第六章 ANSYS建模与网格划分 有限元法基本原理及应用课件
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《ANSYS教程》课件
2000年代
推出ANSYS Workbench，实 现多物理场耦合分析。
1970年代
ANSYS公司成立，开始开发有 限元分析（FEA）软件。
1990年代
扩展软件功能，增加流体动力 学、电磁场等分析模块。
2010年代
持续更新和优化，加强与CAD 软件的集成，提高计算效率和 精度。
软件应用领域
航空航天
2023
PART 07
后处理与可视化
REPORTING
结果查看与图表生成
结果查看
通过后处理，用户可以查看分析结果，如应力、应变、位移等。
图表生成
根据分析结果，可以生成各种类型的图表，如柱状图、曲线图、等值线图等，以便更直观地展示结果 。
可视化技术
云图显示
通过云图显示，可以清晰地展示模型 的应力、应变分布情况。
压力载荷等。
在设置边界条件和载荷 时，需要考虑实际工况 和模型简化情况，确保 分析的准确性和可靠性
。
求解和后处理
求解是ANSYS分析的核心步骤，通过求解可以得到模型在给定边界条件和 载荷下的响应。
ANSYS提供了多种求解器，如稀疏矩阵求解器、共轭梯度求解器等，可以 根据需要进行选择。
后处理是分析完成后对结果的查看和处理，ANSYS提供了丰富的后处理功 能，如云图显示、动画显示等。
VS
详细描述
非线性分析需要使用更复杂的模型和算法 ，以模拟结构的非线性行为。通过非线性 分析，可以更准确地预测结构的极限载荷 和失效模式，对于评估结构的可靠性和安 全性非常重要。
2023
PART 04
流体动力学分析
REPORTING
流体静力学分析
静力学分析用于研究流体在静 止或准静止状态下的压力、应
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
12.ANSYS/DesignSpace：该模块是ANSYS的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ： （ 支 持 的 CAD 模 型 有 ： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild）
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8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序， 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受 到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行， 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运 行，也可以单独运行。
有限元分析的基本步骤如下： • 建立求解域并将其离散化有限单元，即将连续问题分
解成节点和单元等个体问题； • 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解
的近似连续函数； • 建立单元方程； • 构造单元整体刚度矩阵； • 施加边界条件、初始条件和载荷； • 求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；
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6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
有限单元法第六章ANSYS有限元工程应用
5.4. Sculpting Your Model with Boolean Operations 5.6. Moving and Copying Solid Model Entities
实体模型建立后，需要进行网格划分。ANSYS 程序提供了4中网格划分方法： Free or Mapped Mesh 自由网格划分 By Sweeping 映射网格划分 Extrude the meshed area into a meshed volume 延伸网格划分 Adaptive Meshing 自适应网格划分
2 ANSYS用户界面
Utility Menu
Input Toolbar
Shortcut Menu Main Menu Ge.LOG 2 数据库文件 Jobname.DB 3 错误文件 Jobname.ERR
4 输出文件 Jobname.OUT
Modeling and Meshing Guide Chapter 7. Generating the Mesh 7.5. Meshing Your Solid Model
Advanced Analysis Techniques Guide
Chapter 5. Adaptive Meshing
2 求解模块 SOLUTION 1) 定义分析类型和分析选项
二、程序功能
PREP7 开 始 层
SOLUTION
前处理模块 求解模块
POST1 POST26 其他
通用后处理模块 时间历程后处理模块
1 前处理模块 PREP7 功能：1) 参数定义 Defining Units 单位制 Defining Element Types 单元类型 Defining Element Real Constants 单元实常数 Material Model Interface 材料模型 Defining Material Properties 材料特性参数
有限元方法与ANSYS应用第6讲
• 几何空间的重复
• 计算时间的重复----迭代
• •
子结构方法 超级单元方法
有限元法分析的基本理论与方法
★ 问题二:同一结构采取不同单元有何 影响? •
有限元法分析的基本理论与方法
★ 建立模型:
梁单元
三角单元
有限元法分析的基本理论与方法
★ 单元网格划分:
梁单元
三角单元
