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1、 ANSYS上机实践ANSYS公司是美国著名力学专家、美国匹兹堡大学力学系教授John Swanson博士于1970年创建发展起来的，总部设在美国匹兹堡，目前是世界CAE行业最大的公司。近30年来，ANSYS公司一直致力于分析设计软件的开发、维护和售后服务，不断吸取当今世界最新计算方法和计算机技术，现已被全球工业界所广泛接受，并拥有着全球最大的用户群。1 ANSYS简介1.1 ANSYS的主要技术特点l 强大的图形化建模和前后处理功能，并支持命令流编程方式输入；l 多场及多场耦合功能；l 前后处理、分析求解及多场分析统一数据库；l 结构优化功能；l 强大的非线性分析功能；l 并行计算技术；l
2、支持从PC到工作站乃至巨型机的所有硬件平台，且所有硬件平台全部数据兼容、用户界面统一；l 智能网格划分；l 可与大多数CAD软件集成并有接口。1.2 软件功能简介软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模和网格划分工具，用户可以很方便地构造有限元模型：分析计算模块包括结构分析（线性分析与非线性分析）、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的能力：后处理模块可将计算结果用彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明或半透明显示等图形方式显
3、示出来，也可以将计算结果已图表、曲线或动画方式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。启动ANSYS后，从主菜单（main menu）可以进入各处理模块：通用前处理模块（Preprocessor）、加载及求解模块（solution）、通用后处理模块（General Postprocessor）以及时间历程后处理模块（Time history Processor）。用户指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。命令一经执行，该命令就会在Log文件中列出，打开输出窗口可以看到log文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看log
4、文件的命令流及其错误提示，将有助于快速发现错误原因之所在。Log文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，利用ANSYS自动读入功能，可自动读入并执行，对重复性较高的工作可有效提高工作速度。2 ANSYS分析基本过程一个完整的ANSYS有限元分析基本过程包括整体规划、ANSYS程序的启动、有限元模型的建立、加载与求解、分析结果的获取以及退出ANSYS等步骤。2.1.1 整体规划在利用ANSYS进行有限元分析时，首先要对模型进行整体规划。这项工作与ANSYS程序的功能无关，完全取决于用户的知识、经验和职业技能。规划的主要内容包括定义单位、二维与三维模型的选择、对称性简化、
5、细节结构的简化、单元阶次的选取等。整体规划的合理性直接影响到整个分析过程的顺利性及分析结果的正确性。ANSYS软件没有为系统指定单位，除了磁场分析以外，可以在工程分析中使用任意一种单位制。但是应注意在同一模型中保证使用的所有数据都使用同一单位制。为了简化模型，在选择模型的维数时，应遵守优先选用低维数模型的原则。如二维、三维梁或管结构应尽量采用杆单元（Beam）模拟，薄平板结构（平面应力）、等截面的“无限长”结构（平面应变）或轴对称结构可用二维实体单元来模拟，只有三维不规则实体才采用三维实体元来模拟。许多物体都具有某种对称性，常见的对称性有：重复对称（如一个长管道上平均分布的散热片）、反对称（如
6、塑料容器的模子）及轴对称（如环状结构）。当要分析的对象在所有方面（几何、载荷、约束和材料属性）都具有相同的对称性时，可以利用对称性来简化模型。一些小的细节对有些分析来说并不重要，不必在模型中体现，因为它们只会使模型过于复杂。可是对有些结构分析，小的细节如倒角、过渡圆角或孔可能存在应力集中，这对于应力分析非常重要，但是对于模态分析就不是很重要。因此细节问题主要取决于用户的分析目的，只有对结构的预期行为有足够的理解，才能对模型应包含的细节做出合适的决定。有些情况下，仅有一点微不足道的细节破坏了结构的对称性，那么可以忽略这些细节以便于采用更小的对称模型来进行分析。但是，必须权衡模型简化带来的好处与精
