有限元与ansys概述
ansys 介绍
如图6-14所示，菜单路径 Utility Menu > File > Import，其下的子菜单是 分别导入IGES文件、 CATIA文件、CATIA V5 文件、Pro/E文件、UG文 件、SAT文件、PARA文件 和CIF文件。
图6-14 导入几何文件
如图所示，菜单路径Utility Menu > File > Export，其下用 于输出IGES Version 5.1文件。
第1章 ANSYS软件简介
1.1 ANSYS概述
1.2 ANSYS启动、退出与GUI环境
1.3 ANSYS常用菜单与对话框操作 1.4 ANSYS文件操作 1.5 ANSYS的坐标系与工作平面 1.6 ANSYS标准有限元分析过程
1.1 ANSYS概述
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场和耦 合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数 CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/E、UG及 AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
文件操作菜单
一、新分析相关文件及其操作
在进行新分析时，选择菜单路径Utility Menu > File， 利用其下的子菜单项进行相关文件操作： Clear & Start New：清除数据库并开始新分析。 Change Jobname：定义新的工作文件名。 Change Directory：定义新的工作路径。 Change Title：定义新的分析标题。 Resume Jobname.db：恢复当前工作文件名的 Jobname.db数据库文件。 Resume from：恢复用户选定某个数据文件，一般工作 名不是Jobname.db时使用。
标准的ANSYS有限元分析过程一般包括以下四个步骤： 1．ANSYS分析的开始准备工作 2．建立模型 3．施加载荷并求解 4．查看分析结果
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。
它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。
本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。
1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。
它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。
1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。
（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。
（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。
在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。
（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。
（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。
（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。
Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。
我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。
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）
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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；
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
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。
有限元分析软件ANSYS简介
有限元分析软件ANSYS简介1、ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型;此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。
因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。
“上海二十一世纪中心大厦”整体分析曾经由日本某公司采用美国ETABS软件计算，利用他们已经建好的模型，读入ANSYS并运行之，可得到计算结果，从而节省较多的工作量。
2、ANSYS功能(1)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，例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.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.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，疲劳分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法. (2)ANSYS热分析热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能:相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等)三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射)(3)ANSYS电磁分析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、能耗及磁通量泄漏等.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。
ANSYS16.0有限元分析从入门到精通（第2版）
