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1、ANSYS的基本操作,有限元分析与ANSYS,ANSYS的操作方式一般是两种：,1.1 交互式图形用户界面（GUI）通过GUI（Graphical User Interface）方式，用户可以方便地实现交互式访问程序的各种功能、命令等，可以按部就班地完成整个分析过程。这种方式操作简单明了，适合初学者和处理较为简单的工程问题。1.2 批处理（Batch）批处理属于一种后处理方式，通过输入用户编写的批处理文件，可以实现整个分析过程的一次性完成，大大提高工作效率，缩短分析时间。批处理文件的编写是依据ANSYS软件提供的一种参数化语（APDL），这种类型文件易于修改和维护。（这里我们只讲解GUI方法）
2、,一.ANSYS中的两种操作方式,单位没有具体规定，用户在整个分析使用过程中必须对所有涉及到的物 理量必须有一个统一的规划，确保所有输入的值的量纲保持统一，如：长度以毫米计，质量以吨计时，应力、弹性模量就必须以MPa计；长度以米计，质量以千克计时，应力、弹性模量就必须以Pa计；这是必须要严格采用的，否则将会导致出现错误的结果。,二.ANSYS中的量纲,2.1,多数情况下ANSYS使用角度（Degrees），在某些数学运算中，则采用弧度（radians）：如SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN、ATAN2、ANGLEK、ANGLEN。这时可以使用：UtilityMenuParam
3、etersAngular Units命令将其运算输入输出改为角度。,2.2,三.ANSYS中的文件系统,ANSYS在分析过程中使用的文件较多，以记录分析模型的单元、结点及载荷、计算结果等。文件格式为 jobname.ext,其中 jobname 是设定的工作文件名,ext 是由ANSYS定义的扩展名，用于区分文件的用途和类型。默认的工作文件名是 file。,3.1,一些重要且特殊的文件：数据库文件 jobname.db（dbb)二进制Log 文件 jobname.log 文本结果文件 jobname.rxx 二进制(例如：结构)jobname.rst图形文件 jobname.grph 二进制(
4、特殊格式),3.2 关于 ANSYS 中的“上一步”操作：,ANSYS中没有像WORD中的返回上一步操作，但可以通过以下方式实现“返回”功能：,养成经常SAVE_DB的习惯，以便在误操作后RESUME_DB进行数据恢复。,3.3 ANSYS帮助系统：,利用 Help help topic 检索关键词,在对话框中点击help则会出现与此对话框相应的帮助,四.ANSYS图形用户界面,（GUI）,仿真环境选择,许可证选择,工作路径选择,工作文件名称选择,主菜单,应用菜单,命令输入区,信息提示区,快捷键,常用键位：,右键：选择与反选间切换,Ctrl+鼠标右键：旋转,中键滑轮鼠标上下旋转滑轮：放大和缩小
5、,Ctrl+鼠标左键：平移,左键：选择,中键：点击中键表示确定，相当于以后对话框中的apply,带“小方块”的项目表示将产生 对话框.,带“箭头”表示要激活相应的选择器,带“+”的项目表示将产生 子菜单.,带“-”的项目表示已经展开.,主菜单交互操作：,请跟我做：,请大家做以下操作：,在开始菜单里找到ANSYS安装目录，打开ANSYS Product Launcher。,在某个盘建立一个文件夹，起名“stress”。（注意ANSYS路径下不支持汉字）,Simulation Enviroment 选择ANSYS，license选择ANSYS Mechanical U。,Working Direc
6、tory 选择”plate with hole“文件夹。Job name 起名字为plate with hole。,点击Run，即可进入ANSYS界面。,1.,2.,3.,4.,再次打开stress文件夹，观察里面文件的变化。,在ANSYS界面中点击SAVE_DB，对其进行保存。,5.,6.,五.有限元模型的创建,实体模型也就是几何模型，它用于表达结构的几何形状，如左面这幅图所示，几何实体模型并不参与有限元分析。将实体模型网格划分后，可以形成有限元模型，如右面这幅图所示，有限元模型是由节点和单元组成的，载荷，约束是加载在有限元模型上的，实体模型也可以加载，但所有施加在实体边界上的载荷或约束也都
7、是传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解。由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分（meshing)。,Meshing,实体模型和有限元模型的区分：,5.1,5.2 有限元模型创建的四种方式：,本课程中重点介绍第一种和第三种方式！,工作平面(WP)是一个可移动的参考平面，类似于”绘图板“。,wy,wx,工作平面,原点,辅助网格，间距可调,六.实体模型的创建(为有限元模型打基础）,6.1 工作平面,移动工作平面的选项,Utility Menu:WorkPlane,有关坐标系统的选项,工作平面控制,操作演示：,将为大家演示以下的操作：,工作平面的显示，工作平面网格显示，三维空间观察工作平面,
