ANSYS分析基本过程

2.4.3 求解的实施
对于通常的单载荷步的问题比如大部分的静力分析问 可以直接通过以下方法进行求解： 题，可以直接通过以下方法进行求解： 命令： 命令：SOLVE。 。 GUI：Main Menu|Solution|Current Ls。 ： 。 多载荷步问题的求解可以采用以下两种方法。 多载荷步问题的求解可以采用以下两种方法。 1．使用载荷步文件法 ． 2．使用多步求解法 ．
2.1
分析问题
有限单元法是对物理现象的模拟， 有限单元法是对物理现象的模拟，是对真实情况的数 值分析。通过划分单元， 值分析。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环 境的无限个未知量。 境的无限个未知量。
问题描述
在针对某个问题开始一个分析时， 在针对某个问题开始一个分析时，首先需要了解待求 解对象的结构特点，包括形状、边界条件、工况载荷特点； 解对象的结构特点，包括形状、边界条件、工况载荷特点； 初步建立物理力学模型，包括形状的简化、 初步建立物理力学模型，包括形状的简化、构件间连接的简 支承的简化、材料的简化、截面特性的简化、 化、支承的简化、材料的简化、截面特性的简化、载荷的分 析等。 析等。
2.2.4 创建实体模型
建立几何模型是整个前处理过程中时间花费较多的一个环节。 建立几何模型是整个前处理过程中时间花费较多的一个环节。 ANSYS的前处理器 的前处理器PREP7提供了功能强大的几何实体建模功能，这些 提供了功能强大的几何实体建模功能， 的前处理器 提供了功能强大的几何实体建模功能 功能被系统地放置在Main Menu|Preprocessor|Modeling下面的多级菜 功能被系统地放置在 下面的多级菜 单中，这些菜单包括： 单中，这些菜单包括： Create：建立关键点，直线，平面，几何体等几何图形及复杂模 ：建立关键点，直线，平面， 型。 Operate：对各种几何模型对象进行拉伸、缩放以及布尔操作。 ：对各种几何模型对象进行拉伸、缩放以及布尔操作。 Move/Modify：对几何模型进行平移、修改操作。 ：对几何模型进行平移、修改操作。 Copy：对几何模型进行复制操作。 ：对几何模型进行复制操作。 Reflect：基于 、YZ、ZX平面对称镜像复制几何模型。 平面对称镜像复制几何模型。 ：基于XY、 、 平面对称镜像复制几何模型
2.4
进行求解
ANSYS能够对由有限元方法建立的联立方程进行有效 能够对由有限元方法建立的联立方程进行有效 求解，求解的结果为： 求解，求解的结果为： 节点的自由度值，为基本解。 节点的自由度值，为基本解。 原始解的导出值，为单元解。 原始解的导出值，为单元解。 单元解通常是在单元的公共点上计算出的， 单元解通常是在单元的公共点上计算出的，ANSYS程 程 序将结果写入数据库和结果文件（ 序将结果写入数据库和结果文件（Jobname.RST，RTH， ， ， RMG，和RFL文件）。 文件）。 ， 文件
2.2.1 建立和修改工作文件名或标题
定义作业名和分析标题通常不是必须的， 定义作业名和分析标题通常不是必须的，但是在 ANSYS分析中推荐使用作业名和分析标题，这样有助于分 分析中推荐使用作业名和分析标题， 分析中推荐使用作业名和分析标题 析模型的管理和识别。 析模型的管理和识别。 1．定义作业名 ． 2．定义分析标题 ．
2.3
施加载荷
约束、 表面分布载荷、 在ANSYS中，载荷分为 中 载荷分为DOF约束、力、表面分布载荷、 约束 体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷等六类。 体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷等六类。这些载荷绝大多 数可以施加到几何模型上，包括点、 数可以施加到几何模型上，包括点、线、面，也可以施加到 有限元模型上，包括节点和单元。 有限元模型上，包括节点和单元。
2.3.2施加载荷 2.3.2施加载荷
系统里根据真实物理环境将载荷分为6大类 在ANSYS系统里根据真实物理环境将载荷分为 大类。 系统里根据真实物理环境将载荷分为 大类。 自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。 自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。 例如电磁场分析中的给有限元模型施加的磁势为零的边界条 件。 集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。 集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。例如结构分析 中施加在有限元模型上的力和力矩。 中施加在有限元模型上的力和力矩。 面载荷：施加在某个表面上的载荷。 面载荷：施加在某个表面上的载荷。例如结构分析中施 加的压力。 加的压力。
2.2.5 对实体模型进行网格划分
在几何模型建立完成后， 在几何模型建立完成后，需要划分网格以形成有限元 模型。在界面操作中，网格划分很简单，只需选择Main 模型。在界面操作中，网格划分很简单，只需选择 Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Tool菜单，弹出网格划 菜单， 菜单 分对话框，根据需要在该对话框上选择合适的选项， 分对话框，根据需要在该对话框上选择合适的选项，单击 Mesh按钮，即可以完成网格划分。 按钮， 按钮 即可以完成网格划分。
