ANSYS的基本使用方法.doc

1、1ANSYS 的基本使用方法11 ANSYS 分析过程中的三个主要步骤1、创建有限元模型（1） 、创建或读入几何模型。（2） 、定义材料属性。（3） 、划分网格（节点及单元） 。2、施加载荷并求解。（1） 、施加载荷及载荷选项、设定约束条件。（2） 、求解。3、查看结果。ANSYS 在分析过程中需要读写文件,文件名格式为 jobname.ext.ANSYS 分析中还有几个数据库文件 jobname.db，记录文件 jobname.log（文本） ，结果文件 jobname.rxx，图形文件 jobname.grph。12 典型分析过程举例如图 1-1 所示。使用 ANSYS 分析一个工字悬臂梁

2、，求解在力 P 的作用下 A 点处的变形。已知条件如下：P=4000Ibf E=29E6psiL=72in A=28.2in2I=833in 4 H=12.71in1启动 ANSYS以交互式模式进入 ANSYS，工作文件名为 beam。2创建基本模型（1）GUI:Main MenuPreprocessor-Modeline-CreatekeypointsIn Active CS.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中的实常量中设置。（2）输入关键点编号 I。（3）输入 x、y、z 坐标 0，0，0。（4）选择 Apply。（5）输入关键点编号 2。（6）输入 x、y、z 坐

3、标 72，0，0。（7）选择 OK。（8）GUI ：Main MenuProprocessor-Modeline-CreateLines-linesStraight Lines。（9）选取两个关键点。（10）在拾取菜单中选取 OK。3存储 ANSYS 数据库Toolbar:SAVE-DBUtility MenuFile4设定分析模块使用“Preferences“对话框选择分析模块，以便对菜单进行过滤，使菜单更简洁明了。2（1）GUI:Main MenuPreferences（2）选择 Structural（3）选择 OK5设定单元类型及相应选项对于任何分析，必须在单元类型库中选择一个或几个适合

4、的单元类型，单元类型决定了附加的自由度（位移、转角、温度） 。许多单元还要设置一些单元的选项，诸如单元的特性和假设，单元结果的打印输出选项等。(1)GUI:Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/EditDelete(2)选择 Add(3)在左边单元列表中选择 Beam(4)在右边单元列表中选择 2D elastic (Beam3)(5)选择 OK 关闭对话框(6)选择 Close 关闭单元类型对话框6定义实常数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时,就须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，这些单元类

5、型所需要的实常数以实常数组的形式输入。（1）GUI:Main MenuPreprocessorRead Constants（2）选择 Add（3）选择 OK 定义 Beam3 的实常数（4）选择 Help 得到有关单元 Beam3 的帮助（5）查阅单元描述（6）FileExit 退出帮助系统（7）在 AREA 框中输入 28.2 （横截面积）（8）在 IZZ 框中输入 833（惯性矩）（9）在 HEIGHT 框中输入 12.17（梁的高度）（10） 选择 OK 关闭实常数对话框（11） 选择 Close 关闭实常数对话框对于 ANSYS5.5 以上的版本，可以应用 Section 菜单定义梁内

6、断面尺寸，程序可以自动计算这些实常数。7定义材料属性材料属性是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等。8保存 ANSYS 数据文件在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件，一旦需要返回，重新划分网格时就方便了，因为此时可以恢复数据库文件。（1）GUI ：Utility MenuFileSave As（2）输入文件名*.db（3）选择 OK 保存文件并退出对话框9对几何模型划分网格（1）GUI ：Main MenuPrepropessorMeshTool（2）选择 Mesh（3）拾取 line（4）在对话框中选择 OK（5）在 MeshTool 对话框中选择 Close31

7、0保存 ANSYS 数据库到文件（1）Utility MenuFileSave As（2）输入文件名*.db（3）选择 OK 保存文件并退出对话框11施加载荷及约束（1）GUI:Main MenuSolution-loads-ApplyStructural-DisplatermentOn Nodes（2）拾取最左边的节点（3）在拾取菜单中选择 OK（4）选择 OLL DOF（5）选择 OK（6）GUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Struetural-Force/MomentOn Nodes（7）拾取最右边的节点（8）在选取对话框中选择 OK（9）选择 FY（1

