间距为400mm。
（4）钢材弹性模量为2.1*10^5N/mm^2（5）在最顶层短边中点处施加水平力F=10KN。
分析所受应力，及最危险处。
2、描述所选用的有限元模型及单元的特点采用ansys软件进行模拟计算，螺栓杆与钢板接触面视为刚性连接。
因材料相同，全部采用solid185单元进行模拟，solid185是常用的三维结构实体单元，具有八节点，每节点有UX, UY, UZ三个自由度。
solid185单元图示=============================================================================== !Copyright Hu Zhixiang, Li Jiajin, Huang jun!单位：mm,Nfinish$/clear/FILNAME,STEELFRAME,1 !新建文件并重新编写log文件/prep7et,1,solid185mp,ex,1,2.1e5mp,prxy,1,.3blc4,,,300,200,10cyl4,20,20,11,,,,410cyl4,280,20,11,,,,410cyl4,20,180,11,,,,410cyl4,280,180,11,,,,410VOVLAP,all!搭接命令VGLUE,ALL !粘结各个公共面vgen,5,all,,,,,400wpoff,,,2000blc4,,,300,200,10allselVOVLAP,ALL !搭接命令vglue,all !粘结各个公共面WPOFFS,,100wprota,,90vsbw,all !划分出短边方向中点wpcsys,-1WPOFFS,,,2005vsbw,all !划分出第一层中间施力点处wpcsys,-1VSEL,S,LOC,X,100,200 !选择各个钢板VATT,1,,1esize,5 !为板和柱设置不同的尺寸，便于划分网格mshape,1,3dmshkey,0vmesh,allVSEL,INVE !对刚才的选择集进行反选VATT,1,,1esize,10mshape,1,3dmshkey,0vmesh,allFINI/soluwpcsys,-1SELTOL,5E-4 !定义容差。
CAE-ANSYS Mechanical(静力结构分析)
几何结构
• Mechanical 允许某部分的刚度特性被定义为“刚性”或者“柔性”。 – 刚体可以不用划分网格,而用一个质量单元代表，因此非常有效的解决求
解时间问题。
– 装配体中的零件仅用于传递载荷，可以视为刚体，从而减少求解时间和模
型。
6
质量点
•在模型中添加Point Mass来模拟结构中没有明确建模的部件: • 一个质量点可以应用在表面,边或点范围内。 • 它的位置可以通过下面任一种方法指定：
– 幅值和向量 – 幅值和分量方向 (总体或者局部坐标系) – 幅值和切向
25
载荷
• 热载荷：
x th
y th
z th
T
Tref
• 在结构分析中施加均匀温度。
• 在结构分析中，出现在“Loads”栏中。
• 必须给定一个参考温度（可以用于所有体上或
者独立的部分）。
环境中的参考温度（比如静力分析），应 用于所有体中。
座位给后背的推力。）
• 重力加速度:
• 选择重力作用下，力的方向。 • 数值自动设置到当前的单位制系统。 • 重力的方向可以在全局或者局部坐标系中定义。
• 旋转速度:
• 整个模型以给定的速率绕轴转动。 • 以分量或矢量的形式定义。 • 输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。
18
载荷
• 施加压力:
UX
UZ
•约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。
•边界条件能加载在几何或者节点上（根据载荷类型定）。
– 边界条件直接加在节点上，将在本PPT的第二部分介绍。
•例如，在块体的Z面上施加一个无摩擦约束，表示它Z方向 上的自由度已被约束（其它自由度是无约束的）。
ANSYS结构分析指南结构线性静力分析
ANSYS结构分析指南第二章结构线性静力分析2.1 静力分析的定义静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。
静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力稳态的惯性力(如重力和离心力)强迫位移温度载荷(对于温度应变)能流(对于核能膨胀)关于载荷，还可参见§2.3.4。
2.2 线性静力分析与非线性静力分析静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。
非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。
本章主要讨论线性静力分析。
对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。
