ANSYS基础教程——应力分析

ANSYS基础教程——应力分析

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应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：分析步骤、几何建模、网格划分。

应力分析概述

·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。

ANSYS 的应力分析包括如下几个类型:

●静态分析

●瞬态动力分析

●模态分析

●谱分析

●谐响应分析

●显示动力学

本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。

A. 分析步骤

每个分析包含三个主要步骤:

·前处理

–创建或输入几何模型

–对几何模型划分网格

·求解

–施加载荷

–求解

·后处理

–结果评价

–检查结果的正确性

·注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；

·前处理器(在ANSYS中称为PREP7)提供了对程序的主要输入；

·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。

·通常先定义分析对象的几何模型。

·典型方法是用实体模型模拟几何模型。

–以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。

–可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。

B. 几何模型

·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。

–体由面围成，用来描述实体物体。

–面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。

–线由关键点组成，用来描述物体的边。

–关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。

·在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。

·这个层次的顺序与模型怎样建立无关。

·ANSYS 不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。(稍后，将讨论哪些修改是许可的)

·既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型

·两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个IGES 文件和缩放所需的几何模型

·IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范

–IGES 文件是ASCII码文件, 很容易在两个计算机系统间传递。

–许多软件包,包括ANSYS在内, 允许读写IGES文件。

·输入IGES 文件到ANSYS中:

– Utility Menu > File > Import > IGES...

◆在弹出的对话框中，选择No defeaturing *(缺省值) ，按下OK (默认其他选项)。

◆在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK.

–或使用IGESIN 命令:

◆/aux15

◆ioptn,iges,nodefeat

◆igesin,filename,extension,directory

◆finish

·输入完成后， ANSYS会自动绘出几何模型图

·可以按需要修改几何模型

– ANSYS允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述

–现在，我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。(注:缩放比例对输入的“Defeature” IGES无效.)

·当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。

·在ANSYS中缩放模型:

–首先保存数据库--Toolbar > SAVE_DB 或使用SAVE 命令。

–接着Main Menu > Preprocessor > Operate > Scale > Volumes (在模型上选择相应的实体部分)

◆使用[Pick All]拾取整个体

◆然后键入想要的比例系数（对RX, RY, RZ 的比例系数），设置IMOVE 为“Moved”，取代“Copied”

–或使用VLSCAL命令:

◆vlscale,all,,,25.4,25.4,25.4,,,1

·演示:

–输入pipe.igs :

选择“No Defeaturing”方式

–确定模型显示方向

–保存pipe.db

·前处理

–几何模型

–网格划分

·求解

–加载

–求解

·后处理

–结果评价

–检查结果正确性

C. 网格划分

·网格划分是用节点和单元等“填充”实体模型，创建有限元模型的过程。

–请记住, 只有有限元求解需要节点和单元，实体模型不需要。实体模型不参与有限元求解。

·网格划分的三个步骤:

–定义单元属性

–指定网格控制

–生成网格

·单元属性是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括:

–单元类型

–实常数

–材料性质

单元类型

·单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性:

–自由度(DOF)设置. 例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而一个结构单元类型可能有6个自由度：UX, UY, UZ, ROTX, ROTY,ROTZ.

–单元形状-- 块,四面体, 四边形,三角形等

–维数-- 2-D (仅有X-Y 平面), or 3-D.

–假定的位移形函数-- 线性及二次

·ANSYS有超过150个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。

·定义单元类型:

–Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete

◆[Add]添加新单元类型

◆选择想要的类型(如SOLID92) 并按OK键

◆[Options]指定附加的单元选项

–或使用ET命令:

◆et,1,solid92

·注意:

–设置想要分析学科的选项(Main Menu > Preferences)，这样将只显示所选学科的单元类型。

–应当在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为GUI方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置。例如，如果选择结构单元类型，则热载荷选项成灰色，或根本不出现。

实常数

·实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状。例如: