第十四章 通用有限元程序ANSYS
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限元程序ANSYS计算书
使用通用有限元程序ANSYS 进行计算 材料材料为Q235钢，弹性模量2.0E11Pa ，泊松比为0.3，材料屈服强度为235MPa 。
强度衡准板壳单元许用应力标准采用的是膜应力，即：弯曲板单元的中面应力。
梁单元采用的是轴向应力。
对应于标准工况主要构件的应力一般不超过下表中的值。
表中k 为材料系数，取值参考《国内航线海船建造规范1.5.1》对于应力集中和形状很差的单元应力可以不采纳。
一般应避免。
表7.1 最大许用应力1、露天强力甲板计算压头(2.8.1.1)h 0 = 1.2+21000 (100+3LD-d – 150)= 1.2+21000 (100+3×104.17.6-5.8 – 150)= 1.358坐标规定x----沿船长方向，向首为正；y----沿横向，从纵中剖面向左为正；z----沿垂向，向上为正。
横梁取г14b纵桁取⊥(8*280/10*100)▪(1)横骨架式横梁(货舱口内) (2.8.2.1)▪W = C1C2Dd+C3shl2▪= 2×0.54×7.6×5.8+6.3×0.7×1.358×2.62▪= 88.09cm3▪带板有效面积= 10*0.3*(2.6/0.7)^(2/3)*0.7*19=95.70 ▪带板厚度19mm▪取г14b 其W = 122 .25cm3▪(2)横骨架式纵桁(2.8.3)▪W = 4.75bhl2 = 4.75×2.6×1.358×2.82▪= 131.5 cm3▪I = 2Wl = 2×131.5×2.8▪= 736.3 cm4▪取⊥(8*250/10*100)▪(3)纵骨架式纵骨(2.8.5.1)▪W = c1shl2 = 10.5×0.6×1.404×2.82▪= 69.35 cm3▪其中：h = = 1.404m▪带板有效面积= 10*0.3*(2.8/0.6)^(2/3)*0.6*19=95.51 ▪带板厚度19mm▪取г18a 其W = 203.79 cm3▪(4)纵骨架式甲板强横梁(2.8.7)▪W = 5Shl2 = 5×2.1×1.358×2.652▪= 100.13 cm3▪I = 2Wl = 2×100.13×2.65▪= 530.70 cm4▪取⊥(8*400/10*100)板单元，四边形网格#35-#44：分为5个区域，板厚分别为18,14,12,14,18#44-#77:两个区域，板厚20#77-#86分为5个区域，板厚分别为20,16,12,16,203.强横梁，甲板纵桁腹板：壳单元面板：梁单元均用四边形网格4.舱口围板，扶强材，加强筋舱口围板，扶强材：壳单元加强筋：梁单元壳单元均用四边形网格边界条件红色固支，绿色简支。
ansys有限元分析基本流程
A N S Y S有限元分析基本流程-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章实体建模第一节基本知识建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。
建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。
一、实体造型简介1．建立实体模型的两种途径①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模：②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。
2．实体建模的三种方式(1)自底向上的实体建模由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。
(2)自顶向下的实体建模直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。
(3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。
自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。
二、ANSYS的坐标系ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。
①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。
②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。
③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。
④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。
1．全局坐标系全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。
在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。
总体坐标系是一个绝对的参考系。
ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。
通用有限元程序ANSYS及应用
要在主菜单中选择子菜单，将鼠标移到带有 “ “ 符号的项目上， 点击鼠标左键，即将其展开。子菜单中出现带 “ “ 符号的项目 ，表 示点击后将弹出一个 图形选取对话框；而 出现带 “ “ 符号 的项目，表示点击后 将弹出一输入对话框 。
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-13
主菜单交互操作 (续)
■
■ ■ ■
Tool Bar — 工具条
Input Window — 输入窗口 Graphics Window — 图形窗口 状态栏
其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作 的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任 意状态下实施其中的某些命令。
另有一输出窗口 — Output Window 隐于图形用户界面背后
文件后缀 类型
DB ELEM EMAT 二进制 二进制 二进制
文件说明
数据库文件 单元定义文件 单元矩阵文件
ESAV
FULL Lnn Log MODE
二进制
二进制 二进制 文本 二进制
单元数据存储文件
组集的整体刚度矩阵和质量矩阵文件 载荷工况文件 日志文件 模态矩阵文件
MP
NODE OUT RST
条（Mechanical Toolbar），也可以创建、编辑或者删除工具条上的快捷 按钮，决定输出哪些信息。
■ Help（帮助）：ANSYS提供了功能强大、内容完备的帮助，包括大量关
于GUI命令、基本概念、单元等的帮助。熟练使用帮助是ANSYS进步的 必要条件。这些帮助以Web页方式存在，可以很容易地访问。 打开方式：通过Help菜单；单击Help按钮；输入Help命令。
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-16
应用菜单交互操作（之三）
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-13
主菜单交互操作 (续)
■
■ ■ ■
Tool Bar — 工具条
Input Window — 输入窗口 Graphics Window — 图形窗口 状态栏
其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作 的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任 意状态下实施其中的某些命令。
另有一输出窗口 — Output Window 隐于图形用户界面背后
文件后缀 类型
DB ELEM EMAT 二进制 二进制 二进制
文件说明
数据库文件 单元定义文件 单元矩阵文件
ESAV
FULL Lnn Log MODE
二进制
二进制 二进制 文本 二进制
单元数据存储文件
组集的整体刚度矩阵和质量矩阵文件 载荷工况文件 日志文件 模态矩阵文件
MP
NODE OUT RST
条（Mechanical Toolbar），也可以创建、编辑或者删除工具条上的快捷 按钮，决定输出哪些信息。
■ Help（帮助）：ANSYS提供了功能强大、内容完备的帮助，包括大量关
于GUI命令、基本概念、单元等的帮助。熟练使用帮助是ANSYS进步的 必要条件。这些帮助以Web页方式存在，可以很容易地访问。 打开方式：通过Help菜单；单击Help按钮；输入Help命令。
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-16
应用菜单交互操作（之三）
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
大型通用有限元程序ANSYS概述PPT课件
• ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机
设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场
及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空
9 November 2009 航天、汽车工业、生大型物通用医有限学元程、序AN桥SYS梁概述、建筑、电子产品、
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第3页/共19页
有限元分析 (FEA)
9 November 2009
大型通用有限元程序ANSYS概述
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第5页/共19页
ANSYS主要包括三个部分：前处理模块，分析计 算模块和后处理模块。
• 前处理模块 提供一个强大的实体建模及网格划分工具， 用户可以方便地构造有限元模型；
• 分析计算模块 包括结构分析（可进行线性分析、非线 性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁 场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分 析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分 析及优化分析能力；
个局部地点场变量的相互依赖关系。一个问题的有限元分析中，未知场函
数及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量（也即自由度），从而
使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
9 November 2009
大型通用有限元程序ANSYS概述
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第4页/共19页
历史典故：ANSYS是随计算机硬件而发展壮大的。ANSYS最早是在1970年 发布的，运行在价格为＄1，000，000的由Univac和IBM生产的计算机 上，它们的处理能力远远落后于今天的PC机。一台奔腾PC机在几分钟 内可求解5000×5000的矩阵系统，而过去则需要几天时间。
• 瞬态动力学分析 - 确定结 构对随时间任意变化的载 荷的响应. 可以考虑与静 力分析相同的结构非线性 行为.
