ANSYS新手入门学习心得解析.docx

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ANSYS新手入门学习心得解析

（1）如果你模拟结构体中裂缝扩展过程的模拟，在Ansys中可以用全解耦损伤分析方法来近似模拟裂缝扩展，我曾用Ansys软件中提供的可以定义10,000个材料参数和单元ekill/alive功能完成了层状路面体中表面裂缝和反射裂缝在变温作用下的扩展过程的模拟。

我模拟的过程相对来说比较简单，模拟过程中我们首先要知道裂缝的可能扩展方向，这样在裂缝可能扩展的带内进行网格加密处理，加密到什么程度依据计算的问题来确定。

（2）如果采用断裂力学理论计算含裂缝结构体的应力强度因子，建模时只需在裂尖通过命令kscon生成奇异单元即可。

Ansys模块中存在的断裂力学模块可以计算I、II、III型应力强度因子（线弹性断裂力学）和J积分（弹塑性断裂力学），在Ansys中verification里面有一个计算I型应力强度因子的例子vm143，参见该例子就可以了。

  （3）如果通过断裂力学模拟裂缝的扩展过程，需要采用动态网格划分，这方面我没有做，通过Ansys的宏命令流应该可以实现。

技术参考可参阅文献：

杨庆生、杨卫.断裂过程的有限元模拟.计算力学学报，1997,14（4）.  

  （4）我现在做动荷载作用下路面结构体中应力强度因子的分布规律，我是通过位移插值得到不同时间点处的应力强度因子。

如果想这样做，可参阅理论参考中关于应力强度因子计算说明。

1.    讨论两种Ansys求极限荷载的方法

（1）力加载

可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。

（2）位移加载

给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。

希望众高手讨论一下

（1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？

（2）位移法求极限荷载的具体步骤？

2.    需要注意的问题

1.由于SOLID65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm时，就可以有效避免应力集中带来的问题；

2.支座是另一个需要注意的问题。

在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。

因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；

3.六面体的SOLID65单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元；

4.正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。

在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性；

3.    关于下降段的问题

􀂄1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。

􀂄2）下降段很容易导致计算不收敛，有时为了计算的收敛要避免设置下降段，采用rush模型。

􀂄3）利用最大压应变准则来判断混凝土是否破坏。

4.    Solid65单元中的破坏准则

􀂄1）采用Willam&Warnke五参数破坏准则

􀂄2）需要参数：

􀂄单轴抗拉强度，单轴，双轴抗压强度，围压压力，在围压作用下双轴，单轴抗压强度

5.    近来我对混凝土单元进行了一点思考，有一些想法，贴在下面，共同探讨：

1）分析混凝土结构，选择合理的材料特性是建立模型的关键，所以有必要弄清混凝土的材料特性。

混凝土是脆性材料,并具有不同的拉伸和压缩特性。

典型混凝土的抗拉强度只有抗压强度的8％-15%。

在ANSYS中，对于混凝土单元，材料特性ANSYS要求输入以下数据（为了清楚起见，我将几个系数均译为了中文）：

弹性模量、泊松比、张开与闭合滑移面的剪切强度缩减系数、抗拉与抗压强度、极限双轴抗压强度、周围静水应力状态、静水应力状态下单轴与双轴压缩的极限抗压强度、断裂发生时刚度乘子。

其中，1～6是必须输入的，7～11要么不输入，都采用默认值，如果输入其中一个，其他的都需要输入；另外，与在0～1之间取值，具体如何取值，是值得探讨的话题，但有一点是肯定的，不能将剪切缩减系数，取的太小，否则，就很难不收敛，据我体会，分析一个梁的极限荷载时，剪切缩减系数的取值影响也不是很大；

2）据我理解，如果定义：

TB,concer,mat（mat是需要定义的材料号），则混凝土定义了破坏准则，没有定义屈服准则，主要是W-W模型。

由于混凝土材料的复杂性（太随机了），很难得到一个完全适合混凝土的屈服的材料模型；

3）如果考虑混凝土的压碎破坏，有限元模型会较早失效，得不到真实极限荷载，建议在研究钢筋混凝土结构极限荷载时，关闭混凝土压碎能力；材料模型的选取对荷载变形曲线路径影响不大，即模拟曲线与真实曲线相对应部分吻合较好；不考虑混凝土的压碎破坏，并不意味着不考虑混凝土的抗压能力，相反，为了得到较准确的极限荷载，采用受压混凝土模型是必需的，也只有采用受压混凝土模型才能得到整个荷载变形曲线；

6.    doameshsensitivityanalysis,whichmeansyouneedanalyzethemodelwiththreedifferentmeshsizesinthespandirection,andmaybeyoucanfindsomething.