7、度降低的代价，来确定是否对一个非对称结构故意忽略其非对称细节。另外，在有限元分析中，模型中网格划分越细致、单元的阶次越高，计算结果越准确。但是，这是以消耗大量的CPU时间为代价的。因此，选择什么样的单元以及如何划分网格是有限元建模中的一个重要问题。2.1.2 ANSYS程序的启动在启动ANSYS前还需要做一些设置，运行开始菜单程序中的ANSYS5.7Interactive命令，打开如图1.1所示的Interactive 5.7对话框，其中是运行ANSYS前的一些必要设置。下面对这个对话框中的一些重要设置介绍如下：1 Product Selection：选择启动的ANSYS产品，缺省为机械（AN
8、SYS/Mechanical U）。实际分析时应根据具体情况选择对应的ANSYS产品，主要ANSYS产品包括机械（ANSYS/Mechanical U）、磁场（ANSYS/Emag 3D）、流场（ANSYS/Flotran）、多物理场（ANSYS/Multiphysics）等。2 Working directory：选择ANSYS的工作目录。3 Graphic device name：选择图形设备名称，如果安装了3D显卡，则选3D。4 Initial jobname：设定初始工作文件名称，缺省名称为上次运行定义的工作名。如果是第一次运行，缺省名称为file。5 Memory requested
9、：设置ANSYS整个工作空间和数据库所占的交换空间的大小。缺省情况下，ANSYS根据计算机的不同配置给出最合适的空间大小。6 Gui configuration：配置图形界面的显示方式。7 Language Selection：选择程序的语言环境。8 Execute a customized ANSYS executable：执行自定义的ANSYS程序。还可以设置其他的交换选项，通常情况只需要设置上面提到15项即可。这时单击Run按扭，即可打开ANSYS程序的主界面。如果这些配置以后都不需要改动，可以直接运行开始菜单程序中的ANSYS5.7Run Interactive Now命令，跳过图2.
10、1所示的对话框，直接ANSYS进入程序的主界面。图2.1 启动ANSYS前的设置对话框ANSYS启动之后可以看到ANSYS的主界面如图2.2所示，共有6个窗口，它们的功能分别如下：1 ANSYS/Mechanical U Utility Menu： ANSYS主应用菜单窗口，包括文件管理产、选择、列表、图形、图形控制、参数设置、宏、菜单控制、帮助等功能。2 ANSYS输入： ANSYS输入窗口，用来输入行命令，并显示提示信息。3 ANSYSToolbar： ANSYS 工具条，可以将常用命令制成工具条按钮方便调用。工具条中几个缺省的按钮分别是：SAVE_DB(保存数据)、RESUM_DB（恢复
11、工程）、QUIT（退出）、POWRGRPH（增强图形）、ECAE（在线帮助）。4 ANSYSMAINMENU：ANSYS主菜单，包含了ANSYS的主要功能。其中的几个主要功能为：Preferences（参数选择）、Preprocessor（前处理）、Solution（求解）、General Postprocessor（通用后处理）、TimeHist Postprocessor（时间历程后处理）等。5 ANSYSGraphics：显示由ANSYS创建的图形或者由别的软件导入的图形。关于图形显示方式的命令都在Plot菜单命令中，在此菜单中可以执行重绘图形、显示关键点、线框、表面、体、结点、单元等。
12、6 ANSYS 5.7 Output Window：图2.2中左下角的黑色DOS窗口，用来显示ANSYS的文本输出。它通常在其他窗口的后面，需要查看时可点击为当前窗口。此外，ANSYS还将输出信息存放在记事本文件中，这些文件存放在ANSYS的工作目录下，文件名称与工程名称相同，后缀为txt和err(存放出错信息)。图2.2 ANSYS主界面2.1.3 有限元模型的建立 有限元模型的建立在前处理模块中进行。对于大多数ANSYS计算来说，建模过程是花费时间最多、工作量最大的部分。建模过程主要又可以分为以下几个步骤：设定单元类型、建立材料模型、建立几何实体模型和网格划分。2.1.3.1 设定单元类型
13、ANSYS单元库中有超过150种不同的单元类型，每个单元都有特定的编号和一个标识单元类型的前缀，例如：BEAM4，PLANE77，SOLID96等。在ANSYS建模之前定义单元类型是必须的，因为单元类型决定了单元的：1 自由度数（也代表了分析的领域结构、热、磁场、电场、四边形、六方体等。）2 单元位于二维空间还是是三维空间。例如：BEAM4有6个自由度（UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ）是一个线性单元，可以在三维空间建模。PLANE77有一个热自由度（TEMP），是8个结点四边形单元，只能在二维空间建模。ANSYS程序支持同一个有限元模型包含多种单元类型的分析方式，在单元的选择（
