ANSYS从入门到精通完整版总结Word文档格式.docx
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3.2输入窗口〔InputWindow
输入窗口主要用于输入命令,包含ANSYS命令输入、命令提示信息、其他提示信息,以及下拉式运行命令记录菜单等,可以直接选取下拉式命令记录菜单中的命令行,然后双击重新执行命令行。
在输入窗口的左右两边是一些快捷按钮,的按钮从左往右依次为：
新建按钮、打开按钮、存盘按钮、平移缩放旋转按钮、打印按钮、报告生成器按钮和帮助按钮；
右边的按钮从左往右一次为隐藏对话框提到前台按钮、选取重设按钮和接触管理器按钮,这些按钮能够简化操作,在实际操作中会经常用到。
3.3工具栏〔Toolbar
工具栏是执行命令的快捷方式,以方便随时单击执行缩写命令或者宏文件等。
默认的按钮从左往右依次为存储数据库文件〔SAVE_DB、恢复数据库文件〔RESUM_DB、退出ANSYS〔QUIT和图形显示模式切换按钮〔POWRGRPH,可以根据个人使用习惯来增加快捷按钮。
3.4主菜单〔MainMenu
主菜单能够完成如建立模型、施加荷载、求解控制和结果后处理等操作。
3.5图形窗口〔GraphicWindow
用于显示所建立的模型,以及查看分析结果。
3.6图形显示控制按钮
图形显示控制按钮由若干快捷键组成,提供快速的图形显示控制,可以方便地实现图形的平移、旋转和缩放等操作。
3.7提示栏
提示栏用来显示当前系统的基本信息,包括与当前操作相关的提示信息,显示当前材料号、单元类型号、实常数号、坐标系号和截面号。
3.8隐藏的输出窗口
主要作用是显示ANSYS软件对已输入命令或使用功能的响应信息,包括使用命令的出错信息和净高信息。
4、ANSYS文件系统
ANSYS在分析过程中要读写文件,文件的格式为jobname.ext,其中jobname为设定的工作名,ext为由ANSYS定义的扩展名,用于区分文件的用途和类型,默认的工作名是file。
ANSYS的文件类型
Jobname.db
二进制数据库文件
Jobname.dbb
数据库备份文件,保存了上一次操作的数据库信息
Jobname.log
日志文本文件
Jobname.err
错误和警告信息文本文件
Jobname.rst
二进制结果文件〔结构
Jobname.elem
二进制单元定义文件
Jobname.emat
二进制单元矩阵文件
Jobname.esav
二进制单元数据存储文件
Jobname.full
二进制组集的整体刚度矩阵和质量矩阵文件
Jobname.mode
二进制模态矩阵文件
Jobname.node
节点定义文本文件
Jobname.out
ANSYS输出文本文件
Jobname.
5、ANSYS典型分析过程
5.1ANSYS分析前的准备工作
〔1清空数据库并开始一个新的分析。
〔2指定新的工作名〔/filename,
〔3指定新的工作标题〔/title,
〔4指定新的工作目录〔WorkingDirectory
5.2通过前处理器Preprocessor建立模型
〔1定义单元类型〔ET,
〔2定义单元实常数〔R,
〔3定义材料属性数据〔MAT,
〔4创建或读入几何模型〔CREATE
〔5划分单元网格模型〔*MESH,
〔6检查模型
〔7存储模型
5.3通过求解器Solution加载求解
〔1选择分析类型并设置分析选项
〔2施加荷载及约束
〔3设置荷载步选项
〔4进行求解
5.4通过后处理器GeneralPostproc或TimeHistPostproc查看分析结果
〔1从计算结果中读取数据
〔2通过图形化或列表的方式查看分析结果
〔3分析处理并评估结果
6、ANSYS中的坐标系
总体和局部坐标系用来定位几何体。
默认地,当定义一个节点或关键点时,其坐标系为总体笛卡尔坐标系。
可是对有些模型,利用其他坐标系更方便。
