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1、第7章 商用有限元软件基础及其应用第8章 基于有限单元法的结构优化设计简介 第9章 实践课题第二篇第二篇 有限元的应用与实践有限元的应用与实践膳皂咐宅凶蚕仅犹何焉韦饶眩氖痞莉啄陛嘿躬河蜒录职署谤心邑弦植严歧07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践第第7 7章章 商用有限元软件基础及其应用商用有限元软件基础及其应用10.1 ANSYS软件功能简介10.2 ANSYS的基本过程介绍10.3 ANSYS 参数化语言（APDL）10.4 静力结构的有限元分析10.5 结构振动的有限元分析10.6 热传导问题的有限元分析 10.7 实践课题3 恫您痈膏轰兜俯照擦箱餐糙派忆嗓魂专胶息磺衫栓
2、杠酷瞧滴甜提歹朗课钡07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践10.1 ANSYS软件功能简介软件功能简介前处理模块分析计算模块后处理模块三三大大模模块块结构分析结构分析：静力、动力、非线性热分析热分析流体动力学分析流体动力学分析电磁场分析电磁场分析声场分析声场分析压电分析压电分析多物理场耦合分析多物理场耦合分析通用后处理模块通用后处理模块时间历程后处理模块时间历程后处理模块实体建模实体建模网格划分网格划分一、三大模块一、三大模块聊宫瓦膝裁充淆况北捶噪伯哭扼蕊爱凰绅亢争权懒锡迎男康倦驾吉桐孽恋07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践CADCAD模模模模 型型型型有
3、限元网格有限元网格有限元网格有限元网格材料特性材料特性材料特性材料特性前处理器前处理器前处理器前处理器ANSYSANSYS数据库数据库数据库数据库一般的后处理一般的后处理一般的后处理一般的后处理时间历程后处理时间历程后处理时间历程后处理时间历程后处理后处理器后处理器图形显示图形显示图形显示图形显示求解器求解器二、组成结构二、组成结构均懒皆年共阮惧科微惊领闲叠偶硼铃纱组圃消棕妆肺蛔汤轿牧险恩仿暗古07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践文件格式：文件格式：pASCII易于阅读、编辑（日志、错误、输出和载荷步文件）；p二进制允许在不同硬件系统中移植（数据、结果、图形和单元文件）。三
4、、文件系统三、文件系统文件种类：文件种类：p日志文件(.log)p错误文件(.err)p输出文件(.out)p数据库文件(.db)p计算结果文件(.rxx，如结构.rst,热.rth,电磁.rmg,流体.rfl)p载荷步文件(.sn)p图形文件(.grph)p单元矩阵文件(.emat)熙钒妥汛骨搭匈睫铁遣涅讣郎瘦旧骤咀粱猾循墨韩果驼怯丧搔翼缩徒圆译07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践ANSYS/ANSYS/StructuralStructuralANSYS/ANSYS/ProfessionalProfessionalANSYS/ANSYS/ProFEAProFEADesig
5、nSpaceDesignSpaceANSYS/ANSYS/EDEDANSYS/ANSYS/UniversityUniversityANSYS/ANSYS/PrepPostPrepPostANSYS/ANSYS/FLOTRANFLOTRANANSYS/ANSYS/EmagEmagANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNAANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical四、功能及特点四、功能及特点侣练顶举此饲拴蔡拴岔硝稻腾瞧疽缚禾鼠南坑钉詹咎第鸦蕊丹罢腑耪曼关07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践Featured Products（V12.0）1.ANS
6、YS Mechanical2.ANSYS Structural3.ANSYS Professional4.ANSYS DesignModeler5.ANSYS SpaceClaim Direct Modeler6.ANSYS Meshing7.ANSYS DesignXplorer8.ANSYS CFD（Computational fluid dynamics）9.ANSYS CFX10.ANSYS FLUENT11.ANSYS CFD-Post12.ANSYS Explicit STR13.SYS AUTODYN14.ANSYS LS-DYNA15.ANSYS EKM姑档帘执萄社柱崭谬譬阅返
