2022年ansys分析 .pdf

《2022年ansys分析 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年ansys分析 .pdf（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、杆系结构的静力学分析概述实际结构都是空间结构，所承受的载荷也是空间的。但是如果结构具有某种特殊形状， 所承受的载荷具有特殊的性质，就可以将空间问题简化为杆系结构问题，平面问题等。这样处理后，计算工作量大大减少，而所得结果仍可满足精度要求。所谓杆系结构指的是由长度远远大于其他方向尺寸（10:1）的构件组成的结构，如连续梁，桁架，钢架等。当结构承受不随时间变化的载荷作用时，需要进行静力学分析，分析其位移，应变，应力等。步骤：前处理：进行有限元模型的创建。求解：静力学分析所施加的载荷类型有:外部施加的集中力和压力，稳态的惯性力（如重力和离心力），位移载荷，温度载荷。后处理：经理学分的结果包括结构的位

2、移，应变，应力和反作用力等，一般是使用POET1（普通后处理器）来查看这些结果。单元表操作：Main Menu General Postproc Element Table Define Table Main Menu General Postproc Element Table Erase Table Lab：用户指定的单元表名称，不能超过8 个字符。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 平面问题的求解概述1 平面

3、问题所谓平面问题指的是弹性力学的平面应力问题和平面应变问题。当结构为均匀薄板， 作用在板上的所有面力和体力的方向均平行于板面， 而且不沿厚度方向发生变化时，可以近似认为只有平行板面的三个应力分量x，y，xy 不为零，所以这种问题就被称为平面应力问题。设有无限长的圆柱体， 在柱状体上作用的面力和体力的方向与横截面平行，而且不沿长度发生变化。此时，可以近似的认为只有平行于横截面的三个应变分量x，y，xy 不为零，所以这种问题就被称为平面应变问题。2 对称性当结构具有对称面而载荷也对称于该对称面时，可以利用该对称性， 取结构的一半进行分析，并且约束掉对称面上垂直方向的位移，从而减少了计算量。名师资料

4、总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 模态分析概述模态分析的定义模态分析主要用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型， 它也是阶响应分析、 瞬态动力学分析以及谱分析等其他动力学分析的基础。ANSYS 提供的模态提取方法有：子空间法（subspace ） 、分块法（block lanczos） 、缩减法（ reduced/householder ） 、动态提取法（power dynamics） 、 非对称法（unsy

5、mmentric） 、 阻尼法 （damped） 、QR 阻尼法（ QR damped）等，大多数分析都可以使用子空间法、分块法、缩减法。模态分析的步骤1 建模定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。但应注意：模态分析是线性分析，非线性分析将被忽略掉；必须定义材料的弹性模量和密度。2 施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。指定分析类型： Main Menu SolutionAnalysis TypeNew Analysis，选择 Modal。指定分析选项： Main Menu SolutionAnalysis

6、 Type名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - Analysis Option，选择 MODOPT （模态提取法），设置模态提取数量 MXPAND 。施加主自由度，仅缩减法使用。施加约束：Main Menu SolutionDefine Loads Apply StructuralDisplacement。求解： Main MenuSolution Solve Current LS。3 扩展模态如果要在POST1 中

7、观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。 过程包括重新进入求解器、激活扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。激活扩展处理及其选项， Main Menu SolutionLoad Step Opts Expansionpass Single Expand modes。指定载荷步选项。扩展处理： Main MenuSolutionSolveCurrent LS。注意：扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。4 查看结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

8、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - 有预应力的模态分析概述有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和振型，例如对高速旋转的锯片的分析。除了首先要通过进行静力学分析把预应力施加到结构上外，有预应力模态分析的过程与普通的模态分析基本一致。1 建模并进行静力学分析。进行静力学分析时， 预应力效果选项必须打开（ PSTRES，ON） ，关于集中质量的设置（LUMPM ）必须与随后进行的有预应力模态分析一致。静力分析过程与普通的静力学分析完全一致。2 重新进入 Solution，进行模态分析。同样，预应力效果选项也必

9、须打开。另外，静力学分析中生成的文件jobname.EMAT 和joaname.ESA V 必须都存在。3 扩展模态后并在后处理器中查看他们。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - 谐响应分析概述谐响应分析的定义谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。谐响应分析主要采用缩减法（Reduced） 、模态叠加法（Mode Superpostion） 、完全法（ Full ） 。完全法是默认