ANSYS允许使用预定义的包括笛卡尔坐标、柱坐标和球坐标在内的三种坐标系来输入几何数据,或在任何定义的坐标系中进行此项工作。
6.1ANSYS中坐标系的分类：
〔1整体坐标系和局部坐标系<
GlobalandLocalCoordinateSystems>
：
用于定义几何形状参数,如节点、关键点等的空间位置。
〔2节点坐标系<
NodalCoordinateSystems>
定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方法。
〔3单元坐标系<
ElementCoordinateSystems>
确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。
〔4显示坐标系<
DisplayCoordinateSystem>
用于几何形状参数的列表和显示。
〔5结果坐标系<
TheResultsCoordinateSystem>
用于列表、显示或在通用后处理操作中将节点或单元结果转化到一个特定的坐标系中。
6.2总体坐标系
默认状态下,建模操作使用的坐标系是总体笛卡尔坐标系。
总体坐标系是一个绝对的参考系。
ANSYS程序提供了三种总体坐标系：
笛卡尔坐标〔0[X,Y,Z]、柱坐标〔1[R,θ,Z]、球坐标〔2[R,θ,φ],这三种都是右手坐标系,具有共同的原点。
6.3局部坐标系
局部坐标系是为了方便建模及分析而由自己定义的坐标系,其原点可与整体坐标系的原点偏离一定距离,或其方位不同于先前的总体坐标系。
6.4显示坐标系
在默认情况下,无论在什么坐标系下建模,模型显示的都是在全局坐标系下的坐标,可以改变显示的坐标系。
★显示坐标系的改变会影响到图形显示和列表,无论是几何图素或有限元模型都将受到影响。
但是边界条件符号、向量箭头和单元坐标系的三角符号都不会转换到显示坐标系下。
显示坐标系的方向是X轴水平向右,Y轴垂直向上,Z轴垂直屏幕向外。
当DSYS>
0时,
将不显示线和面的方向。
6.5节点坐标系
节点坐标系用来定义节点的自由度方向。
每个节点都有自己的坐标系,在默认情况下平行于总体笛卡尔坐标系。
在实际应用中,可能要给节点施加不同于坐标系主方向的约束或载荷,这就需要将节点坐标系旋转到所需要的方向上,然后在节点坐标系下施加约束或载荷。
★在通用后处理〔POST1中,节点结果数据均以结果坐标系表示。
★在时程后处理〔POST26中,节点结果如节点位移、节点荷载和支座反力等都是以节点坐标系方向表示。
6.6单元坐标系
每个单元都有自己的坐标系,单元坐标系用于规定单元的正交材料属性的方向、施加的压力和结果的输出方向。
★线单元〔杆、梁单元的X轴通常从I节点指向J节点,Y和Z轴可由节点K或θ确定；
当节点K省略且θ=0时,单元的Y轴总是平行于总体坐标系的XY平面；
当单元的X轴平面于总体坐标系的Z轴时,单元的Y轴与总体坐标系的Y轴相同。
★壳单元的X轴通常也从I节点指向J节点,Z轴通过I节点且与壳面垂直,其正方向由单元的I、J、K节点按右手规则确定。
★2D/3D实体单元坐标系的方向总是平行于总体直角坐标系。
6.7结果坐标系
在求解过程中,计算的结果数据如位移、梯度、应力、应变等,这些数据存储在数据库和结果文件中,要么在节点坐标系中,要么在单元坐标系中。
但是,结果数据通常是旋转到激活的坐标系〔默认为总体坐标系中来进行云图显示、列表显示和单元数据存储等操作。
可以将活动的结果坐标系转到另一个坐标系,或转到求解时所用的坐标系。
7、工作平面
工作平面是一个具有原点、二维坐标系、捕捉式增量和显示栅格的无限大平面,通过它可以精确地确定几何实体间的一些几何关系。
默认时,工作平面为总体笛卡尔坐标系的XY平面。
8、网格划分
8.1概述
在完成几何模型的建模之后,需对模型进行网格剖分,生成节点和单元,得到最终的有限元模型。
网格剖分的过程分为三个步骤：
〔1设置单元属性；
〔2网格划分控制；
〔3生成网格；
有限元模型的主要内容有节点、单元、实常数、材料属性、边界条件和荷载。