ANSYS16.0有限元分析从⼊门到精通（第2版）ANSYS 16.0有限元分析从⼊门到精通(第2版)第⼀部分 基础知识1 绪论1.1 有限元法概述1.1.1 有限元法分析过程1.1.2 有限元的⽅法和理论⼿段1.2 ANSYS 16.0简介1.2.1 ANSYS启动与退出1.2.2 ANSYS操作界⾯1.2.3 ANSYS⽂件管理1.2.4 ANSYS分析流程1.2.5 分析实例⼊门1.3 本章⼩结2 APDL基础应⽤2.1 APDL参数2.1.1 参数的概念与类型2.1.2 参数命名规则2.1.3 参数的定义与复制操作2.1.4 参数的删除操作2.1.5 数组参数2.2 APDL的流程控制2.2.1 *GO分⽀语句2.2.2 *IF分⽀语句2.2.3 *DO循环语句2.2.4 *DOWHILE循环语句2.3 宏⽂件2.3.1 创建宏⽂件2.3.2 调⽤宏⽂件2.4 运算符、函数与函数编辑器2.5 本章⼩结3 实体建模3.1 实体建模操作概述3.2 ⽤⾃下向上的⽅法建模3.3 ⾃顶向下法3.4 外部程序导⼊模型3.5 常⽤建模命令汇总3.6 实体模型的建⽴3.7 本章⼩结4 划分⽹格4.1 定义单元属性4.2 设置⽹格划分控制4.2.1 智能⽹格划分4.2.2 全局单元尺⼨控制4.2.3 默认单元尺⼨控制4.2.4 关键点尺⼨控制4.2.5 线尺⼨控制4.2.6 ⾯尺⼨控制4.2.7 单元尺⼨定义命令的优先顺序4.2.8 完成划分4.3 ⽹格的修改4.3.1 清除⽹格4.3.2 ⽹格的局部细化4.3.3 层状⽹格划分4.4 ⾼级⽹格划分技术4.4.1 单元选择4.4.2 映射⽹格4.4.3 扫掠⽹格4.4.4 拉伸⽹格4.5 划分⽹格命令汇总4.6 本章⼩结5 加载5.1 载荷与载荷步5.1.1 载荷5.1.2 载荷步5.2 加载⽅式5.2.1 实体加载的特点5.2.2 有限元模型的加载特点5.3 施加载荷5.4 齿轮泵模型的加载5.5 耦合与约束⽅程5.5.1 耦合5.5.2 约束⽅程5.6 本章⼩结6 求解6.1 求解综述6.2 例题6.3 求解命令汇总6.4 本章⼩结7 后处理7.1 通⽤后处理器7.1.1 结果⽂件7.1.2 结果输出7.1.3 结果处理7.1.4 结果查看器7.2 时间历程后处理器7.2.1 时间历程变量浏览器7.2.2 定义变量7.2.3 显⽰变量7.3 本章⼩结第⼆部分 专题技术8 结构静⼒分析8.1 结构分析概述8.1.1 结构分析的定义8.1.2 静⼒学分析的基本概念8.1.3 结构静⼒学分析的⽅法8.2 开孔平板静⼒分析8.2.1 问题描述8.2.2 设置分析环境8.2.3 定义单元与材料属性8.2.4 建⽴模型8.2.5 划分⽹格8.2.6 施加边界条件8.2.7 求解8.2.8 显⽰变形图8.2.9 显⽰结果云图8.2.10 查看⽮量图8.2.11 查看约束反⼒8.2.12 查询危险点坐标8.3 平⾯应⼒分析8.3.1 问题描述8.3.2 设置分析环境8.3.3 定义⼏何参数8.3.4 选择单元8.3.5 定义实常数8.3.6 定义材料属性8.3.7 创建实体模型8.3.8 设定⽹格尺⼨并划分⽹格8.3.9 施加载荷并求解8.3.10 求解8.3.11 查看分析结果8.3.12 命令流8.4 本章⼩结9 模态分析9.1 模态分析的基本假设9.2 模态分析⽅法9.3 ⽴体桁架结构模态分析9.3.1 问题描述9.3.2 分析9.3.3 设置环境变量9.3.4 设置材料属性9.3.5 创建⼏何模型9.3.6 划分⽹格9.3.7 施加约束9.3.8 设置分析类型9.3.9 设置分析选项9.3.10 求解9.3.11 观察固有频率结果9.3.12 读⼊数据结果9.3.13 观察振型等值线结果。
ANSYS入门教程
有限元分析与 ANSYS
B. 关于 ANSYS
培训手册
• ANSYS 是一个完整的 FEA 软件包，它适合世界范围各个 工程领域的工程师们使用: – 结构分析 – 热分析 – 流体分析，包括 CFD（计算流体动力学） – 电 / 静电场分析 – 电磁场分析 • ANSYS 在部分工业领域中的应用如下： – 航空航天 – 电子产品 – 汽车工业 – 重型机械 – 生物医学 – 微机电系统 – 桥梁、建筑 – 运动器械
• 热和质量的传输 – 在两点之间质量传输（如在一个管子中）产生的热量计算 由一个一维单元完成
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
培训手册
• 这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似具有无 限未知量的实际系统的响应。 – 所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？
– 然而，对该问题还没有一个 容易的解决方案。这完全依 赖于你所模拟的对象和模拟 所采用的方式。但是，我们 将尽力通过这次培训为你提 供指南。
实际系统 有限元模型
January 30, 2006
January 30, 2006
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
电磁分析
• 电磁分析用于计算电磁装置中的磁场
培训手册
• 静态磁场及低频电磁场分析 – 模拟由直流电源，低频交流电 或低频瞬时信号引起的磁场。 – 例如：螺线管制动器、电动 机、变压器 – 磁场分析中考虑的物理量是： 磁通量密度、磁场密度、磁 力和磁力矩、阻抗、电感、 涡流、能耗及磁通量泄漏等。
有限元分析与 ANSYS - 关于 ANSYS
流体分析
培训手册
• 计算流体动力学 (CFD) – 用于确定流体中的流动状态和温度。 – ANSYS/FLOTRAN 能模拟层流和湍流，可压缩和不可压 缩流体，以及多组份流。 – 应用：航空航天，电子元件封装，汽车设计。 – 典型的物理量是：速度，压力，温度，对流换热系数。
船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——ANSYS分析的基本过程
/aux15
Main Menu>Run-Time Stats
/runst
runstat 估计计算时间、运行状态等
1. ANSYS软件的基本介绍
1.4 ANSYS文件格式
文
件类型
文件扩展名
文件格式
日志文件
.log
文本
错误文件
.err
文本
输出文件
.out
文本
数据库文件
.db
二进制
结果文件：结构与耦合场分析热分析
建立关键点只需要关键点编号及坐标值。
- 关键点编号缺省值为下一个整数数。
坐标位置可以通过在工作平面上拾取或输入
- X,Y,Z 坐标值确定，坐标值的确定依赖于当前
激活坐标系。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体