14、Element Type）时可根据具体情况从单元库内选择需要的单元类型（图2.3），ANSYS将自动给选定的单元类型一个序号供网格划分时选用。图2.3 从单元库中选择单元类型单元类型选定以后还应根据实际情况对单元进行补充说明，即定义单元实常数和创建横截面。对于六面体等三维实体单元，由于构成单元的点线面已经对单元的形状与大小进行了充分的描述，所以不再需要额外的描述参数。但如果选择的是板壳或杆单元，因为构成单元的点线面还不能对单元的几何形状与大小进行充分的描述，如壳单元的厚度，杆单元的截面形状与大小等，必须对单元进行参数补充规定。如果是板壳等特殊单元，则可通过定义实常数（Real Constant
15、s）的方法来定义板壳的厚度。如果是杆单元，则还可以通过定义截面（Sections）模块来定义杆单元的截面形状与大小。1. 定义单元常数单元实常数是由单元类型的特性决定的，如梁单元的横截面特性。例如二维梁BEAM3的实常数有：面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元也可以有不同的实常数。定义单元实常数的菜单命令为：Main MenuPreprocessorReal Constants Add/Edit/Delete。执行此菜单命令打开Real C
16、onstants对话框，单击其中的Add按钮，添加 Beam3的单元（这个Beam3的单元必须在前面定义单元类型时定义过），接着弹出如图2.4所示的对话框，在其中设置Beam3单元的6个实常数。图2.4 定义BEAM3单元的实常数图2.5 梁的横截面设置2. 创建横截面如果使用BEAM44、BEAM188或者BEAM189单元类型创建模型，可以在建模时使用截面菜单命令Main Menu Preprocessor Sections Beam Common Sects来定义横截面。执行菜单命令，弹出如右图2.5所示的Beam Tool对话框，其中的设置介绍如下：1) ID：是截面的编号。2) Na
17、me：截面的名称，最多由8个字符组成。3) Sub-Type：横截面的图形类型，单击其右边的倒三角按钮，在下面列表中出现图2.5右图的横截面图形列表，有矩形、梯形、椭圆、椭圆孔、工字型等。每一种截面图形都具有不同的截面参数，如图2.5显示的是矩形截面的参数B（宽）、H（高）、Nb（沿宽度方向的单元数，缺省为2）、Nh（沿高度方向的单元数，缺省为2）。4) Offset to：设置梁单元的偏移方式有相对于Centroid(质心)、Shear Cen（剪切中心）、Origin（圆心）、Location（指定点）。Offset-Y和Offset-Z只有选择Location选项时有效，用来指定结点偏移
18、圆心的值。5) 接着的是各个不同形状截面的图形显示和参数设置。2.1.3.2 材料特性在定义单元类型之后还需要定义结构的特性，根据应用范围不同材料特性有以下3种：1 线性和非线性。2 各向同性、正交异性、各向异性。3 不同温度变化和随温度变化。 和单元类型、实常数一样，每一组材料特性都有一个材料参考号，与材料特性组成对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可以有多个材料特性组，相应的模型中有多种材料，ANSYS通过独特的参考号来对应每个材料特性组。在定义单元时，可以使用MAT命令来指定合适的材料参考号。或者使用菜单命令Main MenuPreprocessorMaterial PropsM
19、aterial Models执行此菜单命令弹出如图2.6所示的定义材料特性对话框。图2.6 定义材料特性在此对话框中，根据学科领域将材料的特性分为结构特性、热特性、计算流体特性、电磁特性、声学特性、流体特性、压电体特性等。这里以结构分析为例来说明材料特性的设置方法。结构分析时材料特性的定义包括以下几个方面的内容：1 线性材料特性线性材料特性包括弹性，弹性子目录又分为三类：各向同性、正交异性和各向异性。单击其中一个材料选项，比如各向同性的选项，这时弹出如图2.7所示的线性各向同性材料对话框。对其中的选项介绍如下：（1） Add temperature和Delete temperature按钮：用
