ANSYS基础应用及范例分析
ANSYS基础应用及范例分析
ANSYS基础应用及范例分析
1.ANSYS基础应用
ANSYS是一款用于计算机辅助工程设计和计算机辅助分析(CAE)的多物理场建模、仿真和优化软件，用于仿真复杂设计的性能、功能和现有系统的行为。
ANSYS软件包含四大类：动力学、热和流体、电磁场和结构力学，可用于各种应用场景，如航空航天、汽车行业、电子行业、能源及水处理等。
1)动力学分析:动力学分析是ANSYS最基本的研究类型，它主要用于模拟和分析物体在力的作用下的相对运动、旋转和振动，以及物体之间的碰撞和接触力。
此外，ANSYS大量的动力学仿真功能和高级刚体动力学功能可以帮助用户模拟复杂的系统，用于机械设计和优化。
2）热和流体分析：热和流体分析是ANSYS中的一个重要研究领域，涵盖了各种流体系统研究，比如压缩性多相流、不可压缩流体、现代飞机等等，以及各种热系统的研究，如热导分析、微波加热和热结合等。
3）电磁场分析：电磁场分析是ANSYS用于模拟电磁场的建模和仿真的研究领域，包括电磁性能测量和分析、电磁兼容性仿真、电磁抗扰度和EMC（电磁兼容）仿真分析等。
4）结构力学分析：结构力学分析是ANSYS最常用的仿真技术。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
ANSYS模态分析教程及实例讲解ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。
模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。
以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。
1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。
可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。
2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。
网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。
3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。
可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。
4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。
约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。
5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。
在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。
MODAL命令需要指定求解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。
6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括固有频率、振型和振动模态。
可以使用POST命令查看和分析分析结果，例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。
下面是一个实际的案例，将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。
案例：矩形板的模态分析1.创建模型：在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型，包括矩形板的几何形状和材料属性等。
ANSYS的应用及其分析全过程(包含实例详解)
本章主要讲述：1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅相关文献或查阅程序的帮助文件。
第二节ANSYS8.0软件概述ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分析功能等各方面都有巨大的改进。
ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，且无必要。
对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。
还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有限元软件的学习和应用。
本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅ANSYS 自身的帮助系统。
第1篇-《ANSYS应用—基础篇》..