概要通用有限元程序ANSYS及应用
通用有限元程序ANSYS及应用
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
— 基于美国 NASA 计划； ABAQUS — 据称具有最强大的非线性求解功能； MARC — 据称最适于求解耦合场问题（热力耦合），
已被 MSC 公司收购； ADINA — for Windows 版
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
有限元基础及ANSYS界面简介
(一)
主 讲： 刘守荣
2020年1月17日星期五
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
通用有限元程序ANSYS及应用
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
Friday, January 17, 2020
通用有限元程序ANSYS及应用
结合最小势能原理解St. Venant扭转问题 ■ 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element
ANSYS有限元分析步骤2
注意：在ANSYS程序中只能对三维实体或二维共面的面进行加操作。面 相加可以包含面内的孔。（通过两个面Add加运算后，将构成一个新面，其 编号为3.原来的面不复存在）
布尔操作—Subtract减运算
减运算是从一个图形减去另一个图形，运算后得到的结果可能是一个与 被减图形相同维数的图形，也可能将被减图形分类成两个或多个新的图形。 新的图形之间可以有共同的边界也可有不同但重合的边界。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之
载荷
间通过节点连接，并承受一定载荷。
SOLID70单元
SOLID70具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节 点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该 单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那 么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如 SOLID45单元）
By Picking ：通过在工作平面上定位圆锥体底部的圆 心和半径以及圆锥体的高来定义圆锥体 By Dimensions：通过圆锥体的尺寸定义圆锥体
实体建模—布尔操作
在布尔运算中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。布尔运算 的目的是为了构建更复杂的模型，或者是为了消除模型之间的空隙之处。
一、前处理
2、自由度 自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性。
UY ROTY
ROTZ UZ
UX ROTX
结构 DOFs
分析类型
结构 热 电
流体 磁
自由度
位移 温度
电位 压力
磁位
节点、自由度、单元、有限元模型的关系
（载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度并 存在相互物理作用。
布尔操作—Subtract减运算
减运算是从一个图形减去另一个图形，运算后得到的结果可能是一个与 被减图形相同维数的图形，也可能将被减图形分类成两个或多个新的图形。 新的图形之间可以有共同的边界也可有不同但重合的边界。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之
载荷
间通过节点连接，并承受一定载荷。
SOLID70单元
SOLID70具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节 点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该 单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那 么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如 SOLID45单元）
By Picking ：通过在工作平面上定位圆锥体底部的圆 心和半径以及圆锥体的高来定义圆锥体 By Dimensions：通过圆锥体的尺寸定义圆锥体
实体建模—布尔操作
在布尔运算中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。布尔运算 的目的是为了构建更复杂的模型，或者是为了消除模型之间的空隙之处。
一、前处理
2、自由度 自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性。
UY ROTY
ROTZ UZ
UX ROTX
结构 DOFs
分析类型
结构 热 电
流体 磁
自由度
位移 温度
电位 压力
磁位
节点、自由度、单元、有限元模型的关系
（载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度并 存在相互物理作用。
2006_通用有限元程序ANSYS及应用_
9.1 构件截面属性的定义
9.2 刚性楼板假定的实施
9.3 谱分析法命令流
24 February 2006
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-30
10.钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析
— 二维平面单元应用实例
10.1 模态分析及模态叠加法
10.2 直接时间积分法（Full法）
10.3 输入时间历程命令流
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-28
8. 结构分析常用单元性能简介
8.1 空间杆单元
8.2 空间梁单元
8.3 平面单元
8.4 板壳单元 8.5 实体单元 8.6 钢筋混凝土单元
24 February 2006
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-29
9. 空间框架结构的谱分析法地震响应分析
— 一维线形单元应用实例
Pan, Zoom, Rotate菜单用于模型的平移、缩放、旋转.
要显示 the Pan, Zoom, Rotate 菜单: Utility Menu: PlotCtrls > Pan, Zoom, Rotate
24 February 2006
L1-16
应用菜单交互操作（之二） ANSYS 的帮助系统
基本求解方法：
■ 精确方法
■
近似方法
24 February 2006
通用有限元程序ANSYS及应用
L1-5
1.1 结构分析有限元法基础（续） 有限元法产生的历史： ■ 1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数 结合最小势能原理解St. Venant扭转问题 ■ 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element 概念，并正确求解了平面弹性问题 ■ 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽金法 (Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权 余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定 律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法
有限元分析ANSYS简单入门教程
有USER（用户自定义，默认 ）SI(国际单位制)、BFT（英 制）等
10
3、实例练习
练习 -带孔矩形板(续)
交互操作
3. 设定分析模块. a. Main Menu: Preferences b. 选择 Structural. c. 选择 OK.