7.    开裂荷载就是第一到裂纹出现的时候，所加荷载即为开裂荷载；至于如何检测，我也没有好的办法，就是在开裂荷载附近，将荷载不加的很小！

观察第一条裂纹的出现.

8.    由于没有考虑混凝土的应力应变关系，所以荷载-位移曲线接近双折线；我的观点是：

１）：

仅设置CONCR，不管是否设置压碎，极限荷载偏小，荷载位移曲线一般接近二折线；采用CONCR＋MISO则荷载位移曲线形状明显是曲线的，更接近试验结果，所以设置CONCR后，还要需要具体定义混凝土的应力应变关系；

２）：

不考虑压碎时，计算相对容易收敛；而考虑压碎则比较难收敛，即便是没有达到压碎应力时，且有限元模型会较早失效，得不到真实极限荷载。

3）关掉压裂，应该在考虑其他屈服准则，如vonmises。

****米赛斯准则在特定的条件下是适合混凝土的．米赛斯准则不适合混凝土是因为它不能包括静水压力效应，对简单的简之梁摸拟，根本没有考虑静水压力效应，所以还是可以用米赛斯准则的；

****我很赞成你的观点：

＂定义Concr时把压碎特性去掉（抗压强度为“-1”）肯定是不合理的＂；我也在相关的帖子，发表过向类似的观点；比如，不考虑混凝土压碎，如何观察混凝土结构的裂缝发展？

我也一直在考虑此问题，只是高我们这一行的人太少，连找一个讨论的人都很难！

！

我的观点是：

如果必设压碎检查，则要通过大量的试算，并设置不同的网格密度、子步数，以达到目的；

***另外，在ANSYS软件的帮助里，明确提到混凝土可以将抗压强度设为－１，以不考虑混凝土的压碎功能！

原叙述如下：

Absenceofthedatatableremovesthecrackingandcrushingcapability.Avalueof-1forconstant3or4alsoremovesthecrackingorcrushingcapability，

注　：

constant3:

Uniaxialtensilecrackingstress.

constant4:

Uniaxialcrushingstress（positive）.

即混凝土开裂、压碎均可去掉。

***有时我想是不是＂ANSYS在混凝土这一块功能还有待于改善＂？

9.    有限元方程求解

采用Newton-Raphson迭代法求解，求解时采用多荷载步，每荷载步又设若干子步。

为便于加载，将整个求解过程分为四个阶段：

（1）加载到开始出现裂缝；

（2）很多裂缝出现；（3）钢筋屈服；（4）一直到破坏。

第一阶段为线性阶段，可以加比较大的荷载步，当出现裂纹后，就逐步减小荷载步。

进入非线性后，方程较难收敛甚至不收敛，在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性

10.            我在用ansys计算沈聚敏教授做过的试验（《钢筋混凝土构件的变形和延性》清华大学，建筑结构学报1980.2）总共10根梁。

发现我不考虑混凝土压碎的时候，得到的结果基本上与试验相同。

但是考虑压碎的时候（把-1改为轴心抗压强度，命令流相同），计算得到的结果与试验值相去甚远。

这是为何呢？

在考虑压碎的前提下，我把收敛准则里面的0.05改为0.2之后，得到的最大承载力得到了显著的提高，可以和试验值相当这样的话，我就感到很不解了，应该说收敛准则，只是决定是否收敛，而不能改变结果阿？