2.1.2 确定问题的范围
对于不同的分析问题， 所用的主菜单不尽相同。 对于不同的分析问题，ANSYS所用的主菜单不尽相同。 所用的主菜单不尽相同 所以，需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS 所以，需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便 显示出与其相对应的菜单选项。 显示出与其相对应的菜单选项。 使用鼠标选择Main Menu|Preferences菜单，弹出优先级 菜单， 使用鼠标选择 菜单 设置对话框，然后根据求解问题的类型选择合适的分析类型。 设置对话框，然后根据求解问题的类型选择合适的分析类型。
2.2.2 定义单元类型
单元库中有超过180种的不同单元类型，每个 种的不同单元类型， 在ANSYS单元库中有超过 单元库中有超过 种的不同单元类型 单元类型有一个特定的编号，用来标识单元类别的前缀， 单元类型有一个特定的编号，用来标识单元类别的前缀，如 BEAM4、PLANE77、SOLID96等。 、 、 等
2.4.4 求解会碰到的问题
在求解产生不定解或非唯一解得分析中， 在求解产生不定解或非唯一解得分析中，当求解过程 的主元为负或零时会出现所谓的奇异解。 的主元为负或零时会出现所谓的奇异解。下述条件有可能会 导致求解过程出现奇异： 导致求解过程出现奇异： 约束条件不足，有可能存在刚体位移。 约束条件不足，有可能存在刚体位移。 材料特性为负，如瞬态分析中的密度或温度。 材料特性为负，如瞬态分析中的密度或温度。 连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。 连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。 屈曲，当应力刚化效果为负时，结构受载后变弱， 屈曲，当应力刚化效果为负时，结构受载后变弱，若 结构变弱到刚度减小到零或负值时，就会出现奇异解。 结构变弱到刚度减小到零或负值时，就会出现奇异解。 零刚度矩阵。如果刚度的确为零， 零刚度矩阵。如果刚度的确为零，线性或非线性分析 都会忽略所加的载荷。 都会忽略所加的载荷。
2.2
建立有限元模型
用户可以通过以下4种途径创建 模型。 用户可以通过以下 种途径创建ANSYS模型。 种途径创建 模型 环境中创建实体模型， 在ANSYS环境中创建实体模型，然后划分有限元网格。 环境中创建实体模型 然后划分有限元网格。 在其他CAD软件 如SolidWorks,Pro/E，UG等)中创建实 软件(如 在其他 软件 ， 等 中创建实 体模型，然后导入到ANSYS系统中，经过修正后划分有限元 系统中， 体模型，然后导入到 系统中 网格。 网格。 环境中直接创建节点和单元。 在ANSYS环境中直接创建节点和单元。 环境中直接创建节点和单元 在其他软件中创建有限元模型， 在其他软件中创建有限元模型，然后将节点和单元数据 导入ANSYS。 导入 。
2.2.3 定义材料属性数据
与单元类型一样，每一组材料特性都有一个材料编号， 与单元类型一样，每一组材料特性都有一个材料编号，与 材料特性组对应的材料编号表称为材料表。在一个分析中， 材料特性组对应的材料编号表称为材料表。在一个分析中，可 以有多个材料特性组，相应的模型中有多种材料， 以有多个材料特性组，相应的模型中有多种材料，ANSYS通过 通过 独特的编号来识别每个材料特性组。 独特的编号来识别每个材料特性组。 选择Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material 选择 Models菜单，弹出如图 所示的定义材料对话框，在此对话框 菜单， 所示的定义材料对话框， 菜单 弹出如图2.3所示的定义材料对话框 根据学科领域将材料的特性分为结构特性、热特性、 中，根据学科领域将材料的特性分为结构特性、热特性、计算 流体特性、电磁特性、声学特性、流体特性、 流体特性、电磁特性、声学特性、流体特性、压电体特性等类 别。
2.3.2施加载荷 2.3.2施加载荷
体载荷：施加在某个体上的载荷。 体载荷：施加在某个体上的载荷。例如电磁场计算中 施加在线圈中的电流密度。 施加在线圈中的电流密度。 惯性载荷：它是由物体的惯性引起的。 惯性载荷：它是由物体的惯性引起的。例如结构计算 中经常考虑重力带来的加速度。 中经常考虑重力带来的加速度。 耦合场载荷： 耦合场载荷：把从一种分析中得到的结果作为另一种 分析的载荷。例如磁场计算后得到的Lorentz力作为结构分 分析的载荷。例如磁场计算后得到的 力作为结构分 析的力载荷。 析的力载荷。
2.4.1 求解器的类别
表提供了一般的求解器应用准则， 表提供了一般的求解器应用准则，有助于针对给定的 问题选择合适的求解器。 问题选择合适的求解器。
2.4.2 求解检查
在进行求解以前应进行分析数据检查，包括以下内容： 在进行求解以前应进行分析数据检查，包括以下内容： 单元类型和选项，材料性质参数， 单元类型和选项，材料性质参数，实常数以及统一的单位 制。 单元实常数和材料类型的设置，实体模型的质量特性。 单元实常数和材料类型的设置，实体模型的质量特性。 确保模型中没有不应存在的缝隙。 确保模型中没有不应存在的缝隙。 壳单元的法向，节点坐标系。 壳单元的法向，节点坐标系。 集中载荷和体积载荷、面载荷的方向。 集中载荷和体积载荷、面载荷的方向。 温度场的分布和范围，热膨胀分析的参考温度。 温度场的分布和范围，热膨胀分析的参考温度。