8、0） 在 VALUE 框中输入 -4000（11） 选择 OK12保存数据库文件（1）GUI ：Utility MenuFileSave as（2）输入文件名（3）选择 OK 保存文件退出框13进行求解（1）GUI:Main MenuSolution-Solve-Current Ls（2）检查窗口信息，然后选择 FileClose（3）选择 OK 开始计算（4）当出现”solution is done!” 提示后，选择 OK14进入通用后处理读取分析结果后处理通过图形或列表方式显示分析结果，通用后处理（POST1）用于观察在指定的载荷下的整个模型的结果。GUI:Main MenuGeneral

9、 Postproe-Raed Results-First Set15图形显示变形（1）GUI:Main MenuGeneral PostproePlot ResultsDeformend shape（2）在此对话框中选择 deformed and undeformend（3）选择 OK16列出反作用力（1）GUI:Main MenuGeneral PostproeList ResultsReaction Solu（2）选择 OK，列出所有项目并关闭对话框（3）看完结果后，选择 FileClose 关闭窗口17退出 ANSYS（1）工具条：Quit（2）选择 Quit-No Save!（3）选择

10、 OK421 前处理前处理是指创建实体模型和有限元模型。它包括创建实体模型，定义单元属性，划分网格，模型修正等。ANSYS 还可以在几何模型上方便地施加载荷，但是实体模型并不参与有限元分析。所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上进行求解。211 几何实体模型和有限元模型的来源有四种途径创建 ANSYS 模型：（1）创建实体模型，然后划分网格。（2）在其它软件（如 CAD）中创建模型，然后通过数据接口读入 ANSYS 中，经过修正后再划分网格。（3）直接创建节点和单元。（4）在其它软件中创建有限元模型，将节点、单元数据读入 ANSYS。212 ANSYS 中的图元（1）体

11、（3D 模型）由面围成，代表三维实体。（2）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） 。（3）线（可以是空间曲线）以关键点为端点，代表物体的两边。（4）关键点（位于 3D 空间）代表物体的角点。213 工件平面工件平面（WP）是一个参考平面，类似与“绘图板” 。它在 ANSYS 前处理工件中可依用户要求移动。操作：GUI:Utility menuWork PlaneGUI:Utility menuWork PlaneDisplay Working Plane设置平面辅助网格开关：GUI：Utility menuWork PlaneWP settings此操作也可改变辅助

12、网格的间距。1、捕捉功能GUI：Utility menuWork PlaneWP settings2、移动工作平面GUI：Utility menuWork PlaneOffset WP by Increments3、工作平面及激活的坐标系统工作平面是 2D 的绘图板，用与为几何图元定位，操作为：GUI：Utility menuModelingCreateKeypointeOn Working Plane总体及局部坐标系统（如柱坐标，用与设定几何图元在空间的位置） ，操作为：GUI：Utility menuWodelingCreatekeybointsIn Actives Cs4、2D 基本体系

13、体系是指预选定义好的，具有共同形状的面或体。(1)创建 2D 体系GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Creat(2)绘制图元操作GUI:Utility menuPlotkeypoints or lines or Areas(3)区分图元5GUI:Utility menuPlot ctrlsNumbering(4)删除图元当删除图元时，ANSYS 有两种选择：1）可以删除指定的图元，保留这个呼元的低价图元。2）可以连这个图元包含的低价图元同时删除。GUI:Main Menupreprocenssor-Modeling-delecte（5）Multi-Plots

14、 功能使用 Multi-Plot 功能，ANSYS 将在图形窗口同时显示所有数据（包括体、面、线、关键点，以及节点、单元） 。GUI:Utility MenuPlotMulti-Plots5、布尔操作add（加） ，subtract （减） ，intersect（交） ，divide（分解） ，glue （粘结） ，Overlap（搭接） 。GUI:Maain menuPreprocessor-Modeling-Operate6、Bottom-up 建模与首先定义体素不同，bottom-up 建模首先定位关键点，然后用这些关键点、线、面、体最终构成几何形状。应当在不能用体素方法创建几何醋地采用

