SYS使用简介 ANSYS概述 1 I ANSYS简介 ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件,主要是在机械结构系统受到外力 负载所出现的反应,例如应力、位移、温度等,根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态 进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂,受的负载也相当多,理论分析往往 无法进行。想要解答,必须先简化结构,采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展,相应的软件也 应运而生, ANSYS软件在工程上应用相当广泛,在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用,都能 达到某种程度的可信度,颇获各界好评。使用该软件,能够降低设计成本,缩短设计时间。 到80年代初期,国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有: ANSYS, NASTRAN,ASKA ADINA,SAP等。以 ANSYS为代表的工程数值模拟软件,是一个多用途的有限元法分析软件,它从1971 年的20版本与今天的57版本已有很大的不同,起初它仅提供结构线性分析和热分析,现在可用来求结 构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理,将有限元分 析、计算机图形学和优化技术相结合,已成为现代工程学问题必不可少的有力工具 l2 ANSYS软件主要功能 ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件,可广泛的用于核工业、 铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、 日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功能清单,具体包括:结构高度非线性分析 电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用 ANSYS参数设计语言扩展 宏命令功能。 3 ANSYS软件主要特点 主要技术特点 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件 唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件 唯一具有多物理场优化功能的FEA软件 唯一具有中文界面的大型通用有限元软件 强大的非线性分析功能 ·多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置 支持异种、异构平台的网络浮动,在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容 强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行 多种自动网格划分技术 良好的用户开发环境 支持的图形传递标准 Parasolid
ANSYS 使用简介 1 1 ANSYS 概述 1.1 ANSYS 简介 ANSYS 是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力 负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态， 进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往 无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也 应运而生，ANSYS 软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能 达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。 到 80 年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有：ANSYS, NASTRAN, ASKA, ADINA, SAP 等。以 ANSYS 为代表的工程数值模拟软件，是一个多用途的有限元法分析软件，它从 1971 年的 2.0 版本与今天的 5.7 版本已有很大的不同，起初它仅提供结构线性分析和热分析，现在可用来求结 构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理，将有限元分 析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。 