第第2 2章章ANSYSANSYS有限元分析典型步骤有限元分析典型步骤 2.1 2.1建立有限元模型建立有限元模型 2.2 2.2加载和求解加载和求解 2.3 2.3结果后处理结果后处理n2.1建立有限元模型nANSYS将模型分为实体模型和有限元模型两大类。n实体模型由关键点、线、面和体组成，用来直接描述所求问题的几何特性。n有限元模型是实际结构和物质的数学表示方法。n建立有限元模型的步骤，可细分为以下几个流程：n1)指定工作文件名和标题名；n2)定义单元类型；n3)定义材料属性；n4)创建有限元模型。n第一步：建立和修改工作文件名n工作文件名的建立是在进入前处理器之前完成的。n启动ANSYS，单击Utility Menu(实用菜单)File(文件)Resume from(从恢复)n修改工作文件名n单击Utility Menu(实用菜单)File(文件)Change jobname(更改工作文件名)命令，弹出Change jobname(更改工作文件名)对话框。n第二步：定义单元类型nANSYS单元库提供多达200种不同的单元。n较为简单的单元分类如表所示。n下面是一个平面单元在ANSYS单元类中的命名方式：nPLANE77nPLANE表示该单元属于平面单元类。由于平面单元类中还包含其他许多单元，所以还要用数字编号77来标识特定单元。n单元的概念n什么是单元呢？n可以这样理解单元：在远处看一栋平房，很明显，它的几何形状就是一个长方体，这个长方体在ANSYS中称为实体模型，一旦走近，就会发现，这个长方体由一块块砖搭建而成，这些个有限数目的砖，组成了同样一个长方体，这些砖在ANSYS中便称为单元。n定义单元类型方法如下:nMain Menu(主菜单)Preprocessor（前处理器）Element Type（单元类型）Add/Edit/Delete(增加/编辑/删除)。n单元由什么组成呢？现在仅需知道单元含节点即可。n第三步:定义材料属性数据nANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。例如，在进行电磁场分析时，至少要输入材料的相对磁导率MURX，进行结构分析时，要输入材料的杨氏弹性模量EX。nMain Menu(主菜单)Preprocessor(前处理器) Material Props(材料属性) Material Models(材料模型)n第四步:创建有限元模型nANSYS提供了两种方法来构建有限元模型.n1)首先创建或导入实体模型,然后对实体模型进行网格划分,以生成有限元模型。n2)直接用单元和节点生成有限元模型。n利用第一种创建有限元模型的方法有以下几个流程：n1)1)创建或者导入实体模型。创建或者导入实体模型。nANSYS提供强大的实体模型创建功能.可以创建关键点、线、面、体,并支持布尔操作,以生成更为复杂的模型。模型创建的菜单项如图1所示。n2)网格划分前预备工作包括以下2个步骤：ni)i)为实体模型分配单元属性为实体模型分配单元属性n单元属性指的是单元类型、实常数，材料属性和单元坐标系。该步骤对应的菜单项如图2所示。nii)ii)设置网格划分水平设置网格划分水平nANSYS网格划分水平控制菜单项如图3所示。niii)iii)对实体模型进行网格划分对实体模型进行网格划分n在完成1,2步骤后，就可以对实体模型进行网格划分。网格划分的菜单项如图4所示。网格划分后产生有限元模型。以空心圆柱为例，对它划分完毕后生成的有限元模型如图5所示。n2.2 2.2 加载和求解加载和求解n加载和求解步骤分为：加载和求解步骤分为：n定义分析类型和设置分析选项。定义分析类型和设置分析选项。n施加载荷。施加载荷。n设置载荷步选项。设置载荷步选项。n求解。求解。n定义分析类型和设置分析选项定义分析类型和设置分析选项nANSYS一共可以求解7种不同类型的分析，它们分别是：静态分析，瞬态分析，谐振态分析，模态分析，频谱分析，屈曲分析以及子结构分析。n定义分析类型和设置分析选项的方法如下：nMain Menu(主菜单)Solution(求解器) Analysis Type(分析类型) New Analysis(新分析)n施加载荷nANSYS对载荷的定义包括约束，支撑，边界条件，激励等。并根据真实物理环境将载荷分为6大类。n自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。例如电磁场分析中的给有限元模型施加的磁势为零的边界条件。n集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。例如结构分析中施加在有限元模型上的力和力矩。n面载荷：施加在某个表面上的载荷，例如结构分析中施加的压力。n体载荷：施加在某个体的载荷，例如电磁场计算中施加在线圈中的电流密度。n惯性载荷：它是由物体的惯性引起的，比如说结构计算中经常考虑重力带来的加速度。n耦合场载荷：把从一种分析中得到的结果作为另一种分析的载荷。例如磁场计算后得到的Lorentz力作为结构分析的力载荷。n选择求解方法选择求解方法n求解就是ANSYS通过有限元方法建立联立方程并计算联立方程的结果。n要选择合适的求解方法，单击Main Menu(主菜单)Solution(求解器) Analysis Type(分析类型) Soln Controls(求解控制)，弹出Solution Controls(求解设置)对话框，如图6所示。n求解求解n选择好求解器后，开始求解，方法如下：nMain Menu(主菜单) Solution(求解器) Solve(求解) Current LS（当前载荷步）n2.32.3结果后处理结果后处理n所谓后处理，通俗而言，就是观察和分析有限元的计算结果.n(1)(1)通用后处理器通用后处理器POST1POST1n用于分析处理整个模型在某个子载荷步的某个子步，或者某个结果序列，或者特定时间或频率下的结果，例如在热分析中，查看时间等于15秒时模型的温度等。n通用后处理的菜单项如图7所示。n进入通用后处理器的方法如下：nMain Menu(主菜单) General Postproc(通用后处理器)n(2) (2) 时间历程后处理器时间历程后处理器POST26POST26n用于分析处理指定时间范围内模型指定节点上的某个结果随时间或频率变化的情况。时间历程后处理对应的菜单项如图8所示。n进入时间历程后处理器的方法如下：nMain Menu(主菜单)TimeHist Postprc(时间历程后处理器)