ANSYS力学分析与工程应用

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08:46:42ANSYS力学分析与工程应用李建波 Jianboli@http://综合试验四号楼401室研究生课程: 工程抗震分析与软件应用大连理工大学工程抗震研究所 2012.5 Institute of Earthquake Engineering DUT学习ANSYS的基本目的手段 理论的运用 会分析 懂设计结构受力分析,避免为学而学 有限元软件应用 计算结果分析,应力\位移等 对于规范的解读21

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08:46:42目 录1. ANSYS与有限元 2. ANSYS主要功能与基本步骤 3. 一个ANSYS入门算例 GUI操作演示; APDL命令流; UPFs二 次开发 4. 一个ANSYS进阶算例 (非线性力学) 5. ANSYS软件在工程中的一些运用 6. ANSYS软件的学习方法31. ANSYS与有限元法“有限单元法”一词 1965年 美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley） 力学教授Ray W. Clough 从工程角度理解 [离散] 前处理 几何连续体的有限单元体数 值离散 (只是节点坐标与单元信息) [集成与求解] 有限单元通过节点位移连续 和力平衡条件形成 整体有限元模型,并受力 求解. (基于单元内插值等内涵) [再离散] 后处理 从整体模型中提取节点响 应(位移),再回到单元内进行单元应力、应变 计算42

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08:46:421. ANSYS与有限元法第1步选择单元类型,明确 单元矩阵等形式线弹性有限元法的基本步骤(1.1几何方程)单元形函数: 通过单元节点值 来插值描述单元内连续变量u ( x) = N ( x )a e前提(1.2 物理方程): 建立单元内任意点应力与节点位移值的关系σ ( x) = Dε ( x)(1.3 平衡方程)单元刚度矩阵的形式:ε ( x) = L[u ( x)] = Ba e单元等效节点力与等效外力平衡K a + f =0e e eK =e第2步读入数据，代入 单元矩阵公式 集成输入单元、节点坐标信息Ω∫BeTDBdΩ前处理 集成求解f s = ( K su au + K ss as )第3步 第4步K = ∑Ke K uu K su5f =∑ feKa + f = 0边界条件,求解平 衡方程as 和f u 已知K us au fu a = f K ss s s au = K uu1 ( f u + K us as )举例分析一端铰接杆在 自重作用下的变形 和应力。 第1.1步 二力杆单元第1.2步 [B]为几何矩阵第1.3与2 步形成单元 刚度阵63

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08:46:42举例分析一端铰接杆在 自重作用下的变形 和应力。 第3步 哪些是已知量？ 哪些是未知量? 约束不足可能导致 的后果?第4步ρgh71. ANSYS与有限元法 ANSYS是国内外较为流行的大型通用商业有限元 分析软件. (70-80万) 高度集成了有限元的分析功能。 主要技术特点： 强大的网格划分与有限元建模能 力； 强大的求解能力；强大的非线性分析与多物 理场耦合分析能力；强大的后处理能力； 强大的 二次开发能力； 获得ANSYS特定有限元模型的计算结果并不难， 但计算结果是否与实际模型一致，或者说计算结果 是否合理就很难判断 （计算结果合理与否的首要 因素是计算模型的正确性，尤其是边界条件与单元 形式的选择）84

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08:46:422. ANSYS主要功能与基本步骤[*] 结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.静力分析[K ]{U } = {P}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.92. ANSYS主要功能与基本步骤[*] 结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.动力分析[M ]{U (t )} + [C]{U (t )} + [K ]{U (t )} = {P(t )}1)模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 2) 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). 3) 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. (稳态响应) 4) 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.105

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08:46:42ANSYS入门GUI图形界面11ANSYS入门前处理 Processor /PREP7 建立模型GUI图形界面操作有限元分析的步骤: 有限元分析的步骤:1. 指定工作文件名及标题 /FILENAME 与 /TITLE 2. 定义单位 /UNITS 3. 定义单元类型 ET 4. 定义单元实常数 REAL 5. 定义材料特性 MP 6. 建立有限元模型 N 与 E 1. 2. 3. 4. 5. 选择分析类型 ANTYPE 设置分析选项 设置荷载步选项 NSUBST 边界约束处理与加载 D 与 F 求解 SOLVE求解器 Solution /SOLU加载求解后处理 General Postproc 通用后处理器 /POST1 TimeHist Postproc 时程后处理器 /POST26察看结果技巧!!!详细说明见 <ANSYS基本步骤.pdf>126

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08:46:423. 一个ANSYS入门算例23Z24 (5)演示算例 (三维实 体元–悬臂梁)== 悬臂梁 == 长： 7.5m 宽与高： 1.5m == 有限元模型：三维实体元 == 1.5m的立方体 共5个 == 约束： == 悬臂梁一个端面的4个节点全约束 ==载荷： == 悬臂梁另一端上部两点X方向加载 F,23,FX,-500000. F,24,FX,-500000.(4)(3)(2)X(1) 3 4 2 1Y==结果 == 单元质量阵、刚度阵 节点位移响应133. 一个ANSYS入门算例两 途 径APDL命令流GUI图形界面操作 APDL命令流GUI界面操作 每步 等价File -> List -> Log File …/CLEAR,START !初始化环境 /CONFIG,NRES,10000 !最多结果子步数 /FILNAME,SOLD3DEXP,1 /TITLE,3D ELASTIC SOLID EXAMPLE! 进入“前处理” /PREP7 ET,1,SOLID45 !* 单元类型1 KEYOPT,1,1,1 !EXCLUDE KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,5,2 !Nodal Stress !* MP,EX,1,2.8E9 MP,PRXY,1,0.3 材料类型1 MP,DENS,1,2400APDL命令流 输入文件： solid3d_ansys.txt 输出文件：所有单元质量阵和刚度阵 OutSld3D_1.txt 第(5)单元节点坐标与位移 OutSld3D_2.TXTTYPE,1 MAT,114指定类型7

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