15、 bottom-up 技术建模。当然，可以任意组合两种方法（top-down 和 botoom-up）进行建模。（1）关键点的生成和修改关键点有多种建立方法，每种方法都有输入选项，具体参照在线帮助中的提示，各选项对应与拾取单，也可能对应与对话框。1）在工作平面上建立关键点GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-CreateKeypointsOn working plane2）在两个关键点之间建立关键点GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-CreateKeypointskp between kpa3）修改一系列关键点GUI:Main

16、MenuProprocessor-Modeling-Move/ModilyKeypoint-Set of kpa4）修改单个关键点GUI:Main MenuProprocessor-Move/ModilyKeypoints-single kp5）只要已经存在的节点是“自由的” （不是与线或网格相连） ，就可以能过从新定义新坐标值的方法个性其位置，否则必须使用 Keypoint Modefy 功能。6）计算已知两关键点间的距离GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-check GeomKP distases7）复制关键点GUI:Main MenuProprocess

17、or-Modeling-copyKeypoints（2）线的生成和修改1）修改线的功能GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Operate-Booleans2）在当前激活系统坐标下通过两关键点生成直线6GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Create-lines-linesIn Active Coord3）通过一系列关键点生成 Spline 曲线GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Create-Lines-SplineSpline thru kps如果线是“自由的” ，就可以修改它。在某些情况下

18、，即使它与其它图元连在一起，也能够修改它。4）将一条线分成更小的线段GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Opetate-BooleansLine into N Lns（3）面的生成1）通过关键点生成面GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-CreateAreasArbitraryThrough kps2）通过边界线生成面GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-CreateAreasArbitraryBy lines3）沿路径“拖拉”线生成面GUI:Main MenuProprocessorOperat

19、ionExtrude/Sweep-lines-Along Lints4）绕轴线旋转线段生成面GUI:Main MenuProprocessorOperationExtrude/Sweep-lines-About Axis5）在两个面之间生成过渡面GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-CreateAreas-Areas-Area Filler（4）体的生成1）通过表面生成几何体GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Create-Volumes-ArbritraryThrough kps2）通过关键点生成几何体时，首先沿体下部依次定义

20、一圈连续的关键点，再沿体上部依次定义一圈连续的关键点。3）通过表面生成几何体GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-Create-Volumes-Arbritraryby Areas4）沿路径拖拉面生成几何体GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-OperateExtrude/Sweep-Araes-Along Lines5）绕轴线旋转线段生成几何体GUI:Main MenuProprocessorOperationExtrude/Sweep-Areas-About Axis6）沿面的法向偏移面生成几何体GUI:Main MenuPr

21、oprocessorOperationExtrude/Sweep-Areas-Along Normal7）指定起始与终止面比例拖拉面生成几何体GUI:Main MenuProprocessorOperationExtrude/Sweep-Areas-by XYZ 7Offset（5）复制已有实体对与三类图元的复制操作几乎是一致的。GUI:Main MenuProprocessor-Modeling- CopyAreas（6）由已有的图元再生成图元的功能GUI:Main MenuProprocessor-Modeling-例如：Reflection 操作生成图元的镜象，它可关于一个坐标平面沿某一

22、坐标轴进行。314 单元属性单元属性是指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征，这些特征包括：材料属性、单元属性、实常数。1、材料属性ANSYS 所有的分析都需要输入材料属性，例如弹性模量 EXX，导热系数 KXX 等。（1）ANSYS 全部的材料属性表，如下：Label Unite Description Label Units DescriptionEXElastic modus,Element x direction KXXThermal conductivityElement x directionEYElastic modus,Element y direction KYYTher

23、mal conductivityElement y directionEZForce/AreaElastic modus,Element z direction KZZHeat *Length/(Time*Area*Temp) Thermal conductivityElement x directionALPXCoefficient of thermal expansion, element x directionHEEHeat(Time*Area*Temp) Convection coefficientALPYCoefficient of thermal expansion, elemen

24、t y directionEMIS None EmissivityALPZStrain/TempCoefficient of thermal expansion, element z directionQRATE Heat/TimeHeat generate rate (Mass7 element onlyREFT Temp Reference temperature (as a property)TREF VISC Resistance *Area/length ViscosityPRXY Major Possions ratio,x-y planeSONCLength/TimeSonic

