有限元法基础及Ansys应用复习.共101页文档
ansys上机文件---有限元法基础及ANSYS应用
教程1：角支架的静态分析问题阐述下面将要显示的是一个简单的、单一载入步骤的角支架结构静态分析的例子。
该角支架左上侧的圆孔的整个圆周被约束（焊接），而其右下侧的圆孔的底部则作用有线性分布的压力载荷（见下图）。
问题的目的是演示典型ANSYS的分析过程。
所给条件角支架的尺寸见上图所示。
支架是由A36钢制成，其杨氏模量为30E6，泊松比为0.27。
近似与假设本题的分析为平面应力问题。
压力载荷只作用在X-Y平面上。
近似操作是使用固体模型来构造2-D模型并利用节点和单元将其自动划分网格。
（在ANSYS中的另一个选择是直接创建节点和单元）交互式的求解过程按照下面给出的步骤以及其所对应的具体内容，就可以完成交互式一步步的求解过程。
步骤中的黑体字（字符）是需要从菜单中选择的命令。
1.进入ANSYS在D盘建立一文件夹，文件名为xiti。
然后运行程序→ANSYS 8.0 →Configure ANSYS Products →file Management→select Working Directory: D:\xiti，input job name: zhijia→Run2．建立几何结构2.1 定义矩形在ANSYS中有几种创建几何模型的方法，较其它软件更为方便。
第一步首要的是确认能够简单地利用矩形和圆的组合来构造支架。
首先确定坐标原点的位置然后根据该原点来定义矩形和圆。
原点的位置是任意的，这里用的是左上侧孔的中心。
ANSYS不需要知道原点的位置，只是简单地从定义一个矩形开始。
在ANSYS中，这个原点被称为global origin。
1．Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Demensions。
2．输入X1=0（注意：使用键盘上的Tab键或用鼠标左键来实现光标在编辑框中的切换），X2=6，Y1=-1，Y2=1。
3．按下Apply按钮创建第一个矩形。
第五章ANSYS概述 有限元法基本原理及应用课件
5.2 ANSYS的界面介绍
对话框式数据输入的基本形式
【OK】：表示确定对话框中的输入并退出对话框。 【Apply】：表示确定对话框中输入但不退出该对话框。 【Reset】：表示重新设置对话框中的内容，将其恢复到ANSYS默认值。 【Cancel】：表示不执行对话框中的设置同时退出该对话框。 【Pick All】：表示全选图形窗口中的相关实体。 【Help】：表示不明白执行操作的含义，单击该按钮可以获取相应的帮助信息。
电磁场分析与压电分析
电磁场分析 电磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、 磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄露等，可分为 以下几类： （1）静磁场分析 （2）交变磁场分析 （3）瞬态磁场分析 （4）电场分析 （5）高频电磁场分析 压电分析
用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间 变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、 谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可分为 四种类型： （1）静态分析 （2）模态分析 （3）谐响应分析 （4）瞬态分析
Customization Preferences：用 户管理选项卡
设置完成后单击【Run】按钮，即可启动ANSYS
5.3 ANSYS设置与使用
退出ANSYS软件
ANSYS提供了三种方法退出ANSYS程序，分别是： （1）从通用菜单退出：执行Utility Menu→File→Exit； （2）从命令窗口输入命令：/EXIT； （3）从工具条退出，如下图
• 谐响应分析 - 确定线性结构 对随时间按正弦曲线变化的 载荷的响应。
有限元方法与ANSYS应用二讲
σ
面上的应力就以沿坐标轴正方向为正，沿坐标轴负方向为负。 相反，如果某一个面上的外法线是沿着坐标轴的负方向，这个 面上的应力就以沿坐标轴的负方向为正，沿坐标轴正方向为负 。)
z
m P
A
I
p
F
ΔF p lim ΔA0 ΔA
矢量
II n
p 方向沿
o
y
F 的极限方向 沿截面切向和法 向分解为 和 量纲： L1MT 2
六个应力分量的总体，可以用一个列矩阵
来表示：
位移、应变、刚体位移
