自编ANSYS培训讲义.docx
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自编ANSYS培训讲义
主讲人简介：
谢宝来，男，汉族，1975年生，1999年7月毕业于西南交通大学交通土建结构工程专业，现任分院总工程师兼副院长，高级工程师。
2003年开始研究ANSYS程序，编写了《弯桥计算程序》和《直桥计算程序》，为本单位ANSYS软件技术带头人，在发布的多篇论文中应用到了ANSYS分析技术，该讲义为多年研究总结的结果，为ANSYS初学者不可多得的好资料。
第一讲ANSYS初探（4）
关于本培训的目的：
-使用图形用户界面和APDL语言来操作ANSYS软件
-策划及进行基本的分析（线性、静态的结构分析）
ANSYS功能概览：
●结构分析
●热分析
●电磁分析
●流体分析（CFD）
●耦合场分析-多物理场
ANSYS结构分析概览：
结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等。
结构分析的类型：
●静力分析-用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：
大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。
●模态分析-计算线性结构的自振频率及振形。
谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机载荷引起的结构应力和应变（也叫作响应谱或PSD）。
●谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。
●瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。
●特征屈曲分析-用于计算线性屈曲临界载荷并确定屈曲形状（结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析）。
●专项分析-断裂分析，复合材料分析，疲劳分析。
ANSYS除了提供标准的隐式动力学以外，还提供了显示动力学分析模块ANSYS/LS-DYNA。
●用于模拟高度非线性，惯性力占支配地位的问题，并可以考虑所有的非线性行为。
●它的显式方程是求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。
有限元分析：
有限元分析（FEA）是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。
通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知数。
ANSYS的分析方法：
1.创建有限元模型
-创建或读入几何模型.
-定义材料属性.
-划分单元（节点及单元）.
2.施加载荷进行求解
-施加载荷及载荷选项.
-求解.
3.查看结果
-查看分析结果.
-检验结果（分析是否正确）.
1．建立有限元模型
Preprocessor
/Prep7
2．施加载荷求解
Solution
/Solu
3．查看结果
GeneralPostproc
/Post1
例1.1一个简支梁的例子：
（仅由老师演示使用）
（1）、分析目的
利用梁的理论，求跨径为L的简支梁的跨中弯矩
（2）、定义问题（理论解）
材料扬氏系数E=210x109Pa
截面参数H=0.5m，W=0.2m
几何参数L=10m
边界及外力Ux=Uy=0在x=0
Uy=0在x=L
q=1000N/m
（3）、系统组合及求解
M=qL2/8
（4）、检查结果
M=1000x102/8=12500Nm
/prep7
!
建立有限元模型
k,1
!
定义关键点1
k,2,10
!
定义关键点2
lstr,1,2
!
定义直线
et,1,beam3
!
定义单元类型为平面梁单元
mp,ex,1,210e9
!
定义材料的弹性模量
mp,prxy,1,1/3
!
定义材料的泊松比
r,1,0.2*0.5,0.5**3*.2/12,.5
!
定义截面尺寸（A,I,H）
latt,1,1,1
!
线的属性（材料，实常数，单元类型）
lesize,1,1,,1
!
定义单元长度为1米
lmesh,1
!
分单元
/eshape,1
!
定义单元显示比例
eplot
!
显示单元
/solu
!
施加载荷求解
dk,1,ux,0,,,uy
!
边界条件
dk,2,uy,0
!
边界条件
sfbeam,all,1,pres,1000,1000
!
施加线载荷1000N/m
Solve
!
求解
/post1
!
查看结果
etable,mi,smisc,6
!
定义I端弯矩
etable,mj,smisc,12
!
定义J端弯矩
plls,mi,mj,-1
!
画弯矩图
〖重要说明〗
程序注解：
可采用“!