25、velocity (FLUID 29 And FLUID 30 element onlyFRYZ Major Possions ratio,y-z planeRSVX Electrical resistivity,element x directionFRXZ Major Possions ratio,x-z planeRSVY Electrical resistivity,element y directionNUXY Manor Possions ratio,x-y planeRSVZResitance*area/lengthElectrical resistivity,element z

26、 directionNUYZNoneManor Possions ratio,y-z planePERX Charge2/(Force*Length)Electrical permittivity,element x direction8NUXZ Manor Possions ratio,x-z planePERY Electrical permittivity,element y directionGXYForce/Area Shear modulus,x-y planePERZ Electrical permittivity,element z directionGYZ Force/Are

27、a Shear modulus,y-z planeMURX Magnetic relative permeability element x directionGXZ Force/Area Shear modulus,z-x planeMURY Magnetic relative permeability element y directionDAMP Time Stiffness of martrix multipler fir dampingBETADMURZNoneMagnetic relative permeability element z directionMU None Coef

28、ficient of friction MGXX Magnectic coercive force,element x directionDENC Mass/Vol Mass density MGYY Magnectic coercive force,element y directionC Heat/Mass * TempSpecific heatENTH Heat/Vol EnthalpyMGZZCharge/(Length * Time)Magnectic coercive force,element z direction(2)定义材料属性GUI:Main menuPreprocess

29、orMaterial Properties-Constant-Isotropic2、ANSYS 分析中的单位制除了磁场分析以外，用户不需要告诉 ANSYS 使用的是什么单位制，只需要自己决定使用何种单位制，然后确保所有输入的值的单位制保持统一，单位制影响输入的实体模型尺寸，材料属性、实常数以及载荷等。3、定义单元类型GUI:Main menuPreprocessorEliment TypesAdd/Edit/Delect在对话框中选 HELP 得到关于单元类型的信息，使用图示摘要可以帮助选择单元类型，如果需要某种单元的详细描述，点取单元图形即可。当选定了单元类型后，记住名称和代号，选择 Fil

30、eExit 退出。（1） 常用单元简介1）线单元梁单元(Beam)用于梁构件、薄壁管件、C 型载面构件、角钢或狭长薄膜构件（只有膜应力和弯曲应力的情况）等模型。杆（Spar）单元用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和薄膜桁架等模型。Spring 单元用于螺杆、弹簧或细长通过刚度等效替代复杂构件等到模型。2）壳单元Shell 单元用于薄平板或曲面模型，采用壳单元的基本每块面板的表面尺寸不低与其厚度的 10 倍。3）平面单元平面应力。9平面应变。轴对称。4）三维实体单元5）线性单元/二次单元/P 单元一旦决定采用平面，三维壳或者三维实体单元，还必需进一步决定单元插值函数，采用线性，二次或 P 单元。线性单元

31、和高阶单元之间的差别是线性单元只有角节点，而高阶单元还有边中节点。线性单元内的位移按线性变化，因此大多数单个单元上的应力是常数。二阶单元假定位移是二阶变化的，因此单个单元上的应力是线性变化的。P 单元内的位移可以在二阶到八阶间选择，而且具有求解收敛自动控制功能。在许多情况下，同线性单元相比，采用更高阶单元可以得到更好的计算结果。在进行单元选择时应考虑的其它因素有，线性单元的扭曲变形可能引起精度损失。更高阶的单元对这种扭曲变形不敏感。就求解精度的差别讲，线性单元和二次单元网格之间的差别远没有平面单元和三维实体单元网格之间的差别大。4、ANSYS“实常数”实常数是指某一单元的补充几何特征，如梁单元

32、的横截面积、壳单元的厚度。GUL：Main MenuPreprocessorReal Constants1.1.5 网络划分1、网络划分包括四个主要步骤（1）定义单元属性（单元类型、实常数、材料属性） ；（2）设定网格尺寸控制（控制网格密度） ；（3）网格划分以前保存数据库；（4）执行网格划分。GUL： Main MenuPreprocessorMesh Tool操作过程中应注意设定网格密度控制，如果没有对网格进行任何控制，ANSYS 将使用如下的缺省设置：.自由网格划分：对于面网络 95%以上的四连形单元和少量的三角形单元；对于体网格全部生成四面体单元；.单元尺寸由 ANSYS 确定；.单元