有限元软件ANSYS提高讲义目录第一篇结构有限元分析基础 (1)第1章有限元理论 (1)1.1 有限单元法介绍 (1)1.2 杆件有限元理论计算与ANSYS软件计算 (1)1.2.1 有限元理论求解计算步骤 (1)1.2.2 ANSYS软件分析计算步骤 (3)第2章各种单元类型分析计算实例 (5)2.1 杆单元分析计算 (5)2.1.1 概述 (5)2.1.2 桁架结构的应力变形分析 (5)2.2 梁单元分析计算 (9)2.2.1 概述 (9)2.2.2 组合门字架梁受力变形分析 (11)2.3 平面板单元分析计算 (23)2.3.1 概述 (23)2.3.2 厚壁圆筒的平面应变有限元分析 (23)2.4 轴对称单元分析计算 (28)2.4.1 概述 (28)2.4.2 厚壁圆筒的轴对称有限元分析 (29)2.5 空间实体单元分析计算 (36)2.5.1 概述 (36)2.5.2 连杆受力分析 (37)2.6 壳单元分析计算 (44)2.6.1 概述 (44)2.6.2 受内压圆柱壳有限元分析 (45)第3章网格划分技巧及实例讲解 (51)3.1 面的自由与映射网格划分 (51)3.1.1 面的自由网格划分 (51)3.1.2 面的映射网格划分 (51)3.2 体的自由与映射网格划分 (52)3.3 体的扫略、拖拉网格划分 (52)3.3.1 体的扫略网格划分 (53)5.9.2 体的拖拉网格划分 (55)第一篇 结构有限元分析基础第1章 有限元理论1.1 有限单元法介绍有限元法(FEA ，Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于各种结构的模态分析，包括机械结构、建筑结构、航空航天结构等。
模态分析是通过计算结构的固有频率和振动模态，用于评估结构的动力特性和振动响应。
以下是一个ANSYS模态分析的教程及实例讲解解析。
一、教程：ANSYS模态分析步骤步骤1：建立模型首先，需要使用设计软件绘制或导入一个几何模型。
然后，在ANSYS中选择适当的单元类型和材料属性，并创建适当的网格。
确保模型的几何形状和尺寸准确无误。
步骤2：约束条件在进行模态分析之前，需要定义适当的约束条件。
这些条件包括固定支持的边界条件、约束点的约束类型、约束方向等。
约束条件的选择应该与实际情况相符。
步骤3：施加载荷根据实际情况，在模型上施加适当的载荷。
这些载荷可以是静态载荷、动态载荷或谐振载荷，具体取决于所要分析的问题。
步骤4：设置分析类型在ANSYS中，可以选择多种不同的分析类型，包括静态分析、模态分析、动态响应分析等。
在进行模态分析时，需要选择模态分析类型，并设置相应的参数。
步骤5：运行分析设置好分析类型和参数后，可以运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率和振动模态。
运行时间取决于模型的大小和复杂性。
步骤6：结果分析完成分析后，可以查看和分析计算结果。
ANSYS将生成包括固有频率、振动模态形态、振动模态形状等在内的结果信息。
可以使用不同的后处理技术，如模态形态分析、频谱分析等，对结果进行更详细的分析。
二、实例讲解：ANSYS模态分析以下是一个机械结构的ANSYS模态分析的实例讲解：实例：机械结构的模态分析1.建立模型：使用设计软件绘制机械结构模型，并导入ANSYS。
2.约束条件：根据实际情况，将结构的一些部分设置为固定支持的边界条件。
3.施加载荷：根据实际应用，施加恰当的静态载荷。
4.设置分析类型：在ANSYS中选择模态分析类型，并设置相应的参数，如求解方法、迭代次数等。
ANSYS入门实例讲解
映射网格
合位移分布分布
X方向应力场分布
等效应力场分布
ANSYS实例三（齿轮建模问题）
问题描述
上图所示为一个直齿轮的结构示意图，结构参数为模数m=6、齿数 z=28。建立有限元模型。
ANSYS实例三（齿轮建模问题）
建立模型主要步骤示意图（续）
ANSYS实例三（齿轮建模问题）
建立模型主要步骤示意图
Preprocessor →Modeling →Operate →AddAreas，选择pick All.
创建补丁面积，并布尔相加
Preprocessor →Modeling →Create →Line Fillet. 选择标号为 L17和L18的线段，并设置半径为0.4。
创建过渡圆弧面积， Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitray →By Lines.选择小圆弧及与其相交的两直线。
进入ANSYS 程序 →ANSYS 生成几何模型
创建矩形
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By Dimension
输入如下数值：X1=0,X2=6,Y1=-1,Y2=1 →APPLY 输入第二个矩形的坐标数值： X1=4,X2=6,Y1=-1,Y2=-3 →OK
（在柱坐标系下，X代表径向，Y代表周向）
ANSYS实例二（光盘分析）
计算结果
总变形图
Von Mises等效应力图 径向应力分布图
ANSYS实例三 管道压缩变形分析
有一输气管道，其横截面尺寸如下图（单位： mm），输送气体压力为0.5MPa,求管壁的应力场 分布及变形情况。 管道材料弹性模量为260GPa,泊松比为0.26
ANSYS经典案例分析
ANSYS经典案例分析ANSYS（Analysis System）是世界上应用广泛的有限元分析软件之一、它在数值仿真领域拥有广泛的应用，可以解决多种工程问题，包括结构力学、流体动力学、电磁学、热传导等。
本文将分析ANSYS的经典案例，并介绍其在不同领域的应用。
一、结构力学领域1.案例一：汽车碰撞分析汽车碰撞是一个重要的安全问题，对车辆和乘客都有很大的影响。
