ANSYS基礎教程ANSYS基礎教程1ANSYS公司.ANSYS產品家族的開發者總部位于Canonsburg,PA-USA（匹茲堡南部）最新版本：14.0ANSYS公司.最新版本：14.0第一章ANSYS簡介ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結構等諸多模塊；優勢：具有強大的求解器和前、后處理功能。為我們解決復雜、龐大的工程項目和致力于高水平的科研攻關提供了一個優良的工作環境;ANSYS程序自身有著較為強大三維建模能力。僅靠ANSYS的GUI(圖形界面)就可建立各種復雜的幾何模型；

ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數據接口。實現不同分析軟件之間的模型轉換；

第一章ANSYS簡介ANSYS是世界上一、主要功能1.結構分析

1）靜力學分析-用于靜態載荷.可以考慮結構的線性及非線性行為。●線性結構靜力分析●非線性結構靜力分析

?幾何非線性：大變形、大應變、應力強化、旋轉軟化

?材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、多線性彈性、蠕變、腫脹等?接觸非線性：面面/點面/點點接觸、柔體/柔體剛體接觸、熱接觸?單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼/彈簧元、預緊力單元等一、主要功能1.結構分析2）動力學分析●模態分析-計算線性結構的自振頻率及振形.譜分析是模態分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變(也叫作響應譜或PSD).●諧響應分析-確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應.●瞬態動力學分析-確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應.可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為.●隨機振動分析等3）專項分析:斷裂分析,復合材料分析，疲勞分析，結構穩定分析，可靠性分析2）動力學分析5、耦合場分析熱-應力分析；壓電分析（電場和結構）；聲學分析（流體和結構）；熱-電分析；感應加熱（磁場和熱）；靜電-結構分析2、熱分析熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量。可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。3、電磁分析電磁分析用于計算電磁裝置中的磁場4、流體分析計算流體動力學(CFD)：用于確定流體中的流動狀態和溫度聲學分析：用于模擬流體介質和周圍固體的相互作用。5、耦合場分析2、熱分析3、電磁分析4、流體分析二、主要模塊構架ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/Emag?ANSYS/Structural?ANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNA?ANSYS/Mechanical?ANSYS/LinearPlus?ANSYS/Thermal?電磁線性結構分析二、主要模塊構架ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/A第二章ANSYS理論基礎有限元方法第二章ANSYS理論基礎有限元方法8幾何離散單元特征分析構造位移函數單元應變能單元外力功（單元等效節點力）單元集成：系統的總勢能變分處理：系統的平衡方程（組）應用位移邊界條件求出節點位移由節點位移求出單元的應變、應力一、有限元求解過程幾何離散一、有限元求解過程首先看一個簡單的平面問題：p首先看一個簡單的平面問題：pStep1.幾何離散——采用3節點三角形單元整體節點位移列陣p體力：重力（密度）厚度：t表面力單位體積力整體等效節點力列陣Step1.幾何離散——采用3節點三角形單元整體節點位移Step2.單元分析——構造單元位移函數位移函數（模式）:刻畫單元內位移分布(x,y)狀態

●合理選擇一種函數來逼近這種分布是有限元分析計算過程中關鍵性的一環。

●在實際應用中普遍采用的是多項式函數，這是因為多項式函數的數學運算（微分和積分）比較方便，而且所有光滑函數的局部都可以用多項式來逼近。●關于多項式的項數和階次，要根據單元的節點自由度數和有關解的收斂性要求來確定。對于平面問題，位移函數如下：Step2.單元分析——構造單元位移函數位移函數（模式）構造位移函數：對u利用節點條件：

ijm構造位移函數：對u利用節點條件：i同理可得：因此：結論：單元內部每一點位移由單元節點位移確定同理可得：因此：結論：單元內部每一點位移由單元節點位移確定N—單元形狀函數矩陣

