非常有用ansys 自学笔记.docx
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非常有用ansys自学笔记
平面域字符为：
什么是子午面?
rz面
虚功原理：
外力在虚位移上的总虚功等于变形体内应力在虚应变上的总虚变形功
最小势能原理：
对于任何弹性结构，若其总势能表达为弹性位移函数，则当他处于平衡时其总势能必然最小
面积坐标：
三角形单元上常用一种单元局部的自然坐标构造单元的插值函数，可以给有限元的公式推导带来很多方便
三节点环状单元分析：
轴对称空间问题中所有未知量都是r、z相关的函数，那么空间问题可以转化为在子午面上的二维数学问题
为提高有限元的计算精度，准确反映物体内应力状态，可以采用一些较精密的单元类型
逆矩阵的计算方法？
自然坐标系的定义:
是沿质点的运动轨道建立的坐标系.在质点运动轨道上任取一点作为坐标原点O,质点在任意时刻的位置,都可用它到坐标原点O的轨迹的长度来表示.
在自然坐标系中,两个单位矢量是这样定义的:
切向单位矢量:
沿质点所在点的轨道切线方向;法向单位矢量:
垂直于在同一点的切向单位矢量而指向曲线的凹侧.
可见这两个单位矢量的方向,也是随质点位置的不同而不同的.在自然坐标系中表示质点速度,是非常简单的,因为无论质点处在什么位置上速度都只有切向分量,而没有法向分量.
自然坐标系不仅适用于平面运动,也可以用于三维空间的运动.不过在三维情况下,应该引入两个法向单位矢量.
Ansys有限元分析的基本流程：
建模—划分网格—加载—求解—后处理
图形显示窗口最下方：
mat代表材料；type代表单元类型；real代表实常数；csys代表坐标系统号
Save—db保存当前数据库；resume—db从保存的文件中恢复数据（非常重要）；powrgrph切换图形显示模式
Reportgenerator报告生成器，用于完成有限有分析后生成一份完整的报告。
Import导入其他cad软件生成的模型
Export导出iges格式的文件
实用菜单中关于select（选取）：
该菜单用于实体模型或有限元模型中对象的选取，在复杂模型中该功能非常实用，它还可以对组件和部件进行管理
entities选择对象；components组件管理器
Comp/assembly：
组件部件；
everything：
选择模型中的所有对象；图形对象指的是点线面体单元等；
everythingblow：
选择某类对象；
plotctrls（绘图控制）：
全拼为plotcontrols，该菜单中各个选项用于控制模型的各类对象的显示，以及其他数据等；
panzoomrotate:
图形变换，包括模型的移动、缩放、旋转，其功能类似于主界面中的”图形显示功能集”
viewsettings：
视角设置，用于设定模型的观察角度
numbering：
编号设置。
选择是否给模型各个部分编号，并显示；
symbols：
显示符号设置；
style：
模型显示风格设置；
fontcontrols：
字体设置。
用于控制ansys图形窗口中标题、时间等的字体大小和样式；
windowscontrols:
窗口设置；
eraseoption:
擦出选项；
animate：
动画设置；
annotation：
注解设置；
deviceoption：
显示设备设置；
hardcopy：
硬拷贝；
captureimage：
抓图。
快速抓拍当前ansys图形窗口中的图像并显示，同时还可保存图像为bmp文件
restoreimage：
显示抓图得到的文件；
writemetafile：
输出图形文件；
multi-plotcontrols：
多图绘制设置；
multi-windowslayout：
多窗口显示设置；
bestqualityimage：
图形质量设置；
workplane（工作平面菜单）：
用于控制工作平面坐标和系统坐标系。
Displayworkingplane：
显示工作平面；
Showwpstatus：
现实工作状态；
Wpsetting：
工作平面设置；
Offsetwpbyincrements：
移动或者是旋转平面；
Alignwpwith：
工作平面与指定方向平行；
Changeactivecsto：
更改当前显示坐标系；
Changeactivecsto:
更改当前显示坐标系；
Localcoordinatesystems：
局部坐标系设置；
List（类表菜单）：
子列主要用来显示文件信息，可以列表显示记录文件（logfiles），列表显示错问信息文件（errorfiles），以及显示为二进制文件（binaryfiles）。
Status：
列表显示用户所选内容的状态；
Keypoint：
列表显示关键点的属性和相关数据；
Lines：
列表显示线的属性和相关数据；
Area：
列表显示面的属性和相关数据；
Volumes：
列表显示体的属性和相关数据；
Nodes：
列表显示节点的属性和相关数据；
Elements：