有限元模型是由简单的单元组成,单元之间通过节点连接起来,并承受一定的荷载。
其中节点的自由度个数与所求解的物理模型有关,单元可以分为点单元、线单元、面单元和体单元。
在几何模型建立后,可以对其进行网格划分,生成有限元模型,为施加边界条件、施加荷载和进行求解做准备。
8.2设置单元属性表
在生成节点和单元网格之前,必须定义合适的单元属性,包括以下几项：
〔1单元类型—ET〔例如：
BEAM3、SHELL63、SOLID65等。
〔2实常数—R〔如厚度和横截面积等。
〔3材料属性—MAT〔如杨氏模量、泊松比等。
〔4单元坐标系—ESYS。
〔5截面号--SECNUM。
8.3网格划分前分配单元属性
建立了单元属性表,通过指向表中适合的条目即可对模型的不同部分分配单元属性。
指针就是参考号码集,包括材料号〔MAT、实常数号〔REAL、单元类型号〔TYPE、坐标系号〔ESYS,以及使用BEAM188和BEAM189单元时的截面号〔SUCNUM。
可以直接给所选的实体模型分配单元属性,或者定义默认的属性在生成个单元的网格划分中使用。
直接给实体模型图元分配单元属性
给实体模型分配单元属性时,允许对模型的每个区域预置单元属性,从而避免在网格划分过程中重置单元属性。
清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性。
〔1给关键点分配属性：
KATT；
GUI：
MainMenu—Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—AllKeypoints/PickedKPs
〔2给线分配属性：
LATT；
MainMenu—Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—AllLines/PickedLines
〔3给面分配属性：
AATT；
MainMenu—Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—AllAreas/PickedAreas
〔4给体分配属性：
VATT；
MainMenu—Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—AllVolumes/PickedVolumes
分配默认属性
可以通过指向属性表的不同条目来分配默认的属性,在开始划分网格时,ANSYS程序会自动将默认的属性分配给模型。
直接分配给模型的单元属性将取代上述默认属性,而且,当清除实体模型图元的节点和单元时,其默认的单元属性页将被删除。
可以利用下列方式分配默认的单元属性：
TYPE,REAL,MAT,ESYS,SECNUM
MainMenu—Preprocessor—Modeling—Create—Elements—ElemAttributes
MainMenu—Preprocessor—Modeling—MeshAttributes—DefaultAttribs
8.4网格划分控制
ANSYS使用的默认网格控制也许可以使分析模型生成足够的网格以便于分析。
但是,如果采用网格剖分控制,则必须在对实体模型网格剖分之前设置网格剖分控制。
网格划分控制允许建立用于实体模型网格划分的因素,例如,单元形状、中间节点的位置、单元大小等。
此步骤是整个分析中最重要的步骤之一,因为,此阶段所得到的有限元网格将对分析的准确性和经济性起决定作用。
网格划分工具
ANSYS网格划分工具〔MeshTool提供了最常用的网格划分控制和网格划分操作的快捷途径。
〔1ElementAttributes：
单元属性设置。
对将要划分的网格单元设置单元属性。
在"
ElementAttributes"
下面的下拉菜单中有5个选项,如图。
选择其中需要设置单元属性的项,单击"
Set"
按钮,则弹出如下图所示的对话框,在该对话框中各选项可相应地设置单元类型号、材料参考号、实常数号、单元坐标号和截面号。