20、来设置材料特性是否随温度变化。Add temperature用来添加温度点， Delete temperature用来删除温度点。如果设置材料特性随温度变化，则添加的温度点越多，越能详细描述材料特性。（2） EX：材料的弹性模量。（3） PRXY：材料的泊松比，金属材料一般为0.3。（4） Graph：用来描绘材料的弹性模量或泊松比随温度的变化图形。对于正交异性材料还需要设置X、Y、Z三个方向的弹性模量和泊松比，此外还有剪切模量。相应地也有随温度变化与不随温度变化两种情况。图2.7 线性各向同性材料参数2 非线性材料特性非线性材料总的分为弹性和非弹性两大类。弹性中又分为：超弹性、多段弹性和粘弹
21、性。非弹性中包括：塑性、粘塑性、蠕变、膨胀系数、阻尼系数、磁场、水泥和非金属等。非线性材料特性一般都是一些表格数据。图2.8 多段弹性材料参数的定义一般的非线性材料数据如果来自实验测量，由于测量点的间隔性，可以看做是多段弹性的组合。这里以多段弹性为例来介绍定义非线性材料的方法。如图2.8所示的定义多段弹性材料的对话框，其中参数介绍如下：（1） Add temperature和Delete temperature按钮：多段弹性材料也分为随温度变化与不随温度变化两种情况。（2） Strain和Stress：应变和应力，多段弹性材料用来输入材料应变与应力之间的关系。（3） Add Point和Del
22、ete Point：用来添加应力应变点。在相邻两个点之间可以看做是弹性变化，当输入多点时，总体描绘出来的曲线就是非线性的。（4） Graph：用来图示应力应变之间的关系。3 Density（密度）密度是材料很重要的一个特性，尤其是考虑重力影响时。密度的设置可以查看相关的材料手册，密度也分为受温度影响与不受温度影响两种情况。4 Thermal Expansion Ceof（热膨胀系数）热膨胀系数的设置分为各向同性与各向异性两种情况。热膨胀系数在给定温度下，一般看为常数，这里对于各向同性材料系数为ALPX。各向异性要考虑XYZ三个方向的膨胀系数，分别为ALPX、ALPY、ALPZ。5 Dampin
23、g（阻尼系数）在振动模态分析计算中需要设置结构的阻尼系数，阻尼系数也分为受温度影响与不受温度影响两种情况。6 Friction Coefficient（摩擦系数）对于动力计算，需要设置材料的摩擦系数。7 User Material Option（用户材料选项）包括User Constants（用户常数）、State Variables（静态变量）、Creep（蠕变系数）、Hyperelastic（超弹性等）。2.1.3.3 创建有限元实体模型网格模型的建立一般分两步来进行：实体建模与网格划分。实体建模的所有工具为processor内Modeling下的八个部分：1 Create创建用于直接创建
24、点、线、面、体等几何元素的命令集。提供了许多直接创建标准形状几何元素的命令，如长方形面、圆面、矩形体、圆柱体、球体等。如果要创建的对象形状不规则，则可采用首先生成关键点将点连成线封闭线围成面封闭面围成体的方式来建立几何实体模型，称为自下向上建模法。或者先按模型的外廓尺寸建立实体，然后利用下面的各种修改操作工具对其进行“雕刻”最后得到所要的复杂实体模型，即自上向下建模法。2 Operate操作主要包括延伸操作（extrude）和布尔运算（booleans）。延伸操作指通过对低维数几何元素的延伸而生成高维数几何元素的过程。如通过对点的延伸可得到线，对线的延伸可得到面，对面的延伸则可得到体。在回转体
25、及等截面结构的生成过程中，延伸操作是方便快捷的选择。布尔运算又主要包括：interaction相交、add相加、substract相减、divide剖分、glue粘接等。是强有力的几何建模工具集。3 Move/Modify移动/修改用于几何实体元素的移动。如果采用直角坐标系，则用于几何实体的平移，如果是柱坐标系或球坐标系，则可用于几何实体的转动。4 Copy拷贝用于重复结构的拷贝。同样，因坐标系的不同可实现平移拷贝与转动拷贝功能。5 Reflect镜像用于对称结构的拷贝。6 Check geometry几何元素检查用于几何实体参数的检测。7 Delete删除用于删除无用的几何实体。8 Geom
26、etry update几何更新可利用受载变形计算结果来更新模型的几何尺寸。在创建有限元实体模型时，ANSYS提供两种基本的创建路线：从下往上创建法与从上往下创建法。其中从下往上创建法指先建立关键点，然后由关键点得到面，再由面得到体的模型创建方法。而从上往下创建法则指先生成模型实体的大轮廓，然后利用各种修改工具来对模型进行雕琢的建模方法。二者的比较如图2.9及图2.10所示，图中带槽三维块体外形尺寸为1000mm500mm800mm，开槽尺寸为400mm200mm800mm。详细过程如下：从下往上创建法：1. 建立端面关键点ANSYS main menuPreprocessorModelingC