8、改变工作平面网格间距，工作平面的移动,1.,2.,面,关键点,线,体,体(3D模型)由面围成，代表三维实体。面(表面)由线围成.代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）。线(可以是空间曲线)以关键点为端点，代表物体的边。关键点(位于3D空间)代表物体的角点。节点，用于强迫生成节点方便加载。,6.2.实体模型图元,以及它们之间的层次关系：,高级到低级,提示:1.如果低阶的图元连在高阶图元上，则低阶图元不能删除。2.建立高阶图元时低阶图元自定建立。3.区分关键点和节点：关键点是几何概念，节点是有限单元中概念。,拾取模式（可以鼠标点击切换也可以用鼠标右键切换）,拾取状况,坐标或者编号输入区,执行
9、键（鼠标中键功能相当于apply）,提示：apply表示确定，点击后对话框不消失还可以进行逆光此类操作，ok也表示确定，点击后对话框消失。,6.3.关键点的创建：,preprocessormodelingcreatekeypoint,操作演示：,1.关键点下拉菜单中的各项命令。,2.同理操作并学习线，面，实体的创建。,3.删除几何图元的方法。,提示：连接在高级图元上的低级图元不能被删除！,自由练习：,请大家自由练习刚才所讲点，线，面，体的创建，若有问题请及时与我交流！,6.4.几何图元的显示：,创建了高级图元，低级图元依附于高级图元自动创建，所以目前屏幕中有面，有线，有点。可以用plotlin
10、nes等命令对线和点进行显示,可以用 plotctrlnumbering 将点，线，面的标号打开来显示它们的编号。,放大，缩小等除了用鼠标操作也可以在快捷键区的快捷键来调节，另外在快捷键区还可以调整视图，若发生了误操作使图形在显示区不见了可以用快捷键中的“fit view”来调整显示（放大镜里面带一个正方体的按钮）。,1.,2.,3.,6.5.图元的选择：,Selectentities,图元类型（用于确定选取关键点还是面）,选择方式(用于确定拾取还是附属法选择想要的图元等),形成集合方法（下一页有专门视图介绍）,提示：被选中的图元称为当前图元，当你用plot命令在显示这类图元时可以发现这类图元
11、会更新当前图元，以后的操作也为对当前图元操作！,6.5.集合（component）的创建：,Selectcomp/assemblycreate component这条命令可以将当前图元放入集合中,Selectcomp/assemblySelect comp/assembly这条命令可以从全集中利用集合名字对该集合进行选择,Selecteverything这条命令可以将选择全集,操作演示以及自由练习：,对图元显示操作和图元选择操作以及集合的定义，选择等命令进行操作演示，而后自由练习！,有问题请及时交流！,6.6.布尔运算：Preprocessor ModelingOperate,布尔运算是指几何
12、基本图元进行组合计算，以对模型进行进一步的修改，生成更为复杂的模型。它包括几何体间的加，减，黏合，分解等,布尔运算注意点：,操作演示：,为大家演示布尔运算中各种命令！,请跟我做：,1.用布尔运算从长方形上减去圆形。,2.在图示位置创建关键点 8，9，10，11，12，13,Preprocessor ModelingOperate booleans subtract areas,Preprocessor Modelingcreate key point online,3.将关键点连成线，如图所示。,Preprocessor Modelingcreate lines lines straight
13、lines,4.用线切割面将面分成五个部分(为映射网格划分打基础)。,Preprocessor ModelingOperate booleans divide area by lines,5.只对线进行显示。Plotlines,6.将第20号和第21号线加起来（为映射网格划分打基础）,Preprocessor ModelingOperate booleans add lines,7.只对面进行显示。Plotareas,8.保存。save,七.由实体创建限元模型,7.1 划分网格准备之单元定义,由于划分网格即是把实体用单元离散化，要用到单元，所以这里先进行定义。单元定义包括对单元类型的定义，ke