有限元法分析的基本理论与方法
有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
步骤：
有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
结果—变形图：
有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
结果—节点总位移云图：
有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
结果—X向节点应力云图：
有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
结果—Y向节点应力云图：
★ 梁的变形与位移:
梁单元
三角单元
有限元法分析的基本理论与方法
★ 作业:四边形四节点单元 •
有限元法分析的基本理论与方法
★有限元案例分析--结构静力分析
二维实体分析
平面问题
平面应力
平面应变Hale Waihona Puke 有限元法分析的基本理论与方法
二维实体静力分析
已知： σ =100N/cm2
t=1cm
E=210kN/cm2
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析 • 单元的分类:
• 1 单元形状分类(杆、梁、板、壳） • 2 单元节点分类（三角形、四边形） • 3 新单元（先后有等参元、高次元、不协 调元、拟协调元、杂交元、样条元、边界
元、罚单元等）
ansys有限元软件网格划分精讲-65页
• 网格拖拉 • 过渡单元
亦可直接
前
设定属性（单元类 型，材料属性，实
建立有限 元模型。
处
常数，截面属性…）
（直接建 立单元和
理
节点）
网格划分（离散）
求
对于 多载
解
荷步 分析
施加载荷 设定求解控制
求解
后
查看某一
查看某变
处
时刻结果
量随时间
理
（通用后 处理器）
变化的结 果（时间
后处理器）
建立有限元模型
建立有限元模型 – 定义单元属性
定义截面特性
– Main Menu > Preprocessor > Sections
• 能够导入截面 • 能够建立梁，壳和 Pretension 截面。 • 或者使用SECxxx 系列命令。
单元种类
• ANSYS 提供了许多不同种类的单元。经常采用的单元有：
– 线单元 –壳 – 二维实体 – 三维实体
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元种类
• 线单元：
– 梁 单元用于模拟，薄壁管，各种截面构件，角钢，
细长薄壁构件（只考虑膜应力和弯曲应力）。
– 杆 单元用于模拟螺杆，预应力螺栓和桁架。 – 弹簧 单元用于模拟弹簧，螺杆或细长构件，或用等
工业装备虚拟仿真技术
建立有限元模型
ANSYS中不用实体模型求解，而 是用有限元模型求解。
建立几何模型
• 定义单元属性 – 单元类型 – 实常数和截面特性 – 材料特性
• 网格工具MeshTool – 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式
• 自由网格、映射网格 ，扫掠网格
亦可直接
前
设定属性（单元类 型，材料属性，实
建立有限 元模型。
处
常数，截面属性…）
（直接建 立单元和
理
节点）
网格划分（离散）
求
对于 多载
解
荷步 分析
施加载荷 设定求解控制
求解
后
查看某一
查看某变
处
时刻结果
量随时间
理
（通用后 处理器）
变化的结 果（时间
后处理器）
建立有限元模型
建立有限元模型 – 定义单元属性
定义截面特性
– Main Menu > Preprocessor > Sections
• 能够导入截面 • 能够建立梁，壳和 Pretension 截面。 • 或者使用SECxxx 系列命令。
单元种类
• ANSYS 提供了许多不同种类的单元。经常采用的单元有：
– 线单元 –壳 – 二维实体 – 三维实体
建立有限元模型 – 定义单元属性
单元种类
• 线单元：
– 梁 单元用于模拟，薄壁管，各种截面构件，角钢，
细长薄壁构件（只考虑膜应力和弯曲应力）。
– 杆 单元用于模拟螺杆，预应力螺栓和桁架。 – 弹簧 单元用于模拟弹簧，螺杆或细长构件，或用等
工业装备虚拟仿真技术
建立有限元模型
ANSYS中不用实体模型求解，而 是用有限元模型求解。
建立几何模型
• 定义单元属性 – 单元类型 – 实常数和截面特性 – 材料特性
• 网格工具MeshTool – 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式
• 自由网格、映射网格 ，扫掠网格
有限元法与ANSYS技术-网格划分
7A.逻辑选择和网格划分
筒仓
7.在锥面上选择线，然后指定单元属性:
– Utility Menu > Select > Entities … • 选择 “Lines”, “By Location”, “Z coordinates” • 设置Min,Max = -60,0 • 按[Apply] • 按[Plot]
– Utility Menu > File > Resume from … • 选择数据库文件 “silo.db1” ,然后按 [OK]
– 或用命令: RESUME,silo,db1
3.在“Select Entities” 对话框，选择圆筒：
– Utility Menu > Select > Entities … • 选择 “Areas”, “By Location”, “Z coordinates” • Min,Max = 0,120 • [Apply] • [Plot]
– Main Menu > Preprocessor > Meshing > MeshTool • 选择单元属性下的 “Lines”:,然后 [Set] • 按[Pick All] • 设置MAT = 1 • 设置REAL = 4 • 设置TYPE = “2 BEAM4” • 按[OK]