27、reateKeypointsIn Active CS在跳出的对话框中分别填入端面各关键点坐标值：（-0.5,0,0）、（0.5,0,0）、（0.5,0.5,0）、（0.2,0.5,0）、（0.2,0.3,0）、（-0.2,0.3,0）、（-0.2,0.5,0）、（-0.5,0.5,0）。在此强烈建议模型采用国际单位制来建造。另外在对话框中进行坐标输入时，如果坐标值为0，也可以不输入。2. 连线ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateLinesStraight Line两点一组依次点击相临的关键点形成连线。3. 建立平面ANSYS main menuPr
28、eprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines在窗口内用鼠标选择所有的线建立面。4. 将平面拉伸得到体将平面内建立的端面沿方向拉伸0.8的距离即得到带槽块体：ANSYS main menuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasBy XYZ Offset在窗口内用鼠标选择面OK在弹出对话框内方向的位移对应位置填入0.8OK。从上往下创建法：1. 建立母块体ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions在跳出的对话框中分别填入X
29、 Coordinate (-0.5,0.5)、Y Coordinate (0,0.5)、Z Coordinate (0,0.8)。2. 建立子块体ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions在跳出的对话框中分别填入X Coordinate (-0.2,0,2)、Y Coordinate (0.3,0.5)、Z Coordinate (0,0.8)。3. 通过布尔运算得到带槽块体ANSYS main menuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes在
30、主窗口内先用鼠标选择母块体OK在主窗口内先用鼠标选择子块体OK。图2.9 用从下往上建模法创建带槽三维块体图2.10 用从上往下建模法创建带槽三维块体2.1.3.4 网格划分网格划分可用快捷工具栏meshtool（图2.11所示）或下拉菜单命令（meshing下面的7组命令）来进行。在划分网格之前，应先利用图2.11中上部的set命令对所要划分部位几何实体进行属性设置，如单元类型、材料、实常数等。图2.11 网格划分快捷工具栏网格划分时，ANSYS程序meshtool提供了三种网格划分方法：映像划分、自由划分和自适应划分。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性
31、和网格控制，生成映像网格（图2.12）。如果三维实体具有复杂截面形状但截面形状沿厚度方向不变，则可用SWEEP的方法来划分网格（图2.13）。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的（图1.14），可对复杂模型进行直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。需要注意的是，在采用自由网格划分法对复杂三维实体进行网格划分时，六面体等参单元会退化为四面体单元，这一方面会造成单元数量的急剧上升，同时还会造成计算精度的下降，因此，在条件允许的情况下应尽量避免用自由网格划分法对三维实体进行网格划分。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自
32、动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。图2.12 规则实体的映像法网格划分图2.13 复杂截面但截面沿厚度方向形状不变的实体的网格划分图2.14 复杂不规则实体的自由网格划分另外，如果模型具有旋转对称或等截面结构特征，也可用实体延伸的方法来生成网格。即先建立截面并对截面进行二维网格划分，然后将截面延伸就可将一个二维网格延伸成一个三维网格。2.1.4 加载和求解前处理阶段完成建模以后，用户可以从主菜单进入求解模块（solution）进行下一步的加载和求解工作。在该阶段，用户可以定义分