解释
使用“Preferences” 对话框 选择分析模块，以便于对菜单 进行过滤。如果不进行选择， 所有的分析模块的菜单都将显 示出来。例如这里选择了结构 模块，那么所有热、电磁、流 体的菜单将都被过滤掉，使菜 单更简洁明了.
解释
3、实例练习
交互操作
6. 定义材料属性.
a. Preprocessor > Material Props > Constant- Isotropic
（各向同性）
b. 选择 OK to 定义材料 1.
c. 在EX框中输入2e5（弹 性模量）.
d.在PRXY框中输入0.3 （泊松比）.
f. 选择OK 定义材料属性 并关闭对话框.
-Modeling- Create > -Areas > Circle > -Solid Circle
f. 输入圆心坐标WP X值100， WP Y值50，半径Radius值 20.
g. 选择 OK.
h. Main Menu: Preprocessor >
-Modeling- Operate > Booleans- > Subtract > Areas
结果数据 - ANSYS计算的结果(位移、应力、应变、 温度等).
2、文件管理
ANSYS数据库 (续)
1-4b. 存储数据库操作. 存储操作将数据从内存以数据库文件（以db为扩展名） 写入硬盘，是数据库当前状态的一个备份.
10
3、实例练习
练习 -带孔矩形板(续)
交互操作
3. 设定分析模块. a. Main Menu: Preferences b. 选择 Structural. c. 选择 OK.
解释
使用“Preferences” 对话框 选择分析模块，以便于对菜单 进行过滤。如果不进行选择， 所有的分析模块的菜单都将显 示出来。例如这里选择了结构 模块，那么所有热、电磁、流 体的菜单将都被过滤掉，使菜 单更简洁明了.
解释
3、实例练习
交互操作
6. 定义材料属性.
a. Preprocessor > Material Props > Constant- Isotropic
（各向同性）
b. 选择 OK to 定义材料 1.
c. 在EX框中输入2e5（弹 性模量）.
d.在PRXY框中输入0.3 （泊松比）.
f. 选择OK 定义材料属性 并关闭对话框.
-Modeling- Create > -Areas > Circle > -Solid Circle
f. 输入圆心坐标WP X值100， WP Y值50，半径Radius值 20.
g. 选择 OK.
h. Main Menu: Preprocessor >
-Modeling- Operate > Booleans- > Subtract > Areas
结果数据 - ANSYS计算的结果(位移、应力、应变、 温度等).
2、文件管理
ANSYS数据库 (续)
1-4b. 存储数据库操作. 存储操作将数据从内存以数据库文件（以db为扩展名） 写入硬盘，是数据库当前状态的一个备份.