10、的方法， 最容易的使用方法。 它采用完整的系数矩阵计算谐响应， 不涉及质量矩阵的近似，不必关心如何选取主自由度或振型。系数矩阵可以是对称的，也可以是不对称的。缺点是预应力选项不可用，有时计算量比较大。缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。主自由度处的位移计算出来后，其解可以被扩展到初始的完整DOF集上。该方法可以考虑预应力效果，但不能施加单元载荷，所有载荷必须施加在用户定义的主自由度上。模态叠加法通过对模态分析得到的振型乘以因子并求和来计算结构的响应。对许多问题，其计算量比前两种方法都少。该方法可以考虑预应力效果，允许考虑阻尼。但不能施加非零位移。谐响应分析是线性分析，会忽略掉所有

11、非线性特性。另外要求所有载荷必须具有相同的频率。谐响应分析步骤1 建模名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - 包括定义单元类型、定义单元时常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。但需注意的是：谐响应分析是线性分析，非线性特性将被忽略掉，必须定义材料的弹性模量和密度。2 施加载荷和求解根据谐响应分析的定义， 施加的所有载荷都随时间按正弦规律变化，指定一个完整的正弦载荷需要确定3 个参数：幅值（Amplitude ，

12、载荷最大值）、向位移（ Phase angle 载荷落后或超前参考时间的角度） 、载荷频率范围（ Forcing Frequency Range） ，或者实部、虚部和载荷频率范围。具体分析步骤如下：指定分析类型： Main Menu SolutionAnalysis TypeNew Analysis，选择 Harmonic。指定分析选项： Main Menu SolutionAnalysis TypeAnalysis Options，选择求解方法。定义主自由度，仅缩减法使用。施加约束：Main Menu SolutionDefine Loads Apply structuralDisplace

13、ment。施加载荷：Main Menu SolutionDefine Loads Apply structural，可以按实部 /虚部、或幅值相位角两种方式定义载荷。指定激振频率范围：Main Menu Solution Loads Step Opts Time/Frequence Freq and Substps 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - 求解： Main MenuSolution Solve Cur

14、rent LS。3 查看结果分析计算的得到的所有结果也都是按正弦规律变化的。可以用 POST26 或 POST1 查看结果。通常的处理顺序是首先用POST26 找到临界频率，然后用 POST1 在临界频率处查看整个模型。POST26 用结果 -频率对应关系表即变量查看结果，1 号变量被软件内定为频率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - - - - - - - - 瞬态动力学分析概述瞬态动力率学分析的定义瞬态动力学分析， 又称时间历程分析， 主

15、要用于确定结构承受随时间按任意规律变化的载荷时的响应。它可以确定结构在静载荷、瞬态载荷和正弦载荷的任意组合作用下随时间变化的位移、应力和应变。瞬态动力学分析也采用缩减法，模态叠加法，完全法。瞬态动力学分析步骤1 建模和其他建模相似，但必须定义材料的弹性模量和密度。2 施加载荷和求解瞬态动力学可以施加随时间按任意规律变化的载荷。要指定这些载荷，需要把载荷对时间的关系曲线划分成适当的载荷步。在载荷 -时间曲线上每一个拐角都应作为一个载荷步。施加瞬态载荷的第一步通常是建立初始条件，即零时刻的初始位移和初始速度。如果没有设置，两者都被设为0.然后，指定后续的载荷步和载荷步选项。即指定每一个载荷步的时间

16、值、载荷值、是阶跃载荷还是坡度载荷及其他载荷步选项。即指定每一个载荷步的时间值、 载荷值、 是节约载荷还是坡度载荷及其他载荷步选项。 最后，将每一个载荷步写入文件并一次性求解所有载荷步。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - 具体的加载和求解过程如下：指定分析类型： Main Menu SolutionAnalysis TypeNew Analysis，选择 Transient。指定分析选项： Main Menu So

17、lutionAnalysis TypeAnalysis Options，选择求解方法。定义主自由度，仅缩减法使用。施加约束：Main Menu SolutionDefine Loads Apply structuralDisplacement。施加载荷：Main Menu SolutionDefine Loads Apply structural，设定载荷步选项： Main Menu SolutionLoads Step Opts Time/Frequence time-time step。写载荷步选项： Main MenuSolutionLoads Step Opts Write LS Fi