33、析类型、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。定义分析类型用户应该根据载荷条件和要计算的响应来选择分析类型，例如：要计算固有频率和模态振型，就要选择模态分析。在ANSYS程序中可以进行的分析有：稳静态（Static）、模态（Modal）、瞬态（Trancient）、调谐（Harmonic）、频谱（Spectrum）、失稳（Eigen Buckling）和子结构分析（Substructuring）。定义分析类型的菜单命令为：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis。执行此命令，出现如图2.15所示的选择分析类型的对话框，其中包括上面讲到的7种分析类
34、型。除了指定一个新的分析外，还有重新开始分析的命令（Restart），但是绝大多数情况是进行一个新的分析。仅对稳静态、谐波（仅对二维磁场）以及瞬态分析可以使用重新分析的命令。在第一次求解以后，就不能分析类型和分析选项了。并不是所有类型对任何学科领域都是有效的，例如：模态分析对热力学模型是无效的。ANSYS帮助文件中的分析手册指南中详细介绍了每个学科可用的分析类型和进行分析的步骤。图2.15 选择分析类型加载这里的载荷包括边界条件（约束、支撑边或边界场的参数）和其他外部或内部作用载荷。结构分析时ANSYS程序中的载荷分为以下6类：1 Displacement（自由度）约束。2 Force/mom
35、ent力/力矩。3 Pressure表面分布载荷。4 Temperature体积载荷。5 Gravity惯性载荷。6 Spectrum耦合场载荷。这些载荷绝大多数可以施加到实体元素（关键点、线和面）或有限元元素（节点和单元）上。另外还有两个与载荷相关的重要术语是：载荷步和子步。载荷步：仅指可求得解的载荷配置，例如在结构分析中可以将风力引起的载荷添加于第一个载荷步，重力添加于第二个载荷步。载荷步对于将一瞬态的载荷历程曲线划分为几段也是有用的。子步：是指在一个载荷步中每次增加的步长，主要是为了在瞬态分析和非线性分析中提高分析精度和收敛性。子步也称作时间步，代表一段时间。求解求解可使用以下的方法：菜
36、单命令Main MenuSolutionSolve Current LS或命令行命令SOLVE（此命令没有任何参数）。发出求解命令之后，ANSYS程序根据现有的选项设置，从数据库中获取模型和载荷信息，并计算结果。计算结果被写入到结果文件（Jobname.RST,Jobname.RTH,Jobname.RMG,Jobname.RFL）和数据库中。每次计算机只能有一组结果驻留在数据库中，而可以将所有的结果（所有子步）写入结果文件中。此外，如果一个分析中涉及到多个载荷步，则可将每个载荷步的加载情况存成一个载荷文件，命令为Main MenuSolutionWrite LS File。然后利用多载荷步求
37、解命令来求解：Main MenuSolutionFrom LS File。2.1.5 查看分析计算结果完成计算以后，可以通过ANSYS的后处理器来查看计算机结果，ANSYS有POST1和POST26两个后处理器。通用后处理器（POST1）POST1是通用后处理器，它可以查看整个模型或者选定的部分模型在某一子步（时间步）的结果。使用这个后处理器可以查看轮廓线显示、变形形状，以及分析结果的列表。POST1处理器还提供了许多其他的功能，包括误差估计、载荷工况组合、结果数据的计算和路径操作。POST1后处理器的菜单命令为Main MenuGeneral Postproc。时间历程后处理器（POST26
38、） POST26是时间历程后处理器，用于查看模型特定点在所有时间步内的结果，可获得结果数据对时间（或频率）的关系图形曲线和列表。 POST26后处理器的菜单命令为：Main MenuTimeHist Postpro。2.1.6 退出ANSYS分析结束后可执行Utility MenuFileExit菜单命令，将弹出如图2.16所示的退出ANSYS的对话框。退出的对话框共有4个选项分别为：1. Save Geom+Loads：退出时保存工程中的几何模型、载荷以及约束。2. Save Geo+Ld+Solu：退出时保存模型、约束和求解的结果。3. Save Everything：保存对工程所做的所有
39、更改。4. Quit-No Save：不保存退出。图2.16 退出ANSYS对话框3 ANSYS分析实例在上面介绍了ANSYS分析的基本过程以后，本节通过一些简单的实例来介绍ANSYS的具体应用。除了这里介绍的计算实例，初学者也可在ANSYS程序内通过helpANSYS tutorials调用ANSYS内部实例教程的方法来对ANSYS的使用进行初步的认识。3.1 平面应力问题有限元分析3.1.1 问题描述如图3.1所示片状拉伸式样，受载条件如图3.2所示，求拉伸式样的应力应变情况，设式样材料为45#钢。图3.1 片状拉伸式样的几何尺寸图3.2 片状拉伸式样的载荷条件3.1.2 模型建立3.1.