？

？

（而且我感觉0.2是不是不行啊，最大应该就是0.05）

子步数和迭代次数应该是越大越好吧，（在不考虑计算时间的前提下），我好像感觉有人说，大了也不好，不好收敛。

表示怀疑？

？

？

11.            如何显示SOLID65单元内部配筋方向？

操作步骤：

1）使实体透明化：

UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Translucency

注意：

1——完全透明；0——完全不透明

2）显示与实常数相关的单元形状：

UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SizeandShape

将ESHAPE开关打开。

3）消影

UtilityMenu>PlotCtrls>Style>EdgeOptions

对GLINE进行选择。

4）将单元缩减以更好地观察

UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SizeandShape

对SHRINK开关进行选择缩减比例0％～50％。

12.            为什么ANSYS对WW破坏面进行改动？

1）     混凝土材料本身是一种非常复杂的材料，受压破坏和受拉破坏表现完全不同；

2）     WW破坏曲面中没有区分这两种破坏形式，但实际程序计算中却需要加以区分；

3）     人为强制在压-压-拉分区和拉-拉-压分区中按开裂处理，体现了理论研究和实用计算程序编写之间的差异。

13.            Solid65的本构关系

弹塑性行为

1）     受拉弹性

2）     受压可以选择一些塑性模型：

a）       VonMises屈服面

b）      Drucker-Prager屈服面

c）       理想弹塑性

可以使用以下本构关系：

1）     等强硬化模型（MultilinearIsotropicHardening）

2）     随动硬化模型（MultilinearKinematicHardening）

3）     Drucker-Prager模型（DP模型），DP模型在混凝土中为理想弹塑性模型

14.            Solid65单元中的破坏准则

采用Willam&Warnke五参数破坏准则

需要参数：

1）     单轴抗拉强度，

2）     单轴，双轴抗压强度，

3）     围压压力，

4）     在围压作用下的双轴，单轴抗压强度

15.            混凝土与钢筋组合模型的选取

1.      在条件允许的情况下，优先使用整体式模型；

2.      滑移影响可以通过折减钢筋弹模加以模拟；

3.      在类似节点受往复荷载作用的问题，由于滑移严重，必须使用界面单元；

4.      预应力考虑预应力损失，必须使用界面单元。

16.            ANSYS裂缝模型的说明

1.      ANSYS的裂缝模型相对比较粗糙，使用时应加以慎重考虑；

2.      受拉软化给的是基于固定极限应变的软化模型，比较适用于配筋合适的钢筋混凝土构件，对素混凝土构件有很强的网格依赖性，效果一般不好；

3.      ANSYS的裂面受剪模型为恒定的裂面剪力传递系数模型，在模拟受剪破坏时，剪力传递系数选择不当往往会高估构件受剪承载力。

17.            ANSYS建模中需要注意的问题

!

!

单元尺寸大小

  基于最大开裂应力准则，单元越细，应力集中越严重，开裂出现越早

解决方法

1）     使用半脆性裂缝模型，减小单元尺寸影响

2）     控制网格大小，单元尺寸不宜小于5cm

3）     控制网格划分，在容易出现应力集中的部位要避免过小的单元出现

!

!

施加支座

  支座是个非常严重的应力集中部位，尽量避免把约束直接施加在支座上

解决方法

1）     加弹性垫块，利用圣维南原理减小应力集中

2）     加大支座部位单元尺寸，减小应力集中

18.            具体的系数及公式

1）      定义tb,concr时候的两个系数如何确定？

一般的参考书中，其值建议先取为0.3~0.5（江见鲸），原话是“在没有更仔细的数据时，不妨先取0.3~0.5进行计算”，足见此0.3~0.5值的可用程度。

根据我的经验和理由，建议此值取大些，即开裂的剪力传递系数取0.5,（定要>0.2）闭合的剪力传递系数取1.0。

支持此说法的还有现行铁路桥规的抗剪计算理论，以及原公路桥规的容许应力法的抗计剪计算。

2）     定义混凝土的应力应变曲线

单向应力应变曲线很多，常用的可参考国标混凝土结构规范，其中给出的应力应变曲线是二次曲线＋直线的下降段，其参数的设置按规范确定即可。

当然如有实测的应力应变曲线更好了。

19.            关于收敛的问题

ANSYS混凝土计算收敛（数值）是比较困难的，主要影响因素是网格密度、子步数、收敛准则等，这里讨论如下。

1）网格密度：

网格密度适当能够收敛。

不是网格越密越好，当然太稀也不行，这仅仅是就收敛而言的，不考虑计算费用问题。

但是究竟多少合适，没有找到规律，只能靠自己针对情况慢慢试算。

2）子步数：

NSUBST的设置很重要，设置太大或太小都不能达到正常收敛。

这点可以从收敛过程图看出，如果F范数曲线在[F]曲线上面走形的很长，可考虑增大nsubst。

或者根据经验慢慢调正试算。

3）收敛精度：

实际上收敛精度的调正并不能彻底解决收敛的问题，但可以放宽收敛条件以加速吧。

一般不超过5%（缺省是0.5%），且使用力收敛条件即可。

4）混凝土压碎的设置：

不考虑压碎时，计算相对容易收敛；而考虑压碎则比较难收敛，即便是没有达到压碎应力时。

如果是正常使用情况下的计算，建议关掉压碎选项；如果是极限计算，建议使用concr＋MISO且关闭压碎检查；如果必设压碎检查，则要通过大量的试算（设置不同的网格密度、NSUBST）以达到目的，但也很困难。

5）其他选项：

如线性搜索、预测等项也可以打开，以加速收敛，但不能根本解决问题。

6）计算结果：

仅设置concr，不管是否设置压碎，其一般P-F曲线接近二折线；采用concr+miso则P-F曲线与二折线有差别，其曲线形状明显是曲线的。

20.            如何用AUTOCAD如何出ANSYS的图?

有什么好办法吗?