ANSYS 18.0有限元分析基础与实例教程课件第14章
（3）材料非线性。非线性的应力-应变关系是造成结构非线性的常见原 因。许多因素可以影响材料的应力-应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应状况下），环境状况（如温度），加载的时间总量（如在蠕 变响应状况下）。
14.1.2 非线性分析的基本信息
ANSYS程序的方程求解器计算一系列的联立线性方程来预测工程 系统的响应。然而，非线性结构的行为不能直接用这样一系列的线性 方程表示。需要一系列的带校正的线性近似来求解非线性问题。
2．应力刚化 结构的面外刚度有时候会受到面内应力的明显影响，这种面内应力与 面外刚度的耦合，即所谓的应力刚化，在面内应力很大的薄结构（例 如缆索、隔膜）中非常明显。
因为应力刚化理论通常假定单元的转动和变形都非常小，所以它是应 用小转动或者线性理论。但在有些结构里面，应力刚化只有在大转动 （大挠度）下才会体现，如图14-7所示结构。 3．旋转软化 旋转软化会调整（软化）旋转结构的刚度矩阵来考虑动态质量的影响， 这种调整近似于在小挠度分析中考虑大挠度圆周运动引起的几何尺寸 的变化，它通常与由旋转模型的离心力所产生的预应力[PSTRES] （GUI：Main Menu > Solution > Unabridged Menu > Analysis Type > Analysis Options）一起使用。
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，如图14-1a)所 示；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， 如图14-1b)所示；当在汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间 接触将随货物重量而变化，如图14-1c)所示。如果将上面例子的载 荷—变形曲线画出来，将会发现它们都显示了非线性结构的基本特征： 变化的结构刚性。
14.1.2 非线性分析的基本信息
ANSYS程序的方程求解器计算一系列的联立线性方程来预测工程 系统的响应。然而，非线性结构的行为不能直接用这样一系列的线性 方程表示。需要一系列的带校正的线性近似来求解非线性问题。
2．应力刚化 结构的面外刚度有时候会受到面内应力的明显影响，这种面内应力与 面外刚度的耦合，即所谓的应力刚化，在面内应力很大的薄结构（例 如缆索、隔膜）中非常明显。
因为应力刚化理论通常假定单元的转动和变形都非常小，所以它是应 用小转动或者线性理论。但在有些结构里面，应力刚化只有在大转动 （大挠度）下才会体现，如图14-7所示结构。 3．旋转软化 旋转软化会调整（软化）旋转结构的刚度矩阵来考虑动态质量的影响， 这种调整近似于在小挠度分析中考虑大挠度圆周运动引起的几何尺寸 的变化，它通常与由旋转模型的离心力所产生的预应力[PSTRES] （GUI：Main Menu > Solution > Unabridged Menu > Analysis Type > Analysis Options）一起使用。
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，如图14-1a)所 示；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， 如图14-1b)所示；当在汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间 接触将随货物重量而变化，如图14-1c)所示。如果将上面例子的载 荷—变形曲线画出来，将会发现它们都显示了非线性结构的基本特征： 变化的结构刚性。
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给排水工程CAD
西安科技大学 给排水专业 二零一零年
第14章 通用有限元程序ANSYS
有限元法又称有限单元法，是一种利用计算机和矩阵运 算作为工具，对复杂工程问题或结构进行计算和分析的数值 方法。有限元法是力学和现代计算机技术相结合的产物，是 计算机辅助设计的一个重要组成部分。CAD之所以能以精确 计算代替经验计算，有限元法的应用是其中重要原因之一。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
TimeHist Postproc（时间历程后处理器）：包含了POST26 的操作，如对结果变量的定义、列表或者图形显示 Topological Opt（拓扑优化）：也就是用于对几何结构进 行优化，这种优化通常是以最小质量或者最小柔度为目标函 数 ROM Tool（缩阶建模工具）：基于模态分解法表达结构的 响应 Design Opt（设计优化）：包含了OPT操作，如定义优化变 量、开始优化设计、查看设计结果等，这是传统的优化操作， 是单步分析的反复迭代
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
通用菜单
Parameters（参量）：用于定义、编辑或者删除标量、矢 量和数组参量。 Macro（宏）：用于创建、编辑、删除或者运行宏或数据块。 Menu Ctrls（菜单控制）：决定哪些菜单成为可见的，是 否使用机械工具条（Mechanical Toolbar），也可以创建、 编辑或者删除工具条上的快捷按钮，决定输出哪些信息。 Help（帮助）：ANSYS提供了功能强大、内容完备的帮助， 包括大量关于GUI命令、基本概念、单元等的帮助。熟练使 用帮助是ANSYS进步的必要条件。这些帮助以Web页方式存在， 可以很容易地访问。打开方式：通过Help菜单；单击Help按 钮；输入Help命令。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
Prob Design（概率设计）：这是ANSYS 6.0以后版本的新 增功能，结合设计和生产等过程中的不确定因素，来进行设 计 Radiation Opt（辐射选项）：如定义辐射率、完成热分析 的其他设置、写辐射矩阵，计算视角因子等 Run-Time Stats（运行时间估计器）：包含了RUNSTAT操作， 如估计运行时间、估计文件大小等 Session Editor（记录编辑器）：用于查看在保存或者恢 复之后的所有操作记录
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
模态分析：计算线性结构的自振频率及振形，谱分析是模 态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应 变(也叫作响应谱或 PSD) 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 瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响 应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为
结构的变形状态 结构内部的受力（应力）状态
基本求解方法
精确方法 近似方法
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
有限元法产生的历史