2.3 静力分析的求解步骤2.3.1 建模首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。
这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述。
有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2.3.1.1 注意事项在进行静力分析时，要注意如下内容：1、可以采用线性或非线性结构单元。
2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须按某种形式定义刚度(如弹性模量EX，超弹性系数等)。
对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS。
ANSYS结构静力分析
第4页
ANSYS非线形分析指南
基本过程
力矩、位移、转动或这些项目的任意组合上。另外，每一个项目 可 以有不同的收敛容限值。 对多自由度问题，你同样也有收敛准则的选择问题。
当你确定你的收敛准则时，记住以力为基础的收敛提供了收敛的绝对量度，而以位移 为基础的收敛仅提供了表观收敛的相对量度。因此，你应当如果需要总是使用以力为基础 （或以力矩为基础的）收敛容限。如果需要可以增加以位移为基础（或以转动为基础的）收 敛检查，但是通常不单独使用它们。
图 1─1 非线性结构行为的普通例子
非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：
状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如，一根只能拉伸的电缆可能
是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也 可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也 许和载荷直接有关（如在电缆情况中）， 也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱 热力学条件）。ANSYS 程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。
如果你预料你的结构的行为将从线性到非线性变 化，你也许想要在系统响应的非线性 部分期间变化时间步长。在这样一种情况，你可以激活自动时间分步以 便随需要调整时间 步长，获得精度和代价之间的良好平衡。同样地，如果你不确信你的问题将成功地收敛，你 也许想要使用自动时间分步来激活 ANSYS 程序的二分特点。
无论何时只要平衡迭代收敛失败二分法将把时间步长分成两半然后从最后收敛的子步自动重启动如果已二分的时间步再次收敛失败二分法将再次分割时间步长然后重启动持续这一过程直到获得收敛或到达最小时间步长由你指定
实验四-五：结构静力分析与ANSYS模态分析
3.设置材料属性:MainMenu>Ｐreprocｅssor＞materｉａl proｐｓ> matｅrial mｏdelｓ,弹出一个对话框，在materialｍodels avaiablｅ下面的对话框中双击打开ｓtruｃｔuｒal>linｅaｒ>ｅｌastic>isoｔropic又弹出linｅarｉsoｔropicproｐｅrｔiesｆorｍateｒiａｌNumbeｒ １对话框,在ＥX后面输入1.9E１1,在ＰＲXＹ后面输入栏中输入0.3,在双击deｎsity,在DENS后面输入2.33e3，单击OＫ,然后单击ｍateｒial>exｉt,完成材料属性的设置。如图4-2１．
图４-14
6.施加约束：MaiｎＭenｕ>sｏｌuｔion>defｉne loａds>aｐｐly＞sｔrｕcturaｌ>ｄisplacｅｍｅnt>onareas.拾取圆的周围面，如图:然后单击OK．又出来一个对话框,选择AＬL DOF.单击OＫ。如图4－15.
图4-1５
7.施加载荷：ＭａinＭenu>ｓolution>defｉnelｏads>apｐlｙ>ｓtructural>pressure>ｏｎAreas．出现拾取框,拾取图形上垂直与Ｚ轴并且是穿过坐标（0，0,１３.8８7)的面，然后单击ＯK。出现一个对话框，在ｖalｕeloａｄｐresValuｓ后面输入1000０0，单击OK。如图4－16.
图4-1９
２..设置单元类型:MaｉnＭｅｎu>Preprocessor>eｌemｅｎt tyｐｅ>aｄd／edit／ｄeｌｅte,弹出一个对话框,点击add,显示libｒaryｏfｅlemｅｎｔtype对话框如图:在ｌｉbrarｙof element type下拉列表框中选择stｒuctｕｒal sｏlide项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK.在点击close.如图4－20.