这两种方法：

1）用apdl生成数据文件，然后用excell打开并处理，然后到autocad中绘制；如post26中的变量曲线即用此法。

2）直接用apdl生成DXF格式的文件，如变形图等。

21.            用ansys计算钢筋混凝土，当第一条裂缝出现（此时荷载很小）时，往往很难收敛，你可以改变一下混凝土的参数，或调整一下收敛准则，或改变网格划分，可能有用。

22.            我想问什么时候是开裂荷载呢，当有第一道裂纹是吗？

那么在ansys中怎么检测了，用etable吗？

还是别的什么命令呢？

开裂荷载就是第一到裂纹出现的时候，所加荷载即为开裂荷载；至于如何检测，我也没有好的办法，就是在开裂荷载附近，将荷载不加的很小！

观察第一条裂纹的出现。

有文献在开裂后取到每个子步5N。

真是有耐心。

23.            请教，在混凝土的压碎图中，绿色小圆圈跟红色小圆圈的表示有什么区别

红色是第一次开裂的，绿色是第二次开裂的。

24.            混凝土裂缝显示

PLCRACKdisplayscirclesatlocationsofcrackingorcrushinginconcreteelements.Crackingisshownwithacircleoutlineintheplaneofthecrack,andcrushingisshownwithanoctahedronoutline.Ifthecrackhasopenedandthenclosed,thecircleoutlinewillhaveanXthroughit.Eachintegrationpointcancrackinuptothreedifferentplanes.Thefirstcrackatanintegrationpointisshownwitharedcircleoutline,thesecondcrackwithagreenoutline,andthethirdcrackwithablueoutline.

Symbolsshownattheelementcentroid（LOC=1）arebasedonthestatusofalloftheelement'sintegrationpoints.Ifanyintegrationpointintheelementhascrushed,thecrushed（octahedron）symbolisshownatthecentroid.Ifanyintegrationpointhascrackedorcrackedandclosed,thecrackedsymbolisshownattheelementcentroid.Ifatleastfiveintegrationpointshavecrackedandclosed,thecrackedandclosedsymbolisshownattheelementcentroid.Finally,ifmorethanoneintegrationpointhascracked,thecircleoutlineattheelementcentroidshowstheaverageorientationofallcrackedplanesforthatelement.

25.            关于ANSYS分析效果

1）     受弯——强度一般都比较准，刚度要差一些

2）     受剪——精度依赖于裂面剪力传递系数，要调整。

3）     受轴压——高轴压比，高围压，很难算准

4）     往复荷载——效果一般都不是很理想，除非很精细地调整参数

26.            LNSRCH,Key—ActivatesalinesearchtobeusedwithNewton-Raphson

Youcannotuselinesearch[LNSRCH],automatictimestepping[AUTOTS],ortheDOFsolutionpredictor[PRED]withthearc-lengthmethod[ARCLEN,ARCTRM].Ifyouactivatethearc-lengthmethodafteryousetLNSRCH,AUTOTS,orPRED,awarningmessageappears.Ifyouchoosetoproceedwiththearc-lengthmethodactivation,ANSYSdisablesyourlinesearch,automatictimestepping,andDOFpredictorsettings.

27.            钢筋混凝土整体模型计算小结

1）     单元太小易开裂，难收敛，且计算结果不稳定；

2）     子步数太少，计算结果不精确但曲线较光滑。

28.            ANSYS文件指南

最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，我们建议您培养以下习惯：

1）针对每个分析项目，设置单独的子目录；

2）每求解一个新问题使用不同的工作文件名，在AYSYS启动对话框中设置工作文件名；

3）ANSYS的Output文件在交互操作中并不自动被写出，在交互操作中，您必须用UtilityMenu:

File>SwitchOutputto>File把output写到一个文件中；

4）分析完成后，您必须保存如下文件:

log文件（.log）,数据库文件（.db）,结果文件（.rst,.rth等）,载荷步文件（.s01,.s02,...）,输出文件（.out）,物理环境文件（.ph1,.ph2,...）。

注意：

log文件只添加，不会覆盖.

29.            制订分析方案是很重要的。

一般考虑下列问题：

a）      分析领域

b）     分析目标

c）      线性/非线性问题

d）     静力/动力问题

e）      分析细节的考虑

f）       几何模型对称性

g）       奇异：

是有限元模型中由于几何构造或载荷引起弹性理论计算应力值无限大。

h）     单元类型

i）        网格密度

j）        单位制

k）     材料特性

l）        载荷

m）   求解器

30.            在应力奇异处:

1）单元网格越是细化，越引起计算应力无限增加，并且不再收敛。

2）网格疏密不均匀时网格离散误差也大小不一（自适