利用ANSYS进行碰撞分析可以模拟不同类型车辆的碰撞过程，并预测车辆结构的变形情况以及乘客的安全性能。
通过这些分析结果，可以指导汽车制造商改进车辆结构，提高车辆的碰撞安全性能。
2.案例二：建筑结构分析建筑结构的合理性和稳定性对于保证建筑物的安全和耐久性至关重要。
ANSYS可以对建筑结构进行强度和刚度的分析，评估结构的稳定性和安全性能。
例如，可以通过ANSYS分析大楼的地震响应，预测结构的位移和变形情况，以及评估建筑物在地震中的安全性。
二、流体动力学领域1.案例一：空气动力学分析空气动力学分析对于飞行器设计和改进具有重要意义。
利用ANSYS可以模拟飞机在不同速度下的气动性能，预测飞机的升阻比、空气动力学力矩等参数。
通过这些分析结果，可以优化飞机的设计，提高飞行性能和燃油效率。
2.案例二：水动力学分析水动力学分析对于船舶和海洋工程设计至关重要。
利用ANSYS可以模拟船舶在不同海况下的运动特性，预测船舶的速度、稳定性和抗浪性能。
通过这些分析结果，可以优化船舶的设计，提高船舶的性能和安全性能。
三、电磁学领域1.案例一：电力设备分析电力设备的稳定性和运行性能对电力系统的正常运行至关重要。
利用ANSYS可以模拟电力设备的电磁特性，预测电磁场分布、电磁场强度和电流密度等参数。
通过这些分析结果，可以评估电力设备的稳定性和运行性能，并指导电力系统的设计和改进。
2.案例二：电磁干扰分析电磁干扰是电子设备设计中常见的问题，特别是在通信和雷达系统中。
利用ANSYS可以模拟电磁干扰的传播路径和强度，预测设备的抗干扰能力。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼，可以有效地吸收和消耗振动能量，减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布，可以改善结构的动 态特性，提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位，应加强其刚度和稳定性，以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值，如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加，如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时，为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为， 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外，提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论，将复杂结构系统分解为若干个独立的模态，每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为，预测结构的振动响应，优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型，包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况，对模型 施加约束条件，如固定
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ANSYS仿真模拟
到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有 限元通用程序达到几百种，其中著名的有： ANSYS，NASTRAN，SAP等。
ANSYS功能
ANSYS结构分析
ANSYS热分析
ANSYS流场分析 ANSYS电磁场分析
ANSYS耦合场分析
行 业 解 决 方 案/应用领域 ·
· 汽车行业
工件在X轴方向磁通量密度云图
由ANSYS在电磁场中的模拟结果可知:通电线圈产生交变磁场的磁力线大 部分集中在工件的外表面,产生集肤效应;且有X轴向的磁通量密度云图更能 清楚的看到在被加热工件突圆的上表面尖角处磁力线最为集中。
ANSYS电磁场分析实例
在温度场计算中设定整个感应加热时间为20s，且每个 时间步长为1s。研究工件随时间变化的温度分布情况。 由此获得10s工件二分之一横截面内部温度分布云图。
ANSYS流场分析实例2
三种气体混合的有限元模型
求解后的速度场分布
ANSYS电磁场分析
低频电磁场分析
高频电磁场分析
完整的 电磁分析
耦合场分析
ANSYS电磁场分析实例
工件的感应加热
ANSYS电磁场分析实例
工件的二维几何模型
感应加热环境的有限元网格划分
ANSYS电磁场分析实例
在磁场中工件内磁力线分布情况
1
2
3
材 料 非 线 性
几 何 非 线 性
屈 曲 和 接 触
结构分析－非线性分析
子弹以给定的速度射向刚性壁面
有限元模型
子弹撞墙的动画演示
结构分析－非线性分析
三维实体模型示意图
有限元模型与网格划分
结构分析－非线性分析
等效应力分布
剪切应力分布
结构分析－动力学分析
模态分析
动力学分析
瞬态动力学
结构分析－动力学分析
求解
练习 - 悬壁梁
问题描述
使用ANSYS分析一个工字悬壁梁，如图所示. P
Point A
求解在力P作用下点A处的变形，已 知条件如下：
H
L
在练习之后，数值解将与用弹性梁理 论计算的解析解进行对比.