”加注解内容，也可以采用“/com”和“C***”加注解内容，但必须自成一行。
例题1.2悬臂梁的挠度（在以后的章节中进行练习）：
（1）、分析目的
利用梁的理论，求解x=L变形量
（2）、定义问题（理论解）
材料扬氏系数E=200x109Pa
截面参数H=0.01m，W=0.03m
几何参数L=4m，a=2m，b=2m
边界及外力Ux=Uy=Rotz=0在x=0
F=2N在x=a
q=0.5N/m在a≤x≤L
（3）、系统的组合及求解
y=Fa2（3L-a）/6EI+q（3L4-4a3L+a4）/24EI
（4）、检查结果
y（L）=0.02667+0.02733=0.05400m
第二讲建立节点（8）
有限元分析的第一步便是如何将土木结构系统转化成节点（Node）及单元（Element）所组合的有限元模型（FiniteElementModeling），该有限元模型与土建结构系统的几何外形一致。
有限元模型的建立基本上可以分直接法及间接法。
直接法-按照土木结构系统的几何外形建立节点及单元。
间接法-通过点、线、面、体，先建立系统的几何外形，然后进行网格（Meshing）分割。
坐标系统：
空间中任何一点通常可用卡式坐标（Cartesian）、圆柱坐标（Cylinder）或球面坐标（Sphericity）来表示该点的坐标位置，不管是哪种坐标系统都需要3个参数表示该点的正确位置。
坐标形式
参数
确定代码
卡式
x,y,z
0
圆柱
R,θ,z
1
球面
R,θ,φ
2
【命令介绍】
LOCAL,KCN,KCS,XC,YC,ZC,THXY,THYZ,THZX,PAR1,PAR2
定义区域（LOCAL）坐标系统，该命令执行后，ANSYS坐标系统自动更改为新建立的坐标系统。
KCN:
系统确定代码，大于10的整数
KCS:
系统属性代码，0（卡式）、1（圆柱）、2（球面）及其他
XC,YC,ZC:
该区域坐标与整体坐标系统原点的关系
THXY,THYZ,THZX：
该区域坐标与整体坐标系统Z、X、Y轴的关系
MenuPaths:
UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc
CSYS,KCN
声明坐标系统（CoordinateSystem）。
MenuPaths:
UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>SpecifiedCoordSys
相关参考命令：
CSLIST，DSYS
建立节点：
有限元模型的建立是将土木结构转换成很多节点和单元相连接，所以节点即为土木结构中的一个坐标点，指定一个号码和坐标位置。
【命令介绍】
N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX
定义节点（Nodedefinition），号码编排顺序不影响分析结果，节点的建立也不一定要连号，但强烈建议连号。
在圆柱坐标系统下X，Y，Z相对应于R，θ，Z，在球面坐标系统下X，Y，Z对应于R，θ，φ。
节点重复定义，位置以后定义的为准，即使它已经隶属于单元。
NODE：
欲建立节点的号码，缺省系统将自动编号。
X,Y,Z：
节点在目前坐标系统下的坐标位置。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS
NDELE,NODE1,NODE2,NINC
删除已建立的节点（NodeDelete），如果此节点已经隶属于单元，则不能删除，除非先删除隶属的单元。
NODE1,NODE2,NINC：
预删除节点的范围，起始码NODE1，终止码NODE2，隔号码NINC。
（见本讲的重要说明）
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>Nodes
NPLOT,KNUM
节点显示（NodePlot），KNUM=0表示不显示号码，KNUM=1表示显示号码。
MenuPaths:
UtilityMenu>Plot>Nodes
NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3
节点列表（NodeList）。
MenuPaths:
UtilityMenu>List>Nodes
相关参考命令：
NDIST，NKPT
〖重要说明〗
范围控制码：
（有很多命令均采用此文法）
NODE1
NODE2
NINC
说明
1
20
1
1到20所有节点
1
20
同上
1
20
2
1到20所有奇数点
2
20
2
2到20所有偶数点
1
20
4
1,5,9,13,17
3
3号节点
例题2.1：
第一讲的例1.1
/prep7
!
前处理
N,1,0,0,0
!
在（0,0,0）位置建立节点1
N,2,1
!
同“N,2,1,0,0”
N,3,2$N,4,3$N,5,4
!
“$”可以把几个命令写在一行
N,6,5$N,7,6$N,8,7$N,9,8
N,,9$N,,10
!
编号缺省
Nlis
!
节点列表，命令仅写了前4个字母
以上参数位置为零时可以空白表示，例如“N,1,0,0,0”可以表示为“N,1”，也可以表示为“N”，再例如“N,5,0,5,0”可以表示为“N,5,,5”。
例题2.2：
第一讲的例1.2
/prep7
!
前处理
N,,.5$N,,1$N,,1.5$N,,2
!
建立节点1-4
N,,2.5$N,,3$N,,3.5$N,,4
!
建立节点5-8
Nplo
!
显示节点
Nplo,1
!
显示节点及编号
Nlis
!
节点列表
例题2.3：
平面桁架
/prep7
!
前处理
N$N,,2$N,,4
N,,6$N,,8$N,,2,1
N,,4,2$N,,6,1
例题2.4：
平面梁
/prep7
!
前处理
Local,11,1,15,-20
!
定义当前坐标系为柱坐标系
N,1,25,126.87$N,2,25,119.50
$N,3,25,112.12$N,4,25,104.75
N,5,25,97.37$N,6,25,90
$N,7,25,82.63$N,8,25,75.25
N,9,25,67.88$N,10,25,60.50
$N,11,25,53.13
Local,12,1,50,-23
!
