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第一章 ANSYS的安装和配置 ANSYS程序包括两张光盘:一张是ANSYS经典产品安装盘,另一张是ANSYSWorkbench产品安装盘。本章以ANSYS100为例介绍ANSYS的安装、配置、启动及ANSYS的相关知识。 第一节 ANSYS的安装 一、安装ANSYS对系统的要求 安装ANSYS对计算机系统的要求如下。 1硬件要求 内存至少256M; 采用显存不少于32M的显卡,分辨率至少为1024x768,色彩为真彩色32位: 硬盘剩余空间至少2G; 安装网卡,设置好TCPIP协议,并且TCPIP协议绑定到此网卡上。注意在TCP1P协议中要设定计算机的hostname。 2软件系统要求 操作系统为Windows2000或WindowsXP以上。 二、安装ANSYS前的准备工作 1拷贝文件 先将安装光盘中MAGNITUDE文件夹拷入计算机中,如D:LMAGNITUDE,用Windows的记事本打开D:IAGNITUDE文件夹中的ansysdat文件,该文件的第一行内容为SERVERhostOOOOO(30000001055”,把host改为你的计算机名,如1wm是我的主机名,则host改为Ivan。执行命令所有程序附件,命令提示符进入DOS状态,键入1PCONFIGALL回车,所显示的physicaladdress即为网卡号,本例中计算机网卡的physicaladdress为000c6e10c8531055,则ansysdat文件的第一行内容修改为“SERVERlwm000c6e10c8531055”,以原文件名存盘退出。 2生成许可文件 运行D:MAGNITUDE文件夹中的keygenbat文件,生成licensedat,该文件就是ANSYS的许可文件,将它存放在指定目录下永久保存,本例中存放在D:LMAGNITUDE文件夹中。 三、安装ANSYS 将ANSYS的安装光盘放入光驱中,出现如图1-1的画面,选择Install ANSYS 100开始安装AHSYS100。 开始运行ANSYS安装程序,出现ANSYS安装欢迎界面如图1-2的所示,选择Next按钮进行下一步安装。第2页第3页 第二章 实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义,广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型,狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型,保证网格具有合理的单元形状,单元大小密度分布合理,以便施加边界条件和载荷,保证变形后仍具有合理的单元形状,场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1建立实体模型的两种途径 利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模: 利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体,即先定义实体各顶点的关键点,再通过关键点连成线,然后由线组合成面,最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象,其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模,但应该考虑要获得什么样的有限元模型,即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时,实体模型的建立比较1e单,只要所有的面或体能接合成一体就可以:映射网格划分时,平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系,每种都有其特定的用途。 全局坐标系与局部坐标系:用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 显示坐标系:定义了列出或显示几何对象的系统。 节点坐标系:定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 单元坐标系:确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下,建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系:笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点,且遵循右手定则,它们的坐标系识别号分别为:0是笛卡尔坐标系(cartesian),1是柱坐标系第13页(Cyliadrical),2是球坐标系(Spherical),5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical),如图2-1所示。 ANSYS引用坐标系x轴、Y轴、z轴代表不同的意义,笛卡尔坐标系的X轴、Y轴、Z轴分别代表其原始意义;柱坐标系的x轴、Y轴、z轴分别代表径向R、轴向O和轴向Z;球坐标系的X轴、Y轴、z轴分别代表R、O、p。 注意:4种全局坐标系有共同的原点 2局部坐标系 局部坐标系是用户为了方便建模及分析的需要自定义的坐标系,可以和全局坐标系有不同的原点、角度、方向。 (1)建立局部坐标系 1)通过当前激活的工作平面的原点为中心来建立局部坐标系 Command方式: CSWPLA,KCN,KCS,pARl,PAll2 aKCN:坐标系编号。KCN是大于10的任何一个编号。 bKCS:局部坐标系的属性。KCS=O时为笛卡尔式坐标系;KCS=1时为柱坐标系;KCS=2时为球坐标系:KCS-3时为环坐标系:KCS-4时为工作平面坐标系:KCS=5时为柱坐标系。 cPAR1:应用于椭圆、球或螺旋坐标系。当KCS=1或2时,PAR1是椭圆长短半径(YX)的比值,默认为1(圆):当KCS=3时,PARI是环形的主半径。 dPAR2:应用于球坐标系,当KCS=2时,PAR2是椭球Z轴半径与x轴半径的比值,默认为1(圆)。 GUI方式: WorRPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt WP Origin 2)通过已定义的关键点来建立局部坐标系 Command方式: CSKP,KCN,KCS,PORlG,PXAXS,PXYPL,PARl,pAR2 aKCN:坐标系编号。KCN是大于10的任何一个编号。 bKCS:局部坐标系的属性。KCS=0时为笛卡尔式坐标系;KCS=1时为柱坐标系;KCS=2时为球坐标系:KCS=3时为环坐标系;KCS=4时为工作平面坐标系;KCS=5时为柱坐标系。 cPORlG:以该关键点为新建坐标系原点,若该值为P,则可进行GUI选取关键点操作。 dpXAXS,定义x轴的方向,原点指向该点方向为x轴正向, ePXYPL:定义Y轴的方向,若该点在x轴的右侧,则Y轴在x轴的右侧,反之在左侧。 第三章划分网格 第一节基本知识 几何实体模型并不参与有限元分析,所有施加在有限元边界上的载荷或约束,必须最终传递到有限元模型上(节点和单元)进行求解。因此,在完成实体建模之后,要进行有限元分析,需对模型进行网格划分将实体模型转化为能够直接计算的网格,生成节点和单元。 一、有限元网格概述 1网格类型 总的来说,ANSYS的网格划分有两种: 自由网格划分(Free meshing)和映射网格划分(Mapped meshing),如图31所示。 自由网格划分主要用于划分边界形状不规则的区域,它所生成的网格相互之间是呈不规则排列的。对于复杂形状的边界常常选择自由网格划分。自由网格对于单元形状没有限制,也没有特别的应用模式。缺点是分析精度往往不够高。 与自由网格划分相比较,映射网格划分对于单元形状有限制,并要符合一定的网格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元,映射体网格只包含六面体单元。映射网格的特点是具有规则的形状,肆元明显地成行排列。 一般来说映射网格往往比自由网格划分得到的结果要更加精确,而且在求解时对CPL和内存的需求也相对要低些。如果用户希望用映射网格划分模型,创建模型的几何结构必须由一系列规则的体或面组成,这样才能应用于映射网格划分。因此,如果确定选择映射网格,需要从建立几何模型开始就对模型进行比较详尽的规划,以使生成的模型满足生成映射网格的规则要求。ANSYS支持的单元形状与网格类型见表3-1。 2划分网格的过程 在ANSYS程序当中,有限元的网格是由程序自己来完成的,用户所要做的就是通过给出一些参数和命令来对程序实行“宏观调控”。网格划分过程的3个步骤如下: 定义单元属性 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材第46页料参数等。 定义网格划分控制 ANSYS程序提供了大量的网格生成控制,用户可以根据模型的形状和单元特点选用。 生成网格 其中第步的设置有时是不需要的,因为默认网格控制对许多模型都是适用的。可定义单元属性对于网格划分来说是必不可少的,它不仅影响到网格划分,而且对求解的精度也有很大影响。 二、定义单元属性 在生成节点和单元网格之前,必须定义合适的单元属性。 1定义单元类型 在有限元分析过程中,对于不同的问题,需要应用不同特性的单元,单元选择不当,直接影响到计算能否进行和结果的精度。ANSYS的单元库中提供了200多种单元类型,每个单元都有唯一的编号,如LINK1、pLANE2、BEAM3和SOLID45等,几乎能解决大部分常见问题。 下面用GUI的方式介绍定义单元类型的常用操作步骤。 选择MainMenuPreprocessorElement TypeAddFxlitDelete命令,弹出如图3-2所示的Element Type对话框(初次定义时,列表框中显示“NONE DEFINED”,表示没有任何单元被定义)。 单击Add按钮,弹出Library of Element Types对话框,如图3-3所示。可以看到,列表框中列出了单元库中的所有单元类型。左侧列表框中显示的是单元的分类,右侧列表框为单元的特性和编号,选择单元时应该先明确自己要定义的单元类型,如LINK、PLANE、BEAM和SOLID等,然后从右边列表框中选择合适的单元。 在左侧列表框中选择Solid,则右侧列表框中将显示所有的Solid单元,如Brick 8node45即为Solid45单元。选中此单元,并在Element type reference number文本框中输入参考号,默认为“1”,单击OK按钮即可,如图33所示。 此时,单击Apply按钮,可继续添加别的单元类型,同时Element type reference number文本框中的数值将自动变为“1”用户可以模仿前面介绍的方法,定义一个BEAM3单元,单击OK按钮后,返回单元类型对话框,如图3-4所示。第四章 逻辑选择 第一节基本知识 若用户只对模型的某一部分进行操作处理,如加载、有选择性地观察结果等,则可利用选择功能。选择功能可以选择节点、单元、关键点、线、面、体等子集,以便能够在该部分实体上进行操作。 所有的ANSYS数据都在数据库内,利用选择功能,用户可以方便地只选择数据的某部分进行操作。例如:显示第一象限内的点、删除所有半径在05与10
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