注意：
此处也可以通过菜单进行设置,路径如图所示：
〔2SmartSize：
智能化控制。
这个命令用于对网格划分进行智能化控制。
但这个命令只在自由网格划分中有效,不能用于映射网格划分。
打开智能网格,尺寸级别的范围从1<
精细>
到10<
粗糙>
缺省级别为6,级别越高说明网格越粗。
MainMenu>
Preprocessor>
Meshing>
SizeCntrls>
SmartSize>
Basic
只有关闭meshtool对话框,才会出现BASIC菜单。
Smartsize高级控制：
AdvOpts
I：
[FAC]：
用于计算默认网格尺寸的比例因子,取值范围0.2～5。
II：
[EXPAND]：
网格划分膨胀因子。
该值决定了面内部单元尺寸与边缘处的单元尺寸的比例关系。
取值范围0.5~4。
III：
[TRANS]：
网格划分过渡因子。
该值决定了从面的边界上到内部单元尺寸涨缩的速度。
该值必须大于1而且最好小于4。
〔3SizeControls：
单元尺寸控制。
此命令可以对不同几何元素的网格划分进行尺寸控制。
由于结构形状的多样性,在许多情况下,由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并不合适,在这些情况下,进行网格划分时必须做更多的处理。
可以通过指定下述的单元尺寸来进行更多的控制。
各项作用：
Global：
对整个模型进行尺寸设置。
执行这个命令会弹出子菜单,其各项功能如下：
Size：
设定网格单元边的长度和边界线上网格的个数。
AreaCntrls：
设置面网格划分的选项,包括面网格缩放因子和网格过度因子。
VoluCntrls：
设置体网格划分选项,仅包括四面体网格缩放因子。
Other：
控制默认的单元大小,适用于映射网格。
Areas：
对于设置面模型划分网格单元大小的选项。
执行这个命令会弹出子菜单,其功能如下：
AllAreas：
对所有面设置划分网格单元大小。
PickedAreas：
对所选定的面设置划分网格单元大小。
ClrSize：
删除已经设置好的面单元划分大小。
Lines：
用于设置模型中线上划分网格的单元尺寸。
Keypoints：
用于设定离关键点最近的单元的边长。
Layers：
在模型中线上设置分割等分数和步长比率。
设置单元尺寸优先等级：
对应MAP方式
缺省单元尺寸→Global→Areas→KeyPts→Lines
〔DESIZE>
<
ESIZE>
AESIZE>
KESIZE>
LESIZE>
低高
对应FREE方式
智能单元尺寸→Global→Areas→KeyPts→Lines
〔SMRTSIZE>
〔4单元形状控制：
同一网格区域的面单元〔二维可以是三角形或者四边形,体单元〔三维可以是六面体或四面体形状。
在进行网格划分之前,应该决定是使用ANSYS对于单元形状的默认设置,还是自己指定单元形状。
此命令的功能是对实体单元划分网格进行控制。
Mesh"
后的下拉菜单中有Volumes、Areas、Lines和Keypoints四个实体模型选项,选择不同的实体模型会有不同的单元形状选项,选择合适的单元形状,再选择网格划分方式,单击"
按钮,即可开始网格划分。
若对网格划分结果不满意,可以单击"
Clear"
按钮,清除网格,然后可以更新设置重新划分网格。
〔5网格划分器的选择：
两种主要的网格划分方法:
自由网格划分和映射网格划分。
自由网格划分
•无单元形状限制。
•网格无固定的模式。
•适用于复杂形状的面和体。
映射网格划分
•面的单元形状限制为四边形或三角形,体的单元限制为六面体<
方块>
。
•通常有规则的形式,单元明显成行。
•仅适用于"
规则的"
面和体,如矩形和方块。
网格划分器选择－自由网格划分
自由网格是面和体网格划分时的缺省设置。
生成自由网格比较容易：
•导出MeshTool工具,划分方式设为自由划分.