P = 4000 lb L = 72 in I = 833 in4 E = 29 E6 psi 横截面积 (A) = 28.2 in2 H = 12.71 in
ANSYS耦合场分析
CAD/CAE协同环境 耦合 流场
结构
多物理场求解器
电磁场 热分析
导弹水下发射
TCL电视跌落实验
轧制过程动画演示
鱼雷尾入水动画演示
冶金电磁搅拌炉
冲压过程的动画演示
斜向穿甲
福特车正撞刚性墙
铸造过程气泡的流动模拟
ANSYS基本分析过程
建模 划分网格
施加载荷
察看结果
板材空冷过程的温度场分布
板材空冷过程的求解演示
ANSYS结构分析 ANSYS热分析 ANSYS软件能解决的领域
ANSYS流场分析
ANSYS电磁场分析 ANSYS耦合场分析 前处理过程
建 模 划分网格
ANSYS软件基本的分析过程
求解过程 后处理过程
施加载荷 施加约束 求解设置
处理 结果
焊接过程温度的动画演示
ANSYS热分析
热传导
对流传热
辐射传热
稳 态 传 热
瞬 态 传 热
热分析－稳态传热
铝 玻璃纤维 不锈钢 空气 海水
R15 feet
模型示意图
有限元结果
保温筒的对流传热过程
•求筒壁的温度 场分布
热分析－瞬态传热
圆环淬火过程有限元模型
淬火后的应力分 布
热分析－相变分析
一钢铸件在砂模里冷却
在日常生活中,会经 常遇到结构非线性。例 如，无论何时用钉书针 钉书，金属钉书钉将永 久地弯曲成一个不同的 形状。 如果你在一个木 架上放置重物，随着时 间的迁移它将越来越下 垂。 当在汽车或卡车上 装货时，它的轮胎和下 面路面间接触将随货物 重量的增加而变化。
非线性结构行为的普通例子
结构分析－非线性分析
ANSYS结构分析
静力分析
结构 分析
非线性分析
动力学分析
高级分析
结构分析－静力学分析
定义
静力分析计算在固定 不变的载荷作用下结 构的效应，可是，静 力分析可以计算那些 固定不变的惯性载荷 对结构的影响（如重 力和离心力），以及 那些可以近似为等价 静力作用的随时间变 化载荷。
结构分析－非线性分析
Ansys 建模分析
钢的铸造过程动画演示
热分析－辐射
等轴同心圆辐射传热有限元模型
等轴同心圆辐射传热结果
ANSYS流场分析
1
2
3
4
ANSYS分析流场问题的种类
ANS送示意图
流体在导管中传送有限元模型
ANSYS流场分析实例1
求解后的温度场
求解后的速度场
· 电子行业
· 航空航天 · 土木工程 · 石油行业
关于ANSYS公司发展过程
ANSYS公司成立于1970年，总部位于美国宾夕法尼亚洲的匹 斯堡，全球拥有25个代理，遍布世界共有75个办事处，大约 600员工在多于40个国家销售其产品。
关于ANSYS公司发展过程
Ansys软件能与多数CAD （计算机辅助 设计）软件接口，比如： Autocad， Unigraphics ， Pro/ENGINEER， I-Deas ， Catia ，CADDS ，SolidEdge ， SolidWorks
三维实体模型示意图
有限元模型与网格划分
机翼振动的动画演示
结构分析－动力学分析
穿甲弹
穿甲过程的动画演示
结构分析－高级分析
高级分析
复 合 材 料 分 析
自 适 应 网 格 和 子 结 构
拓 扑 优 化 和 单 元 生 死
结构分析－高级分析
焊接过程示意图
焊接过程有限元模型
焊接过程应力的动画演示
ANSYS基础应用及范例分析
计算机技术
热现代工业的发展，完全得力于科技的进步。而将计算机、 计算机软件应用于产品的开发、设计、分析与制造已成为 提高竞争力的一种主要方法。如计算机辅助设计（CAD, 即Computer-aided Design)、计算机辅助制造（CAM,即 Computer-aided Manufacturing)和计算机辅助工程(CAE, 即Computer-aided Engineering).
CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差分法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其
中有限元法应用的领域越来越广。
ya = (PL3)/(3EI) = ??( 0.0206 in)
52
一个壳结构的内力问题
物性参数：
板长：100mm 板厚：2 mm F=1000N
E=200N/mm2
σ＝0.3 ρ＝ 9×10-6Kg/mm2
分析一个壳结构的内力问题
壳结构的内力问题求解演示
瞬态传热过程分析
物性参数：
边长：100mm 导热系数：20W/m.℃ 比热：352J/Kg.℃ 空气对流系数： 110W/m2.℃ 初始温度：500℃ 空气温度：20℃