• 弹性体在受外力以后，还将发生变形。物体的 变形状态，一般有两种方式来描述： 1、给出各点的位移；2、给出各微元体的变形 弹性体内任一点的位移，用此位移在x、y、z 三个坐标轴上的投影u、v、w来表示。这三个 投影称为位移分量。 以沿坐标轴正方向为正，沿坐标轴负方向为负 .一般情况下，弹性体受力以后，各点的位移 并不是定值，而是坐标的函数。
z
fz
S
F
ΔF f lim ΔS0 ΔS
f 方向沿
2
f
P
fx
fy
F 极限方向
2 2
f fx fy fz
y
o
正负号规定：
f x、 f
y
、f
z
沿坐标
x
轴正向为正、负向为负
量纲：L1MT 2
• 内力─假想切开物体，截面两边互相作用的力（合力和合力矩， 称为内力。
• 应力─截面上某一点处，单位截面面积上的内力值。 • ─ 正应力是作用在垂直于x轴的面上同时也沿着X轴 x 方向作用的。 • xy ─ 剪应力是作用在垂直于X轴的面上而沿着y轴方向 作用的。 应力成对出现，坐标面上的应力以正面正向，负面负向 为正。(如果某一个面上的外法线是沿着坐标轴的正方向，这个
有限元方法与ANSYS应用第7讲有限元的基础理论与方法 有限元案例分析 动力分析
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
完全法谐响应分析----加载并求解
步骤：
2 定义分析类型和分析选项
· 选项： Mass Matrix Formulation[LUMPM]
此选项用于指定是采用缺省的分布质量矩阵（取决 于单元类型）还是集中质量矩阵。建议在大多数应用中 采用缺省的分布质量矩阵。但对于某些包含“薄膜”结 构的问题，集中质量近似矩阵经常能产生较好的结果。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
三种求解方法----完全法
优点：
· 用单一处理过程计算出所有的位移和应 力。 · 允许定义各种类型的载荷：节点力、外 加的（非零）位移、单元载荷（压力和温 度）。 · 允许在实体模型上定义载荷。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
步骤：
9 观察结果
2.派生数据 · 节点和单元应力 · 节点和单元应变 · 单元力 · 节点反作用力，等等。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
缩减法谐响应分析
缩减法的分析过程由五个主要步骤组成： 1.建模； 2.加载并求得缩减解； 3.观察缩减解结果； 4.扩展解（扩展过程）； 5.观察已扩展的解结果。 在这些步骤中，第1步的工作与完全法的相同。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
任何持续的周期载荷作用在结构系统中 所产生的持续性周期响应（谐响应）。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析 谐响应分析寻求对已知幅值载荷的
响应振幅。 该载荷随时间以已知频率呈正弦形
式变化。
有限元理论与ANSYS应用学习
有限元理论与ANSYS应用学习1、有限单元法的基本思想是将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值分析方法。
物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。
网格划分中每一个小的块体成为单元。
确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。
单元上节点处的结构内力为节点力，外力（有集中力和分布力）为节点载荷。
2、矩阵分析法适用于杆件结构，一杆为一单元，每个单元通过两个节点和其它两个单元联结；单元刚度矩阵能体现出任何一个自由度方向的节点力与所有节点位移的关系：F e=K e×δe ；F e为单元节点各自由度方向节点力组成的向量，δe为单元节点各自由度方向位移组成的向量；通过各个单元刚度矩阵和一定方法可以求出整体刚度矩阵，引入边界条件后整体刚度矩阵确定，由各节点的力向量即可求出各节点的位移向量。
针对这类问题ANSYS软件后台就是根据这个理论进行处理的，通过较简单的软件操作使人工繁琐的计算由电脑按程序快速计算得出结果。
通过前处理模块把一个实际问题在ANSYS软件中描述清楚转化成一个用ANSYS可代人计算处理的问题，然后根据实际要求在求解模块中代人计算处理对问题进行求解。
ANSYS提供的分析类型：a、结构静力分析；b、结构动力学分析；c、结构非线性分析；d、动力学分析；e、热分析；f、电磁场分析；g、流体动力学分析；h、声场分析；i、压电分析3、DOF为自由度（DEGREES OF FREEDOM），LS为载荷步（LOAD STEP），CS为坐标系（Coordinate System）4、日志文件有对话日志文件和内部数据命令日志两种，系统均将执行情况记录在日志中。