14、y option的定义，实常数的定义。,Preprocessor element type add/edit/delete,单元定义命令：,实常数定义命令：,Preprocessor real constants add/edit/delete,key option 定义命令：,Preprocessor element type add/edit/delete 定义好单元后击option,关于单元选择：,单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在A
15、NSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。选择单元时候首先明确选用哪类单元，选好类别后在在此类别中选取合适编号的单元。,1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)？,2.对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？,3.实体单元是选四面体还是六面体？带中间节点的四面体何时选用？,关于单元keyopt定义：,弯曲刚度和膜刚度选择,是否考虑应力刚化效应,是否包含额外位移形状,质量矩阵的形式,刚度矩阵的形式,压力载荷是否缩减,单元坐标系的定义,建议：一般的分析取默认值就可以，不明白就不要改动！,关于单元实常数定义：,单元实常数来表示单元
16、的几何形态等，是对单元进一步的描述，如link单元在软件里面只是表示为一条线段，但link单元是要考虑截面面积的，这个截面面积就用实常数表示。再如shell单元的厚度，质量单元的质量等，但不是所有单元都要定义实常数，视单元而定，可参考帮助。,Shell63单元实常数定义,7.2 划分网格准备之材料定义,Preprocessor Meterial props Meterial models,以上只是线弹性材料的定义，至于弹塑性材料的定义将在非线性专题中进行讲解。,若要定义一种以上的材料，可用define meterial model behavior 弹出菜单中的new meterial来定义。
17、,注意点：,1.,2.,请跟我做：,定义shell63号单元。,Preprocessor element type add/edit/delete,定义shell63号单元实常数。,1.,2.,输入shell63号单元厚度10。,定义材料（具体数值大小如图所示），然后保存。,3.,7.3 划分网格,Preprocessor meshing meshing tool,由于时间关系，我们这里只讲用 meshing tool进行快速网格划分，meshing tool 将网格划分常用工具集成在一起，可以进行网格划分快速设置。,1.设定单元类型和实常数和材料,2.设定单元大小或单元分布密度,3.设定单元
18、划分的方法（映射还是自由）,网格划分必须要做的三个定义：,Preprocessor meshing meshing tool 即可打开次对话框,定义划分网格所用单元类型，实常数和材料,让程序自动设置尺寸,人为指定尺寸,划分形状和划分方法选择,设定细化网格,清除网格,执行网格划分网格,映射法与自由法的应用（以面为例）：,自由法与映射法网格对比：,自由法,映射法,自由划分：无单元形状限制。网格无固定的模式。适用于复杂形状的面和体,单元质量没有映射法高。映射划分：面的单元形状限制为四边形,体的单元限制为六面体(方块)。（常用的代表混凝土的solid65就是个六面体单元）通常有规则的形式,单元明显成行
19、。仅适用于“规则的”面和体,但是单元质量较高。,映射法与自由法各自特点条件：,由于面和体必须满足一定的要求,生成映射网格不如生成自由网格容易:面必须包含 3 或 4 条线(三角形或四边形).体必须包含4,5,或 6 个面(四面体,三棱柱,或六面体).对边的单元分割必须匹配.对三角形面或四面体,单元分割数必须为偶数.,生成映射网格条件及实施方法：,对于不满足条件的几何体我们可以通过以下手段使它们满足：,用布尔运算中的 divide 命令将面或体分割成几个符合条件的几何体的组合。,用布尔运算中的 add 命令将两条线段加成一条。,用划分网格中的连接命令将线连在一起，只在划分网格时起作用（不推荐使用
20、）,1.,2.,3.,智能网格划分的缺省设置是关闭,在自由网格划分时建议采用智能网格划分。它对映射网格划分没有影响.智能网格划分通过指定所有线上的份数决定单元的尺寸,它可以考虑线的曲率,孔洞的接近程度和其它特征,以及单元阶次。,网格划分过程中的几点注意：,如果您不指定任何控制,ANSYS 将使用缺省尺寸,它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数,表面高宽比等。,1.,2.,3.,体网格划分中的扫掠法本课程中没有讲，也比较简单，留给大家自己学习。,操作演练及自由练习：,为大家演示各种网格划分方法和划分过程中的控制之后大家自由练习。,请跟我做：,删除目前文件，选save no information