1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数结合最小 势能原理解St. Venant扭转问题 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element概念，并 正确求解了平面弹性问题 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽金法(Galerkin) 进行了推广，特别是后者，采用加权余量的方式确定单元特 性，使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使 用有限元法
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
流体动力学分析 定常/非定常分析 层流/湍流分析 自由对流/强迫对流/混合对流分析 可压缩流/不可压缩流分析 亚音速/跨音速/超音速流动分析 任意拉格郎日－欧拉分析（ALE）
第14章 通用有限元程序14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
热分析 稳态、瞬态温度场分析 热传导、热对流、热辐射分析 相变分析 材料性质、边界条件随温度变化
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
电磁分析 静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界引起的 磁场 电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理 量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、雷达系 统、同轴连接器等分析。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
Preferences（优选项）：弹出一个的话框，用户可以选择 学科及某个学科的有限元方法。 Preprocessor（预处理器）：包含PREP7操作，如建模、分 网和加载等 Solution（求解器）：包含SOLUTION操作，如分析类型选 项、加载、载荷步选项、求解控制和求解等 General Postproc（通用后处理器）：包含POSTl后处理操 作，如结果的图形显示和列表
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
多场耦合分析 热－结构 磁－热 磁－结构 流体－热 流体－结构 热－电 电－磁－热－流体－结构
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
优化设计及设计灵敏度分析 单一物理场优化 耦合场优化 二次开发功能 参数设计语言 用户可编程特性 用户自定义界面语言 外部命令
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
图形用户界面
快捷工具栏 将常用的命令 制成工具条， 方便调用.
通用菜单 包含例如文件管理、选 择、显示控制、参数设 置等功能.
输入窗口 显示提示信息，输入 ANSYS命令，所有输入 的命令将在此窗口显示 。
主菜单 包含ANSYS 的主要功能， 分为前处理、 求解、后处理 等。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
有限元分析软件
主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国 的ANSYS、ABQUS、ADINA、SAP、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、 ELAS、MARC和STARDYNE等等。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
通用菜单
Plot（绘图）：用于绘制关键点、线、面、体、节点、单 元和其他可以图形显示的数据。绘图操作与列表操作（List） 有很多对应之处。 PlotCrls（绘图控制）：菜单包含了对视图、格式和其他 图形显示特征的控制，以输出正确、合理、美观的图形。 Work Plane（工作平面）：用于打开、关闭、移动、旋转 工作平面或者对工作平面进行其他操作，还可以对坐标系进 行操作。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
ANSYS土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结 构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大 坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地 震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提 出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大 且方便易用的分析手段。
第14章 通用有限元程序ANSYS
教学目标
通过本章的学习，应掌握直接生成法建模、实体建模、 网格划分、基本的加载及求解、数据后处理、常用单元性能、 动力分析的基本功能、非线性分析等内容。
重点与难点
单元性能 建模 求解分析
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
结构分析的基本目的
ANSYS主要功能
多组份流动分析（多达6组份） 牛顿流与非牛顿流体分析 内流和外流分析 共轭传热及热辐射边界 分布阻尼和风扇模型 移动壁面及自由界面分析
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
声学分析 定常分析 模态分析 动力响应分析 压电分析 稳态、瞬态分析 模态分析 谐响应分析
ANSYS主要功能
结构分析 静力分析：用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性 行为。包括线性结构静力分析和非线性结构静力分析（几何 非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化；材料非线 性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、 肿胀等；接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚 体接触、热接触；单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单 元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等。）
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
图形用户界面
Utility Menu — 通用菜单 快捷工具栏 显示隐藏对话框 Main Menu — 主菜单 Tool Bar — 工具条 Input Window — 输入窗口 Graphics Window — 图形窗口 状态栏 其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序 操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、 任意状态下实施其中的某些命令。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