列表显示单元的属性和相关数据；
Components：
列表显示组件的属性和相关数据；
Pickedentities：
列表显示所选对象的属性和相关数据
Properties：
列表显示要查看的属性；
Loads：
列表显示在和信息；
Other：
列表显示模型中其他信息
Plot（绘图菜单）：
子菜单主要用来绘制模型的各个图形对象。
比图可以选择只绘制模型的节点或者单元；
Replot：
重新绘制图形显示窗口中的模型；
Keypoints：
只绘制关键点；
Lines：
只绘制线；
Areas：
只绘制面；
Volumes：
只绘制体；
Specifiedentities：
绘制特定对象；
Nodes：
只绘制节点；
Elements：
只绘制单元；
Layeredelements：
只绘制分层单元；
Materials：
只绘制材料属性；
Datatables：
只绘制数据表；
Arrayparameters：
数组参数；
Results：
只绘制求解结果；
Multi-plots：
绘制所有图元；
Components：
只绘制组件
Parameters（参数菜单）：
子菜单用来设置和查看标量（scalar）或矢量的参数；
Scalarparameters：
标量参数；
Getscalardata:
获得标量数据；
Arrayparameters：
数组参数；
Function：
函数
Angularunits：
角度单位设置
Saveparameters：
保存参数
Restoreparameters：
恢复参数
Macro（宏）菜单：
用来设置宏
Createmacro：
创建宏
Executemacro：
执行宏
Macrosearchpath：
宏的搜索路径
Executedatablock：
执行数据块
Editabbreviations：
编辑缩略语
Saveabbr：
保存缩略语
Restoreabbr：
恢复缩略语
Menuctrls（菜单控制）菜单：
可以根据个人爱好设置ansys菜单栏、工具栏的样式
Colorselection：
颜色选择
Fontselection：
字体选择
Updatetoolbar：
更新工具栏
Edittoolbar：
编辑工具栏
Restoretoolbar：
恢复工具栏
Messagecontrols：
信息控制
Savemenulayout：
保存更改后的菜单布局设置
Help：
可打开ansys的在线帮助
Ansysmainmenu:
Preferences:
偏好设置
Preprocessor：
前处理器
Solution：
解决
Generalpostproc：
通用后处理器
Timehistpostproc：
时间历程后处理器
前处理器菜单中的命令如下：
Elements：
单元类型
Realconstants：
实常数
Materialpros：
材料参数
Sections：
截面设置
Modeling：
建模
Meshing：
网格划分
Numberingctrls：
编号控制
Archivectrls：
Loads：
载荷
解决菜单中的命令：
Ansystype：
分析类型
Defineloads：
定义载荷
Loadstepopts：
载荷步选项
Solve：
求解
通用后处理器菜单中的重要命令：
Data&fileopts：
数据和文件选项
Resultssummary：
结果总汇
Readresults：
读取结果
Resultsviewer：
结果查看器
Optionsforoutput：
选择输出
Loadcase：
载荷状况
Checkelemshape：
Fatigue：
疲劳
Define/modify：
定义/修改
Manualrezoning：
手工再划分
时间历程后处理器：
Variableviewer：
变量查看器
Setting：
设置
Storedata：
存储数据
Definevariables：
定义变量
Listvariables：
列表显示变量
Graphvariables：
图形显示变量
Mathoperations：
数学运算
退出操作：
Savegeom+loads：
保存几何与载荷数据
Savegeom.+ld+solu：
保存几何、载荷、求解数据
Saveeverythings：
存储所有数据
Quitnosave：
不存储任何数据
选取对象对话框中的命令：
pick：
处于选取图形对象状态；
unpick：
表示取消拾取状态
Single：
用鼠标左键单击拾取对象，一次选取一个，可多次选取多个对象
Box：
用鼠标左键在ansys图形窗口中拖出一个矩形，次矩形包好要选取的对象，一次可选取多个对象
Polygon:
原理同box选取对象一样，只不过脱出的是一个多边形
Circle：
拖出一个园来选取对象
Loop：
拾取图形对象中的所有对象
Count=：
表示已选中对象的总数
Maximum=：
表示本次拾取操作的最大对象数
Miximum=:
本次拾取操作的最小对象数
Wpx=：
拾取对象在工作平面坐标系下的x坐标
Wpy=：
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y坐标
Globalx=：
拾取的对象在整体坐标系下的x坐标
Globaly=：
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y坐标
Globalz=：
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z坐标
有限元分析的典型步骤：
1、建立有限元模型；2、加载求解；3、后处理和结果查看
定义单位系统只能够通过命令的方式来完成：
命令行输入/units
选择单元类型时要设置referencenumber即参考号
前处理器的命令：
prep7
线性材料属性的定义：
Ansys中的所有分析都要输入材料属性
Mp：
创建线性材料属性命令的缩写，materialprops；
命令流：
mp，lap，mat，c0，c1，c2，c3，c4
Lap为材料特性标签，如：
ex为杨氏模量，kxxx为热导率等
Mat为材料参考编号；c0，c1，c2，c3，c4为定义一个属性与温度的多项式
属性=c0+c1（t）e1+c2（t）e2+c3（t）e3+c4（t）e4
材料参考号类似于单元参考号，使用户为指定的材料特性设置的编号，用该编号来表示对应的材料
Mp，ex，1，3E11//定义编号为1的材料的杨氏模量为3e11，ex为杨氏模量
Mp，nuxy，1，0.5//定义编号为1的材料的泊松比为0.5，nuxy为泊松比
Mp，dens，1,100//定义编号为1的材料密度为100
非线性材料的定义：
Tb：
创建非线性材料属性的缩写，table
Tb，bh，2//创建一个新的非线性材料编号为2
步骤：
1用tb命令创建一个表；2、用tbpt（tablepoint的缩写）输入数据；3、用tbplot绘制曲线查看结果
如：
tbpt，defi，123,487
Tbpt，defi，456,125//defi为define缩写定义之意
Electromagnetics：
电磁场材料
Relativepermeability：
相对磁导率
创建有限元模型：
单元和材料定义完之后，接下来就进入有限元建模，ansys提供两种方法构建有限元模型；1：
先创建或导入实体模型，如后对实体模型进行网格划分以生成有限元模型；
2:
：
直接用单元和节点生成有限元模型；
第一种方法的步骤：
（1）创建或导入实体模型
（2）网格划分前预备工作；（3）对实体模型进行网格划分
网格划分前预备工作：
1、为实体模型分配属性包括：
单元的类型、是想行数、材料属性、单元坐标系；因为建模时并未考虑如材料等参数等意义。
所以划分网格之前必须为实体模型分配属性。
在meshing/meshattributes（属性）下子菜单中完成
2、设置网格划分水平；控制菜单为：
meshing/sizecntrls
加载和求解：
在solution模块中完成求解的定义，分析选项设置，施加载荷，载荷步选项设置，并最中求解的流程
加载和求解的细化步骤：
1，定义分析类型和设置分析选项；2、施加载荷；3、设置载荷步选项4、求解
关于定义分析类型和设置分析选项：
Ansys一共可求解7中不同类型的分析，分别为：
静态分析、瞬态分析、谐振态分析、模态分析、频谱分析、屈曲分析、子结构分析
定义分析类型和设置分析选项的方法：
solution/analysistype/newanalysis和analysisoption
施加载荷：
Ansys对载荷的定义包括：
约束、支撑、边界条件、激励等
载荷分六大类：
1自由度约束即把某个固定自由度用给定的数值代替。
在solution/defineloads/setting/replacevsadd/Constraints中完成。
如给电磁场分析中的有限元施加的磁势为零的边界条件
2集中力载荷：
施加在节点上的集中载荷。
如结构分析中施加在有限元模型上的力和力矩。
在同上菜单出完成forces设置
3面载荷：
施加在某个面上的载荷，如结构分析中施加的压力。
Surfacelaods中设置
4体载荷：
施加在某个体的载荷，如：
在电磁场计算中施加在线圈中电流密度。
5惯性载荷：
他是由物体的惯性引起的。
如结构计算中常考虑重力带来的加速度影响
6耦合场载荷：
他把一种分析的结果作为另一种分析的载荷。
如磁场计算后得到的lorentz（洛伦兹力）力作为结构分析的力载荷
所有的载荷都必须实施加载有限元模型上，及作用于节点、单元等。
所以ansys将自动把实体模型上的载荷转换为有限元模型上后再进行求解
选择求解方法：
求解实质上是ansys通过有限元法建立联立方程并计算方程的结果的过程
Ansys常用的解法有：
波前求解器、稀疏矩阵求解器、雅克比共轭梯度求解器等
1、Front波前求解器：