定义当前坐标系为柱坐标系
N,12,30.5,124.18
$N,13,30.5,117.34
N,14,30.5,110.51
$N,15,30.5,103.67
N,16,30.5,96.84
$N,17,30.5,90
N,18,30.5,83.17
$N,19,30.5,76.33
N,20,30.5,69.50
$N,21,30.5,62.66
N,22,30.5,55.83
$N,23,30.5,48.99
Local,13,1,85,-20
!
定义当前坐标系为柱坐标系
N,24,25,119.50$N,25,25,112.12
$N,26,25,104.75$N,27,25,97.37
N,28,25,90$N,29,25,82.63
$N,30,25,75.25$N,31,25,67.88
N,32,25,60.50$N,33,25,53.13
Csys,0
!
转换当前坐标为直角坐标系
N,34,30,-2.5$N,35,70,-2.5
$N,36,30,-5$N,37,70,-5
N,38,30,-7.5$N,39,70,-7.5
$N,40,30,-10$N,41,70,-10
例题2.5：
平面挖孔板
/prep7
!
前处理
N,1,,-2$N,2,,-1
$N,3$N,4,,1
N,5,,2$N,6,4,-2
$N,7,4,-1$N,8,4
N,9,4,1$N,10,4,2
$N,11,8,-2$N,12,8,-1
N,13,8$N,14,8,1
$N,15,8,2$N,16,12,-2
N,17,12,-1$N,18,12
$N,19,12,1$N,20,12,2
N,21,2,-2$N,22,6,-2
$N,23,10,-2$N,24,2,2
N,25,6,2$N,26,10,2
$Local,11,1,2
N,27,1$N,28,1,30
$N,29,1,60$N,30,1,90
N,31,1,120$N,32,1,150
$N,33,1,180$N,34,1,210
N,35,1,240$N,36,1,270
$N,37,1,300$N,38,1,330
Local,12,1,6,,,,,,1.6
!
定义柱坐标，并把Y轴扩大1.6倍
N,39,1$N,40,1,30
$N,41,1,60$N,42,1,90
N,43,1,120$N,44,1,150
$N,45,1,180$N,46,1,210
N,47,1,240$N,48,1,270
$N,49,1,300$N,50,1,330
Local,13,1,10$N,51,1
$N,52,1,30$N,53,1,60
N,54,1,90$N,55,1,120
$N,56,1,150$N,57,1,180
N,58,1,210$N,59,1,240
$N,60,1,270$N,61,1,300
N,62,1,330
【命令介绍】
FILL,NODE1,NODE2,NFILL,NSTRT,NINC,ITIME,INC,SPACE
节点填充（Fill）命令是自动将两节点间在现有坐标系统下填充许多节点，两节点间填充的节点个数及分布状态视其参数而定。
MenuPaths：
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>FillbetweenNds
NGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE
节点复制（NodeGeneration）命令是将一组节点在现有坐标系统下复制到其他位置。
ITIME:
复制次数，包含自己本身。
INC：
每次复制时节点号码的增加量。
NODE1,NODE2,NINC：
选取要复制的节点。
DX,DY,DZ：
每次复制时在现有坐标系统下，几何位置的改变量。
MenuPaths：
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Nodes>Copy
例题2.6第一讲的例1.1
/prep7
!
前处理
N,1
$N,11,10
Fill,1,11
!
填充节点
Nlis
例题2.7本讲的例2.4
/prep7
!
前处理
N,1$N,11,30
$N,23,70$N,33,100
Local,11,1,15,-20
!
定义当前坐标系为柱坐标系
Fill,1,11
!
按当前坐标系进行填充
Local,12,1,50,-23
!
定义当前坐标系为柱坐标系
Fill,11,23
!
按当前坐标系进行填充
Local,13,1,85,-20
!
定义当前坐标系为柱坐标系
Fill,23,33
!
按当前坐标系进行填充
Csys,0
!
转换当前坐标为直角坐标系
N,34,30,-2.5
$N,35,70,-2.5
Ngen,4,2,34,35,1,,-2.5
!
复制34,35两节点
例题2.8本讲的例2.5
/prep7
!
前处理
N,1,,-2$N,5,,2
$Fill,1,5
Ngen,4,5,1,5,1,4
!
复制节点
Local,11,1,2
$N,27,1
Ngen,12,1,27,,,,30
!
复制节点
Local,12,1,6,,,,,,1.6
$N,39,1
Ngen,12,1,39,,,,30
!
复制节点
Local,13,1,10
$N,51,1
Ngen,12,1,51,,,,30
!