21、(因为要接着以上例子做，而大家自由练习中破坏了以前数据),导入上一次保存文件:RESUME_DB,打开网格划分工具 meshing tool，设置我们以前定义的单元和材料以及实常数来划分单元，并设置总体尺寸为10。,选择映射法划分单元,点击mesh划分网格，选择所有面（击 pick all），划分后结果如图所示：,1.,2.,3.,4.,5.,显示壳单元厚度,保存,6.,7.,八 直接法创建有限元模型：,由实体创建单元中的单元是通过对实体划分网格得到的，也可以不建立实体，直接形成节点，由节点连成单元，就是所谓的直接法。直接法一般运用于一维单元（杆元，梁元的创建），对于复杂的模型还是要利用对实体
22、模型分网来得到有限元模型，我们在实例中有直接法建模的例子，这里就不多讲述。直接法建模主要涉及到的命令为：,Preprocessor Modelingcreateelement,九 加载：solutiondefine loadsapply,加载位移（零位移或者非零位移）,加载力或者力矩,加载压力,加载惯性力,删除加载的力,各种载荷所对应的GUI菜单：,在线上加载,在面上加载,在关键点上加载,在节点上加载,在节点集合上加载,施加对称载荷,施加反对称载荷,ANSYS中两种载荷加载方法：,注意：施加在实体模型上的载荷最终要转化到有限元模型上进行计算！,删除载荷：,删除所有的某一类载荷,删除选定的载荷,
23、solutiondefine loadsdelete,注意点：,ANSYS中无法直接施加重力，但可以通过惯性力来间接施加重力，这时应注意加载重力加速度的方向应该与重力方向相反！,施加在实体模型上（关键点，线，面）的载荷无法显示需转化到有限元模型上在进行显示。转化方法为:,solutiondefine loadsoperatetransfer to FE,1.,2.,再用 plotctrls symbols 调节一下载荷的显示方式即可。,边界条件的显示,显示所有边界条件和反力,仅显示所有边界条件,仅显示所有反力,均不显示,压力的显示,用箭头或者是框架显示,Symbols 菜单的解释：,请跟我做：
24、,约束图示线段所有自由度,约束,向所有面上施加1载荷,solutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon lines,1.,3.,solutiondefine loadsapplystructuralpressureon areas,删除目前文件，选save no information，并导入上一次保存文件 resume DB.,2.,将实体模型载荷转化到有限元模型载荷上,4.,solutiondefine loadsoperatetransfer to FE,利用 plotctrls symbols 将载荷显示调节成箭头，如下图所示：,5.,
25、十.求解：,选择求解类型为static,求解,注意：这里只讲线弹性静力问题求解，其他类型求解设置将专题介绍！,十一.后处理：,General postprocplot resultscontour plot,插入后处理云图。,请跟我做：,点击 Soluionsolvecurrent LS 进行求解。,1.,点击如图所示路径，显示misses应力云图。,2.,恭喜您！第一个例子已经完整做完,ANSYS求解建议步骤：,定义单元,定义key opt,定义实常数,定义材料,几何建模,划分网格,加载,求解,后处理,专题之坐标系区分：,当前坐标系指当前正在使用的坐标系，总体系是系统分析前默认的坐标系，局部
26、坐标系是用户自定义的坐标系，ANSYS中定义点关键点的坐标是在当前激活的坐标系中进行,包括由点生成线，与工作平面的位置以及全局坐标系无关。而体、面是在工作平面坐标系内进行，不依赖于当前激活的坐标系以及总体坐标系。,当前坐标系，总体坐标系与局部坐标系，工作平面坐标系,节点坐标系，单元坐标系，结果坐标系,1.,2.,每个节点都附着一个节点坐标系，节点坐标系默认与总体笛卡尔坐标系一致，时间历程后处理器的结果是按节点坐标系表示的，通用后处理器的结果是在结果坐标系表示的，通常若对节点施加不与整体坐标系坐标轴平行的力时需要旋转节点坐标系。,单元坐标系主要用于确定材料属性的方向（如复合材料的铺层方向）和梁，壳单元的膜力。,结果坐标系默认默认与总体笛卡尔坐标系一致，若需要通用后处理器中结果显示不与总体笛卡尔坐标系一致则需要旋转结果坐标系。,专题之加载技巧：,加载与整体坐标系坐标轴方向不一致的力（使用局部坐标系）,加载合力，弯矩等（使用rigid单元和mass21单元）,加载随空间任意变化的压力（使用函数加载功能）,1.,2.,3.,以上加载方法将在例子中穿插讲解，请大家注意总结！,加载线性变化的力（梯度压力法）,4.,
