1、ANSYS結構分析基礎篇一、總體介紹進行有限元分析的基本流程：1.分析前的思考1）采用哪種分析（靜態，模態，動態.）2）模型是零件還是裝配件（零件可以formapart形成裝配件，有時為了劃分六面體網格采用零件，但零件間需定義bond接觸）3）單元類型選擇（線單元，面單元還是實體單元）4）是否可以簡化模型（如鏡像對稱，軸對稱）2.預處理1）建立模型2）定義材料3）劃分網格4）施加載荷及邊界條件3. 求解4.后處理1）查看結果（位移，應力，應變，支反力）2）根據標準規范評估結構的可靠性3）優化結構設計高階篇：一、結構的離散化將結構或彈性體人為地劃分成由有限個單元，并通過有限個節點相互連接的離散系

2、統。這一步要解決以下幾個方面的問題：1、選擇一個適當的參考系，既要考慮到工程設計習慣，又要照顧到建立模型的方便。2、根據結構的特點，選擇不同類型的單元。對復合結構可能同時用到多種類型的單元，此時還需要考慮不同類型單元的連接處理等問題。3、根據計算分析的精度、周期及費用等方面的要求，合理確定單元的尺寸和階次。4、根據工程需要，確定分析類型和計算工況。要考慮參數區間及確定最危險工況等問題。5、根據結構的實際支撐情況及受載狀態，確定各工況的邊界約束和有效計算載荷。二、選擇位移插值函數1、位移插值函數的要求在有限元法中通常選擇多項式函數作為單元位移插值函數,并利用節點處的位移連續性條件,將位移插值函數

3、整理成以下形函數矩陣與單元節點位移向量的乘積形式。位移插值函數需要滿足相容（協調）條件，采用多項式形式的位移插值函數，這一條件始終可以滿足。但近年來有人提出了一些新的位移插值函數，如：三角函數、樣條函數及雙曲函數等，此時需要檢查是否滿足相容條件。2、位移插值函數的收斂性（完備性）要求：1）位移插值函數必須包含常應變狀態。2）位移插值函數必須包含剛體位移。3、復雜單元形函數的構造對于高階復雜單元，利用節點處的位移連續性條件求解形函數，實際上是不可行的。因此在實際應用中更多的情況下是利用形函數的性質來構造形函數。形函數的性質：1）相關節點處的值為1，不相關節點處的值為0。2）形函數之和恒等于1。L

4、s兩個形函融處別拘血二1一?在任何離自N+巴1覽里攏們稱/遨Ni的相去市忌，丿再的相關卞點,其它點均為不相關節點。這里我們稱為的相關節點，為的相關節點，其它點均為不相關節點。三、單元分析目的：計算單元彈性應變能和外力虛功。使用最小勢能原理，需要計算結構勢能，由彈性應變能和外力虛功兩部分構成。結構已經被離散，彈性應變能可以由單元彈性應變能疊加得到，外力虛功中的體力、面力都是分布在單元上的，也可以采用疊加計算。從前面推導可以看出:單元彈性應變能可計算的部分只有單元剛度矩陣，單元外力虛功可計算的部分只有單元等效體力載何向量和等效面力載何向量。在實際分析時并不需要進行上述推導，只需要將假定的位移插值函

5、數代入本節推導得出的單元剛度矩陣、等效體力載何向量和等效面力載何向量的計算公式即可。所以我們說有限元分析的第三步是計算單元剛度矩陣、等效體力載荷向量和等效面力載荷向量。幾點說明：1）單元剛度矩陣具有正定性、奇異性和對稱性三各重要特性。所謂正定性指所有對角線元素都是正數，其物理意義是位移方向與載荷方向一致；奇異性是說單元剛度矩陣不滿秩是奇異矩陣，其物理意義是單元含有剛體位移；對稱性是說單元剛度矩陣是對稱矩陣，程序設計時可以充分利用。2）按照本節公式計算的單元等效體力載荷向量和等效面力載荷向量稱為一致載荷向量。實際分析時有時也采用靜力學原理計算單元等效體力載荷向量和等效面力載荷向量，實際應用表明在