40、2.1 模型规划首先，由于片状拉伸式样的应力应变状态符合平面应力（厚度方向没有应力）问题的条件，因此仿真分析时可用平面模型来进行简化。另外由于片状拉伸式样在结构及载荷上均存在明显的对称特征，因此仿真分析可根据对称规律进行1/4简化。3.1.2.2 几何模型几何模型的建立如图3.3所示，详细过程如下。1. 建立关键点ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS在跳出的对话框中分别填入1/4简化模型各关键点坐标值：（0,0,0）、（0.05,0,0）、（0.05,0.01,0）、（0.04,0.01,0）、（0.04,
41、0.005,0）、（0,0.005,0）。2. 连线ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line两点一组依次点击相临的关键点形成连线。3. 建立圆角ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet选择要建立圆角位置的两相临线，以0.005为圆角半径建立圆角。4. 建立平面ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines在窗口内用鼠标选择所有的线建立面。图3.3 片状拉伸
42、式样仿真分析几何模型的建立过程3.1.2.3 材料模型ANSYS main menuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropic杨氏模量（EX）输入2.1e11，波松比（PRXY）输入0.3。3.1.2.4 有限元模型1. 选择单元类型选择42号二维平面四面形单元：ANSYS main menuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddSolidQUAD 4node 42Ok。将单元的特性定义为二维平面应力：ANSYS main menuPreproc
43、essorElement TypeOptionsK3选择Plane stressOk。2. 网格划分ANSYS main menuPreprocessorMeshingMeshtool弹出划分网格工具条。在Smart Size选项前打将滚动条等级调整为4点击mesh窗口内选择平面OK。可得模型网格如图3.4所示。存盘（SAVE_DB）。图3.4 片状拉伸式样仿真分析模型网格3.1.3 加载和求解1. 施加位移边界条件本分析中，位移边界条件仅仅包括两条对称线上的对称位移边界条件。ANSYS main menuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacem
44、entSymmetry B.C. On Lines窗口内选择两条中心线Ok。2. 施加载荷边界条件在平面应力应变分析中，模型厚度为单位厚度，所以在施加集中力或均布力载荷时，载荷大小首先必须换算成单位厚度时的载荷大小。本分析中，式样端部力的大小为1kN，均匀作用于式样端部。计算时可按均布力来施加载荷。均布力大小为： （Pa）ANSYS main menuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Lines窗口内选择端线Ok在VALUE Load PRES Value后面的方框内填入-5e7（press代表压力，负压力即为拉力）OK。如果这时用显示
45、线的方法（下拉菜单PlotLines）来显示模型，则施加边界条件以后模型如图3.5所示。图3.5 片状拉伸式样仿真分析模型载荷及边界条件3. 求解ANSYS main menuSolutionSolveCurrent LSOK。3.1.4 查看分析结果ANSYS main menuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SoluStressVon Mises SEQVOK。45#钢为塑性材料，其强度应按第四强度理论计算，因此在查看计算结果时一般查看其等效应力（Von Mises应力）的高低。模型等效应力计算结果如图3.6所示。图3.6 片状拉
46、伸式样仿真分析等效应力计算结果3.2 轴对称问题有限元分析3.2.1 问题描述如图3.7所示为某冷轧机压下油缸结构简图及受载条件，试求油缸（不包括活塞）的应力应变情况，设油缸材料为40Cr钢。图3.7 液压油缸的几何尺寸及受载条件3.2.2 模型建立3.2.2.1 模型规划首先，由于油缸在结构及载荷条件上均存在轴对称规律，因此仿真分析时可用轴对称模型来进行简化。其次，油缸在工作过程中其应力应变状态不但和载荷的大小有关，而且还和活塞的位置有关。如果想对油缸的应力应变状态进行全面的了解，则必须在油缸行程0100mm范围内变化活塞的位置来分析油缸的应力应变。在本例题中，我们仅取最危险工况来进行计算。
47、显然，在载荷相同的条件下，活塞的位置越高，油缸的应力应变越大，因此这里取活塞位于最高位时来进行油缸的应力应变计算。为加载方便，几何建模时可在油缸内壁活塞底部对应位置建立辅助关键点。3.2.2.2 几何模型几何模型的建立如图3.8所示，详细过程如下。1. 建立关键点ANSYS main menuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS在跳出的对话框中分别填入轴对称简化模型各关键点坐标值：（0,0,0）、（0.5,0,0）、（0.5,0.43,0）、（0.36,0.43,0）、辅助关键点（0.36,0.25,0）、（0.36,0.145,0）、（0.31,0.14