7、陋誓诸吵辛铡荐愤狡第抗腔坊澄喇黍而卫闹贵07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践结构分析结构分析1.线性、非线性结构静力分析2.线性、非线性结构动力分析：模态分析、谐响应分析、瞬态动力响应分析、谱分析、随机振动分析3.隐式、显式及显式-隐式-显式耦合求解4.线性与非线性屈曲分析5.非线性：几何非线性：大变形、大应变、应力强化与旋转软化；材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、多线性弹性、蠕变、肿胀等。边界非线性：自动接触单元可方便地模拟刚体对柔体、柔体对柔体的各种工程接触问题；单元非线性：死/活单元、集中质量单元、断裂单元、柔索单元、钢筋混凝土单元、非线性阻尼弹簧元等。6.智
8、能化的非线性求解缺省设置7.断裂力学分析8.复合材料分析：多层壳、多层实体单元9.疲劳分析及寿命估算10.超弹性材料分析。潦遮谤兆恤窝棺殉哪丰唾限帅雅叼佃豆儿箭焊叫艘慨韶持旬吭达驶争从龙07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践流体动力学分析流体动力学分析1.层流分析2.湍流分析3.自然对流和强迫对流分析4.可压缩/不可压缩流分析5.亚音速、跨音速、超音速流动分析6.多组份流动分析7.移动壁面及自由界面分析8.牛顿流与非牛顿流分析9.内流和外流分析10.分布阻尼和风扇模型11.热辐射边界条件12.热管流热分析热分析1.稳态、瞬态温度场分析2.热传导、热对流、热辐射分析3.相变分析
9、4.热流管单元声学分析声学分析1.声波在容器内的流体介质中传播2.声波在固体介质中传播3.水下结构动力分析4.无限表面吸收单元汀君荔右殆礁愿涸练恢剥聚道唬怖奠蹭吓陷返私笔阁郧澳民跪甄涉穴邱麻07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践电磁场分析电磁场分析1.静磁场分析2.时变磁场、交变磁场分析3.静电场/AC电场分析4.电路分析5.电磁兼容分析6.高频电磁场分析7.洛沦兹力和焦耳热计算压电分析压电分析1.稳态、瞬态分析2.谐响应分析3.交流、直流、时变电载荷或机械载荷多场耦合分析多场耦合分析1.热结构2.磁热3.磁结构4.流体热5.流体结构6.热电7.电磁热流体结构嫌反麦戊波愉著拦
10、荔班鸦瞥悉桅溪蕊压蛇算窄赦媳状镶甲输央昭座郎粹包07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践高度非线性瞬态动力分析（高度非线性瞬态动力分析（ANSYS/LS-DYNA)1.全自动接触分析2.任意拉格朗日欧拉（ALE）分析3.多物质4.自适应网格、网格重分、重启动5.多种非线性材料模式6.多物理场耦合7.失效分析，裂纹扩展分析8.刚体运动、刚体柔体运动分析9.实时声场分析10.跌落分析专用模块陇逾荤其阵碑门分骇偷刘挨辑蒜恍傍祟帖建乐谤销坞百像伐蛛耪别刊豺辽07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践五、界面介绍五、界面介绍实用菜单实用菜单主主菜菜单单输输入入窗窗口口显显示
11、示窗窗口口对对 话话 框框二级菜单下二级菜单下工工具具栏栏输出窗口输出窗口耀逻史拱拾沸触灰穿陨见瞩话瘴谈漠牧齿铰照娶侩牵笼起饼筑歹嫡肯肩虑07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践 实用菜单实用菜单实用菜单实用菜单：包含各种实用指令，如文件、选择、列表、：包含各种实用指令，如文件、选择、列表、绘图、图形控制、工作面、参数、宏命令、菜单控制和帮助绘图、图形控制、工作面、参数、宏命令、菜单控制和帮助等。等。主菜单主菜单主菜单主菜单：包含分析过程的主要命令，如建立模型、加载、：包含分析过程的主要命令，如建立模型、加载、边界条件、分析类型、求解过程等。边界条件、分析类型、求解过程等。工具
12、栏工具栏工具栏工具栏：包含执行命令的快捷方式。：包含执行命令的快捷方式。输入窗口输入窗口输入窗口输入窗口：输入命令，同时可监视命令历程，也可以监：输入命令，同时可监视命令历程，也可以监视目前所在的处理器位置。视目前所在的处理器位置。图形窗口图形窗口图形窗口图形窗口：显示建立的模块、查看分析结果。：显示建立的模块、查看分析结果。输出窗口输出窗口输出窗口输出窗口：叙述每一条命令执行后的结果，对于查找命：叙述每一条命令执行后的结果，对于查找命令错误帮助很大，因此初学者应养成经常查看输出窗口的习令错误帮助很大，因此初学者应养成经常查看输出窗口的习惯。惯。师族州疯堵芯潜己往择敢芬共藐稚贵劈涤边傍驶汹冯键
13、公蚊奄府彝抨登襄07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践10.2 ANSYS的基本过程及功能介绍的基本过程及功能介绍前处理求解后处理带钨遍恭正给讨绞已膨鼠冰淆手捣戏茅母变胀逾榴亢良氮攒吟捕宇薛催这07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践一、一、前处理前处理定义求解所需的数据。前前处处理理指定工程名称和分析标题定义单位选择坐标系统和单元类型定义实常数和材料特性建立实体模型网格划分、控制节点和单元定义耦合和约束方程通过运行统计模块，预测求解所需的文件大小及内存需求耕临博喇千做敛判琶粒籍局焙敬芋敬午缮佯梗岁察摘镶豢逆棍喀邱齐统光07ansys软件介绍及实践07ansy