– 或者用命令: LSEL,S,LOC,Z,-60,0 LPLOT LATT, 1, 4, 2
7A.逻辑选择和网格划分
筒仓
8.用 BEAM4 单元划分线：
– Main Menu > Preprocessor > > Meshing > MeshTool • 在网格菜单下选择 “Lines”，然后 按[Mesh] • 按[Pick All]
ansys有限元网格划分方法与基本原理_共8页
一、前言有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。
网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。
从几何表达上讲，梁和杆是相同的，从物理和数值求解上讲则是有区别的。
同理，平面应力和平面应变情况设计的单元求解方程也不相同。
在有限元数值求解中，单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成，连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯（Gauss）积分，而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生（Simpson）积分。
辛普生积分点的间隔是一定的，沿厚度分成奇数积分点。
由于不同单元的刚度矩阵不同，采用数值积分的求解方式不同，因此实际应用中，一定要采用合理的单元来模拟求解。
CAD软件中流行的实体建模包括基于特征的参数化建模和空间自由曲面混合造型两种方法。
Pro/E和SoildWorks是特征参数化造型的代表，而CATIA与Unigraphics等则将特征参数化和空间自由曲面混合造型有机的结合起来。
现有CAD软件对表面形态的表示法已经大大超过了CAE软件，因此，在将CAD实体模型导入CAE软件的过程中，必须将CAD模型中其他表示法的表面形态转换到CAE软件的表示法上，转换精度的高低取决于接口程序的好坏。
在转换过程中，程序需要解决好几何图形（曲线与曲面的空间位置）和拓扑关系（各图形数据的逻辑关系）两个关键问题。
其中几何图形的传递相对容易实现，而图形间的拓扑关系容易出现传递失败的情况。
数据传递面临的一个重大挑战是，将导入CAE程序的CAD模型改造成适合有限元分析的网格模型。
在很多情况下，导入CAE程序的模型可能包含许多设计细节，如细小的孔、狭窄的槽，甚至是建模过程中形成的小曲面等。
这些细节往往不是基于结构的考虑，保留这些细节，单元数量势必增加，甚至会掩盖问题的主要矛盾，对分析结果造成负面影响。
CAD模型的“完整性”问题是困扰网格剖分的障碍之一。
有限元法基础及Ansys应用复习PPT课件
Institute of Mech第an2i页ca/l共En9g9i页neering and Automation
2
1.1 有限元方法与ANSYS概述
1.1.1有限元方法
有限元方法（Finite Element Method ,FEM）是当前工程 技术领域最常用、最有效的数值计算方法，已成为现代工程技 术不可缺少的重要组成部分。
2021/4/21
有限单元法与ANSYS软件简介
12
第12页/共99页
1.3 弹性力学基本知识
弹性力学与材料力学的不同 1、研究的对象： 材料力学主要研究弹性杆件(如梁、柱、轴等） 弹性力学主要研究弹性体。（杆、板、壳、块体）
第13页/共99页
2、研究的方法：
已知
外力、边界条件、几何、材料
求
应力、应变、位移
1. 平面应力问题
几何特征：厚度为t的很薄的均匀木板 外力特征：
面力只作用于板的边缘上，方向平 行于板面且不沿厚度变化
体力平行于板面且不沿厚度变化
第31页/共99页
平面应力问题
只有 x、 y、 xy 三个应变分量需要考虑，所以几何方程
x
u x
，
y
v y
，
z
w z
xy
u y
v ，
x
yz
v z
w y
xy
yx
yy y
应力 分量
当微小的平行六面体趋于无穷 小时，六面体上的应力就代表
P点处的应力。
第23页/共99页
弹性力学的基本方程
位移 应变 应力
几何方程 物理方程
弹性力学 三大方程
平衡方程
复杂偏微分方程组的求解，解析求解困难，主要是数值求解。
2
1.1 有限元方法与ANSYS概述
1.1.1有限元方法
有限元方法（Finite Element Method ,FEM）是当前工程 技术领域最常用、最有效的数值计算方法，已成为现代工程技 术不可缺少的重要组成部分。
2021/4/21
有限单元法与ANSYS软件简介
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1.3 弹性力学基本知识
弹性力学与材料力学的不同 1、研究的对象： 材料力学主要研究弹性杆件(如梁、柱、轴等） 弹性力学主要研究弹性体。（杆、板、壳、块体）
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2、研究的方法：
已知
外力、边界条件、几何、材料
求
应力、应变、位移
1. 平面应力问题
几何特征：厚度为t的很薄的均匀木板 外力特征：
面力只作用于板的边缘上，方向平 行于板面且不沿厚度变化
体力平行于板面且不沿厚度变化
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平面应力问题
只有 x、 y、 xy 三个应变分量需要考虑，所以几何方程
x
u x
，
y
v y
，
z
w z
xy
u y
v ，
x
yz
v z
w y
xy
yx
yy y
应力 分量
当微小的平行六面体趋于无穷 小时，六面体上的应力就代表
P点处的应力。
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弹性力学的基本方程
位移 应变 应力
几何方程 物理方程
弹性力学 三大方程
平衡方程
复杂偏微分方程组的求解，解析求解困难，主要是数值求解。
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激活整体坐标系的操作
