ANSYS有限元学习笔记.docx

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ANSYS有限元学习笔记

有限元分析步骤

1.建立有限元模型

1.1指定工作文件名、定义标题

1.2定义单元属性

1.3定义材料属性

1.4创建实体模型

1.5生成有限元模型（网络划分）

1.5.1为实体模型分配单元属性

1.5.2设置网络划分水平

1.5.3对实体模型进行网格划分

2.加载和求解

2.1定义分析类型和设置分析项

2.2施加载荷

2.3求解

3.结果后处理和结果查看

3.1通用后处理

3.2时间历程后处理

布尔运算

1.交运算（intersect）

交运算的结果是由每个初始图形的共同部分行程一个新的图形。

2.加运算（Add）

得到一个包含原始图形所有部分的新图形。

行程的新图形是一个单一的整体，没有空隙。

3.减运算（SUBTRACT）

从一个图形减去另一个图形，运算的结果可能是一个与被减图形相同维数的图形，也可能是将被减图形分成两个或多个新的图形。

新的图形之间可以有共同的边界也可以有不同但重合的边界。

4.切割运算（Divide）

切割运算是一个图形把另一个图形分成两份或多份，它和减运算类似。

5.交迭运算（Overlap）

用于连接两个或多个图形，一生成多个或更多个新的图形的集合。

叫迭命令除了在叫迭域周围生成了多个边界外，于加运算非常类似。

交迭运算生成的是多个相对简单的区域，而加运算生成的是一个相对复杂的区域。

叫迭必须与原始图形具有相同的维数。

6.粘结运算（Glue）

于交迭类似，但粘结运算只针对图形之间的公共部分，且公共处部分的维数低于原始图形一维。

面与面粘结运算是针对面与面的公共边进行的。

体与体的粘结运算则是针对体与体的公共面进行的。

它们只是在边界上连接，但仍然独立。

7.分割运算（Partition）

用于连接两个或多个图形，以生成三个或更多的新图形的集合。

如果交迭区域与原始图形有相同的维数，那么分割结果于叫迭结果相同。

如果交迭区域与原始图形有相同的维数，那么分割结果于交迭结果相同。

于交迭不同的是，没有参加交迭的图形将不被删除。

UG转ANSYS

直接将UG倒入也不很不错。

不过导入后，记住存一下盘，这样会加快速度。

另外导入后，采用/facet,normal，可以将面和体正常显示出来。

网络划分与创建有限元模型

1.设置单元属性

1.0定义单位（/inits）

1.1选择单元类型

1.2定义实常数（它的确定依赖于单元类型，用于补充必要信息和计算参数，eg：

电磁场PLANE53，其实常数为线圈横截面积、匝数、导体填充率等，不同单元实常数同）

1.3设置材料属性

1.4设置单元坐标系统

（创建局部坐标系，确定材料属性的方向）

2.为实体模型分配单元属性

（即将不同的单元类型、实常数、材料属性和单元坐标系分配给实体模型的相应部分）

2.1直接方式为实体分配属性

（网格化过程中会转化到有限元模型上）

2.2默认方式为有限元模型分配属性

（为模型中的单元分配单元类型、材料、实常数以及单元坐标等属性）

3.通过网络划分工具设置网格划分属性

（设置网格划分水平）

3.1单元属性分配设置（同2.2）

3.2智能划分水平控制（只能用于自由划分方式）

3.3单元尺寸控制（单元边的长度，用来控制划分精度）

3.4网格划分类型设置以及网络划分

3.4.1确定单元形状

面（三角形Tri、四边形Quad）

体（四面体Tet、六面体Hex）

3.4.2确定单元的划分方式

自由网格：

没有特定的准则。

对于单元形状无限制，生成的单元不规则。

基本适用于所有的模型（内部节点位置不可控）。

面（三角形或四边形），体（四面体）。

映射网格：

满足一定的规则，且映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。

其生成的单元形状比较规则，映射网络适用于形状规则的体或面（可以控制内部节点位置）

3.5细化网格控制

对有应力集中或奇异的模型，在这种情况下，需要对网格进行细化。

4.对实体模型进行网络划分

实体模型进行网格划分：

①自由网格划分②映射网格划分

4.1映射网格划分对象：

对于面：

1.该面必须是三角形或四边形

2.面的对边必须划分为相同数目的单元，或其划分与一个过渡形网格的划分相匹配。

3.如果此面为三角形，则划分的单元必须为偶数且各边单元数相等。

4.当一个面的边数多于4时，可将部分线连接起来以使边数降为4。

对于体：

1.该体的外形应为块状（有6个面）。

棱形或棱柱（5个面），四面体（4个面）

2.对比上必须必须划分相同单元数，或分割符合过渡网格形式以适应六面体网格划分

3.如果体是棱柱或四面体，则三角形面上的单元分割数必须是偶数。

体的扫掠划分：

4.对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布尔运算功能，将其切割成一系列四面体、五面体、六面体。