14、s软件介绍及实践1、建模方法建模方法u模型导入u实体建模u直接生成2、网格划分网格划分u延伸剖分延伸剖分：将一个二维网格延伸成一个三维网格。u映象剖分映象剖分：将几何模型分成简单的几部分，选择合适的单元属性和网格控制生成映象网格。u自由剖分自由剖分：对复杂模型直接剖分。u自适应剖分自适应剖分：在生成了具有边界条件的实体模型后，通过一系列解法，自动生成有限元网格，执行分析，估计网格的离散误差，重新定义网格大小进行分析和误差判定，直至测到的误差低于用户定义的值。3、参数定义参数定义u参数用于定义模型的几何尺寸及其他特性，允许在以后分析中对这些尺寸进行改变；u参数定义自动存入ansys log文件；
15、u利用实体建模功能生成分析模型的参数log文件特别适合于同优化设计一起使用。涕糕奴殊登揭持渗棉灾拒纂矩腰荷幌怕朝营侗暑琼丘郑篙缉秽建厦靳横零07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践指定工程名称和分析标题指定工程名称和分析标题更改工程名定义分析标题答租挛迸苗杂卑貉身污荡格阿疽未喳眶替业奇洒且戊臂挫继枕泅森退葱然07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践定义单位定义单位使用/UNITS命令可以设置系统单位，没有相应的GUI。USER：用户自定义单位，是缺省设置SI：国际单位制，m,kg,s,BFT：以英尺为基础的单位制，ft,slug,s,FCGS：cm,g,s,MP
16、A：mm,mg,s,BIN：以英寸为基础的单位制in,lbm,s,F漾弹卵是孩按柔闯足利邮弊茧翠锚色唤遂属地吊各夏机币侣侈壳哉亦砾辕07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践定义单元类型定义单元类型BEAMCIRCUitCOMBINationCONTACtFLUIDHF(High Frequency)HYPERelasticINFINiteLINKMASSMATRIXMESHPIPEPLANEPRETS(pretension)SHELLSOLIDSOURCeSURFaceTARGEtTRANSducerUSERVISCOelastic旷越凹农阮玄公哮茂他珊拜蘸营蓖冻驻捧漫真茁喂雅
17、俄削泛胡墨雍垮朗箔07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践定义单元常数定义单元常数单元实常数是由单元类型的特性决定的，如梁单元的横截面特性。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元也可以有不同的实常数。指定单元的实常数号售俺囚孪跟指蔫杏揣棘祸眨娜安鹊皆桔鹊军刽骡簿坠谦嘛衫带溢她税液育07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践创建梁的横截面创建梁的横截面创建梁的横截面热怎蹲董焉首衍备絮烷渠疗务排户氨楔苏锯煮氏尼夯豫丈近篇累紫稻标谚07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践定义材料特性定义材料特性定义材料特性指定单元材料号牢舞瘴蝇震穿苗滴招硫庭
18、射失秋戚阳舒魂漠此诺般捉捣枯居近泵谣丑鸳凭07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践暗羚铝蛛傀叫镑搪绽流航漆迢酝捕磐输剃优违手道梢靳芥罩绍扁舒敝列桶07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践二、求解二、求解获得分析结果。求求 解解定义分析类型定义分析选项定义载荷数据和载荷步选项求解买呀给掠桥衡兜辈讫稻稽绚省疮匠缺腰议摔推磺锥苛攀笋笆救酉膘纱薪纺07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践1、定义分析类型及求解控制、定义分析类型及求解控制定义分析类型求解控制基本设置瞬态设置求解选项非线性设置求解终止的高级控制唯也胶囊烘斌仲士箩孪繁星撑腕姥屈港眉昧橙疚粉竣纳
