船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——ANSYS分析的基本过程

/aux15
Main Menu>Run-Time Stats
/runst
runstat 估计计算时间、运行状态等
1. ANSYS软件的基本介绍
1.4 ANSYS文件格式
文
件类型
文件扩展名
文件格式
日志文件
.log
文本
错误文件
.err
文本
输出文件
.out
文本
数据库文件
.db
二进制
结果文件：结构与耦合场分析热分析
建立关键点只需要关键点编号及坐标值。
- 关键点编号缺省值为下一个整数数。
坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入
- X,Y,Z 坐标值确定，坐标值的确定依赖于当前
激活坐标系。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体


定义线:
- Create > Lines > Lines
- Create > Lines > Arcs
- Create > Lines >Splines
- Operate >Extrude
- 或使用命令流方式：L系列命令创建线
如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线
的曲率由当前激活坐标系确定。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体



定义面:
- Create > Volumes >Arbitrary
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. ANSYS软件的基本介绍
1.2 ANSYS软件的分析功能
ANSYS具有强大的分析功能，主要可以进行五个方面的分析，
即结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析
等。
其中，结构分析有七种类型，功能如下：
⑴静力分析
⑵特征屈曲分析
点生成较高级的图素（如线、面、体）。
自顶向下建模：首先创建较高级的图素（体或面），而自动生
成较低级的图素，通过体或面的组合得到较复杂的模型。
在实际建模时，视实际情况而定，不必区分自底向上建模或是
自顶向下建模，也不必按其顺序建模，可以混合使用自底向上建
模和自顶向下建模。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体
- Operate > Extrude
- 或使用命令流方式：A系列命令创建面
用由下向上的方法建立面，所需的关键点、线必须
预先定义。
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。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体

定义体:
- Create > Volumes >Arbitrary
- 删除“母体”中一块或多块与子体重合的部分。
- 对于建立带孔的实体或准确删除部分实体特别方便。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）

布尔运算（重要）

相交（ intersect）
- 只保留两个或多个实体重叠的部分。
- 如果输入了多于两个的实体，则有两种选择：公共相交（只保留
全部实体的共同部分）和两两相交（保留每一对实体的共同部分）
坐标系。
局部坐标系的编号必须≧11，且为整数号码。
总体坐标系和局部坐标系主要用于几何建模。
3. 建立几何模型
ANSYS中几何模型等级由低向高依次为关键点、线、面和体
（称为几何图素或图素）。
几何模型的创建，可采用自底向上或自顶向下的方法。


自底向上建模：首先创建最低级的图素---关键点，再通过关键
简单的结构。
间接法
适用于具有复杂几何外型、节点及单元数目较多的结构。该方法
通过点、线、面、体，先建立实体模型，再进行网格划分，以完
成有限元模型的建立。
举例：实船建模中，由于实船的模型复杂，因此我们一般采用间
接法，先建立几何模型，然后再进行网格剖分，从而生成有限元
模型。在网格的优化方面，我们也会在局部使用直接法，将质量
选取，进而对其进行操作，故选择操作非常重要。
KSEL/LSEL/ASEL/VSEL/NSEL…

定义组件
•
组件是命名后的子集合.该名称可以在对话框中或命令参数中替代实体
编号或ALL。
一组节点，或线、面、体都可以定义为组件。组件只能包含同一类实
体。组件可以被选择也可以不被选择。 选择了一个组件，就等于选择
/solu
post1
查看某个时刻的计算结果
Main Menu>General Postproc
/post1
post26
查看时间历程上的计算结果
Main Menu>TimeHist Postpro
/post26
opt
优化设计
Main Menu>Design Opt
/opt
pds
概率设计
Main Menu>Prob Design
.rst .rth
二进制
图形文件
.grph
文本
三角化刚度矩阵文件
.tri
二进制
单元刚度矩阵
.emat
二进制
组集的整体刚度矩阵和质量矩阵
.full
二进制
荷载步文件
.snn
文本
1. ANSYS软件的基本介绍
1.5 ANSYS输入方式
GUI（Graphical User Interface）方式
特点是简单、易学，但对于复杂模型或实际模型的修改等

缺省状态下, 布尔操作时输入的几何实体在运算结束后
将被删除。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）

布尔运算（重要）

加（add）
- 把两个或多个实体合并为一个。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）

布尔运算（重要）

粘接（glue）
- 把两个或多个实体粘合到一起，在其接触面上具有 共同的边界。
- Operate > Extrude
- 或使用命令流方式：V系列命令创建面

用由下向上的方法生成体，需要的关键点、线和面
必须预先定义好。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复
制…）

布尔运算（重要）

布尔运算是对几何实体进行组合的运算。ANSYS 中的
布尔运算包括：加、减、相交、叠分、粘接和搭接。
了组件中的全部实体。
定义组件为选择操作提供了巨大的方便，随时的定义组件，是一个良
好的ANSYS命令编写习惯。
CM,NAME,KP/CM,NAME,LINE/CM,NAME,AREA…
•
•
•
4. 建立有限元模型
有限元模型的建立方法可分为：
直接法
直接根据结构的几何外型建立节点和单元，因此直接法只适应于
宾夕法尼亚州的匹兹堡。近几年来，ANSYS软件发展迅速，
功能不断增强，目前最高版本为14.0。
1. ANSYS软件的基本介绍
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
比较麻烦。