6.1.2 局部坐标
局部坐标系是用户建立的坐标系，其原点可以偏移一定距离整体坐标 系的原点，方位也可以不同于整体坐标系（坐标轴旋转一定角度）。 坐标系号必须是大于11的整数，局部坐标系的方式 ：
根据整体坐标定义 根据既有的三个关键点定义 根据既有的三个节点定义 根据当前定义的工作平面的原点定义 根据激活的坐标系定义 删除局部坐标 查看局部坐标
▪依次单击Main Menu→General Postproc→Options for Output或 Utility Menu→List→Results→Options
6.1.7 工作平面
工作平面 显示工作平面 移动工作平面 工作平面的设置
通过应用菜单中WorkPlane子菜单下的各项命令，可以对工作平 面进行控制和各种操作：
同整体坐标一样，局部坐标可以使直角坐标、柱坐标或球坐标。可以将局部柱 坐标或局部球坐标系定义为圆形或椭圆形。另外，还可以建立环形局部坐标。
6.1.3 显示坐标
显示坐标系用来定义几何体被列表或显示的坐标系。依次单击 Utility Menu→Work Plane→Change Display CS to→Specified Coord Sys Utility Menu→Work Plane→Change Display CS to→Global Cartesian Utility Menu→Work Plane→Change Display CS to→Global Cylindrical Utility Menu→Work Plane→Change Display CS to→Global Spherical
Main Menu→Preprocessor→Create→Elements→Elem Attrubutes
提示：只能通过局部坐标系定义单元坐标系方向，即KCN应大于10，若要定 义单元坐标系方向与整体坐标系一致，应先定义一局部坐标系与该整体坐 标系一致，再利用这个局部坐标系来定义单元坐标系方向，KCN=0时，单元 坐标系取默认方向。
第六章 ANSYS建模与网格划分Βιβλιοθήκη 6.1 ANSYS的坐标系统
主要的ANSYS坐标系统 6.1.1 总体坐标 6.1.2 局部坐标 6.1.3 节点坐标 6.1.4 单元坐标 6.1.5 显示坐标 6.1.6 结果坐标
6.1.1 总体坐标
总体坐标用于几何图形的空间定 位， ANSYS的整体坐标系有三 类： ▪ 直角坐标系（Cartesian Coordinate System，C.S.0） ▪ 柱坐标系（Cylindrical Coordinate System，C.S.1） ▪ 球坐标系（Spherical Coordinate System，C.S.2） 三类坐标系均属右手坐标系，而且 原点相互重合。
若要对单元坐标系方向进行调整，使它与已定义好的局部坐标系方向一致： ▪依次单击Main Menu→Preprocessor→Move/Modify→Modify Attrib。
6.1.6 结果坐标
ANSYS计算的结果数据有位移、应力、应变、节点力等，这些数据在向数 据库和结果文件存储时，有的是按节点坐标系，有的是按单元坐标系。 而结果数据在列表、显示和单元表数据存储时是按当前结果坐标系，默 认情况下是按整体直角坐标系。 采用下面的方法，可以将其它坐标系（如其它整体坐标系、局部坐标系、 节点坐标系和单元坐标系）定义成当前（激活）结果坐标系：
1. .....
要显示工作平面:
2. .....
3. .....
Utility Menu: WorkPlane > Display Working Plane
6.1.5 单元坐标
与每个节点都有自己的节点坐标系一样，每个单元也有自己的坐标系，称 为单元坐标系。 对于面单元和体单元，用户在生成单元时可以采用下面的方法对单元坐标 系方向进行定义： ▪GUI: Main Menu→Preprocessor→Attributes Define→Default Attribs
注意：显示坐标系的改变会影响到图形显示，一般情况下，用户在按节点和 单元显示图形时，应将显示坐标系设置为整体直角坐标系。按线、面、体显 示图形时，不受显示坐标系的影响。
6.1.4 节点坐标
节点坐标系用于定义节点自由度的方向和节点结果数据的方向。 ▪依次单击
Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→To Active CS Main Menu→Preprocessor→Move/Modify→Rotate Node CS→To Active CS 用户可以在创建节点时定义旋转角度，使节点坐标系方向旋转一个角度： ▪依次单击Main Menu→Preprocessor→Create→ Nodes CS→In Active CS 修改既有节点坐标系方向使其旋转一角度： ▪依次单击 Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→By Angles Main Menu→Preprocessor→Move/Modify→Rotate Node CS→ By Angles 按方向余弦旋转节点坐标： ▪依次单击 Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→By Vectors Main Menu→Preprocessor→Move/Modify→Rotate Node CS→ By Vectors 列出节点坐标系相对整体直角坐标系的旋转角度： ▪依次单击Utility Menu→List→Nodes
显示工作平面
工作平面 (WP) 是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板“。
Definition
原点
wy y x wx
工作平面
辅助网格，间距 可调
显示工作平面
Utility Menu: WorkPlane >
工作平面控制
移动工作平面 的选项
有关坐标系统的选项 (Aq将在以后的课程 中讨论)
显示工作平面