•推荐使用智能网格划分进行自由网格划分,激活它并指定一个尺寸级别。
存储数据库。
•按Mesh按钮开始划分网格。
按拾取器中[PickAll]选择所有实体<
推荐>
映射网格划分要求面或体有一定的形状规则,可以指定程序全部用四边形面单元、三角形单元或者六面体单元生成网格模型。
面映射网格划分
面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元,面映射网格需满足下列条件：
1、该面必须是三条边或者四条边〔有无连接均可
2、如果是四条边,对边必须划分为相同数目的单元,或者是划分一过度型网格。
如果是三条边,则线分割总数必须是偶数且每条边分割数相同。
3、网格划分必须设置为映射网格。
如果一个面多于四条边,则不能直接用映射网格划分,但可以使某些线合并,或者连接时总线数减少到四条之后再用映射划分网格,方法如下：
（1）连接线LCCAT
（2）合并线LCOB
体映射网格划分
要将体全部划分为体六面体单元,必须满足下列条件：
1、该体的外形应为块状〔6个面、契形或崚柱〔5个面、四面体〔4个面。
2、对边上必须划分相同的单元数,或分割符合过度网格形式适合六面体网格划分。
3、如果是崚柱体或者四面体,三角形上的单元分割数必须是偶数。
当需要减少围成体的面数进行映射网格划分时,可对面进行加〔AADD或者连接〔ACCAT。
〔6Refineat：
局部细化控制。
Refineat"
后的下拉菜单中选择网格细化的范围,然后单击"
Refine"
按钮,进行局部网格的细化。
9、施加荷载
有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定荷载条件的响应。
在ANSYS术语中,荷载包括了边界条件、外部或内部作用力函数。
对于结构分析中的荷载包括：
位移、力、压力、温度〔热应力和重力。
9.1荷载分类
荷载分为6类：
DOF〔约束自由度,力〔集中荷载,表面荷载,体积荷载,惯性荷载,耦合场荷载。
DOFConstraint〔DOF约束：
将某个自由度用一已知值固定。
在结构分析中约束被指定为位移边界条件或者对称边界条件。
Force〔力：
为施加于模型节点的集中载荷。
在结构分析中被指定为力和力矩。
Surfaceload〔表面载荷：
施加于某个表面上的分布载荷。
在结构分析中为压力。
Bodyload〔体积载荷：
为体积载荷或场载荷。
在结构分析中为温度。
Inertialoads〔惯性载荷：
由物体的惯性引起的载荷,如重力加速度,角速度和角加速度。
主要在结构分析中使用。
Coupled-fieldloads〔耦合场载荷：
为以上载荷的一种特殊情况,将一种分析的结果用作另一分析的载荷。
例如,可施加磁场分析中计算的磁力做为结构分析中的力载荷。
9.2荷载步、子步、平衡迭代
ANSYS将为第一个荷载步选择的单元组用于随后的荷载步,而不论为随后的荷载步指定哪一个单元组。
[esel]
载荷步〔loadstep仅仅是为了获得解答的载荷配置。
在线性静态〔或稳态分析中,可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合：
例如在第一个载荷步中施加风载荷,在第二个载荷步中施加重力载荷,在第三个载荷步中施加风和重力载荷以及一个不同的支承条件等等。
在瞬态分析中,多个载荷步加到载荷历程曲线的不同区域,如图显示了一个需要三个载荷步的载荷历程曲线：
第一个载荷步用于线性载荷,第二个载荷步用于不变载荷,第三个载荷步用于卸载。
载荷值在载荷步的结束点达到全值〔指定的值。
子步〔substep为载荷步中进行求解的点。
由于不同的原因,有时需要使用载荷子步。
在非线性静态和稳态分析中,使用子步逐渐施加载荷以便能提高求解精确度。
在线性或非线性瞬态分析中,使用子步满足瞬态时间累积法则〔为获得较精确的解常规定一个最小的累积时间步长。
在谐波分析中,使用子步获得谐波频率范围内多个频率处的解。
平衡迭代是在给定子步下为了收敛而计算的附加解,仅用于收敛起着很重要作用的非线性分析中迭代修正。
9.3时间的作用[TIME]
在所有静态和瞬态分析中,ANSYS使用时间做为跟踪参数,而不论分析是否依赖于时间。
其好处是：
在所有情况下可以使用一个不变的"
计数器"
或"
跟踪器"
不需要依赖于具体的分析的术语。
此外,时间总是单调增加的,且自然界中大多数事情的发生都经历一段时间,而不论该时间是多么短暂。
在瞬态分析或与速率相关的静态分析〔蠕变或粘塑性中,时间是指具体的代表实际的、按年月顺序的时间,用秒表示。
在指定载荷历程时,在每个载荷步的结束点赋时间值。
然而,在不依赖于速率的分析中,时间仅仅称为一个识别载荷步和载荷子步的计数器,而不再表示具体的时间值。
默认情况下,程序自动给time赋值,在荷载步1结束时,赋值"
time=1"
；
在荷载步2结束时,赋值"
time=2"
以此类推。
这样计算得到的结果也将是与时间有关的函数,只
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