每次的对话（GUI操作）都以命令流形式追加到已有的对话日志文件Jobname.log中，在交互运行方式下，执行日志文件：Utility Menu-->LIST-->Files-->Log File；保存数据时，将数据命令日志与其他数据信息保存在数据文件（Jobname.db）中，如下操作可将数据日志命令写到一个ASCII文件中：Utility Menu-->File-->Write DB log file；在交互模式下读入编辑的日志文件方法：Utility Menu-->File-->Read Input Form。
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。
有限元理论与ANSYS基础
有限元法分析基本步骤
•连续体的离散化
将连续体离散成有限个单元。离散单元形式很多，如二位 问题，有三角形单元、四边形单元；三维问题有四面体、六 面体等等。
• 选择单元位移函数
假设的单元位移函数只能近似的表示（精确的）位移场， 通常假定为多项式。如弹性平面问题三角形单元，最简单的 位移函数可以选为线性多项式。
1 2 1 2 2 2 3 2 3 1 2
这一理论较全面地考虑了各个主应力对强度的影响。试 验结果也与该理论的计算结果基本相符，适用塑性材料。
工程材料计算校核
• 工程实际中，零件工作应力的最大容许值必须低于材料的极 限应力。对一定材料制成的具体零件，工作应力的最大容许值 ，称为许用应力，并用[ ] 表示。许用应力与极限应力的关系 为
[ ] u n
ANSYS软件计算结果 m a x ，则
max
式中： 塑性材料 m a x 为Von mises等效应力，即第四强度理论校核。 脆性材料 m a x 为最大拉应力，即第一强度理论校核。
线性行为
• 力（F）和位移（u）是简单的线性关系，即满足胡 克定律
F = Ku
– 常数 K 表示结构刚度.
➢ 平面或曲面
• 二维平面单元 （ Plane183、Plane182、…... ）
➢ 模拟实体截面，必须在整体直角坐标系X-Y平面内建立模型 ➢ 载荷作用在X-Y平面内、其响应（位移）也在X-Y平面内
有限元模型—单元选择
• 三维实体单元 （ Solid185、Solid186、Solid187）
• 边界条件
边界条件是指结构边界上所受到的外加约束。在有限元分 析过程中，施加正确的边界条件是获得正确的分析结果和较 高的分析精度的关键。
ANSYS有限元分析入门与应用指南
ANSYS有限元分析入门与应用指南第一章：ANSYS有限元分析概述ANSYS是一种常用于工程领域的有限元分析软件，主要用于对各种结构进行力学分析、流体动力学分析、热传导分析等。
本章将对ANSYS的基本原理、工作流程和应用领域进行介绍。
1.1 ANSYS的基本原理ANSYS基于有限元方法，将实际结构或系统离散为有限数量的单元，通过对单元进行各种物理特性的分析，最终得到整个结构的行为。
有限元方法是一种数值分析方法，可以有效解决传统方法难以处理的复杂问题。
1.2 ANSYS的工作流程ANSYS的工作流程包括几个关键步骤：前处理、求解和后处理。
前处理阶段主要负责模型的建立和单元网格的划分，求解阶段进行物理场的计算和求解，后处理阶段对结果进行可视化和分析。
1.3 ANSYS的应用领域ANSYS可应用于各个工程领域，如固体力学、流体力学、热传导、电磁场等。
在航空航天、汽车工程、建筑结构、电子设备等领域都有广泛的应用。
第二章：ANSYS建模与前处理在使用ANSYS进行有限元分析之前，需要对模型进行建模和前处理工作。
本章将介绍ANSYS建模的基本方法和前处理的必要步骤。
2.1 模型建立ANSYS提供了多种建模方法，包括几何建模、CAD导入、脚本编程等。
用户可以根据需要选择合适的建模方法，对模型进行几何设定。
2.2 材料定义和属性设置在进行有限元分析之前，需要为材料定义材料性质和属性。
ANSYS提供了多种材料模型，用户可以根据具体需求进行选择和设置。
2.3 网格划分网格划分是有限元分析中非常重要的一步，它决定了模型的离散精度和计算效果。
ANSYS提供了多种单元类型和划分算法，用户可以根据需要进行合理的网格划分。
第三章：ANSYS求解与后处理在进行前处理完成后，就可以进行有限元分析的求解和后处理了。
本章将介绍ANSYS的求解方法和后处理功能。
3.1 求解方法ANSYS提供了多种求解方法，如直接法、迭代法等。
根据模型的复杂程度和求解要求，用户可以选择合适的方法进行求解。
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1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