6、大多數情況下，這樣做可以簡化計算，同時又基本上不影響分析結果。五、凹克處理引h已知位移邊界制牛r消臟網満住移，便艾程貝肖口圭一解.劇俳冋A.方程求解求解近似平費方程可以得到全部節點位移*可以刑坤節點位移評價結樹的靜削度七、計車屜元應力由問小功間0一般來悔是坐柝的函數，實師知析是往往取幾*固定值（點）進行計掘，這空點稱應力蔚出薦，撇強度校檢還硬計算穿效應力文案大全二、預處理總述1、實體分析可是3D或2D,3D分析采用的高階單元(S0LID186或S0LID187)劃分的四面體(TET)或六面體(HEX)單元，2D分析采用的高階單元的三角形(TRI)或四邊形(QUA)單元，2D分析時需要在創建項目

7、時在GEOMETRY的分析類型項選擇2D,實體分析得每個節點結構上只有3個自由度，如下圖所示1DrsranieiergUb17Attributes1BNamedSelections19MaterialProperties2DHAdviancedGeometryOptions21AnalysisType30-22UEeAsacciaiivity3D23impDitCoordindtfiSysLems2D24ImportlAlorkPdnte25ReaderMedsSavesUpdatedFile2、面體分析幾何上是2D但離散元是3D,通常面體厚度給予賦值。面體網格劃分采用殼單元，具有6個自由度。

8、SurfaceFromSketchesSurfaceSklEraseObjects1SketchOperationAddMaterialOrientWithPlaneNormal?VesThickness(=Q0.1m3、線體幾何上是1D,離散元是3D,截面形狀可通過linebody進行設置,線體網格劃分采用梁單元，具有6個自由度。-DetailsofLineBodyLineBodyFites0EdgesIVertices0匚ro5SectionNotselected二|SharedTo-polctgyMethodEdgeJointsGeometryTypeDesignModeler4、同個p

9、art下的所有body共享相交邊界，網格劃分時共用交界上的節點，不需要設置接觸。5、NameSelection的使用技巧，在model模塊下，可點擊右鍵insertNameSelection，一般Nameselection的選擇方法可用幾何選取，直接在模型上鼠標點選。另一種實用的選取方法為Worksheet，可以添加多種條件進行篩選，模型劃分網格后，可以精確到對每個單元的選取。DetailsofSelection-ScopeScopingMethodWorksheetGeometryGeometrySelection-Definitio-riiWcirkshieei|SendtoSolverY

10、esVisibleYesProgmControlledIriflafiio-nExclude-StatisticsTimah/pinii*alGenerateAjctio仃EntityTypeCriterionDperatorUnitsValue回AddMeshElementLocationXLessThanimD.2回FilterMeshElementLccationZGreaterThanm0.5三、網格劃分1、relevance選項控制網格的精度，值在-100到100間，越小越粗糙，越大越精密。relevaneecenter扌空制relevanee中間點的精度，elementsize扌空

11、制整個模型的最大單元尺寸。2、網格的高級尺寸控制a) 接近度和曲度結合控制b) 曲度c) 鄰近度d) 固定尺寸On:ProximityandCurvatureOn:CurvatureOn:ProximityOn:FixedQff曲度對于一些含曲線特征的幾何體，可以控制其劃分網格的精密度Curvature=20degCurvature=75deg.鄰近度可以控制某個區域兩個鄰近的幾何特征間的網格劃分密度UseAdvaricedSShapeChecking5i?-3rKiardMechariic-slStrsightSidedElerrtentiNumberofRetriesExtraRetrie

12、sForAssemblyAggressiveMechanicalEtectromagneticsCFDExplkitAdvancedtlerienl:nidsideNodesFrogrmLantrolledf乏也。0旦j上旭此回皿旦3、局部網格劃分控制Method選擇Automatic首先若能SWEEP則選用sweep劃分HEX網格，否則選用patchconforming劃分TET網格。四面體TET網格劃分有兩種方法：patchconforming和patchindependent。P$tdiConformingPatchIndependent對于不能通過sweep得到六面體的幾何體可以選用H

13、exdominant或者Multizone劃分方法ScopingMethxlGeom-etrySelectionGeometry1BodyDefinitionSuppressed-NOMeflnodHexDominantElementMidsideNodesU萊GlobalSettingFreeFaceMeshTypeQuad/TriControlMessagesMoDefinitionSuppressedNo；MethodMulbZone|MappedTleshTypeHexaSurfaceMeshMethodProgramControlledFreeMeshTypeNotAllowedEl

14、ementMidsideNodes1UseGlobalSetting4、尺寸控制Sizing可以通過elementsize（單元最大尺寸）、Numberofdivisions（每個邊的單元數量）、Sphereofinfluence（控制影響區，可設置影響半徑）來調節網格劃分尺寸。Contactsizing可設置接觸面的尺寸。5、其他設置elementrefinement可設置選擇幾何體的網格密度加密倍數；mappedfacemeshing可設置映射面生成結構化網格；可通過side、corner、end點的定義來設置映射策略。Fr-icpngMcrhocCeometrySelectn-nGwrn

15、etr!.11FawDriiiilHiiihUhodCuadriaterafcConst汨cBcmdaryNoAdvdncedSpelled1中CornersHaris.SpecfiedEndsNare.VertexTypeInttrsectingGridUnsAngleBetweenE曲End0(T一135Side1136&一224Corner2225*-314inflationcontrol設置膨脹層，主要用于流體分析的邊界層劃分。pinch可以移出一些不必要的小的幾何特征，劃分網格時可以去掉一些小的凸起部分。劃分網格前有個小圓臺采用pinch劃分網格后沒有凸臺MasterGeometry

16、1EdjgeSlaveGeometry1EdgeDefinitionSuppresEedNoTolerance0.1rmMaster選擇藍色線，Slave選擇紅色線，toleranee的值要比凸臺的高度大。6、虛擬拓撲的應用虛擬拓撲有助于優化幾何模型，可以合并面，分割面或邊來提高網格劃分質量虛擬拓撲可以自動控制OutlineforbracketGenerateVirtual匚已Ik*Delete乖RenameProject&|Model+咗GeometryIIMaMMiiaillHil后阻葉弓J丫龜Medvl7?&虛擬拓撲合并面虛擬拓撲分割邊虛擬拓撲設置：behavior可以設置拓撲搜尋深度。

17、7、子模型的應用當原幾何模型較大，網格數量有限，為了對模型局部進行更精確的計算分析，可以采用子模型。子模型的一般創建方法：IBehavior11nun命i11Advanc皂dGenerateonUpdateMediumHighEdgesOnlyMergeFceEdges先對整體模型（項目A）進行分析計算，然后copy原項目得到項目B,對項目B中幾何進行切割細化網格，將項目A的solution欄拖到Setup欄，最好在B項目求解設置下的submodeling插入邊界條件，子模型的切割邊界應遠離高應力區。WGeometryModel卷SetupSolutionPenult?Resultsstati

18、cStructural#Geotnetry8卷ScatkStructijral鬱EngineeringData、FjFGeometry$Model甞jIG&CMn&tryInsertSolution(B6)二JBodyTemper-atuce魂Dfsplacment四、靜力學分析線彈性靜力分析假設：a)各向同性線彈性材料b)小變形理論c)無時間、無阻尼效應1、pointmass,質量點可以通過坐標或選擇幾何面、線、點加載在幾何體上，質量點只受Acceleration，Standardearthgravity，Rotationalvelocity影響。2、求解設置可設置求解步數，定義每步的終止時

19、間，靜力分析中的time只是一個跟蹤量求解器選擇：自動，直接求解(Direct)，迭代求解(Iterative)弱彈簧的使用：為了滿足靜止約束，程序可自動添加弱彈簧，可以在結果中查看弱彈簧的反力，應該是一個很小的值，并不影響結構的應力分析。慣性釋放：當物體受力不平衡產生加速度時，利用慣性釋放可以產生一個慣性力進行靜力分析，慣性釋放只能用于線性結構分析。巧十仔J何M(T)=0慣性釋放下的應力：3.5561e&2.W71C62.222BeBLJ7S14D1.333Ge&S.a9O5e5153513L7T1：Mln靜力平衡下的應力Min3、施加載荷加速度、角速度、壓力、力，靜水壓力(模擬水壓)軸承力

20、(BearingLoad)，施加在整個圓柱面上。remoteforce(定義力的作用點)螺栓預緊力(BoltPretension)施加在圓柱面上，可以定義預緊力或伸長量Thermalcondition,計算熱應力，需要設置refereneetemperature4、施加約束Fixsupport約束點、線、面的所有自由度。Displacement位移約束ElasticSupport無摩擦的彈性支持面FrictionlessSupport，約束面的法向運動，作用在平面上等同于對稱邊界條件作用在圓柱面上約束徑向運動cylindricalsupport只作用在圓柱面上，可以設軸向，徑向，切向三個自由度

21、compressiononlysupport基于罰函數方法對目標面建立一個剛性接觸面simplysupported作用于點或邊，面體或線體，約束所有平動除了轉動自由度nodalloadandsupport必須通過nameselection來選取nodetools-Solveprocesssettings可以設置求解用的計算機CPU數五、接觸基本設置接觸是一種高度非線性特征，接觸一般通過接觸對描述，包括接觸面（contact）和目標面（target）,程序一共有5種接觸方式，其主要特征如下：ContactTypederationsNormalBehaor（S即制alien）TangentialB

22、ehavior（SlidngjlBonded1NoGapsNoSlidingNoSeparation1NoGapsSlidingAilowedFrictionlessMultipleGapsAllowedSlidingAllowedRoughMultipleGapsAllowedNoSlidingFrictionalMultipleGapsAllowedSlidingAllowedBonded和noseparation都是線性接觸，bonded使兩個接觸面固定在一起，無間隙不能相對滑動而noseparation允許有較小的滑動，其他接觸都是非線性。contact接觸行為behavior分為對稱

23、和非對稱兩種行為。接觸面的處理interfacetreatment：adjusttotouch程序自動取消兩個接觸面的間隙。addoffset可以設置偏移量，正值使兩個接觸面靠近（可以模擬過盈配合），負值使兩個接觸面遠離。Pinballregion可以設置判斷接觸區域的大小，當兩個面都進入pinballregion時程序則判定為發生接觸。meshconnections建立網格連接connectionworksheet表格查看連接信息joint定義約束副，共有九種約束形式來約束body-body或者body-ground。定義joint時需要定義referenee和mobileregions,幾

24、何窗口左邊顯示的自由度，其中灰色的是被約束的，彩色的是自由的7.RRevolute-SolidFSolid1DI/27J2011Z-C7PMjointconfigure可以定義約束的初始狀態JointConfigureConfi-gureAssemble=0m|8SetRevertSet定義初設狀態，revert恢復原始狀態。對于旋轉面或圓柱面的約束類型，可以定義扭轉剛度和扭轉阻尼。大多數joints都可以通過stops來定義他的運動區域springandbeam:spring可以通過彈簧來連接body，可以定義初始值和彈簧剛度，beam可以定義材料和圓形截面半徑。六、remote邊界條件1、

25、Remoteboundaryconditionsprovideameanstoapplyaconditionwhosecenterofactionisnotlocatedwheretheconditionisscoped(i.e,“remotely”).Remote邊界條件包括pointmass，springs，joints，remotedisplacement，remoteforceandmomentloads。所有的remote邊界條件都是采用MPC約束方程進行計算，幾何行為可以設置為rigid，deformableandcoupled，remote計算更耗時。設置remote邊界一般先定

26、義remotepoint,可以直接選擇幾何特征或給定坐標定義，也可以在定義remote邊界條件時通過右鍵“promoteremotepoint”定義。2、behaviorcontrolrigid，deformableandcoupledDeformable3、pinballcontrol可以通過pinball大小來定義約束方程的數量X鳥當琵詈iooddfl-QOQB4、constraintequations可以多個remotepoint間的相互約束關系。!L怒門理亍00=1*Point6(2Oiplacfnnt)+-*PointA(XDi沖Ijccmmiit)Constant1|代|E更!空空

27、世吋IDOF舍時iMI1/nrriPointBZDisplacement1/frniPointAXDisphcementCoefficients/卜匸*PointB(ZDisplacemen燈+|-l|(l/fnm)*PointA(XDisplacement)七、MultiStep的設置應用1、對于多步分析中的每一步，軟件都作為一個獨立的分析過程，載荷約束都可以單獨設置。對于某些載荷或約束可以通過右鍵激活或抑制該步0IE10,21258Q2Attivate/Deactiareatthsitep!5t即匚TjmeE】|Pfemw世旦.呼*2.4S4432當查看計算結果選擇兩個載荷步之間的時間節點

28、時，如0與1步的0.5s，則程序通過線性插值的方式得到0.5的計算結果。2、SolutionCombination(結果組合)Sodtion匚口mbin-stionp0VirbjdlTDpalagySolutionCombination可以通過不同的計算環境（共享幾何網格）進行組合BEngineeringDa也j6EngineeringDataStaticStrucburd(AN5V5)CopyofStaticStructural(ANSVS)ResultsSolution3回GEometry4砂轉0血14 tjjpModel5 Setup3電Setup也Solution7ResultsSta

29、titStructural(ANSY5)3團GeonetrySolutionCombinationCoefficient|EnviranmentNameTime15tatit5trud:uralEndTime15taticrutnjraiZEndTim*RightcidMMProbeVectorCoplay孑4VectorDisplayControSsLilLH,DisplayMethodDispliacem&ntScalingContoinSettlngJ|OutliEDiEiplmyResult7k5e+006(AiJtoScale)*目亍1. 編輯legendDfcsp怙yMasMMin

30、l*belonIbelegendEditValueEMipCHt/ImpcrtjSitcht口asavedleg-end強州血口Hsnz&ntaliVertieailegendDI$piQOatniTIme*WtEsndTim?3.S4；2皈tk*Hcwizortal9型勢LUtomatr曲iBtEL日卿蟲SwitchIdLogarithmicSle：of$iniHcant口igl4&CdtorSchemeSenitrQFsparcocyAdticttoVlthfeRtA!5.?71fJJitirMrfkNgrt-rknD*3*5、帥i仙toStknUfic1n-pendefitBaids2.

31、SectionPlane可以通過鼠標左鍵拖曳生產剖切面，也可以通過局部坐標系的XY平面生產剖切面InsertCreateSectionPlaneRMBsmedSeidticStiCoordinateSystemsGlob創匚og旳訊已5丫戲EmCoori3.ProbeTool可以通過Geometryselection查看選擇幾何特征的計算結果，也可以先定義一個局部坐標系，再通過coordinatesystem查看具體某點（局部坐標系的原點）的計算結果。4.NewchartandTable可以對多個計算結果進行圖表分析，Alert可以設置報警值，如強度極限。5. ConstructionGeom

32、etry可以添加path和surface，path可以通過局部坐標系，邊，點來定義，surface可以通過局部坐標系定義。查看edge的結果可以通過鼠標右鍵Converttopathresult轉換成基于path的計算結果，把X軸設為S即可繪制關于位置的圖表。另外利用path結果可以得到應力線性化用于應力評判。6.Structuralerror可以通過高的能量差異區來鑒別幾何網格的合理性。7.Convergence可以通過Convergence來判斷網格是否足夠白劍Solution(A6)白局EquivalentStressILpElConvergenceDetailsoFSolution(A

33、6)11AdaptiveMeshRefinementMaxRefinementLoops4.neAnemencuepth-Tnfnrmal-innConvergenceHistoryITct#(h)|CKsng*(%IElementfL+3猛E35f2L170-003色歸22ML12273l.】l盹如0.53737742&9SQ772斗adl77&-KL3O.L778fl7333212546151II畋期Dd94+畑呻34豈C038.應力奇點，結構分析時由于幾何模型、載荷施加等因素常常會導致應力奇點，影響計算結果的準確性，我們通過審查收斂結果來避免應力奇點。如果應力奇異區并不是我們感興趣的區域

34、，我們可以只對感興趣區域的計算結果定義收斂控制，如下圖所示。Convergencecontroladdedtotheentiremodel.Gctnetrlcdiscontinuitycausesastresssingularitycausingdivergence.LnniwrgraHirtaryTWHMLHmr*OptiwOutputControlii!amokiContfOb匚加時DsvripingiRstiGStifffttsi匚deffiEiEtrfDefine0DirectrlputStiffnessG&efficient0.Ma5-sCoefficient0.PAnalysisD

35、ataManagcvnent3、模態疊加法分析模態疊加法中的阻尼控制在諧響應分析、瞬態分析、響應譜分析及隨機振動分析中都支持以下表達式：4、數值阻尼數值阻尼并不是真實的阻尼，是人工抑制由高頻結構產生的數值噪聲。默認值為0.1用來過濾掉虛假的高頻模態。使用較小的值來過濾掉對最終結果影響較小的非物理響應。注意：數值阻尼只適用于瞬態分析。三、模態分析應用模態分析用來分析結構的振動特性（自然頻率和振型）,是大多數動態分析得基礎假設和限制：結構是線性的（M和K是常量）.線性無阻尼的自由振動方程：假設u為簡諧運動，則有同）蘭=0因此求解行列式的特征值和特征向量。注意，為振型反應結構振幅的比例關系，可對質量

36、矩陣進行正則化2、參與因子與有效質量參與因子：，其中D是笛卡爾坐標系中各個坐標軸單位位移響應。測量各個模態在各個方向運動的總質量，較大的值意味著該模態在該方向容易被激勵。有效質量：理論上，各個方向的有效質量的總和應該等于結構的總質量，但取決于模態展開的數量。3、模態展開方法ProcedureUsagesApplicaitionsBlockLanezos(Direct)Symmetrle Manymodes(about40+)oflargemodels. Recommendedwhenpoorlyshapedsolidandhelllelementsexist. Shellsoracombina

37、tionofshellsandsolids.PCGLanczos(Iterative)Synmetric(butnotappl心bl*forbuckling)*Fewmodes,(uptoabout100)ofverylargerTiod&ls(500,000+degreesoffreedom1WeII-shapedsolideleiritnts.UnsymmetricUns/mmetricmatrices UsesthefullKand(Mmatrices WhenKandMareunsymmetric(i總acousticfluid-structureinteractionprobletr

38、s)rSuprnadeSymmetric(butnotapplicabletabuckling) Manyinades(upto10H000i. UeedFor2-Dplneorhell/bamtructure&(100modesormoreandfor3-Dsolidstructures(250modesormore).接觸：由于模態分析時線性分析，只允許Bonded和Noseparation,其他接觸程序視為無接觸。4、阻尼模態分析伽+旳訕=0特征值是復雜的，特征值的虛數部分表示自然頻率，而實數部分衡量系統的穩定性，正值不穩定，負值穩定。模態展開方法：ProcedureU&iagesApp

39、liction-sDampedSymmetricorunsyminetricdampedsystems* TofindallmodesoFsmalltomedijmmodels(lessthn10,000degreesoffreedom). Usesfullmatrices吐KJ,MlandthedampingmatrixC)ReducedDaimpingSymm-stncorunsymmetricdamptdsystems*Apprcxirriitdyrprsntthsfewcomplexdampedig-nvlu$bymodisiltransformationusingasmllmumberofeijenvectorsoftheundampedsystemAftertheundmpdmodearevaluatedbvu&ingtherealeiigenalutiQn(Ebd?methodtheequationsofmotionaretranfGrrnedtothesemodalcoordinates.四、諧響應分析應用輸入條件：簡諧變化的載荷（力，壓力和位移）,多個載荷應具有同樣得頻率，力和位移可以是同相或異相。假設和限制：結構具有固定的或與頻率相關的剛度，阻尼，質量，不允許非線性；所有的載荷位移按相