定义线:
- Create > Lines > Lines
- Create > Lines > Arcs
- Create > Lines >Splines
- Operate >Extrude
- 或使用命令流方式：L系列命令创建线
如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线
的曲率由当前激活坐标系确定。
3. 建立几何模型
3.1 创建点、线、面、体
定义面:
- Create > Volumes >Arbitrary
⑼强大的二次开发能力
⑽数据统一能力强
⑾支持多种硬件平台和操作系统平台
1. ANSYS软件的基本介绍
1.2 ANSYS软件的分析功能
ANSYS具有强大的分析功能，主要可以进行五个方面的分析，
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Intro-10
k1 k1 k 2 k2
D、约束处理
可见：
u1 0, u2、u3未知。 P P2 0, P3 P。 1未知，
k1 k 1 0 k1 k1 k 2 k2 0 0 P 1 k 2 u2 0 u P k2 3
Intro-2
0.1 课程安排
1.有限元概述 1.1现代设计方法演示 1.2有限元法的地位 1.3有限元法原理与应用入门 2.有限元静力分析基本原理 2.1弹性力学基本方程 2.2平面应力问题分析过程 2.3 ANSYS结构静力分析应用析 3.ANSYS操作 3.1 ANSYS基本操作 3.2 实体建模 3.3有限元建模 3.4加载 & 求解 3.5结果后处理 4.有限元工程应用 4.1 有限元分析过程 4.2 结构类型 4.3 模型建立 4.4 工程应用实例
2018/11/27
5.有限元动力分析基本原理 5.1有限元法的基本思想 5.2 有限元法的分析步骤 5.3 ANSYS的动力学分析 6.有限元热、电、流体分析基本原理 6.1串联电路的有限元分析 6.2一维热传导问题的有限元分析 6.3一维定常层流问题的有限元分析 6.4耦合场分析 7.ANSYS高级应用 7.1疲劳断裂理论基础 7.2疲劳可靠性分析 7.3命令流方式(APDL) 7.4设计优化 7.5非线性分析
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-3
0.2 参考资料
有限元原理与ANSYS实践
1.商跃进.有限元原理与 ANSYS应用指南.北京：清 华大学出版社，2005 2.杜平安等.有限元法-原理、 建模及应用.北京：国防工 业出版社，2004 3.博奕创作室.ANSYS7.0基 础教程与实例详解.北京： 中国水利出版社，2004
B、单元分析
Fi i ui
FLe l ui u j EAe
EAe F (ui u j ) ke (ui u j ) Le
Fi ke Fi ke (ui u j ) F j ke (ui u j ) F j ke F [ K ] u
e e e
Ae,Le
e
k e ui ke u j
j uj Fj
图2 单元
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-9
C、整体分析
1 1 1 F k ( u u ) 1 1 1 2 单元1 : 1 1 1 F k ( u u ) 2 1 1 2 2 2 2 F k ( u u 2 2 2 3) 单元2 : 2 2 2 F k ( u u ) 2 2 3 3
兰州交通大学机电学院机车车辆系 商跃进
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-1
0、课程简介
1、 课程性质：强度课
2、课程任务：确定强度任务中的应力(σ =M/W≤[σ ])
3、 课程目的：有限元原理和通用有限元软件应用 4、考核方式：考勤+大作业+考试
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
FL EA
载荷：P=1000N
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-7
A、结构离散
1
A1,L1
2
①
A2,L2
3
②
P
图2
结构离散
将梯形板分成n段，每段看成一个矩形板。 在此为简化分析，分成图示的2段。
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-8
由材料力 学可知：
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-4
一、有限元概述
1、有限元法原理快速入门 2、有限元软件实践快速入门
2018/11/27
有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-5
1、有限元法原理快速入门
3.1、有限元原理
3.2、有限元软件
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有限元原理与ANSYS应用培训
A1,L1
1 ① 2
A2,L2
3
②
P
图1 结构
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有限元原理与ANSYS应用培训
Intro-11
E、求解
k1 k 1 0
ke
k1 k1 k 2 k2 u P k2 3
节点处的变形谐调条件:
~
e
k1 k1 0
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k1 (u1 u2 ) P k1u1 k1u2 P 1 1 k1 (u1 u2 ) k 2 (u2 u3 ) P2 k1u1 (k1 k 2 )u2 k 2u3 P2 k 2 (u2 u3 ) P3 k 2u2 k 2u3 P3 0 u1 P 1 k2 u P 2 2 [ K ]u P k2 u3 P3
1
A1,L1
2
①
A2,L2
3
②
由节点处的静力平衡条件知：
P
~ F
e
1 F11 P k1 (u1 u1 1 2) P 1 1 2 1 1 2 2 F2 F2 P2 k1 (u1 u2 ) k 2 (u2 u3 ) P2 2 2 F2 P k 2 (u2 u3 ) P3 3 3
Intro-6
1.1 结构有限元分析引例
问题描述： 长度为L，截面面积分别为A1、A2 的梯形板，一端固定，另一端受大小为 P的载荷，计算杆端位移。 已知：
几何参数：L=100mm，
A1=5mm*5mm， A2=25mm*5mm。 P
材料参数：E=2.06e5MPa，
等截面直杆变形公式： l