将体的一个边界面的网格扫掠贯穿整个体，将已有为划分网格的体生成单元。

若源面网格由四边形组成，扫掠划分将生成六面体单元。

若源面网格由三角形组成，扫掠划分将生成楔形单元。

5.直接生成有限元模型

（生成有限元模型的两种方法：

①创建实体然后通过网格化生成有限元模型②直接生成有限元模型）

首先必须定义节点，然后按照节点的顺序构造单元。

单元必须在其所需要的节点全部定以后才可以生成。

5.1生成节点方法

1.定义单个节点

2.从已定义的节点派生另外的节点

3.查看和删除节点

4.移动节点

本章总结

定义单元类型是确定应该运用哪种类型的单元对模型进行网格划分。

例如，你定义LINK8的单元类型，对模型进行网格划分后的小网格都是LINK8单元。

网格大小的改变只是改变网格的疏密程度。

改变它的大小，并没有改变它的类型。

打个比方，为模型划分网格就像买衣服；定义单元类型就像选款式；定义网格大小就像选尺码。

买衣服要先选款式再选尺码，为模型划分网格要先定义单元类型再定义网格大小。

因此，两者并不矛盾。

每个单元类型的形状可以参考ANSYS自带的帮助文件，选择哪种单元格类型就是看哪种单元类型的特点适合你分析的问题。

创建有限元模型步骤：

1.建立实体模型

2.定义单元

3.定义单元实常数、材料属性、单元坐标系

4.为实体模型分配单元属性

5.设置网络划分属性

6.划分实体模型

7.生成有限元模型

加载于求解

一、概述

在ANSYS中，载荷包括边界条件和激励。

载荷分为六大类：

1.自由度：

用已知量确定某个自由度的值。

2.集中力约束：

施加于模型节点的集中力载荷。

3.面载荷：

施加于模型某个面的分布载荷。

4.体载荷：

施加于模型体内的载荷。

5.惯性载荷：

跟物体惯性有关的载荷。

（重力加速度、角速度）

6.耦合场载荷：

用于耦合场分析。

它通常将一种分析得到的结果作为另一种分析的载荷。

载荷步、子步、平衡迭代

载荷步（loadstep）：

一个载荷分几步施加

子步（substep）：

每一个载荷步用几个子步施加（计算机只能施加离散量）

平衡迭代：

在给定子步下为了收敛而进行的计算，它仅仅需考虑收敛的非线性分析

时间步长和时间增量指的都是一个载荷步之间两个连续子步之间的时间差，而不是两个相互独立的载荷步之间的时间间隔。

结构分析

类型

ANSYS标识

自由度

displacement

平移

UX,UY,UZ

旋转

ROTX,ROTY,ROYZ

温度

TEMP

集中力载荷

Force/moment

力

FX,FY,FZ

力矩

MX,MY,MZ

面载荷

Pressure

压力

PRES

体载荷

Tempreture

温度

TEMP

ANSYS通用后处理

几种常见分析生成的结果的文件后缀

分析类型

结构分析

磁场分析

热分析

流体分析

其他

结果文件名后缀

RST

RMG

RTH

RFL

rst

分析类型

基本解

派生解

结构分析

位移

应力、应变等

热分析

温度

热流量、热梯度

磁场分析

磁势

磁通量、磁场强度

电场分析

标量电势

电场、电流密度

流体分析

压力、速度

热流量等

1.重启ANSYS后，查看先前有限元分析步骤：

①：

RESUMEJOBNAME.DB

②通用后处理——DATA&FILEOpts

2.绘制变形图（formedshape）

Defshapeonly（只绘制变性后的模型）

Def+underformed（绘制变形前和变性后的模型）

Def+underedge（绘制变形前模型的轮廓线和变性后的图形）

3.节点解与单元解

节点解是节点计算得到的解，而单元解是一个个单元的解，它是由单元上节点计算结果通过单元中的差值函数计算而来，单元和单元之间的结果可能不连续。

有限元计算的是节点，得到的节点解也称基本解。

绘制等值图和等值线图（contourplot）

路径操作

路径是模型上一系列由节点或坐标位置定义的轨迹。