①
②
③
④
⑤
命令流方式
修改简单
可使用控制命令
可结合用户界面处理
文件处理更加方便
交流和保存方便
1. ANSYS软件的基本介绍
1.6 ANSYS单元类型












杆单元 ：LINK1，8，10，11，180
梁单元 ：BEAM4，188，189
管单元 ：PIPE16，17，18，20，59，60
/pds
aux2
把二进制文件变为可读文件
Utility Menu>File>List>Ninary Files /aux2
aux12
在热分析中计算辐射因子和矩阵 Main Menu>Radiation Opt
/aux12
aux15
从CAD或FEM程序中传递文件
Main Menu>File>Import
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）
3.3 选择命令、定义组件等
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体


定义关键点:
- Main Menu > Preprocessor > Modeling >
Create > Keypoints
- 或者使用K系列命令: K, KFILL, KNODE, 等。
一、ANSYS分析基本过程
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
ANSYS软件的基本介绍
坐标系
建立几何模型
建立有限元模型
边界条件处理
施加载荷
求解并查看结果
1. ANSYS软件的基本介绍


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
析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件
一些固有特性，如几何长度、截面积、板厚、直径等，当然并不
是所有单元都需设置实常数。
命令：R,NSET, R1, R2, R3, R4, R5, R6
其中：NSET是实常数组号（任意），若与既有组号相同，则覆盖
既有组号定义的实常数。
例如：

板厚
r,10,10
r,11,11
r,12,12
r,13,13
- 当你想定义两个不同的实体时特别方便（如不同材料组成的实体）。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）

布尔运算（重要）

搭接（overlap）
- 除了输入实体彼此搭接外，与粘接相同。
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）

布尔运算（重要）

减（substract）
r,14,14
支柱
r, 76 , 76 , 9
r, 79 , 79 , 9
r, 100, 100, 9
r, 114, 114, 6
r, 115, 115, 9
接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,
NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计
中的高级CAE工具之一。
1970年，Doctor John Swanson成立了Swanson Analysis
System, Inc. ，后来重组后改称ANSYS公司，总部设在美国
AUG 29 2012
15:54:53
TYPE NUM
Y
Z
Y
Z
X
X
1
1
AREAS
AREAS
AUG 29 2012
15:50:14
AREA NUM
AUG 29 2012
15:40:12
TYPE NUM
A1
Y
A2
X
Z
3. 建立几何模型
3.3 选择操作、定义组件

选择操作
•
•
ANSYS操作中，选择命令是最经常用到的操作，通常我们需要将图素
3.2 操作（布尔运算、拖拉、复制…）
1
1
AREAS

布尔运算（重要）
拖拉
复制
移动
映像
合并
倒角
AREAS
AUG 29 2012
15:36:38
AREA NUM
Y
A2
AUG 29 2012
15:36:49
AREA NUM
Y A4
X
A1
Z
X
Z
A3
A5
1
1
A-L-K
AREAS
AUG 29 2012
15:49:05
其中：ITYPE是用户定义的单元类型参考号，ENAME是ANSYS单元
库中给定的单元名或编号。
例如我们实船建模中经常使用的单元定义：
et,1,shell63
et,2,beam188
et,3,pipe16
et,4,mass21
4. 建立有限元模型
4.2 定义实常数
定义单元类型后一般需要定义实常数。所谓单元实常数即单元的
不良的网格进行优化。
4. 建立有限元模型
4.1 定义单元类型
4.2 定义实常数
4.3 定义材料属性
4.4 定义梁截面
4.5 设置几何模型单元属性
4.6 网格划分
4. 建立有限元模型
4.1 定义单元类型



ANSYS大多数单元为结构单元，因此可以根据分析目的选取不同
的单元类型。
命令：ET, ITYPE, ENAME
公共相交
两两相交
3. 建立几何模型
3.2 操作（布尔运算、Байду номын сангаас拉、复制…）

布尔运算（重要）

分割（divide）
- 把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边
界连接在一起。
- 若想找到两条相交线的交点并保留这些线时，此命令特别有用，
如下图所示。（相交运算可以找到交点但删除线）
3. 建立几何模型
⑶模态分析
⑷谐响应分析
⑸瞬态动力分析
⑹谱分析
⑺显式动力分析
1. ANSYS软件的基本介绍
1.3 ANSYS处理器
名称

功能
prep7
建立几何模型，赋予材料属性，
Main Menu>Preprocessor
分网与施加边界条件等
solution 加载、求解
路径
命令
/prep7
Main Menu>Solution
2D实体元
3D实体元
壳单元 ：SHELL63
弹簧单元
质量单元 ：MASS21
接触单元
矩阵单元
表面效应单元
预紧、多点约束、网分单元
2. 坐标系
坐标系用于定义空间几何参数的位置、节点自由度、材料特性
方向，以及改变图形显示和列表等。
6类坐标系：总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐
标系、显示坐标系与结果坐标系。这里介绍我们建模过程中主
要应用的总体与局部坐标。
2.1 总体坐标系
用于确定空间几何结构的位置，是一个绝对的参考系。
2. 坐标系
2.2 局部坐标系
对于复杂的几何模型，仅使用总体坐标系不够方便，这时
可建立自己的坐标系，即局部坐标系。



局部坐标系的原点和坐标轴方向可与总体坐标系不同。
有4种坐标系，即直角坐标系、柱坐标系、球坐标系、环