结构分析有限元法典型步骤
计算每个子区域的能量 — 形成单元刚度矩阵； 累计系统的总能量 — 组装总刚度矩阵； 施加边界约束和外载荷 — 建立离散体系的代数方程； 求解代数方程 — 得到基本未知变量（位移）数值结果； 由节点位移解求单元内的应变、应力。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
谱分析 随机振动分析等 特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形 状，(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析) 专项分析：断裂分析，复合材料分析，疲劳分析
西安科技大学 给排水专业 二零一零年
第14章 通用有限元程序ANSYS
有限元法又称有限单元法，是一种利用计算机和矩阵运 算作为工具，对复杂工程问题或结构进行计算和分析的数值 方法。有限元法是力学和现代计算机技术相结合的产物，是 计算机辅助设计的一个重要组成部分。CAD之所以能以精确 计算代替经验计算，有限元法的应用是其中重要原因之一。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
TimeHist Postproc（时间历程后处理器）：包含了POST26 的操作，如对结果变量的定义、列表或者图形显示 Topological Opt（拓扑优化）：也就是用于对几何结构进 行优化，这种优化通常是以最小质量或者最小柔度为目标函 数 ROM Tool（缩阶建模工具）：基于模态分解法表达结构的 响应 Design Opt（设计优化）：包含了OPT操作，如定义优化变 量、开始优化设计、查看设计结果等，这是传统的优化操作， 是单步分析的反复迭代
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
通用菜单
Parameters（参量）：用于定义、编辑或者删除标量、矢 量和数组参量。 Macro（宏）：用于创建、编辑、删除或者运行宏或数据块。 Menu Ctrls（菜单控制）：决定哪些菜单成为可见的，是 否使用机械工具条（Mechanical Toolbar），也可以创建、 编辑或者删除工具条上的快捷按钮，决定输出哪些信息。 Help（帮助）：ANSYS提供了功能强大、内容完备的帮助， 包括大量关于GUI命令、基本概念、单元等的帮助。熟练使 用帮助是ANSYS进步的必要条件。这些帮助以Web页方式存在， 可以很容易地访问。打开方式：通过Help菜单；单击Help按 钮；输入Help命令。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
Prob Design（概率设计）：这是ANSYS 6.0以后版本的新 增功能，结合设计和生产等过程中的不确定因素，来进行设 计 Radiation Opt（辐射选项）：如定义辐射率、完成热分析 的其他设置、写辐射矩阵，计算视角因子等 Run-Time Stats（运行时间估计器）：包含了RUNSTAT操作， 如估计运行时间、估计文件大小等 Session Editor（记录编辑器）：用于查看在保存或者恢 复之后的所有操作记录
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ANSYS主要功能
模态分析：计算线性结构的自振频率及振形，谱分析是模 态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应 变(也叫作响应谱或 PSD) 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 瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响 应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为
结构的变形状态 结构内部的受力（应力）状态
基本求解方法
精确方法 近似方法
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
有限元法产生的历史
1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数结合最小 势能原理解St. Venant扭转问题 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element概念，并 正确求解了平面弹性问题 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽金法(Galerkin) 进行了推广，特别是后者，采用加权余量的方式确定单元特 性，使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使 用有限元法
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ANSYS主要功能
流体动力学分析 定常/非定常分析 层流/湍流分析 自由对流/强迫对流/混合对流分析 可压缩流/不可压缩流分析 亚音速/跨音速/超音速流动分析 任意拉格郎日－欧拉分析（ALE）
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热分析 稳态、瞬态温度场分析 热传导、热对流、热辐射分析 相变分析 材料性质、边界条件随温度变化
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ANSYS主要功能
电磁分析 静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界引起的 磁场 电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理 量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、雷达系 统、同轴连接器等分析。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
主菜单
Preferences（优选项）：弹出一个的话框，用户可以选择 学科及某个学科的有限元方法。 Preprocessor（预处理器）：包含PREP7操作，如建模、分 网和加载等 Solution（求解器）：包含SOLUTION操作，如分析类型选 项、加载、载荷步选项、求解控制和求解等 General Postproc（通用后处理器）：包含POSTl后处理操 作，如结果的图形显示和列表
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
多场耦合分析 热－结构 磁－热 磁－结构 流体－热 流体－结构 热－电 电－磁－热－流体－结构
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
优化设计及设计灵敏度分析 单一物理场优化 耦合场优化 二次开发功能 参数设计语言 用户可编程特性 用户自定义界面语言 外部命令
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
图形用户界面
快捷工具栏 将常用的命令 制成工具条， 方便调用.