ANSYSWORKBENCH静力结构分析解析分析新
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第四章静力结构分析序言•在DS中关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方面:–几何模型和单元–接触以及装配类型–环境（包括载荷及其支撑）–求解类型–结果和后处理•本章当中所讲到的功能同样适用与ANSYS DesignSpace Entra及其以上版本.–本章当中的一些选项可能需要高级的licenses，但是这些都没有提到。
–模态，瞬态和非线性静力结构分析在这里没有讨论，但是在相关的章节当中将会有所阐述。
线性静力分析基础•在线性静力结构分析当中，位移矢量{x} 通过下面的矩阵方程得到:在分析当中涉及到以下假设条件:–[K] 必须是连续的•假设为线弹性材料•小变形理论•可以包括部分非线性边界条件–{F} 为静力载荷•不考虑随时间变化的载荷•不考虑惯性（如质量，阻尼等等）影响•在线性静力分析中，记住这些假设是很重要的。
非线性分析和动力学分析将在随后的章节中给予讨论。
[]{}{}F x K =A. 几何结构•在结构分析当中，可以使用所有DS 支持的几何结构类型.•对于壳体，在几何菜单下厚度选项是必须要指定的。
•梁的截面形状和方向在DM已经指定并且可以自动的传到DS模型当中。
–对于线性体，仅仅可以得到位移结果.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…Point Mass•Point Mass 在“Geometry”分支在模拟没有明确建模的重量–只有面实体才能定义point mass–可以用以下方式定义point mass位置:•在任意用户定义坐标系中(x, y, z)坐标•选择点/边/面来定义位置–重量/质量大小在“Magnitude”中输入–在结构静力分析中,point mass只受“加速度”，“标准重力加速度,”和“旋转速度”的作用.–质量和所选面相连通时它们之间没有刚度. 这不是一个刚度区域假设而是一个类似与分布质量的假设–没有旋转惯性项出现.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…Point Mass•point mass 将会以灰色圆球出现–前面提到，只有惯性力才会对point mass 起作用。
ANSYS Workbench 结构线性静力学分析与优化设计解析
工程仿真结算方案： ANSYS Workbench 培训
张胜伦
博士
西安交通大学
西安嘉业航空科技有限公司
结构线性静力分析
西安嘉业航空科技有限公司
线性静力学分析的基本假设 连续 结构材料 均匀 各向同性 线性 非线性 静态 动态
对于纤维结构材料、粒子强化材料等各向异性非均匀材料 要特别注意、特别处理。 1、材料的变形范围在弹性范围，且材料的变形量较小， 方便建立静力学方程； 2、对于塑性变形或大变形，必须考虑材料非线性和几 何非线性。
西安嘉业航空科技有限公司 作业6 问题描述：如右图模型（螺旋桨），其 材料为聚乙烯，模型如图所示方向的 1000rad/s的角加速度惯性载荷；模型内圈 用圆柱面约束且轴向为0，径向和周向为 free；螺旋桨面施加压力载荷0.5MPa。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致不得少于60万个节点（或者 运用膨胀层网格划分方法）；求解结果显 示模型的整体变形和等效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。
4、弹性假设： 应力—应变存在一一对应关系； 应力不超过屈服应力点； 载荷卸载后结构可恢复到原来的状态，不产生残余 应力和参与应变。 5、小变形假设： 在载荷作用下的变形，远小于其自身的几何尺寸； 结构变形的挠度远小于结构的截面尺寸。
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6、缓慢加载过程： 载荷的施加和卸载过程足够慢； 不引起结构的动响应； 满足内外力平衡方程。
西安嘉业航空科技有限公司 作业5 问题描述：如右图模型（支撑座-4-切 向），其材料为铜合金，模型受如图所示 方向的314rad/s的角加速度惯性载荷；模 型内圈用圆柱面约束且轴向为0，径向和周 向为free；模型外圈施加径向轴承载荷 1000N。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致在筋板厚度方向至少划分11 个节点（或者运用refineing网格划分方 法）；求解结果显示模型的整体变形和等 效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。来自西安嘉业航空科技有限公司
(完整版)ANSYSWorkbench结构线性静力学分析与优化设计解析
要求：运用适当的网格划分方法，阶梯 和圆角处网格细化；求解结果显示模型的 整体变形和等效应力。
截图：材料添加，网格划分效果，受拉 伸载荷的变形、应力，受弯曲载荷的变形、 应力，受扭转载荷的变形、应力。共15张 截图。
要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致不得少于60万个节点（或者 运用膨胀层网格划分方法）；求解结果显 示模型的整体变形和等效应力。
截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。
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作业7
截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。
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作业6 问题描述：如右图模型（螺旋桨），其
材料为聚乙烯，模型如图所示方向的 1000rad/s的角加速度惯性载荷；模型内圈 用圆柱面约束且轴向为0，径向和周向为 free；螺旋桨面施加压力载荷0.5MPa。
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作业3 问题描述：如右图模型（连接件），其
材料为不锈钢，模型两个小孔固定，一个 大孔上施加轴承载荷500N，另一个大孔上 施加力载荷800N，且耳内侧受静水压力 5MPa。
要求：运用适当的网格划分方法，两个 小孔和两个大孔处网格细化（或者运用多 区域网格划分方法）；求解结果显示模型 的整体变形和等效应力。