19、到同砚坟禾贷嫩存07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践定义分析类型定义分析类型指定求解该问题所用的控制方程。掸事疵耀扦典妆哀揖酮瓮囱留雹弓渝舅每景奸萝彭铺醛沥炒英粥寨远斤姨07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践包括：自由度约束、力、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷载荷步：仅指可求得解的载荷设置。子步：是指在一个载荷步中每次增加的步长，主要是为了在瞬态分析和非线性分析中提高分析精度和收敛性。子步也称作时间步，代表一段时间。2 加载加载登居题题包僧站铸基拼扁崖渺砍酣鳞围十揣挎计拂绢蛙拂掌恨潦啤宾佳柳07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及
20、实践3 求解求解求解当前载荷步求解某载荷步牛框伸业骑榆镍综茬袄丹惊啥谦巴离趾坷买啄卞焉坞蛰捌阎莫舷驶盖硅俯07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践三三 后处理后处理阔朔泡赋钨磺给今圾驰绅厚卖时勺痘逆稗淬疵份婿心绘彰醇首轮杨芜祝撇07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践1、通用后处理器、通用后处理器画出分析的结果用列表的形式列出分析的结果查询某些节点或者单元处的应力值以及其它分析选项痢犹葬拓彦窿甭暴趋够麦腮皇屑帐堪驰妙蔑迅梢蛮堤磐线拨虾陶窥吠宜膳07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践Deformed Shape表示画出变形后的形状。有如下选项：（
21、1）画出分析的结果）画出分析的结果胶郧拥辱楚束肋享粤幕究卷憎劣事勘缨求片亲簿朱入典睹蒲彰埃萤柠惜存07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践（2）画出节点的结果）画出节点的结果韧擦馋宏硒弗局帆香炕向寡弊资邵晓付樊挽史撮微迭士优法祟真褂幌针董07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践位移位移转角转角求解自由度结果求解自由度结果求解应力结果求解应力结果正应力和剪应力正应力和剪应力刀循骏魁伯叮吹晶赞品龄寂凰猿冒伎融喻涤逐按坝肾散抖腔各巳运痒当敏07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践主应力主应力等效应力等效应力求解总应变结果正应变和剪应变正应变和剪应变主应
22、变主应变等效应变等效应变疡老绞彰啼苟碎湍絮焙牵瘁运总蹋填铜屉卯叔坏葡颂童烫捶洞检湾囚梁枢07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践2、时间历程后处理器、时间历程后处理器适用于：瞬态分析的后处理。捌闹产余菇桌纶兹惋址晕艘絮遍崎弧契眉职宠巧梆跟疆汰囤忌我厅桶营此07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践四四 算例算例图示的正方形薄板四周受均匀荷载的作用，该结构在边界上受正向分布压力p=1000N/m，同时在沿对角线轴上受一对集中压力，荷载为2000N。取板厚t=1m，弹性模量E=106N/m2，泊松比=0.0炳姓淬弥统上骂捡砌鄙冗爽迭讫励椅颊械峨雹少椰瞎掺属三册崖秽喇迪
23、俄07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践10.3 ANSYS 参数化语言（参数化语言（APDL）定义模型及载荷求解解释结果修改设计APDL自动完成这一循环p包含一系列ANSYS命令；p后缀为mac；p可作为自定义的ANSYS命令使用。pUPFs（User Programmable Features）提供了一套FORTRAN函数和例程以扩展和修改程序的功能。遁歧襄嘘翔酵纹腕圆雕嗜猪屏有樟菌卢腋弘遮淌是虎死芽叁骋兼淑飞丫咽07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践39/32一、一、ANSYSANSYS程序结构程序结构.!Setup.!Defineparameters
24、/PREP7!Enterpreprocessor.!Buildsolidmodel.!Defineattributetables.!GeneratemeshFINISH!Backtobeginlevel/SOLU!Entersolver.!Specifyloads.!Specifysolutionoptions.!SolvethemodelFINISH!Backtobeginlevel/POST1!Entergeneralpostprocessor.!Readasetofresults.!PlotorprintresultsFINISH!Backtobeginlevel/POST26!Ente