直接消除法；要求稳定性高（如非线性求解）或内存受限制时适用；模型规模自由度小于5000；内存要求低；硬盘要求高
2、sparse稀疏矩阵求解器：
直接消去法；要求稳定性高和求解速度快时、对线性问题迭代法收敛很慢时使用；自由度10000到5e50之间；内存要求中等；硬盘要求高
Jcg雅克比共轭梯度求解器：
迭代法；对单一物理场问题中求解速度要求较高时、只适用于静力、完全发谐响应与瞬态求解；自由度在50000---1000000以上；内存要求中等；硬盘要求高
以上方法在solution/sol’ncontrols/sol’noptions下完成
求解：
命令：
solve
Gui：
solution-----solve——currentls（当前载荷步）
结果后处理：
完成计算后，需要查看结果，在通用后处理器里完成。
此模块完成观察和分析有限元的计算结果，从结果判断计算是否准确
进入通用后处理器的命令：
/post1
时间历程后处理器：
用于分析指定时间范围内模型指定节点上的某个结果随时间或频率变化的情况
命令：
post26
通用后处理器查看规定时间点上某结果，时间历程后处理器查看某物理量随时间变化的结果
平面倒角和体倒角：
prep7/modeling/create/line/linefillet（线倒角）和areas/areasfillet（面倒角）
创建模型中的布尔运算：
create/operate/Booleans/Add（几何图形相加）subtract/（从所选几何图形中去除部分）
Ansys提供的坐标系有：
1、用于实体建模：
整体坐标系、局部坐标系、显示坐标系
2、用于有限元模型：
单元坐标系、节点坐标系
3、用于结果处理：
结果坐标系（后处理中用于结果的绘制或列表显示）
整体坐标系有：
globalCartesian笛卡尔坐标系、globalcylindrical柱坐标系、globalcylindricaly柱坐标系y、globalspherical球坐标系
局部坐标系：
一旦用户定义了局部坐标系，它将成为激活坐标系；
局部坐标系用大于10的整数标号来识别。
实体网格划分的步骤：
设置单元属性—设置网格控制---执行网格划分
单元类型及适用场合：
1点单元（mass），用于集中质量块模型；
2线单元：
包括梁单元（beam）、杆单元（spar）和弹簧单元（spring）
梁单元适用于：
螺栓、薄壁管件、C形截面构建、角钢、细长薄膜构件等模型
杆单元适用于：
弹簧。
螺杆、预应力螺杆和薄膜桁架等模型
弹簧单元适用于：
弹簧、螺杆、细长构件或通过刚度等效替代的复杂结构等模型
3平面单元：
ansys中有几种平面单元可用于结构分析中的平面应力、平面应变、轴对称和谐响应分析，他们的特性如下；
平面应力：
当模型Z方向上的尺寸远远小于x和y方向的尺寸，所受载荷均作用在x和y平面内，且载荷沿z方向不发生变化，可假定模型研z轴方向的应力等于零，只有平面应力，但，模型沿z轴方向应力不等于零，且允许沿z方向有厚度。
皮那面应力分析可用来分析承受面内载荷的平板，承受压力或远离中心载荷的薄盘扥钢结构
平面应变|：
当模型z方向的尺寸远大于x和y方向尺寸，所受载荷均作用在x和y面内，可假定z方向的应变等于零，只有平面应变，但模型沿z方向寻在应力。
平面应变分析适用于等截面的细长型结构
周对称：
具有轴对称特性的三位实体模型，且不承受周向载荷时。
可根据其对称基准面采用轴对称二维单元进行建模。
建模时要求模型的对称轴必须和整体坐标系的y轴重合，x轴是径向，z轴是周向，且不允许模型有负的x坐标。
轴对称分析一般用于压力容器、直管道、杆等结构
谐单元：
省
4三维实体单元：
对于那些由于几何、材料、载荷或分析结构要求考虑细节等原因造成无法采用更简单的单元进行建模的结构只能使用三维实体单元
（2）线性单元/二次单元/p单元在决定采用线、平面、三位壳或三维实体单元后还要进一步决定采用线性单元/二次单元/p单元中哪种单元
线性单元与高阶单元间的差别在于：
线性单元只有角节点，高阶单元还有中节点；线性单元的位移场为坐标的线性函数，因此大多数情况下单个单元的应力是常数。
二次单元内位移场是按照二次曲线变化的，因此它的单个单元上的应力是线性变化的
P阶单元的位移场可以在二阶到八阶间变化，且具有求解自动控制功能，自动设置分析时各节点上应采用的阶数
多数情况下，高阶单元比线性单元花更少的计算时间并得到更好的精度。
但对平面而言，线性单元与二次网格单元求解的精度差不多
注意：
结构分析中，结构的受力状况决定了单元类型的选择。
选择的原则是：
尽量用维数最低的单元类型区达到预期效果，即（能用点就不选线，能用线就不用面，能用面就不选壳，能用壳就不选三维实体）
对较复杂的模型应建立多个不同复杂程度的模型进行分析对比，以便获得最佳结果
单元的选项Option，不同的单元类型有不同的选项设置，具体参考《ANSYS单元手册》
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