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。

2、Ansys软件的发展近况

Ansys软件目前已发展到Ansys V12版本，从V10开始Ansys加入了一个新的工作环境Workbench，原先的Ansys被称为Ansys (classic)，虽然操作界面不同，但两者的求解器是一样的。Ansys (classic)的前处理功能相对较弱（主要是建模方面），因而往往需要借助第三方软件，如CAD软件。也许是迫于另一个有限元分析软件ABQUS的竞争压力，Ansys推出了新的Workbench工作环境，Workbench在建模、划分网格、求解和后处理上都作了改进，尤其在建模和划分

网格方面有了巨大进步，建模方面与传统CAD软件一样采用图形界面，极大地提高了图形的可视性，划分网格采用了Ansys ICEM CFD的功能，使划分的网格更加易控，最重要的是免去了从第三方软件导入模型、网格过程中可能存在的各种问题，实现了真正的“无缝”连接。顺便提一下，有些人认为Ansys不适合进行非线性分析，我这里想说的是，Ansys中定义了非常多的针对非线性分析的单元，并专门设计了非线性分析求解器，细心的同事可能发现，EUROS公司做叶片结构分析采用的软件就是Ansys (classic)，因而大家对Ansys作复合材料分析应有足够的信心。

3、学习Ansys软件的一些个人建议

⑴、Ansys软件其实就是一种工程模拟工具，是对实际问题模型化后进行计算模拟，因而结果正确与否，是否符合实际情况需要丰富的工程经验进行判别，切忌盲目相信计算结果；

⑵、在学习Ansys软件之前有必要知道材料力学、弹性力学、有限元的一些知识，比如平面假设是什么意思，其物理意义是什么。有了这些基础知识就能避免犯一些低级错误，在看参考资料时也比较容易理解，此外，由于设计复合材料的计算，因而对复合材料及复合材料板件的性质要有一定的了解，这样在进行材料参数设置时避免出错；

⑶、碰到问题要多看看Ansys的帮助文档，Ansys软件自带的帮助文档非常全面，简直就是一本百科全书，在每个对话框都有“Help”按钮，点击就能打开有针对性的帮助，使用起来很方便；

⑷、要注意与周围的人多讨论和交流，这是获取知识解决问题最快的途径，另外可以多上些论坛网站，很多有限元分析大牛就隐藏在这些论坛里面，上这些论坛会给你带来意想不到的收获，推荐的网站有：机械CAD论坛()、仿真论坛()、复合材料在线()、百思论坛()等。

第二章 Ansys10.0 入门

在这一章中，读者将会对Ansys10.0的界面、各个功能模块的作用、Ansys 在进行结构分析所采用的一般流程和Ansys 在求解过程中产生的具有不同扩展名的文件，共四个方面有全面的了解。在这章的学习过程中读者不必深究每个细节，只需要知道Ansys 中都有哪些功能，这些功能在哪里可以找到即可，在后面的章节将详细讲述这些功能的使用。

1、Ansys10.0 图形用户界面

推荐启动路径：【开始】|【所有程序】|【Ansys 】，启动后的界面如图1所示。

应用菜单(utility

menu) 命令流输入窗口

主菜单(main menu) 快捷按钮 图形显示窗口 状态栏 图1 Ansys10.0 图形用户界面

应用菜单(Utility Menu)：包含文件管理、选择、列表显示、单项显示、显示控制、参数设置、宏设置以及帮助查询等功能；

主菜单(Main Menu)：该菜单下包含了有限元分析所有的模块，分为前处理、求解、后处理、优化设计等Ansys主要功能，是操作最频繁的区域；

命令流输入窗口：该窗口为Ansys命令的输入区域，在输入命令的同时，会显示相应的提示，点击右边的倒三角可以浏览之前已经输入的命令；

图形窗口：该窗口用于显示几何模型以及处理的结果，比如云图显示变形、应力、应变等；

快捷按钮：为用户提供快捷的图形显示提供辅助，包括快速调整视角、左右上下移动显示模型、放大缩小模型等。小技巧：用Ctrl键+鼠标左中右建组合也能实现这些快捷操作。

2、Ansys各功能模块介绍

Ansys软件的主菜单(Main Menu)中按照一般分析的顺序将各个模块从上到

下排列，即，前处理、求解、后处理的顺序。当然在实际求解的过程中没有必要严格按照这一顺序进行，但对于初学者而言，推荐按照这个顺序来进行结构分析，这样有助于在日后进行复杂的有限元分析中仍能保持良好的条理性。下面就各个模块进行分别介绍。