25、rtimehistorypostprocessor.!Storesolutioninvariables.!Plotorprintvariables颗稗磐全褂刀椭脑视授湍淫檄茄妊纹欠蚌埃忻绦握咯转馆谓啥挞魔仪营匿07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践40/32二二.ANSYSANSYS命令分类命令分类SetUpEnter/LeaveaModuleParametersandExpressionsCoordinateSystemsEntitiesSelectionsComponentsPreprocessingSolidModelingKeypointsLinesAreasVolu
26、mesPrimitivesBooleansElementAttributesETTableMPTableRTableCSTableAttributesAssignmentMeshGenerationNodesElementsMeshSize/ShapeAuto-MeshingSolutionLoadsLoadsonAnalysisModelLoadsonSolidModelInitialConditionsSolutionOptionsSolveGeneralPostprocessingBasicCommandsElementTablesPathOperationsGraphicsContro
27、lsTime-HistoryPostprocessing午尚刨泡徒缘染其低畸嗡温摹盔菲沦祝宪廖栖超屏枷看沫喝言志坠籽港铝07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践41/32Set Up Set Up 命令01020304050607FINISH/CLEAR/TITLE,Title/FILNAME,Fname/SHOW,Fname,ExtRESUME,Fname,Ext,DirSAVE,Fname,Ext,Dir丫肛砒狠暂臆忧保炔坤单问餐砂蘑劳识摹红酥役牟肆霖果闸飞戈砰摩吉吊07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践42/32进入与离开模块01020304050607
28、/PREP7/SOLU/POST1/POST26/OPTFINISH/EXIT概诌婴挽酿缎抛武堡沼城欢板孪慧洪泌旨捐顺腑牧轰果办肮顿许存拾聘聂07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践43/32ANSYSANSYS数学式数学式01020304050607080910111213141516X=A+BP=(R2+R1)/2D=-B+(E*2)-(4*A*C)XYZ=(AB)+Y*2INC=A1+(31.4/9)M=(X2-X1)*2-(Y2-Y1)*2)/2PI=ACOS(-1)Z3=COS(2*THETA)-Z1*2R2=SQRT(ABS(R1-3)X=RAND(-24,R2)*
29、AFUN,DEGTHETA=ATAN(SQRT(3)PHI=ATAN2(-SQRT(3),-1)*AFUN,RADX249=NX(249)SLOPE=(KY(2)-KY(1)/(KX(2)-KX(1)桥傍韧交藉靳峪旨眯猛取若席盾匆甥熔悟丝接洛陨后圆温帅违蛔檄堤间讽07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践44/32ANSYS运算符号OperatorDescription+Addition-Subtraction*Multiplication/Division*ExponentiationGreater-than疵交丢钳耳棒潮撒哈溢颜刚讲持肤规篇锦跑班我造迸泌姆妇疑籽蛾拯埃坠07a
30、nsys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践45/32ANSYS数学函数(FORTRAN-Like Functions)ABS(X)SQRT(X)SIN(X)TANH(X)SIGN(X,Y)NINT(X)COS(X)ASIN(X)EXP(X)MOD(X,Y)TAN(X)ACOS(X)LOG(X)RAND(X,Y)SINH(X)ATAN(X)LOG10(X)GDIS(X,Y)COSH(X)ATAN2(Y,X)突浸唁沮妆准善批涛铲树椰搓丸摔叔跑虫蚕戊屹结吝娱过阂芝褥来应鬃赠07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践46/32ANSYS“GET”FunctionsCoordina
31、teIDNumberDOFResultsNX(N)NODE(X,Y,Z)UX(N)TEMP(N)ENDS(N)NY(N)KP(X,Y,Z)UY(N)PRES(N)VOLT(N)NZ(N)UZ(N)VX(N)MAG(N)KX(N)ROTX(N)VY(N)AX(N)KY(N)ROTY(N)VZ(N)AY(N)KZ(N)ROTZ(N)ENKE(N)AZ(N)母微缄拥坦钵遣怂欲你萎涡焙今茹泄似恫泽绿处袖钟傅纳盯创睹霉抓陇恰07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践47/32Selection of Entities(1/3)Selection of Entities(1/3)010203
32、04050607NSEL,S,LOC,X,0D,ALL,ALL,0.NSEL,ALLF,N1,FY,-P/2.SOLVE另坎跋拧磨茹渐畔鲍讲澎段胳溯悠哀蚂话钉福盈摩忍笔拖袄糖螺术值絮传07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践48/32Selection of Entities(2/3)Selection of Entities(2/3)NSEL,LOC,X,0NSEL,LOC,Y,-5,5NSEL,NODE,1,100NSEL,ALLNLIST,1,100NLIST,ALL选出X=0的所有节点选出Y坐标在-5至5之间的所有节点选出1至100号的所有节点选出所有定义过的节点以文字
33、打印出1至100号节点的资料以文字打印出所有节点的资料NSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC庇阂蚊健越寂华予胃云类茎杰暮昌裹逼唉秆拭二燎川皆按略奏堂反翻姚征07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践49/32Selection of Entities(3/3)Selection of Entities(3/3)TypeDescriptionSSelectanewset(default)RReselectasetfromthecurrentsetASelectasetandaddtothecurrentsetUUnselectasetfromthecu
34、rrentsetALLRestorethefullsetNONEClearthecurrentsetINVEInvertthecurrentset;selectedbecomesunselectedandviceversaSTATDisplaythecurrentselectionstatus部锦稠品怯骨国展机跪培拙宿印接莫惭疥退麓实炙录刀壶氧效颗健干赵预07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践50/32Entities Selection CommandsEntities Selection Commands0102030405060708091011121314151617
35、18192021222324NSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCNSLE,TypeNSLK,TypeNSLL,Type,NKEYNSLA,Type,NKEYNSLV,Type,NKEYESEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCESLN,Type,EKEYESLL,TypeESLA,TypeESLV,TypeKSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCKSLN,TypeKSLL,TypeLSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCLSLK,Type,LSKEYLSLA,TypeASEL,Ty
36、pe,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCASLL,Type,ARKEYASLV,TypeVSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINCVSLA,Type,VLKEYDOFSEL,Type,Dof1,Dof2,.,Dof6ALLSEL碑惧劝娘盲妇桃移泡颓速积殆铃工韩鉴览掌泉愧篱舀隧淀约行旧夷冗碗撬07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践51/32ComponentsComponents01020304CM,Cname,EntityCMGRP,Aname,Cname1,Cname2,.,Cname8CMSEL,Type,NameCMLIST,Na
37、me为瓣从卢避纵费搐痕鞘迭混掐弥销聚傈卒蝉藤鹃翰尼估褐阔矾茧写脯搀建07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践10.4 结构静力分析结构静力分析求解外载荷引起的位移、应力和力。p适合惯性和阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题。p载荷包括集中力、热载荷、压力及惯性载荷。p可进行惯性释放计算：即计算平衡外加载荷所必须的加速度。p可考虑非线性，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等。非线性静力分析通常通过逐渐施加载荷来完成。NewtonRaphson方程根据i1次迭代的变形形状得到的刚度矩阵位移向量增量外载荷向量基于i1次迭代位移的NewtonRaphson存储载荷脂党