通用菜单 包含例如文件管理、选 择、显示控制、参数设 置等功能.
输入窗口 显示提示信息，输入 ANSYS命令，所有输入 的命令将在此窗口显示 。
主菜单 包含ANSYS 的主要功能， 分为前处理、 求解、后处理 等。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
有限元分析软件
主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国 的ANSYS、ABQUS、ADINA、SAP、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、 ELAS、MARC和STARDYNE等等。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
通用菜单
Plot（绘图）：用于绘制关键点、线、面、体、节点、单 元和其他可以图形显示的数据。绘图操作与列表操作（List） 有很多对应之处。 PlotCrls（绘图控制）：菜单包含了对视图、格式和其他 图形显示特征的控制，以输出正确、合理、美观的图形。 Work Plane（工作平面）：用于打开、关闭、移动、旋转 工作平面或者对工作平面进行其他操作，还可以对坐标系进 行操作。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
ANSYS土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结 构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大 坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地 震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提 出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大 且方便易用的分析手段。
第14章 通用有限元程序ANSYS
教学目标
通过本章的学习，应掌握直接生成法建模、实体建模、 网格划分、基本的加载及求解、数据后处理、常用单元性能、 动力分析的基本功能、非线性分析等内容。
重点与难点
单元性能 建模 求解分析
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
结构分析的基本目的
ANSYS主要功能
多组份流动分析（多达6组份） 牛顿流与非牛顿流体分析 内流和外流分析 共轭传热及热辐射边界 分布阻尼和风扇模型 移动壁面及自由界面分析
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
声学分析 定常分析 模态分析 动力响应分析 压电分析 稳态、瞬态分析 模态分析 谐响应分析
ANSYS主要功能
结构分析 静力分析：用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性 行为。包括线性结构静力分析和非线性结构静力分析（几何 非线性：大变形、大应变、应力强化、旋转软化；材料非线 性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、 肿胀等；接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体刚 体接触、热接触；单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单 元、非线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等。）
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
图形用户界面
Utility Menu — 通用菜单 快捷工具栏 显示隐藏对话框 Main Menu — 主菜单 Tool Bar — 工具条 Input Window — 输入窗口 Graphics Window — 图形窗口 状态栏 其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序 操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、 任意状态下实施其中的某些命令。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.1 有限元法理论简介
结构分析有限元法典型步骤
计算每个子区域的能量 — 形成单元刚度矩阵； 累计系统的总能量 — 组装总刚度矩阵； 施加边界约束和外载荷 — 建立离散体系的代数方程； 求解代数方程 — 得到基本未知变量（位移）数值结果； 由节点位移解求单元内的应变、应力。
第14章 通用有限元程序ANSYS 14.2 ANSYS简介
ANSYS主要功能
谱分析 随机振动分析等 特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形 状，(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析) 专项分析：断裂分析，复合材料分析，疲劳分析