18、le 。重复以上过程，设置下一个载荷步。求解， Main MenuSolution Solve Current LS。查看结果分析计算的得到的所有结果也都是按正弦规律变化的。可以用 POST26 或 POST1 查看结果。通常的处理顺序是首先用POST26 找到临界频率，然后用 POST1 在临界频率处查看整个模型。POST26 用结果 -频率对应关系表即变量查看结果，1 号变量被软件内定为频率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - -

19、- - - - - Operate Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volume SweepSweep Opts Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Elem Ext Opts 功能：由面单元生成体单元的相关控制ACLEAR ：面单元网格是否清除选项。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - 接触分析概述接触问题属于状态

20、非线性问题，是一种高度非线性行为，需要较多的计算资源， 为了进行更为有效的计算，理解问题的特征和建立合理的模型是很重要的。接触问题存在两个较大的难点：其一，在求解问题之前，不清楚接触区域的范围， 表面之间是接触是分离是未知的，并且随载荷、材料、边界条件及其他因素而变化；其二，接触问题长需计算摩擦力，各种摩擦模型都是非线性的， 使问题的收敛更加困难。接触问题的分类接触问题有两个基本类型：刚体-柔体的接触，柔体-柔体的接触。在刚体 -柔体的接触问题中，有的接触面与它接触的变形体相比有较大的刚度而当做刚体。一般情况下， 一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被近似为刚体-柔体的接触，许多金属成型问题

21、归为此类接触。而柔体-柔体的接触，更是一种普遍的类型，此时两个接触具有近似的刚度，都为变形体。ANSYS 的接触方式在 ANSYS 中通过接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在模型可能接触面上的一层单元。ANSYS 支持 3 种接触方式：点 -点、点 -面、面 -面的接触，每种都有相适用的单元。1 点-点接触主要用于模拟点 -点的接触行为。为了使用点-点接触单元，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 需要预

22、先知道接触位置， 这类问题只适用于接触面之间有较小滑动的场合。 如果两个接触面上的节点一一对应，相应滑动又忽略不计，两个面挠度（转动）保持较小量，那么就可以用点-点接触单元来模拟该类问题，过盈装配问题是用点-点接触单元模拟面-面接触的典型例子。2 点-面接触主要用于模拟点-面接触行为。通过节点定义一个接触面，而面既可以是刚体也可以是柔体。使用这类接触单元，不必预先知道准确的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有较大的变形和大的相对滑动。一个典型例子就是模拟插头插入插座。3 面-面接触将刚性面作为目标面，将柔性面作为接触面处理。接触分析的步骤1 面-面的接触分析面-面接触分析模拟

23、刚体-柔体、柔体 -柔体的面 -面接触。将刚性面作为接触面处理，这两个面合起来称为解除对。使用单元类型 TARGE169 和 CONTA171 或 CONTA172 来定义二维接触对，使用单元类型TARGE170 和 CONTA173 或 CONTA174 来定义三维接触对， ANSYS 通过相同的实常数号来识别接触对。步骤一：建立模型并划分网格需要建立代表接触体的实体模型，与其他分析过程一样， 要设置单元类型、实常数、材料特性等，并用恰当的单元类型为接触名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

24、- - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 体划分网格。步骤二：识别接触对。ANSYS 通过目标单元和接触单元的定义来判断潜在的接触面，目标和接触单元会跟踪变形阶段的运动。不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义。由于几何模型和潜在变形的多样性， 有时候一个接触面的同一区域可能和多个目标发生接触关系。 此时应该定义多个接触对（使用多组覆盖层接触单元），每个接触对有不同的实常数号。步骤三：定义目标面和接触面。对于刚体 -柔体的接触问题，将刚性面定为目标面，将柔性面定义为接触面。 在二维情况下， 刚性目标面的形状可以用一系列直线、圆弧和抛物线来描述，或者用他们的

25、任意组合来描述复杂的目标面。在三维情况下， 目标面的形状可以用三角面、圆柱面、圆锥面和球面来描述，对于复杂、任意形状的目标面，应用三角面来描述。对于柔体 -柔体的接触问题，应按下列原则来定义目标面和接触面：凸面定义为接触面，凹面定义为目标面；细网格定义为接触面，粗网格定义为目标面；较软的面定义为接触面，较硬的面定义为目标面； 高阶单元面定义为接触面，低阶单元面定义为目标面；较小的面定义为接触面，较大的面定义为目标面。为了定义柔性体的接触面，必须使用接触单元CONTA171 或CONTA172 来定义二维表面， 用 CONTA173 或 CONTA174 定义名师资料总结 - - -精品资料欢迎