1、材料的变形范围在弹性范围，且材料的变形量较小， 方便建立静力学方程； 2、对于塑性变形或大变形，必须考虑材料非线性和几 何非线性。
西安嘉业航空科技有限公司
ANSYS_Workbench线性结构静力分析实例
Apply/Cancel标签。把Angle设成360度，其它选项取默认值。单击Generate 键生成实体。
为了便于划分网格，这里我们就这个零件划分为两个部件。进行旋转时，在弹出的细节浏览窗口Operation项值由Add Material修改为Add Frozen，冻结实体。单击Generate生成实体。点击主菜单栏Create菜单，在下拉菜单中选择Slice(Create>Slice)进行切片，左击细节窗口中Base Plane，选择XYPlane，左击Apply，单击Generate。结果如下：
Sketching: > Modify>Fillet 对草图进行倒圆角，半径为2mm，完成后如图示：
3.完成Sketch1，将其绕Y轴旋转360度建立混合器的主体。点击菜单栏中的 Revolve 键以弹出细节浏览窗口以进行旋转3D操作，窗口会切换至建模窗口，在细节浏览窗口，Axis box中应该有Apply 和Cancel 标签。若有这些标签，左击局部Y坐标轴，再左击Apply。如果在Axis box中显示为NotSelected，那就必须先左击调出
Static Structural（ANSYS）项至A2栏，即（Geometry）。 4.双击Model项，打开Static Structural。打开MechanicalApplication Wizard。设置单位，逐步单击Units-Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。
1.打开Workbench程序，在Component Systems下选择Geometry，双击或者移动至右边的Project Schematic窗口，此时会出现一个几何块A，即（Geometry）。双击A2项打开DesignModeler模块，在弹出的窗口选择Millimeter，单击OK。使用草图标签切换到草图模式，注意用Look At图标（或鼠标右键操作）来确定图形的法向方向。选定平面后，选择Sketching标签建立一个新的草图，保持Sketching模式。然后操作如下：
Ansys Workbench基础操作和结构静力学分析
2024/7/4
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属性窗口
属性窗口提供了输入数据的列表， 会根据选取分支的不同自动改变。
白色区域: 显示当前输入的数据。 灰色区域: 显示信息数据，不能
被编辑。
黄色区域: 未完成的信息输入。
2024/7/4
9
图形窗口
模型和结果都将显 示在这个区域中， 包括：
Geometry Worksheet PrintPreview ReportPreview
2024/7/4
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工具条
常用工具条 图形工具条
Hale Waihona Puke 2024/7/47
结构树
结构树包含几何模型的信息和整个分析 的相关过程。
一般由Geometry、Connections、Mesh、 分析类型和结果输出项组成，分析类型里包 括载荷和约束的设置。
说明分支全部被定义 说明输入的数据不完整 说明需要求解 说明被抑制，不能被求解 说明体或零件被隐藏
2024/7/4
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分析流程操作
初步确定
前处理 求解 后处理
分析类型：静力分析、模态分析 单元类型：壳单元、实体单元
模型类型：零件、组件 建立、导入几何模型
定义材料属性 划分网格
施加载荷和约束 求解
查看结果 得出结论 检验结果的正确性
分析流程操作
1 导入模型 2 定义材料属性 3 设定网格划分参数并划分网格 4 选择分析类型 （Static Analysis、Modal…） 5 施加载荷与约束（设置边界条件） 6 设定求解参数并求解 7 后处理
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视图显示
2、结构树 Expand All：展开结构树 Collapse Environments：
Ansys静力分析详细步骤
三.分析步骤
1.打开桌面Workbench14.5，进入窗口，点击Anslysis System 下的Static Structure选项。结果如图1
2
1 图1
2.右键Geometry选项，在快捷菜单中选择Import Geometry，然后选择Browse， 如图2所示：
3
4
5
图2
3.选择路径，导入事先准备好的Stp，Igs，x_t等模型档案。选中文件，点击打 开，如图3
图11
12.点击Force，选择需要添加力的面，选择Apply，来完成力的添加，在 Magnitude里输入300N，来添加力的大小。
29
31 32
30 图12
13.点击Solution，选择Deformation，选择Total，来定义总得变形量。 34 35
33
图13
14.点击Solution，选择Stress，选择Equivalent(von-Mises)，来定义等效应力。 37 38
36
图14
15.点击Solution，点击Solve，来计算结果，点击Total Deformation ，显示模型 总变形。
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40
图15
16. 点击Equivalent(von-Mises) ，显示等效应力。
41 图16
11
12 13
图5
6.点击Mesh，点击Mesh Control，选择sizing，来插入网格。 15
16 14
图6
7.点击Body Sizing，选择Definition下的Element Size，输入5mm，来划分网格尺 寸。
17
18 图7
8.点击Mesh，选择Generate Mesh，系统开始划分网格，结果如下。 19 20
ANSYS WORKBENCH 静力结构分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第四章静力结构分析序言•在DS中关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方面:–几何模型和单元–接触以及装配类型–环境（包括载荷及其支撑）–求解类型–结果和后处理•本章当中所讲到的功能同样适用与ANSYS DesignSpace Entra及其以上版本.–本章当中的一些选项可能需要高级的licenses，但是这些都没有提到。