33、属性为：类型为 1，材料为 1，实常数为 1。ANSYS 网格划分中有许多不同的单元尺寸控制方式：“Smart Sizing”，总体（“Global）单元尺寸，指定线上的单元分割数及间距控制，给定关键点附近的单元尺寸控制，层网格划分在壁面附近划分较密的网络（适合模拟 CFD 边界层及电磁分析中的集肤效应） ，网格细化在特定区域细化网格。上述方法各有用途，一般一次使用 1-2 种控制方法。最高效的方法是智能网格划分Smart Sizing。它考虑几何图形的曲率以及线与线的接近程度，一般将滚动条设定在 4-8 之间。2、拖拉/扫掠（extrude/sweep ）网格划分（1）拖拉单元功能可由 2D

34、 党员生成 3D 单元，其步骤如下：1）定义适当的 2D 单元类型。2）将所有要拖拉的面划分单元。3）定义适当的 3D 单元类型。4）设置 3D 单元属性、沿拖拉方向生成的单元数，设置是否删除 2D 单元，GUL： Main MenuPreprocessorOperateExtrude/Sweep5）执行拖拉操作，拖拉方向和拖拉距离可自行定义。（2）扫描网格划分：在几何体上由面扫掠生成整个体的网格。扫掠网格划分不需要初始的 2D 网格，对导入的几何体划分单元非常有用。GUL： Main MenuPreprocessor Mesh-Volume-Sweep101）拾取几何体。2）选择几何体上的源

35、面（不必已划分网格） 。3）选择目标面（目标面应与源面相对） 。3、控制网格密度有限元法为数值近似计算方法。当网格越密集时，计算结果一般讲能收敛与精确解。密网格在多数情况下可以获得更精确结果，但有时如果当前的网格密度的求解结果已经非常接近理论解，再次加密网格对计算精度提高意义不大。前文已提到过由Smart-Sizing 控制网格密度，另外的一个方法是关闭 Smart-Sizing，并设置全局单元尺寸值（global element size）,设置单元尺寸大小可以覆盖任何缺省值。GUL： Main MenuPreprocessor Mesh ToolGlobalset有时，仅用全局单元尺寸控制

36、来划分单元往往不能满足要求，ANSYS 提供了在选定的线和关键点处控制局部网格密度的功能。可以在特定的线上指定划分单元的数目，并且网格的密度可以沿线性变化。（Mesh.linesset）这种设置优先与其它设置。另外也可以在某些关键点处设置网格单元尺寸（Mesh ToolKeyptsSet）,与此关键点相连的线如果未预先设置划分数的话，也会被调整。116 模型修正清除网格意味着删除节点和单元，所以必须知道节点和单元与图元之间的关系：单元-节点- 体- 面-线-点GUL： Main MenuPreprocessor Mesh Tool修正一个已经划分了的网格的模型步骤如下：（1）清除要修正的模型的

37、节点和单元。（2）删除实体模型图元（由高阶到低阶） 。（3）创建新的实体模型，代替旧的实体模型。（4）对新的实体模型划分网格。1 2 加载和求解121 加载1、载荷分类ANSYS 中的载荷可分为:(1)自由度 DOF定义结点的自由度( 结构分析位移、热分析温度、电磁分析磁势等)。(2)集中载荷点载荷(结构分析力矩、热分析热导率、电磁分析电磁电流段)(3)面载荷作用在表面的分布载荷（结构分析压力、热分析热对流、电磁分析麦克斯韦尔表面等）(4)体积载荷作用在体积或场域内（热分析体积膨胀、内生成热、电磁分析磁流密度）2、加载可在实体模型或 FEA 模型（节点和单元）上加载。无论采用哪种加载方式，ANSYS 求解前将载荷转化到有限元模型。加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。实体模型加载GUI：Main MenuSolution-Apply