26、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - 三维表面，接触面和目标面的实常数号必须相同。步骤四：设置实常数和单元选项。ANSYS 使用实常数和单元选项来控制面-面接触单元的接触行为。实常数包括：FKN（法向接触刚度因子） 、FTOLN （最大穿透范围）、 ICONT （初始靠近因子）、 PINB （pinball 区域） 、 PMIN和 PMAX（初始穿透范围） 、 TAUMAX（最大的接触摩擦） 、 CNOF（接触面偏移值） 、FKOP（接触发生时的刚度

27、因子）等。步骤五：控制刚性目标的运动刚性目标面是按实体的原始外星来建立的，而整个面的运动是通过“ plot”节点给定的位移来定义的。每个目标面只能有一个plot 节点。圆、圆弧、圆锥、圆柱、球只能定义第一个节点为plot节点。载荷和边界条件只能施加在plot 节点上，只有 plot 节点能与其他单元相连。 为了控制目标面的运动，在下列任一情况下必须使用 plot 节点： 目标面上作用着给定的外力、 目标面发生旋转、目标面和其他单元相连（例如结构质量单元）。步骤六：施加必要的边界条件。步骤七：定义求解和载荷步选项接触问题的收敛性随问题的不同而不同，下面列出了在大多数面-面接触分析中都推荐使用的一

28、些选项: 打开自动时间步长，Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequence Time and Substeps 选择完全牛顿 -拉普森迭代， 关闭自适应下降因子， Main Menu名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - SolutionAnalysis TypeAnalysis Options 设置合理的平衡迭代次数（25-50） ，Main Menu Soluti

29、onLoads Step Opts NonlinearEquilibrium iter 。打开时间步长预测器选项，Main MenuSolution Loads Step OptsNonlinear Predictor。使用线性搜索选项来计算稳定化，Main MenuSolutionLoads Step Opts NonlinearLine search。步骤八：求解步骤九：查看结果接触分析的结果包括常规的位移、应力、应变，还有接触压力、滑动等接触信息。可以使用POST1 或 POST26 后处理器查看结果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

30、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - 稳定性分析问题屈曲分析概述屈曲分析的定义屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。ANSYS 提供了非线性屈曲分析和特征值（线性）屈曲分析两种方法， 特征值屈曲分析即传统的弹性屈曲分析方法，非线性屈曲分析方法， 非线性屈曲分析方法比特征值屈曲分析更精确，是实际中更常用的方法。特征值屈曲分析过程1 建立模型与其他分析类似， 但需要注意的是： 必须定义材料的弹性模量和某种形式的刚度。另外，特征值屈曲分析属于线性分析，非线性特性将被忽略

31、。2 获得静力学解该过程与一般的静力学分析一致，但需注意的是：必须打开预应力效果选项，因为该分析需要计算应力刚度矩阵；通常需要为结构施加一个单位载荷，屈曲分析计算出的特征值即为屈曲载荷（临界载荷） 。在凝聚法特征值屈曲分析中，不接受非零约束；在求解结束后要退出求解器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - 3 获得特征值屈曲解进入求解器。指定分析类型： Main MenuSolution Analysis TypeN

32、ew Analysis，选择 Buckling 。指定分析选项： Main MenuSolution Analysis TypeAnalysis Options，选择特征值提取方法（Method）为Block Lanczos，提取的特征值数目（NMODE ）为 1. Main Menu SolutionLoads Step Opts Output Ctrls Solu Printout。如果要查看屈曲模态形状，需扩展模态，Main MenuSolution Loads Step Opts Expansionpass Single ExampleExpand nodes，选择 NMODE 为 1

33、. 求解。4 查看结果ANSYS 屈曲扩展过程的结果有：屈曲载荷系数、屈曲模态形状、相对应力分布等。查看结果使用POST1 后处理器。显示屈曲载荷系数，Main Menu General PostprocResult Summary。因为在结果文件中， 每个模态都作为一个子步骤进行保存。所以要观察屈曲模态形状，必须将相应的模态读入，通常是第一个模态， Main MenuGeneral Postproc Read Resultfirst Set。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - 显示屈曲模态形状，Main MenuGeneral PostprocPlot Result Deformed Shape。显示相对应力分布名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -