第三章ANSYS分析基本过程析
ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析word精品文档59页
ANSYS热分析指南(第三章)第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。
稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。
通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。
也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。
稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。
当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。
3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。
单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。
Ansys热分析教程(全)
章节内容概述
• 第7章-续 – 例题 6 - 低压气轮机箱的热分析
• 第 8 章 - 辐射 – 辐射概念的回顾 – 基本定义 – 辐射建模的可选择方法 – 辐射矩阵模块 – 辐射分析例题 - 使用辐射矩阵模块进行热沉分析，隐式和非隐式方 法。
• 第 9 章 - 相变 – 基本模型/术语 – 在 ANSYS中求解相变 – 相变例题 - 飞轮铸造分析
传导
• 传导的热流由传导的傅立叶定律决定：
q*
=
− Knn
∂T ∂n
=
heat
flow
rate
per
unit
area
in
direction
n
Where, Knn = thermal conductivity in direction n
T = temperature
∂T = thermal gradient in direction n ∂n
• 负号表示热沿梯度的反向流动(i.e., 热从热的部分流向冷的).
q*
T
dT
dn
n
对流
• 对流的热流由冷却的牛顿准则得出:
q* = hf (TS − TB ) = heat flow rate per unit area between surface and fluid
Where, hf = convective film coefficient TS = surface temperature TB = bulk fluid temperature
• 第 6 章 - 复杂的, 时间和空间变化的边界条件 – 表格化的热边界条件 (载荷) – 基本变量 – 用户定义的因变变量
章节内容概述
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。
ansys 第3讲 基本步骤
• 输入数据 - 必须输入的信息 (模型尺寸、材料属性、载荷等 模型尺寸、 模型尺寸 材料属性、载荷等). • 结果数据 - ANSYS计算的数值 (位移、应力、应变、温度等 位移、 计算的数值 位移 应力、应变、温度等).
北华航天工业学院
ANSYS数据库 ANSYS数据库 (续)
2-4b. 存储数据库操作.
使用带有两个关键点的线模拟梁， 使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积 将在单元的实常数中设置. 将在单元的实常数中设置
北华航天工业学院
练习 - 悬壁梁(续)
交互操作
b. 输入关键点编号 1. c. 输入 输入x,y,z坐标 0,0,0. 坐标 d. 选择 Apply. e. 输入关键点编号 2. f. 输入 输入x,y,z坐标 坐标72,0,0 . 坐标 g. 选择 OK. h. Main Menu: Preprocessor > Modeling- Create > Lines- Lines > Straight Line 解释
北华航天工业学院
ANSYS数据库 ANSYS数据库 (续)
2-4c. 恢复数据库操作.
Objective
恢复操作将数据库文件中的数据读入内存中，在这个过程中， 恢复操作将数据库文件中的数据读入内存中，在这个过程中，将首先清除目前 内存中的数据，将之替换成数据库文件中的数据. 内存中的数据，将之替换成数据库文件中的数据
在练习之后， 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. 计算的解析解进行对比
北华航天工业学院
练习 - 悬壁梁(续)
交互操作
1. 启动 ANSYS. 以交互模式进入ANSYS，工作 以交互模式进入 ， 文件名为beam. 文件名为 解释
ANSYS的应用及其分析全过程
ANSYS的应用及其分析全过程
ANSYS是一款业内最为知名的非线性有限元分析软件，由ANSYS公司
推出，以其强大的物理分析功能而享誉全球。
它能够模拟物体在各种外力
作用下的变形状态，而且具有多种物理模型，能够进行复杂的非线性分析，是企业在进行复杂的有限元分析时必不可少的工具。
1、准备工作
在利用ANSYS进行物理分析前，首先了解分析的需求，包括要求解决
的问题、有效负载、被分析物体的尺寸及材质等，然后将相应的数据输入
到ANSYS中。
2、建模
一般情况下，在ANSYS中只需关心物体的外形，不需要考虑内部结构，因此，只需要建立表面模型即可。
ANSYS通过一系列的步骤表达建模的过程，从绘制草图、建立主体、设置面等操作，完成物体模型的建立。
3、有限元网格划分
在ANSYS中，需要将物体的外形模型划分成一系列的有限元网格，并
给每个有限元节点赋予相应的属性及运算参数。
在这一步中，需要考虑网
格划分的细度，以及所采用的运算参数，以保证最终的分析结果的准确性。
4、设置材料及约束条件
为了模拟实际需求，在分析中需要设置材料及约束条件，分析材料及
约束条件两者合起来，能够有效地模拟出原物体在外力作用下的变形状态。
ANSYS分析的基本步骤
10. 保存ANSYS数据库到文 件 beammesh.db. a. Utility Menu: File > Save as b.输入文件名： beammesh.db. c. 选择 OK 保存文件并 退出对话框.
这次用表示已经划分网格后 的文件名存储数据库.
练习 - 悬壁梁(续)
交互操作 解释
e. 选择 OK 接受单元类 型并关闭对话框. f. 选择 Close 关闭单元 类型对话框. 6. 定义实常数. a. Main Menu: Preprocessor > Real Constants b.选择 Add . . .
有些单元的几何特性，不能仅 用其节点的位置充分表示出来 ，需要提供一些实常数来补充 几何信息。 典型的实常数有壳单元的厚 度，梁单元的横截面积等。
练习 - 悬壁梁(续)
交互操作 c. 选择 OK 定义BEAM3的实 常数. d. 选择 Help 得到有关单元 BEAM3的帮助. e. 查阅单元描述. f. File > Exit 退出帮助系统. g. 在AREA框中输入 0.8 （ 横截面积）. h. 在IZZ框中输入1.07e-3 （ 惯性矩）. i. 在HEIGHT框中输入 0.4 （梁的高度）. 解释
11. 施加载荷及约束. a. Main Menu: Solution > -LoadsApply > -StructuralDisplacement > On Nodes b.拾取最左边的节点. c. 在拾取菜单中选择 OK. d. 选择All DOF. e. 选择 OK. （如果不输 入任何值，位移库中选择一个或几个适合您 的分析的单元类型. 单元类型决 定了附加的自由度（位移、转角 、温度等）。 许多单元还要设置一些单元的 选项，诸如单元特性和假设，单 元结果的打印输出选项等。 对于本问题，只须选择 BEAM3 并默认单元选项即可.
ANSYS分析步骤
ANSYS分析步骤一．准备1.启动软件，指定工作名（Jobname）；2.指定标题（Title）；二．前处理（Preprocessor）：1.定义单元属性；Main Menu: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete2.如果需要定义单元实常数；Main Menu: Preprocessor > Real Constants3.定义材料属性；Main Menu: Preprocessor > Material Props >Material Models>-Structural>linear>-elastic>-isotropic4.创建和读入几何模型；Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create5.划分单元获得网格模型（结点及单元）；Main Menu: Preprocessor >-Meshing>-Meshtools6.保存。
三．求解（solution）1.选择分析模型并设置分析选项；Main Menu: Solution>-Analysis Types（可跳过）2.定义边界条件；Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement 3.定义载荷；Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural4. 求解；Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK5.保存。
四．后处理（general postpro）1.查看分析结果（变形和应力分布）Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape 2.分析处理并评估结果。
ansys模态分析及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
- 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)。
1 第三章 ANSYS分析基本过程 3.3 完成第一个分析任务 ANSYS是一个博大精深的通用有限元软件，要全面掌握并应用它是非常困难的。事实上，也没有必要全面掌握它。最重要的是，要学会如何在所研究的学科中应用ANSYS，如何让ANSYS为分析和设计服务，如何在需要的时候了解到需要的信息。而不是学习了一大堆ANSYS知识，却不懂应用。 所以，首先要做的是熟悉ANSYS必须的操作步骤，然后，就可以试着进行自己的分析了。本节通过一个例子帮助用户完成这一步。
3.3.1 问题的描述 本例非常简单，但有实用价值。 本例将指导用户对简支梁在跨中集中载荷作用下进行静力分析求解，使用户能够对ANSYS的求解有一个直观的了解。并将ANSYS求解结果与理论值比较，获得数值解的精度。
图 3-1 求简支梁的挠度和支座反力 1．初始条件 求解在跨中集中载荷作用下悬臂梁中点的挠度（此处梁的挠度最大）和支座反力，如图3-1所示。简支梁的界面为焊接工字钢，各种初始条件为： 跨度：L=8m 截面高度：H=0.42m 截面面积：A=0.0072m2 惯性矩：I=0.0002108m4（可根据工字钢截面几何参数，用公式或查表的方法获得） 弹性模量：2.06E11N/m2（即2.06×1011 N/m2） 泊松比：0.3 集中力：P=120kN 2、理论值 2
根据材料力学知识： 支反力：RA=60 kN；RB=60 kN。
梁中点挠度：33321141201082.94761048482.06102.10810PLfmEI 下面使用ANSYS对该问题求解，作为第一个例子，本节将详细叙述操作步骤，并在步骤加一些说明，以便用户养成良好的分析习惯。
3.3.2 选取学科 1、启动ANSYS并设置工作目录和工作文件名称 在windows系统下，运行【开始】>【程序】>ANSYS11.0>ANSYS Product Launcher命令，弹出交互式启动对话框，设置好工作目录和工程名。这里，建议工作目录设置为D:\ansys\working（该目录必须已经存在，只有通过资源管理器创建工作目录之后，才可以使用该目录，ANSYS自己并不能创建工作目录），工程名为设置为beam，如图3-2所示。然后单击对话框下面的Run按钮，进入到图形用户交互界面。
图3-2 设置工作目录和工作文件名称对话框 3
2、选取学科 选择Main Menu> Preferences命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，选中“Structure”复选框（因为我们分析的学科只涉及到了结构），如图3-3所示，然后单击“OK”按钮，表示只进行结构分析。 这个步骤并不是必须的，但它可以对通用菜单及相应的图形界面进行过滤，为后续选择带来方便。所以推荐使用。
图3-3 选择结构分析类型 3.3.3 创建几何模型 简支梁几何结构是简单而规则的，所以，在ANSYS中创建很简单。 （1）创建关键点：本例题将利用带有两个关键点的线来模拟简支梁，梁的截面高度、横街面积等初始条件将在实常数中设置。 选择菜单路径：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，单击弹出“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框，如图3-4所示。也就是说，提示在当前坐标系下（默认笛卡尔坐标系）创建关键点。在“Keypoint number”后面的输入栏输入“1”，表示创建的是1号关键点。在“Loacation in active CS”后面的三个输入栏分别输入“0、0、0”，表示创建的1号关键点的坐标系(x, y ,z)=(0,0,0)。单击“Apply”按钮，继续输入。
图3-4 创建关键点对话框 4
在“Keypoint number”后面的输入栏输入“2”。在“Loacation in active CS”后面的三个输入栏分别输入“4、0、0”。单击“Apply”按钮，继续输入。 在“Keypoint number”后面的输入栏输入“3”。在“Loacation in active CS”后面的三个输入栏分别输入“8、0、0”。单击“OK”按钮，完成三个关键点的创建，此时图形窗口出现三个关键点。 校验输入的关键点是否正确：Utility Menu>List>Keypoints>Coordinates only，单击弹出一个信息窗口显示所以关键点及其坐标，如图3-5所示。确认无误后，关闭信息窗口。
3-5 显示关键点坐标 （2）创建直线：在关键点创建完成以后，就可以在关键点之间创建直线了。 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>In Active Coord，单击弹出“Lines in Active„”拾取框，如图3-6所示。在图形窗口分别拾取1、2号与2、3号关键点，单击“OK”按钮，创建1号直线与2号直线。也可以在拾取框的输入栏中输入1后按回车键，再输入2后按回车键，同样也能创建一条直线，这个功能在复杂图形中拾取点非常有用。复杂图形在同一处往往有很多点，这样在图形窗口很难准确拾取到所需的点，这时，可以采用在拾取框中直接输入点号的方法拾取点，早期的ANSYS版本没有这种功能，只能在图形窗口拾取点。此时，图形窗口如图3-7所示。