–模态，瞬态和非线性静力结构分析在这里没有讨论，但是在相关的章节当中将会有所阐述。
线性静力分析基础•在线性静力结构分析当中，位移矢量{x} 通过下面的矩阵方程得到:在分析当中涉及到以下假设条件:–[K] 必须是连续的•假设为线弹性材料•小变形理论•可以包括部分非线性边界条件–{F} 为静力载荷•不考虑随时间变化的载荷•不考虑惯性（如质量，阻尼等等）影响•在线性静力分析中，记住这些假设是很重要的。
非线性分析和动力学分析将在随后的章节中给予讨论。
[]{}{}F x K =A. 几何结构•在结构分析当中，可以使用所有DS 支持的几何结构类型.•对于壳体，在几何菜单下厚度选项是必须要指定的。
•梁的截面形状和方向在DM已经指定并且可以自动的传到DS模型当中。
–对于线性体，仅仅可以得到位移结果.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…Point Mass•Point Mass 在“Geometry”分支在模拟没有明确建模的重量–只有面实体才能定义point mass–可以用以下方式定义point mass位置:•在任意用户定义坐标系中(x, y, z)坐标•选择点/边/面来定义位置–重量/质量大小在“Magnitude”中输入–在结构静力分析中,point mass只受“加速度”，“标准重力加速度,”和“旋转速度”的作用.–质量和所选面相连通时它们之间没有刚度. 这不是一个刚度区域假设而是一个类似与分布质量的假设–没有旋转惯性项出现.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…Point Mass•point mass 将会以灰色圆球出现–前面提到，只有惯性力才会对point mass 起作用。
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2.2 结构线性静力分析基本步骤
Байду номын сангаас
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤
a. 建立几何模型
图2.1 中心带孔的矩形板模型
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤 b. 模型剖分
5)模型剖分：为了对应力集中区域进行较准确的捕捉，划分 有限元网格之前，通常需要对几何模型进行适当的剖分，以 利于网格的划分。选择Utility Menu>WorkPlane>Display Working Plane，然后选择Utility>WorkPlane>Offset WP by Increments，在Offset WP对话框的Degrees框中输入：0,-90,0 然后点击OK确定。
2.2 结构线性静力分析基本步骤
在线性静力分析中，主要有以下几个关键步骤
建模 施加载荷和边界条件并求解 结果的后处理与分析
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.1 建模
为了建模，用户首先应指定作业名（Jobname） 、分析 标题（Title）和单位（Unit），然后应用PREP7前处理 程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何参 数。 在线性静力分析中，单元类型同样可以使用线性或者是 非线性的单元类型
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤
a. 建立几何模型
3)定义材料特性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modes。在Define Material Model Behavior窗口中， 双击Structural>Linear>Elastic> Isotropic。在出现的对话框中， EX输入207E9，PRXY输入0.3，单击OK，Material Model Number 1出现在Material Models Defined窗口左侧列表中，选择 菜单Material>Exit退出 Command: MPDATA, EX, 1,,207e9 MPDATA, PRXY, 1,,0.3
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.3 计算结果的后处理与分析
在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下 d. 单元的结果处理
GUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table Command: ETABLE
对于线性单元体，例如梁单元、杆单元、管单元等可以通过此 选项获得结果数据，如应力和应变等。
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤
a. 建立几何模型
1) 定义任务标题：Utility Menu>File>Change Title，输入 “Tensile Loading of a Rectangular Plate with a Hole”，单击OK。 Command: /TITLE, Tensile Loading of a Rectangular Plate with a Hole 2)定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delet，出现Element Types列表框。单击Add出现 单元类型库对话框，左侧列表中选择Structural Shell，右侧列表 中选择Elastic 4node63，单击OK确定。 Command: ET, 1, SOLID45
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>-ConstantIsotropic/Orthotropic Command: MP
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.1 建模
另外在选择材料特性时，还需要注意以下几点：
材料的基本弹性性能参数必须定义：如杨氏模量EX、泊松比 PRXY 如果施加惯性载荷（如重力），必须定义材料的密度DENS 如果施加温度载荷时，必须定义材料的热膨胀系数ALPX 对应力敏感区域应划分较细的有限元网格
