ANSYS基础教程应力分析.docx
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ANSYS基础教程应力分析
ANSYS基础教程——应力分析
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ANSYS应力分析ANSYS教程
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应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:
静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：
分析步骤、几何建模、网格划分。
应力分析概述
·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。
ANSYS的应力分析包括如下几个类型:
●静态分析
●瞬态动力分析
●模态分析
●谱分析
●谐响应分析
●显示动力学
本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。
A.分析步骤
每个分析包含三个主要步骤:
·前处理
–创建或输入几何模型
–对几何模型划分网格
·求解
–施加载荷
–求解
·后处理
–结果评价
–检查结果的正确性
·注意！
ANSYS的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；
·前处理器（在ANSYS中称为PREP7）提供了对程序的主要输入；
·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。
也可以使用前处理器PREP7施加载荷。
·通常先定义分析对象的几何模型。
·典型方法是用实体模型模拟几何模型。
–以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。
–可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。
B.几何模型
·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。
–体由面围成，用来描述实体物体。
–面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。
–线由关键点组成，用来描述物体的边。
–关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。
·在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。
·这个层次的顺序与模型怎样建立无关。
·ANSYS不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。
（稍后，将讨论哪些修改是许可的）
·既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型
·两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个IGES文件和缩放所需的几何模型
·IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范
–IGES文件是ASCII码文件,很容易在两个计算机系统间传递。
–许多软件包,包括ANSYS在内,允许读写IGES文件。
·输入IGES文件到ANSYS中:
–UtilityMenu>File>Import>IGES...
◆在弹出的对话框中，选择Nodefeaturing*（缺省值），按下OK（默认其他选项）。
◆在第二个对话框中选择想要的文件并点击OK.
–或使用IGESIN命令:
◆/aux15
◆ioptn,iges,nodefeat
◆igesin,filename,extension,directory
◆finish
·输入完成后，ANSYS会自动绘出几何模型图
·可以按需要修改几何模型
–ANSYS允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述
–现在，我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。
（注:
缩放比例对输入的“Defeature”IGES无效.）
·当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。
·在ANSYS中缩放模型:
–首先保存数据库--Toolbar>SAVE_DB或使用SAVE命令。
–接着MainMenu>Preprocessor>Operate>Scale>Volumes（在模型上选择相应的实体部分）
◆使用[PickAll]拾取整个体
◆然后键入想要的比例系数（对RX,RY,RZ的比例系数），设置IMOVE为“Moved”，取代“Copied”
–或使用VLSCAL命令:
◆vlscale,all,,,25.4,25.4,25.4,,,1
·演示:
–输入pipe.igs:
选择“NoDefeaturing”方式
–确定模型显示方向
–保存pipe.db
·前处理
–几何模型
–网格划分
·求解
–加载
–求解
·后处理
–结果评价
–检查结果正确性
C.网格划分
·网格划分是用节点和单元等“填充”实体模型，创建有限元模型的过程。
–请记住,只有有限元求解需要节点和单元，实体模型不需要。
实体模型不参与有限元求解。
·网格划分的三个步骤:
–定义单元属性
–指定网格控制
–生成网格
·单元属性是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。
它们包括:
–单元类型
–实常数
–材料性质
单元类型
·单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性:
–自由度（DOF）设置.例如，一个热单元类型有一个自由度：
TEMP，而一个结构单元类型可能有6个自由度：
UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ.
–单元形状--块,四面体,四边形,三角形等
–维数--2-D（仅有X-Y平面）,or3-D.
–假定的位移形函数--线性与二次
·ANSYS有超过150个的单元类型可供选择。
对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。
·定义单元类型:
–Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
◆[Add]添加新单元类型
◆选择想要的类型（如SOLID92）并按OK键
◆[Options]指定附加的单元选项
–或使用ET命令:
◆et,1,solid92
·注意:
–设置想要分析学科的选项（MainMenu>Preferences），这样将只显示所选学科的单元类型。
–应当在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为GUI方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置。
例如，如果选择结构单元类型，则热载荷选项成灰色，或根本不出现。
实常数
·实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状。
例如:
–梁单元是由连接两个节点的线来定义的，这只定义了梁的长度。
要指明梁的横截面属性，如面积和惯性矩，就要用到实常数。
–壳单元是由四面体或四边形来定义的，这只定义了壳的表面积，要指明壳的厚度，必须用实常数。
–许多3-D实体单元不需要实常数，因为单元几何模型已经由节点完全定义。
·定义实常数:
–Preprocessor>RealConstants
◆[Add]增加一种新的实常数设置。
◆如果定义了多个单元类型,首先选择要指定实常数的单元类型
◆接着输入实常数值.
–或使用R系列命令
·不同的单元类型需要不同的实常数，有些单元类型不需要任何实常数。
获取详细资料，请参考在线单元手册。
材料性质
·每个分析都需要输入一些材料性质：
结构单元所需的杨氏模量EX，热单元所需的热传导率KXX等。
·定义材料性质的两种方法:
–材料库
–单独定义
使用材料库
·这种方法能够对给定的材料选择预先已定义的材料性质。
·ANSYS为一些常用材料提供了结构和热的典型材料性质（线性），但我们强烈建议你建立自己的材料库。
·从材料库选取材料:
–先定义库的路径.
·Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>LibraryPath
–输入要读取的材料数据的位置例如：
/ansys57/matlib.
·或使用/MPLIB命令
–接着从库中输入一种材料
·Preprocessor>MaterialLibrary>ImportLibrary
–选择单位制。
这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件，ANSYS本身没有单位制的概念，也不进行单位换算；
–选择想要的材料文件如钢AISIC1020.
·或使用MPREAD命令中的LIB选项
单独指定材料性质
·这种方法通过材料模型GUI方式直接指定想要的材料性质，以取代选择材料名称。
·单独指定材料性质:
–Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels
·双击合适的性质选项来定义材料性质
·先定义好材料类型的结构树
·接着输入单个材料的性质值
·或使用MP命令
–mp,ex,1,30e6
–mp,prxy,1,.3
·添加与温度相关的材料性质
·绘出性质-温度曲线
·从一个材料表复制材料模型到另一个材料表
·删除材料模型
单位制注释
·无需告诉ANSYS你所使用的单位制，只需确定要使用的单位制，在输入时保持数据单位一致。
–例如,如果几何模型的尺寸是英寸，确保其他的输入数据—材料性质,实常数,载荷等—也以英寸为单位
·ANSYS不进行单位换算!
它只是简单的接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性。
·命令/UNITS允许你指定单位制,但它只是一个纪录设计，从而使使用你模型的用户知道你所用的单位。
指定网格控制是网格划分的第二步。
·ANSYS中有许多可用的网格控制。
现在，我们介绍一个指定网格密度的简单方法，智能网格划分。
·智能网格划分是一种运算法则，它按照线的长度，曲率和对孔的近似确定模型中线的分割单元数。
·你只需要指定从1（最细网格）到10（最粗网格）的“尺寸水平”，其他的由ANSYS处理。
MeshTool是最好的定义网格划分控制的方式:
–Preprocessor>MeshTool.
–激活SmartSizing尺寸级别缺省为6
生成网格是网格划分的最后一步
·首先存储数据库
·然后按MeshTool中的[Mesh]按钮
–这将打开一个拾取器.点击拾取器的[PickAll]按钮指示所有的实体
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