复制节点
Csys,0$N,21,2,-2
$Ngen,3,1,21,,,4
Ngen,2,3,21,23,1,,4
第三讲建立单元（8）
当节点建立完成后，必须使用适当元素，将土建结构按照节点连接成单元，并完成其有限元模型。
单元选择正确与否直接影响分析结果。
每一个单元都有不同编号，例如Link1是第一号单元、Beam3是第三号单元，单元编号也可以代表此单元。
每个单元号码前的名称可判断适用范围或其形状，基本上单元形状可分为线单元、平面单元和实体单元。
建立单元前必须先行定义使用者欲选择的单元形式代码、单元材料特性、单元几何特性等。
熟记下表中最常用的10种单元：
编号
单元名称
实常数
用途
1
Beam3
AREA,IZZ,HEIGHT
平面梁
2
Link8
AREA,ISTRN
索
3
Pipe16
OD,TKWALL
管
4
Mass21
质量
5
Beam44
AREA1,IZ1,IY1,TKZB1,TKYB1,IX1
空间梁
6
Shell63
TK（I）,TK（J）,TK（K）,TK（L）
薄板4节点
7
Solid65
MAT1,VR1,THETA1,PHI1,…
混凝土8节点
8
Plane82
THK当（KEYOPT（3）=3）
8节点
9
Solid186
无
6面体20节点
10
Beam188
无
变截面梁
【命令介绍】
ET,ITYPE,Ename,KOP1,KOP2,KOP3,KOP4,KOP5,KOP6,INOPR
单元类型（ElementType）为构成土建结构系统所含的单元种类。
ITYPE:
单元类型号码。
Ename：
单元库名称，例如：
Beam3，也可以用“3”代替。
KOP1-KOP6：
单元特性编码。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4
定义材料特性（MaterialProperty）。
MAT：
对应前面所定义单元类型号码（ITYPE），表示该组材料隶属于此单元。
Lab：
材料特性的类别，常用的类别见下表：
Lab
物理意义
EX
弹性模量
ALPX
热膨胀伸缩系数
PRXY
泊松比
DAMP
阻尼系数
DENS
密度
C0：
材料对应的值。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels
R,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6
R命令（RealConstant）为所定义单元类型的几何特性。
NSET：
几何特性编码。
R1-R6：
几何特性值，要参考相应的单元说明。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete
E,I,J,K,L,M,N,O,P
定义单元（Element）的连接方式，梁单元也可能用到参数K，但此时节点K与I、J不在一条线上，通过K节点来确定单元主惯性轴的方向，与I、J、K三点确定的平面的方向相同。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes
EPLOT
单元显示（ElementPlot）。
MenuPaths:
UtilityMenu>Plot>Elements
EGEN,ITIME,NINC,IEL1,IEL2,IEINC,MINC,TINC,RINC,CINC,SINC,DX,DY,DZ
单元复制（ElementGeneration），是将一组单元在现有坐标系统下复制到其他位置。
如果事先建立了节点，位置的确定根据节点走，则忽略DX，DY，DZ参数，如果事先没建立节点，则根据DX，DY，DZ参数自动建立节点。
ITIME:
复制的次数，包含自己本身。
NINC:
每次复制单元时，相对应节点号码的增加量。
IEL1,IEL2,IEINC:
选取复制单元。
DX,DY,DZ:
新建节点几何位置的改变量，如果节点已经存在，则按现有节点考虑。
MenuPaths:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Elements>AutoNumbered
/PNUM,Label,KEY
在有限元模块图形中显示号码（PlotNumber）。
Label：
欲显示对象的名称
Label
意义
Label
意义
NODE
节点
SEC
截面
ELEM
单元
MAT
材料
KP
关键点
TYPE
单元类型
LINE
线
REAL
实常数
AREA
面
LOC
坐标系
VOLU
体
ESYS
单元坐标系
KEY:
控制码，0不显示号码（系统默认），1显示号码。
MenuPaths:
UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering
相关参考命令：
ELIST，EDEL，/Eshape，EMODIF
例题3.1：
第一讲例1.1
/prep7
!
前处理
Et,1,beam3
!
定义平面梁单元
Mp,ex,1,210e9
!
定义材料的弹性模量
Mp,prxy,1,1/3
!
定义材料的泊松比
r,1,0.2*0.5,0.5**3*.2/12,.5
!
定义截面尺寸（A,I,H）
N$N,2,1
$E,1,2
Egen,10,1,1,,,,,,,,1
!
复制单元
/Eshape,1
!
定义单元显示比例
/Pnum,elem,1$Eplot
!
显示单元编号
例题3.2：
第二讲例2.3
/prep7
!
前处理
Et,1,Link1
!
杆单元
Mp,ex,1,80e9
!
定义材料的弹性模量
Mp,prxy,1,1/3
!
定义材料的泊松比
R,1,10e-4
!
实常数（A）
N$N,5,8
$Fill,1,5$N,6,2,1
N,7,4,2$N,8,6,1
$E,1,2$E,1,6
E,8,5$E,7,2
$E,7,3$E,7,4
Egen,7,1,1$/Pnum,elem
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