qe—單元節點位移矩陣N—單元形狀函數矩陣

qe—單元節點位移矩陣應變矩陣Step2.單元分析——應變結論：單元內部每一點應變狀態由單元節點位移確定應變矩陣Step2.單元分析——應變結論：單元內部每一點Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件平面應力：Step2.單元分析——應力應力矩陣結論：單元內部每一點應力狀態由單元節點位移確定平面應力：Step2.單元分析——應力應力矩陣結論：單元單元應變能：Step3.確定單元節點位移——單元勢能單元剛度矩陣單元應變能：Step3.確定單元節點位移——單元勢能單元Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件單元等效節點力列陣單元外力功：單元等效節點力列陣單元外力功：擴充疊加擴充疊加Step3.確定單元節點位移——單元集成系統勢能擴充疊加擴充疊加Step3.確定單元節點位移——單元集成關于單元剛度矩陣的擴充疊加mijmij單元編號

m<i<j關于單元剛度矩陣的擴充疊加mijmij單元編號m<i<j關于單元等效節點載荷列陣的擴充疊加mij單元編號

m<i<j關于單元等效節點載荷列陣的擴充疊加mij單元編號m<i<Step4.確定單元節點位移——變分處理在區域內滿足幾何關系，在邊界上滿足給定位移條件的可能位移中，真實位移使系統的總位能取得最小值。Step4.確定單元節點位移——變分處理在區域內滿足幾何體單元Step4:處理位移邊界條件并求解Step5:計算每個單元的應變及應力幾何離散單元特征分析構造位移函數單元應變能單元外力功（單元等效節點力）單元集成：系統的總勢能變分處理：系統的平衡方程（組）應用位移邊界條件求出節點位移由節點位移求出單元的應變、應力體單元Step4:處理位移邊界條件并求解幾何離散26桿系結構單元平面單元桿系結構單元平面單元27第三章ANSYS分析過程第三章ANSYS分析過程28一、一般分析過程1.前處理——創建有限元模型1）單元屬性定義（單元類型、實常數、材料屬性）2）創建或讀入幾何實體模型

3）有限元網格劃分

4）施加約束條件、載荷條件2.施加載荷進行求解

1）定義分析選項和求解控制

2）定義載荷及載荷步選項

2）求解solve3.后處理

1）查看分析結果2）提取計算數據一、一般分析過程1.前處理——創建有限元模型建立有限元模型（前處理）查看結果（后處理）2.

施加載荷求解分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現.Objective建立有限元模型查看結果2. 施加載荷求解分析的三個主要步驟在Windows操作系統下,使用:Start>Programs>ANSYS10.0>ANSYSProductsLauncher二、ANSYS啟動FileManagement標簽用于指定工作目錄(用戶文件存放的地方)和用戶選擇的作業名.在Windows操作系統下,使用:二、ANSYS啟動FCustomization標簽允許設置內存選項.Customization標簽允許設置內存選項.Preferences標簽用于設置GUI語言和指定圖形驅動設備.也可以在啟動時讀入配置文件start.ans.Preferences標簽用于設置GUI語言和指定圖形驅動公用菜單圖形區主菜單命令窗口當前狀態用戶提示信息快捷命令圖標模型控制工具條輸出窗口公用菜單圖形區主菜單命令窗口當前狀態用戶提示信息快捷命令圖標選擇對話框(MainMenu>Preferences)允許用戶過濾菜單，從而刪除當前分析不需要的功能。例如，如果用戶要進行一次熱分析，可以選擇過濾其它科目，以便GUI方式下菜單項內容精簡：在單元類型選擇對話框中只顯示熱單元類型。只顯示熱載荷，等等菜單過濾選擇對話框例如，如果用戶要進行一次熱分析，可以選擇過濾其二、ANSYS數據庫與文件二、ANSYS數據庫與文件jobname.log:日志文件包括了運行過程中的每一個命令。如果用同樣的作業名在同一目錄中開始另一輪操作,ANSYS將增添原先的日志文件(作一個時間標記)。注意：Log文件是文本文件，再現同樣的一個分析過程，可以通過編輯得到分析過程的命令流。例如通過改變一些命令的參數，即可實現簡單意義上的所謂參數化分析和建模。ANSYS讀入命令流的菜單命令是：File/ReadInputfrom

jobname.log:日志文件注意：Log文件是文本文件jobname.err:

錯誤信息文件，是

ASCII碼文件。包括了運行過程中的所有錯誤和警告。

ANSYS將添加已存在的錯誤文件。jobname.db,.dbb:

數據庫文件,是二進制文件。與所有支持平臺兼容。jobname.rst,.rth,:

結果文件，是二進制文件。與所有支持平臺兼容。包括了ANSYS運算過程中所有結果數據。Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件數據庫文件存儲和恢復不時地把數據庫存儲在計算機的內存(RAM)是一個很好的習慣，這樣可以在計算機損壞或斷電的情況下重新恢復數據庫內的有關信息.SAVE操作把數據庫從內存拷貝到名為databasefile

的文件(ordbfileforshort).

最簡單的存儲操作的點擊Toolbar>SAVE_DB或使用:UtilityMenu>File>SaveasJobname.dbUtilityMenu>File>Saveas…SAVE

命令數據庫文件存儲和恢復數據庫文件存儲和恢復RESUME操作將數據庫恢復到內存。Toolbar>RESUME_DB或使用:UtilityMenu>File>ResumeJobname.dbUtilityMenu>File>Resumefrom…RESUME

命令缺省的保存和恢復的文件名為jobname.db,

當然你可以使用Saveas或Resumefrom選擇不同的文件名。數據庫文件存儲和恢復數據庫文件存儲和恢復提示:分析過程中定期保存數據庫。ANSYS不能自動保存。在嘗試一個不熟悉的操作時（如布爾操作或剖分網格）或一個操作將導致較大改變時（如刪除操作），應先保存數據庫。如果不滿意這次的結果，可以用恢復重做。在求解之前應該保存數據庫。數據庫文件存儲和恢復提示:清除數據庫：清除數據庫允許對數據庫清零，并重新開始。相當于退出ANSYS。UtilityMenu>File>Clear&StartNew或使用

/CLEAR

命令。清除數據庫：三ANSYS的單位制

ANSYS軟件并沒有為分析指定系統單位，在結構分析中，必須使用一套自封閉的單位制（所謂自封閉是指這些單位量綱之間可以互相推導得出）。注意：物理量之間的數量級差別很大，容易引起計算收斂困難或計算誤差太大推薦使用：1、長度為m時用SI國際單位制（m?Kg?s）

長度m-質量kg-時間s對應:力N-彈性模量Pa-密度kg/m3-加速度m/s22、長度為mm時用MPA單位制（mm?T?s）長度m-質量T-時間s-對應的力N對應:力N-彈性模量MPa-密度T/mm3-加速度mm/s2

三ANSYS的單位制ANSYS軟件并沒有為三種退出

ANSYS的途徑:Toolbar>QUITUtilityMenu>File>Exit在輸入窗口使用

/EXIT

命令四、ANSYS退出三種退出ANSYS的途徑:四、ANSYS退出ANSYS使用基于HTML格式的幫助系統，作為現有幫助系統的補充。可以獲取如下的幫助:ANSYS命令單元類型分析過程GUI工具五、ANSYS在線幫助ANSYS使用基于HTML格式的幫助系統，作為現有幫助系統ANSYS基礎教程ANSYS基礎教程46ANSYS公司.ANSYS產品家族的開發者總部位于Canonsburg,PA-USA（匹茲堡南部）最新版本：14.0ANSYS公司.最新版本：14.0第一章ANSYS簡介ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計算軟件，它包括熱、電、磁、流體和結構等諸多模塊；優勢：具有強大的求解器和前、后處理功能。為我們解決復雜、龐大的工程項目和致力于高水平的科研攻關提供了一個優良的工作環境;ANSYS程序自身有著較為強大三維建模能力。僅靠ANSYS的GUI(圖形界面)就可建立各種復雜的幾何模型；

ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數據接口。實現不同分析軟件之間的模型轉換；

第一章ANSYS簡介ANSYS是世界上一、主要功能1.結構分析

1）靜力學分析-用于靜態載荷.可以考慮結構的線性及非線性行為。●線性結構靜力分析●非線性結構靜力分析

?幾何非線性：大變形、大應變、應力強化、旋轉軟化

?材料非線性：塑性、粘彈性、粘塑性、超彈性、多線性彈性、蠕變、腫脹等?接觸非線性：面面/點面/點點接觸、柔體/柔體剛體接觸、熱接觸?單元非線性：死/活單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼/彈簧元、預緊力單元等一、主要功能1.結構分析2）動力學分析●模態分析-計算線性結構的自振頻率及振形.譜分析是模態分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變(也叫作響應譜或PSD).●諧響應分析-確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應.●瞬態動力學分析-確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應.可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為.●隨機振動分析等3）專項分析:斷裂分析,復合材料分析，疲勞分析，結構穩定分析，可靠性分析2）動力學分析5、耦合場分析熱-應力分析；壓電分析（電場和結構）；聲學分析（流體和結構）；熱-電分析；感應加熱（磁場和熱）；靜電-結構分析2、熱分析熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量。可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。3、電磁分析電磁分析用于計算電磁裝置中的磁場4、流體分析計算流體動力學(CFD)：用于確定流體中的流動狀態和溫度聲學分析：用于模擬流體介質和周圍固體的相互作用。5、耦合場分析2、熱分析3、電磁分析4、流體分析二、主要模塊構架ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/Emag?ANSYS/Structural?ANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNA?ANSYS/Mechanical?ANSYS/LinearPlus?ANSYS/Thermal?電磁線性結構分析二、主要模塊構架ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/A第二章ANSYS理論基礎有限元方法第二章ANSYS理論基礎有限元方法53幾何離散單元特征分析構造位移函數單元應變能單元外力功（單元等效節點力）單元集成：系統的總勢能變分處理：系統的平衡方程（組）應用位移邊界條件求出節點位移由節點位移求出單元的應變、應力一、有限元求解過程幾何離散一、有限元求解過程首先看一個簡單的平面問題：p首先看一個簡單的平面問題：pStep1.幾何離散——采用3節點三角形單元整體節點位移列陣p體力：重力（密度）厚度：t表面力單位體積力整體等效節點力列陣Step1.幾何離散——采用3節點三角形單元整體節點位移Step2.單元分析——構造單元位移函數位移函數（模式）:刻畫單元內位移分布(x,y)狀態

●合理選擇一種函數來逼近這種分布是有限元分析計算過程中關鍵性的一環。

●在實際應用中普遍采用的是多項式函數，這是因為多項式函數的數學運算（微分和積分）比較方便，而且所有光滑函數的局部都可以用多項式來逼近。●關于多項式的項數和階次，要根據單元的節點自由度數和有關解的收斂性要求來確定。對于平面問題，位移函數如下：Step2.單元分析——構造單元位移函數位移函數（模式）構造位移函數：對u利用節點條件：

ijm構造位移函數：對u利用節點條件：i同理可得：因此：結論：單元內部每一點位移由單元節點位移確定同理可得：因此：結論：單元內部每一點位移由單元節點位移確定N—單元形狀函數矩陣

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qe—單元節點位移矩陣應變矩陣Step2.單元分析——應變結論：單元內部每一點應變狀態由單元節點位移確定應變矩陣Step2.單元分析——應變結論：單元內部每一點Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件平面應力：Step2.單元分析——應力應力矩陣結論：單元內部每一點應力狀態由單元節點位移確定平面應力：Step2.單元分析——應力應力矩陣結論：單元單元應變能：Step3.確定單元節點位移——單元勢能單元剛度矩陣單元應變能：Step3.確定單元節點位移——單元勢能單元Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件單元等效節點力列陣單元外力功：單元等效節點力列陣單元外力功：擴充疊加擴充疊加Step3.確定單元節點位移——單元集成系統勢能擴充疊加擴充疊加Step3.確定單元節點位移——單元集成關于單元剛度矩陣的擴充疊加mijmij單元編號