路径操作的意义是将某个结果数据映射到模型中一条由用户指定的路径上。

对映射到路径上的数据还可以执行各种数据运算和微积分运算，以获取许多有工程意义的计算结果。

常用来比较有限元和解析解的计算结果。

路径图可以显示出结果数据沿模型上的某一预定路径的变化图。

其仅能在含二维或三维单元或壳单元的模型中定义路径，而一维单元不可用。

绘制路径图步骤

1.定义路径。

从模型上选择一条用户需要绘制的路径线路。

通用后处理——pathoperation---definepath—bylocation

2.将结果数据映射到路径上。

pathoperation—mapontopathd

3.根据映射的数据绘制路径图。

Plorresults—plotpathitem

或mainmenu—generalpostproc—pathoperations

—ongraph（曲线显示结果数据沿路径的分布色彩等值图）

—ongeometry（在模型上显示结果数据沿路径的分布色彩等值图）

路径的恢复必须依照此顺序：

TRACPOIN（路径点）

TRACDATA（数据）

TRACLABL（标签）

路径数据的存档与恢复（archivepath）

单元表（elementtable）

单元表是一系列单元数据组成的数据集，形式类似数组，其中表的每一行代表一单元，每一列则是各单元同一数据计算的结果。

功能：

一是其可以查询一些其他方式无法直接访问的单元结果数据。

（结构分析中的一维单元杆派生解）

二是对结果数据进行数学运算。

创建单元表

选择lab、item、comp

基于单元表的数学

Findmaximum：

查找两个单元表中对应项的最大数据值，并将该值填充到一个新的单元表中。

根据单元表绘制结果图形

Plotelemtable

载荷工况（loadcase）组合

ANSYS将多种载荷序列通过缩放、相加、相减、平方和组合起来,使用户同时得到物体受多种载荷的结构状态。

1.创建载荷工况（creatloadcase）

2.设置载荷组合运算的参数（calcoptions）

3.对载荷工况进行运算

4.显示和存储运算结果等

结果数据集

结果数据集对应求解过程中的各个载荷步与子步。

每个载荷步的一个子步就有一个对应结果数据集来记录该时刻或者给频率点上的结果数据。

（多个子步计算结果对应一个数据结果数据集合）

图形的绘制

变形图（deformedshape）

主要绘制结构在静力作用下发生变形的图形。

等值图（contourplot）

节点解是节点计算得到的解，而单元解是一个个单元的解。

它是由单元节点计算结果通过单元中的差值函数计算而来的。

单元解是派生解。

如果单元解图中有突变，则要在这些地方细化网格，或让网格划分为更细的等分。

根据单元列表绘制图形（eletable）

绘制线单元计算结果（lineelemres）

绘制二维磁力线（2Dfluxlines）

矢量绘制（vectorarrowscaling）。

Predefined（预定义）

Userdefined（用户自定义）：

可以用i/j/k三个分量将不同的物理量的计算结果汇合到一个矢量中来显示。

磁通密度

位移分量

应力分量

I

J

S

列表显示结果

Detailedsummary：

显示结果文件中包含的所有数据集合信息。

Iterationsummary：

迭代汇总信息、求解过程的迭代次数等相关信心。

Reactionsolu：

列表显示约束边界各节点上的反力和各分量之和。

结果查看器（resultsviewer）

集合了通用后处理的许多功能。

ANSYS通用后处理

用于分析模型指定节点上的某个结果项随时间或者频率的变化情况，并可研究节点或者单元计算结果与时间或频率的函数关系。

其常对应与非线性分析、瞬态分析和谐响应分析。

在时间历程后处理中可通过变量来记录随时间或频率的结果项、并允许对变量执行各种数学运算。

1.瞬态求解完毕后处理结果项与时间关系

2.谐响应求解完毕后处理结果项与频率的关系

3.在非线性静力求解完毕后处理作用力与变形的关系