创建几何实体模型并划分网格得到有限元模型
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.2 施加载荷并求解
进入ANSYS求解器（Main Menu>Solution） 定义分析类型并对求解进行控制
分析类型选New Analysis (GUI: Solution>New Analysis)，进入 求解控制对话框（GUI: Solution>Sol’n Contros） Basic>Analysis Options:选择Small Displacement Static Sol’n Option选项指定采用的求解器 实际上，求解控制对话框的绝大多数默认选项对于静力线性分 析是合适的，用户只需要作很少的设置。
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.3 计算结果的后处理与分析
在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下
列出节点单元的支反力和反力矩
Command: PRESOL, F(or M)
列出节点力和反力矩的和
GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Eelement Solution GUI: Main Menu>General Postproc>Nodal Calcs>Total Force Sum Command: FSUM
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.3 计算结果的后处理与分析
在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下
a. 查看结果
从数据文件中读取数据 GUI: Utility Menu>File>Resume from Command: Resume 读取选定的结果数据 GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step Command: SET
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.3 计算结果的后处理与分析
在结构的静力分析中，其计算结果将被写入结果文件 Jobname.RST中，一般结果文件包含了一下数据：
基本数据：主要是关于节点的位移信息（UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ） 导出数据：包括节点和单元应力、节点和单元应变、单元集中 力和节点支反力等
2.1 结构静力分析简介
静力分析所施加的载荷类型有
外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力 强迫位移 温度载荷 能流
静力分析既可以是线性的也可以是非线性的
非线性静力分析包括：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、 接触和超弹性等。
本节主要讨论线性静力分析，对非线性静力分析只 作简单介绍
GUI: Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete Command: ET
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.1 建模
选择的材料特性可以是线性或者是非线性，可以是各 向同性或者各向异性材料，并且可以随温度变化或者 与温度无关。
屈曲分析的概念、结构线性屈曲分析一般步骤、线性屈曲分析 实例、接触分析实例
思考题
2.1 结构静力分析简介
静力分析计算在固定载荷作用下结构的响应，它不 考虑惯性和阻尼影响，如结构受随时间变化载荷作 用的情况 静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构 的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为 等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建 筑规范中所定义的等价静力风载）的作用 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的 载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变 和力。 固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和 结构相应随时间的变化非常缓慢。
使用SET命令可以用载荷步、子步或通过时间来选择数据读 取，如果数据文件中没有制定时间点上的数据结果，程序会 通过线性插值计算出该时间点上的结果
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.3 计算结果的后处理与分析
在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下 b. 显示变形结果 GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape Command: PLDISP c. 列表出力和力矩的信息 列出节点的支反力和反力矩 GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu Command: PRRSOL
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤 a. 建立几何模型
4)建立几何模型：矩形板中心出现一个圆柱体。Main Menu> Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volume， 出现Subtract Volumes选择框，先选择矩形板单击OK，点击 subtract volume中的apply，然后选择圆柱体选择next，选择的 模型颜色会发生变化，被切除部分为红色，单击OK ，单击 Subtract Volumes 中的OK。最后得到的模型就是中心带有孔的 矩形板，如图2.1所示。 Command: BLOCK, -1,1,-0.5,0.5,-0.015,0.015 CYLIND,0.1, ,-0.1,0.1,0,360, VSBV, 1, 2