1.2 ANSYS 软件主要功能 ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、 铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、 日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、 电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用 ANSYS 参数设计语言扩展 宏命令功能。 1.3 ANSYS 软件主要特点 主要技术特点： • 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件 • 唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型 FEA 软件 • 唯一具有多物理场优化功能的 FEA 软件 • 唯一具有中文界面的大型通用有限元软件 • 强大的非线性分析功能 • 多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置 • 支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容 • 强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行 • 多种自动网格划分技术 • 良好的用户开发环境 支持的图形传递标准： • SAT • Parasolid
SYS使用简介 ·STEP 与CAD软件的接口 Unigraphics ·Pro/ ENGINEER ·I-Deas Catia CADDS 14运行环境( ANSYS57) Computer: Pentium-class system Memory(RAM) 64MB以上 Hard Disk. 500MB以上自由空间 Operating System: Microsoft Windows 2000, Windows NT 4.0 (SP 5 or higher) or Windows 98 A Windows 2000/NT 4.0 or 98 supported Graphics Card, capable of 1024x768 in High Color(16-bit ). A 17 inch monitor(or larger) compatible with the above mentioned card is recommende 2 ANSYS的基本使用 2 ANSYS环境简介 ANSYS有两种模式:一种是交互模式( Interactive Mode),另一个是非交互模式( Batch mode)。交互 模式是初学者和大多数使用者所采用,包括建模、保存文件、打印图形及结果分析等,一般无特别原因皆 用交互模式。但若分析的问题要很长时间,如一、两天等,可把分析问题的命令做成文件,利用它的非交 互模式进行分析。 运行该程序一般采用 Interactiⅳve进入,这样可以定义工作名称,并且存放到指定的工作目录中。若使 用 Run interactive now进入还需使用命令定义工作文件名或使用默认的文件名,使用该方式进入一般是为 恢复上一次中断的分析。所以在开始分析一个问题时,建议使用 Interactive进入交互模式。 进入系统后会有6个窗口,提供使用者与软件之间的交流,凭借这6个窗口可以非常容易的输入命令 检査模型的的建立、观察分析结果及图形输出与打印。整个窗口系统称为 GUI(Graphical User Interface).如 图2-1所示。 各窗口的功能如下 1.应用命令菜单( Utility Menu):包含各种应用命令,如文件控制(Fle)、对象选择( Select、资 料列式(List)、图形显示( Plot)、图形控制( Plotctrls)、工作界面设定( Work Plane)、参数化设 计( Parameers)、宏命令( Macro)、窗口控制( Menuctrls)及辅助说明(Help)等。 主菜单( Main menu):包含分析过程的主要命令,如建立模块、外力负载、边界条件、分析类型 的选择、求解过程等。 3.工具栏( Toolbar):执行命令的快捷方式,可依照各人爱好自行设定。 4.输入窗口( Input Window):该窗口是输入命令的地方,同时可监视命令的历程。 5.图形窗口( Graphic Window):显示使用者所建立的模块及查看结果分析。 6.输出窗口( Output Window):该窗口叙述了输入命令执行的结果
ANSYS 使用简介 2 • STEP 与 CAD 软件的接口 • Unigraphics • Pro/ENGINEER • I-Deas • Catia • CADDS • SolidEdge • SolidWorks 1.4 运行环境（ANSYS5.7） Computer: Pentium-class system Memory (RAM): 64 MB以上 Hard Disk: 500MB以上自由空间. Operating System: Microsoft Windows 2000, Windows NT 4.0 (SP 5 or higher) or Windows 98 Graphics: A Windows 2000/NT 4.0 or 98 supported Graphics Card, capable of 1024x768 in High Color (16-bit).A 17 inch monitor (or larger) compatible with the above mentioned card is recommended. 2 ANSYS 的基本使用 2.1 ANSYS环境简介 ANSYS有两种模式：一种是交互模式（Interactive Mode），另一个是非交互模式（Batch Mode）。交互 模式是初学者和大多数使用者所采用，包括建模、保存文件、打印图形及结果分析等，一般无特别原因皆 用交互模式。但若分析的问题要很长时间，如一、两天等，可把分析问题的命令做成文件，利用它的非交 互模式进行分析。 运行该程序一般采用 Interactive 进入，这样可以定义工作名称，并且存放到指定的工作目录中。若使 用 Run Interactive Now 进入还需使用命令定义工作文件名或使用默认的文件名，使用该方式进入一般是为 恢复上一次中断的分析。所以在开始分析一个问题时，建议使用 Interactive 进入交互模式。 进入系统后会有6个窗口，提供使用者与软件之间的交流，凭借这6个窗口可以非常容易的输入命令、 检查模型的的建立、观察分析结果及图形输出与打印。整个窗口系统称为GUI(Graphical User Interface).如 图2-1所示。 各窗口的功能如下： 1. 应用命令菜单（Utility Menu）：包含各种应用命令，如文件控制（File）、对象选择（Select）、资 料列式（List）、图形显示（Pplot）、图形控制（PlotCtrls）、工作界面设定（WorkPlane）、参数化设 计（Parameers）、宏命令（Macro）、窗口控制（MenuCtrls）及辅助说明（Help）等。 2. 主菜单（Main Menu）：包含分析过程的主要命令，如建立模块、外力负载、边界条件、分析类型 的选择、求解过程等。 3. 工具栏（Toolbar）：执行命令的快捷方式，可依照各人爱好自行设定。 4. 输入窗口（Input Window）：该窗口是输入命令的地方，同时可监视命令的历程。 5. 图形窗口（Graphic Window）：显示使用者所建立的模块及查看结果分析。 6. 输出窗口（Output Window）：该窗口叙述了输入命令执行的结果
SYS使用简介 ANSY 主菜单 工具条 包含 ANSYS的主堊功能 为前处理、求解 案用命角工 后处理等 显示软件的文本输出 ANSYS创建或传 通常在其他窗口后面 需要查看时可提到前面 图2-1AY36个窗口示意图 22有限元法的基本构架 目前在工程领域内常用的数值模拟方法有:有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法,就其广 泛性而言,主要还是有限单元法。它的基本思想是将问题的求解域划分为一系列的单元,单元之间仅靠节 点相连。单元内部的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值得到。由于单元形状简单,易于平衡 关系和能量关系建立节点量的方程式,然后将各单元方程集组成总体代数方程组,计入边界条件后可对方 程求解。 有限元的基本构成: 1.节点(Node):就是考虑工程系统中的一个点的坐标位置,构成有限元系统的基本对象。具有 其物理意义的自由度,该自由度为结构系统受到外力后,系统的反应。 2.元素( Element):元素是节点与节点相连而成,元素的组合由各节点相互连接。不同特性的工 程统,可选用不同种类的元素, ANSYS提供了一百多种元素,故使用是必须慎重选则元素型号 3.自由度( Degree of freedom):上面提到节点具有某种程度的自由度,以表示工程系统受到外 力后的反应结果。要知道节点的自由度数,请查看 ANSYS自带的帮助文档(Help/ Element Refrence),那里有每种元素类型的详尽介绍。 23 ANSYS架构及命令 ANSYS构架分为两层,一是起始层( Begin Level),二是处理层( Processor Level)。这两个层的关系 主要是使用命令输入时,要通过起始层进入不同的处理器。处理器可视为解决问题步骤中的组合命令,它 解决问题的基本流程叙述如下 1.前置处理( General Preprocessor,PREP7) )建立有限元模型所需输入的资料,如节点、坐标资料、元素内节点排列次序 2)材料属性 3)元素切割的产生 2.求解处理( Solution processor,SOLU) )负载条件 2)边界条件及求解 3.后置处理( General Postprocessor, POSTI或 Time Domain Postprocessor,POST26) POSTⅠ用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析,将解题部分所得的解答如:变位、应力、反力
ANSYS 使用简介 3 2.2 有限元法的基本构架 目前在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，就其广 泛性而言，主要还是有限单元法。它的基本思想是将问题的求解域划分为一系列的单元，单元之间仅靠节 点相连。单元内部的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值得到。由于单元形状简单，易于平衡 关系和能量关系建立节点量的方程式，然后将各单元方程集组成总体代数方程组，计入边界条件后可对方 程求解。 有限元的基本构成： 1. 节点（Node）：就是考虑工程系统中的一个点的坐标位置，构成有限元系统的基本对象。具有 其物理意义的自由度，该自由度为结构系统受到外力后，系统的反应。 2. 元素（Element）：元素是节点与节点相连而成，元素的组合由各节点相互连接。不同特性的工 程统，可选用不同种类的元素，ANSYS提供了一百多种元素，故使用是必须慎重选则元素型号。 3. 自由度（Degree Of Freedom）：上面提到节点具有某种程度的自由度，以表示工程系统受到外 力后的反应结果。要知道节点的自由度数，请查看ANSYS自带的帮助文档（Help/Element Refrence），那里有每种元素类型的详尽介绍。 2.3 ANSYS 架构及命令 ANSYS 构架分为两层，一是起始层（Begin Level），二是处理层（Processor Level）。这两个层的关系 主要是使用命令输入时，要通过起始层进入不同的处理器。处理器可视为解决问题步骤中的组合命令，它 解决问题的基本流程叙述如下： 1. 前置处理（General Preprocessor, PREP7） 1） 建立有限元模型所需输入的资料，如节点、坐标资料、元素内节点排列次序 2） 材料属性 3） 元素切割的产生 2. 求解处理（Solution Processor, SOLU） 1） 负载条件 2） 边界条件及求解 3. 后置处理（General Postprocessor, POST1 或 Time Domain Postprocessor, POST26） POST1 用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析，将解题部分所得的解答如：变位、应力、反力
SYS使用简介 等资料,通过图形接口以各种不同表示方式把等位移图、等应力图等显示出来。POST26仅用于动态 结构分析,用于与时间相关的时域处理 【例2-1】 考虑悬臂梁如图2-2,求ⅹ=L变形量。已知条件:杨氏系数E=200E9:截面参数:t=00lm,w=003m A=3E-4,=2.E-9;几何参数:L=4m,a=2m,b=2m;边界外力F=N,q=005N/m 图2-2悬壁梁 使用 ANSYS解决该问题的命令如下: / FILNAM.EX2-1!定义文件名 / LE CANTILEVER BEAM DEFLECTION!定义分析的标题 UNITS,SI!定义单位制(注意观察输出窗口的单位) /PREP7!进入前置处理 ET,1,3!定义元素类型为beam3 MPEX,1,200E9!定义杨氏模量 R,1,3E-4,2.5E-9,0.01!定义实常数(要严格根据该元素类型的说明文档所给出的实常数格式) N,1,0.0!定义第1号节点X坐标为0,Y坐标为0 N,2,1,0!定义第2号节点Ⅹ坐标为1,Y坐标为0 N,3,2,0!定义第3号节点X坐标为2,Y坐标为0 N,4,3,0!定义第4号节点X坐标为3,Y坐标为0 N,5,4.0!定义第5号节点X坐标为4,Y坐标为0 E.1.2 把1、2号节点相连构成单元,系统将自定义为1号单元 E,2,3!把2、3号节点相连构成单元,系统将自定义为2号单元 E,3,4!把3、4号节点相连构成单元,系统将自定义为3号单元 E,4,5!把4、5号节点相连构成单元,系统将自定义为4号单元 FINISH!退出该处理层 /SOLU!进入求解处理器 D,1,ALL,0!对1节点施加约束使它X,Y向位移都为0 F,3FY,-2!在3节点加集中外力向下2N SFBEAM3,1PRES,005!在3号元素的第1个面上施加压力(beam3有四个面可通过命令help,beam3查 看,任何一个命令都可以通过help,命令查看帮助文档) SFBEAM4,1,PRES,005!同上在4号元素的第1个面加压力 SOLVE!计算求解 FINISH!完成该处理层 /POST1!进入后处理 SET,1,1!查看子步1,在有限元中复杂的载荷可以看做简单的载荷相互叠加,在 ANSYS中每施加一类 载荷都可以进行一次求解,可以查看它对结构的影响,称为子步。 PLDISP!显示变形后的形状 FINISH!完成
ANSYS 使用简介 4 等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把等位移图、等应力图等显示出来。POST26 仅用于动态 结构分析，用于与时间相关的时域处理。 【例 2-1】 考虑悬臂梁如图 2-2，求 x=L 变形量。已知条件：杨氏系数 E=200E9；截面参数：t=0.01m, w=0.03m, A=3E-4,I=2.5E-9；几何参数：L=4m, a=2m, b=2m；边界外力 F=2N,q=0.05N/m. 使用 ANSYS 解决该问题的命令如下 ： /FILNAM,EX2-1 ! 定义文件名 /TITLE,CANTILEVER BEAM DEFLECTION ！定义分析的标题 /UNITS,SI ！定义单位制（注意观察输出窗口的单位） /PREP7 ！进入前置处理 ET,1,3 ！定义元素类型为 beam3 MP,EX,1,200E9 ! 定义杨氏模量 R,1,3E-4,2.5E-9,0.01 ！定义实常数（要严格根据该元素类型的说明文档所给出的实常数格式） N,1,0,0 ！定义第 1 号节点 X 坐标为 0，Y 坐标为 0 N,2,1,0 ！定义第 2 号节点 X 坐标为 1，Y 坐标为 0 N,3,2,0 ！定义第 3 号节点 X 坐标为 2，Y 坐标为 0 N,4,3,0 ！定义第 4 号节点 X 坐标为 3，Y 坐标为 0 N,5,4,0 ！定义第 5 号节点 X 坐标为 4，Y 坐标为 0 E,1,2 ！把 1、2 号节点相连构成单元，系统将自定义为 1 号单元 E,2,3 ！把 2、3 号节点相连构成单元，系统将自定义为 2 号单元 E,3,4 ！把 3、4 号节点相连构成单元，系统将自定义为 3 号单元 E,4,5 ！把 4、5 号节点相连构成单元，系统将自定义为 4 号单元 FINISH ！退出该处理层 /SOLU ！进入求解处理器 D,1,ALL,0 ！对 1 节点施加约束使它 X，Y 向位移都为 0 F,3,FY,-2 ！在 3 节点加集中外力向下 2N SFBEAM,3,1,PRES,0.05 ！在 3 号元素的第 1 个面上施加压力（beam3 有四个面可通过命令 help,beam3 查 看，任何一个命令都可以通过 help,命令查看帮助文档） SFBEAM,4,1,PRES,0.05 ！同上在 4 号元素的第 1 个面加压力 SOLVE ！计算求解 FINISH ！完成该处理层 /POST1 ！进入后处理 SET,1,1 ！查看子步 1，在有限元中复杂的载荷可以看做简单的载荷相互叠加，在 ANSYS 中每施加一类 载荷都可以进行一次求解，可以查看它对结构的影响，称为子步。 PLDISP ！显示变形后的形状 FINISH ！完成
SYS使用简介 在静态结构分析中,由 Begin Level进入处理器,可通过斜杠加处理器的名称,如prep7、/solu、 /post1 处理器间的转换通过fnsh命令先回到 Begin Level,然后进入想到达的处理器位置,如(图2-3)所示。 PREPT Soluti on POST26 POST1 Proce Processor 图2-3处理器间的转化 24典型的分析过程 ANSYS分析过程包含三个主要的步骤: 创建有限元模型 )创建或读入限元模型 2)定义材料属性 3)划分网格 2.施加载荷并求解 1)施加载荷及设定约東条件 2)求解 3.查看结果 )查看分析结果 2)检查结果是否正确 25 ANSYS文件及工作文件名 ANSYS在分析过程中需要读写文件,文件格式为 jobnameext,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fle。 ANSYS分析中有 些特殊的文件,其中主要的几个是数据库文件 jobname db、记录文件 jobname log、输出文件 jobname.out、 错误文件 jobnameerr、结果文件 jobnamerxx及图形文件 jobname.gph 【例2-2】固定端杆件受到外力F1及F2的力,如图24,求固定端的作用力。图(a)为实际的工程系统, 图(b)为转化后的有限元模型系统,其中包含4个节点、3个元素。 外力负载及约束条件为 1)第二点受外力负载F2 2)第三点受外力负载F3 3)第一点和第四点不产生任何变形(约束条件)
ANSYS 使用简介 5 在静态结构分析中，由 Begin Level 进入处理器，可通过斜杠加处理器的名称，如/prep7、/solu、/post1。 处理器间的转换通过 finish 命令先回到 Begin Level，然后进入想到达的处理器位置，如（图 2-3）所示。 2.4 典型的分析过程 ANSYS 分析过程包含三个主要的步骤： 1. 创建有限元模型 1） 创建或读入限元模型 2） 定义材料属性 3） 划分网格 2. 施加载荷并求解 1） 施加载荷及设定约束条件 2） 求解 3. 查看结果 1） 查看分析结果 2） 检查结果是否正确 2.5 ANSYS 文件及工作文件名 ANSYS 在分析过程中需要读写文件，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。ANSYS 分析中有 一些特殊的文件，其中主要的几个是数据库文件 jobname.db、记录文件 jobname.log、输出文件 jobname.out、 错误文件 jobname.err、结果文件 jobname.rxx 及图形文件 jobname.grph。 【例 2-2】固定端杆件受到外力 F1 及 F2 的力，如图 2-4，求固定端的作用力。图（a）为实际的工程系统， 图（b）为转化后的有限元模型系统，其中包含 4 个节点、3 个元素。 外力负载及约束条件为： 1） 第二点受外力负载 F2 2） 第三点受外力负载 F3 3） 第一点和第四点不产生任何变形（约束条件）