m<i<j關于單元剛度矩陣的擴充疊加mijmij單元編號m<i<j關于單元等效節點載荷列陣的擴充疊加mij單元編號

m<i<j關于單元等效節點載荷列陣的擴充疊加mij單元編號m<i<Step4.確定單元節點位移——變分處理在區域內滿足幾何關系，在邊界上滿足給定位移條件的可能位移中，真實位移使系統的總位能取得最小值。Step4.確定單元節點位移——變分處理在區域內滿足幾何體單元Step4:處理位移邊界條件并求解Step5:計算每個單元的應變及應力幾何離散單元特征分析構造位移函數單元應變能單元外力功（單元等效節點力）單元集成：系統的總勢能變分處理：系統的平衡方程（組）應用位移邊界條件求出節點位移由節點位移求出單元的應變、應力體單元Step4:處理位移邊界條件并求解幾何離散71桿系結構單元平面單元桿系結構單元平面單元72第三章ANSYS分析過程第三章ANSYS分析過程73一、一般分析過程1.前處理——創建有限元模型1）單元屬性定義（單元類型、實常數、材料屬性）2）創建或讀入幾何實體模型

3）有限元網格劃分

4）施加約束條件、載荷條件2.施加載荷進行求解

1）定義分析選項和求解控制

2）定義載荷及載荷步選項

2）求解solve3.后處理

1）查看分析結果2）提取計算數據一、一般分析過程1.前處理——創建有限元模型建立有限元模型（前處理）查看結果（后處理）2.

施加載荷求解分析的三個主要步驟可在主菜單中得到明確體現.Objective建立有限元模型查看結果2. 施加載荷求解分析的三個主要步驟在Windows操作系統下,使用:Start>Programs>ANSYS10.0>ANSYSProductsLauncher二、ANSYS啟動FileManagement標簽用于指定工作目錄(用戶文件存放的地方)和用戶選擇的作業名.在Windows操作系統下,使用:二、ANSYS啟動FCustomization標簽允許設置內存選項.Customization標簽允許設置內存選項.Preferences標簽用于設置GUI語言和指定圖形驅動設備.也可以在啟動時讀入配置文件start.ans.Preferences標簽用于設置GUI語言和指定圖形驅動公用菜單圖形區主菜單命令窗口當前狀態用戶提示信息快捷命令圖標模型控制工具條輸出窗口公用菜單圖形區主菜單命令窗口當前狀態用戶提示信息快捷命令圖標選擇對話框(MainMenu>Preferences)允許用戶過濾菜單，從而刪除當前分析不需要的功能。例如，如果用戶要進行一次熱分析，可以選擇過濾其它科目，以便GUI方式下菜單項內容精簡：在單元類型選擇對話框中只顯示熱單元類型。只顯示熱載荷，等等菜單過濾選擇對話框例如，如果用戶要進行一次熱分析，可以選擇過濾其二、ANSYS數據庫與文件二、ANSYS數據庫與文件jobname.log:日志文件包括了運行過程中的每一個命令。如果用同樣的作業名在同一目錄中開始另一輪操作,ANSYS將增添原先的日志文件(作一個時間標記)。注意：Log文件是文本文件，再現同樣的一個分析過程，可以通過編輯得到分析過程的命令流。例如通過改變一些命令的參數，即可實現簡單意義上的所謂參數化分析和建模。ANSYS讀入命令流的菜單命令是：File/ReadInputfrom

jobname.log:日志文件注意：Log文件是文本文件jobname.err:

錯誤信息文件，是

ASCII碼文件。包括了運行過程中的所有錯誤和警告。

ANSYS將添加已存在的錯誤文件。jobname.db,.dbb:

數據庫文件,是二進制文件。與所有支持平臺兼容。jobname.rst,.rth,:

結果文件，是二進制文件。與所有支持平臺兼容。包括了ANSYS運算過程中所有結果數據。Ansys基礎教程-1介紹、理論基礎、分析過程課件數據庫文件存儲和恢復不時地把數據庫存儲在計算機的內存(RAM)是一個很好的習慣，這樣可以在計算機損壞或斷電的情況下重新恢復數據庫內的有關信息.SAVE操作把數據庫從內存拷貝到名為databasefile

的文件(ordbfileforshort).

最簡單的存儲操作的點擊Toolbar>SAVE_DB或使用:UtilityMenu>File>SaveasJobname.db