图3-6点拾取框 图3-7创建的梁几何模量 5
尽管上述建立的几何模型的过程是如此的简单，但它代表了一个基本而重要的步骤。许多性质复杂的模型就是对这些简单原型进行处理后建立起来的。另一方面，对复杂模型，建模是一件相当繁琐的事，需要花费大量精力，而且还有许多注意事项，详细内容参见第四章。
3.3.4 划分网格 在划分网格之前，需要设置网格单元类型、材料属性等。而且，如果采用直接生成网格方法建模，就需要在建模前选择好单元属性。事实上，多数人喜欢在一开始就设置单元属性。 然后，需要决定采用什么样的网格，如何设置分网网格。完成单元属性和网格设置后，就可以分网了。 单元属性包括单元类型、单元选项、实常数、材料属性和横截面，依据单元的不同，有些是必须的，有些设置是可选的。 （1）选取单元类型 单元是网格的基础，对单元的选取是非常重要，这依赖于用户的专业知识，以及对问题的理解。 在ANSYS提供的100多个单元中，选取最适合分析任务的单元并不是一件容易的事情，尤其是对初学者，以及那些区别不是很明显的单元。但在满足某些基本条件下，有多种单元都能满足分析任务。这些基本条件是：维数、自由度、以及线性单元还是二次单元等。 本例而言，选择的单元是BEAM3。该单元是二维梁单元，有三个自由度UX、UY、ROTZ，是有两个节点的弹性梁单元。选择弹性梁单元，是因为梁的变形属于弹性范围之内。
图3-8 单元类型列表对话框 图3-9单元类型库对话框 选择：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，单击弹出 “Element Types” 单元类型列表对话框，如图3-8所示，由于没有定义单元，对话框列表中没有单元存在。单击“Add„”按钮，弹出“Library of Element Types”单元类型库对话框，如图3-9所示。在该对话框中左面滚动栏中选择“Structure Beam”，在右边的滚动栏中选择“2D elastic 3”，单击“OK”按钮， 回到单元类型列表对话框，此时对话框列表中有一个“BEAM3”单元， 6
表示生成了一个“BEAM3”单元。最后单击“Close”按钮，关闭单元类型对话框，完成单元的添加。 （2）定义单元实常数 单元的几何特性很多不是用几何图形可以直接表示出来的，必须通过添加实常数来补充几何信息。像杆单元和梁单元的界面面积、管单元的外径和壁厚，壳单元的厚度等。
图3-10 实常数对话框 图3-11 单元类型对话框 图3-12定义BEAM3实常数对话框 选择：Main Menu> Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，弹出“Real Constants”实常数列表对话框，如图3-10所示。由于没有定义过实常数，列表中没有实常数。单击“Add„”按钮，弹出“Element Types„”对话框，如图3-11所示，用以选择需要添加实常数的单元类型。本例只有一个单元类型，所以选择BEAM3即可。单击“OK”，弹出“Real Constants for BEAM3”定义BEAM3实常数对话框，如图3-12所示。 定义BEAM3实常数对话框中，在AREA后面输入栏输入“0.0072”，在IZZ后面输入栏输入“0.0002108”， 在HEIGHT后面输入栏输入“0.42”。本例不考虑剪切变形、初始应变和附加质量，所以其它3个实常数不作定义，ANSYS自动默认为0。单击“OK”，完成实常数定义，回到实常数列表对话框，此时列表中有一个已经定义的实常数。单击“Close”，关闭实常数列表对话框。 （3）定义材料属性 材料属性是材料的物理性质，与单元一样，可以定义多种材料属性。不同属性用不同材料号来表示。 材料属性可以分为各向同性和各向异性的，分为温度无关的和温度相关的，分为线性的和非线性的。这里由于只对简支梁进行线弹性分析，而钢材料基本上是各向同性、与温度无关的线性属性，所以只需定义材料的弹性模量和泊松比。而且，尽管材料具有多种属性，但某些属性对分析无关的。如，在这个分析中，材料的导热率就对分析没有意义。可以从材料库中输入材料属性，也可以自己定义材料属性，这里，采用自己定义的方式。由于ANSYS材料库中的材料牌号属于国外牌号，与国内材料牌号不能完全一一对应。因此，多数人喜欢