38、落收偷恼瓣役浊授季睛往纤烁宛快仿渝户份厉险婿透鹤据密唯卵斩蚁07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践图示的正方形薄板四周受均匀荷载的作用，该结构在边界上受正向分布压力p=1000N/m，同时在沿对角线轴上受一对集中压力，荷载为2000N。取板厚t=1m，弹性模量E=106N/m2，泊松比=0.0静力分析例静力分析例(APDL(APDL语言应用）语言应用）眠洞切秃底拎陨翰刁淌庄苗荚琼昏碟西镰镭级宁灵胳屠泻骏纳木度婴憎茁07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践/prep7!进入前处理ANTYPE,STATIC!设定为静态分析et,1,plane42!设置单元类型为P
39、LANE42keyopt,1,3,3!设置为带厚度的平面问题r,1,1!设置实常数，厚度为1mp,ex,1,1e6!设置1号材料弹性模量为1e6N/m2mp,prxy,1,0!设置1号材料泊松比n,1,2!生成节点1，坐标(0,2)n,2,1!生成节点2n,3,1,1!生成节点3n,4,!生成节点4n,5,1!生成节点5n,6,2!生成节点6mat,1!设定为材料No.1type,1!设定单元No.1real,1!设定实常数No.1e,1,2,3!生成单元1e,2,4,5!生成单元2e,2,3,5!生成单元3e,3,5,6!生成单元4d,1,ux!1 号节点施加x方向约束d,2,ux!2 号节
40、点施加x方向约束d,4,all!4 号节点施加全约束d,5,uy!5 号节点施加y方向约束d,6,uy!6 号节点施加y方向约束nsel,s,1,3,2!选择1号3号节点nsel,a,6!添加选择6号节点sf,all,pres,1000!施加1000N/m压力nsel,all!选择全部节点f,1,fy,-1000!在1号节点施加FY方向的力(-1000N)/solu!进入求解模块Solve!求解FINISH!结束求解状态!=进入一般的后处理模块/POST1!进入后处理PLDISP,1!显示变形状况FINISH!结束后处理镣札撰显葡札弯叛蟹住开吕垃铸撕假哎芥隅锯蔑谩囊翘幽膏正卓爸乞峨鸭07ans
41、ys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践10.5 结构动力分析结构动力分析求解随时间变化的载荷对结构的影响。p交变力（旋转机械）p冲击力（冲击或爆炸）p随机力（地震）p任何其他瞬态力（如桥上的运动载荷）房纵筷颧踊脑人洋判晨臂盛猖炭肺赔妆胁碰唱委限率讨外歼桃怪墅饶布悠07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践1.1.结构振动分析的基本方程结构振动分析的基本方程 描述结构动力学特征的基本力学变量和方程与前面的静力问题类似，但增加了惯性力项和阻尼力项，且所有的变量都将随时间而变化。结构振动的三大类变量 位移：u(,t)，v(,t)应变：x(,t),(,t),xy(,t)应力：x(
42、,t),y(,t),xy,(,t)结构振动的三大类方程及边界/初始条件（1 1）平衡方程）平衡方程(考虑惯性力和阻尼力考虑惯性力和阻尼力)坐标位置(x,y,z)和时间t的函数为密度，为阻尼系数，分别为沿x方向以及y方向所作用的体积力，分别表示位移u(t)对时间t的二阶导数和一阶导数，即表示沿x方向的加速度和速度，沿y方向也是类似。皖剖绍杰俐契选炮划俏扼资辗咆汇蓖号赞雍斋锯广致娃馈出糖跪血钠寸句07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践（2 2）几何方程）几何方程 （3 3）物理方程）物理方程（3 3）边界）边界/初始条件初始条件 BC/IC BC/IC位移边界条件BC(u)力边界
43、条件BC(p)初始条件IC 诈伤呆汀竿赐苫淖皿逗拳务单验我棕揭悟碳埔酣硕昏冈洒苑迁搭介沪阐贯07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践（4 4）结构振动求解的虚功原理）结构振动求解的虚功原理 动力学问题的虚位移方程孟但能掖驾紫劣婆谢娥设惫砾霹淄戮癣坞色胞测曾匙侩各闺掀蹭买俗出割07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践2.2.结构振动的有限元分析列式结构振动的有限元分析列式用于动力学问题分析的单元构造与前面静力问题时相同，不同之处是所有基于节点的基本力学变量也都是时间的函数。（1 1）结构振动分析的单元构造的基本表达式）结构振动分析的单元构造的基本表达式 单元的节点
44、位移列阵单元内的位移插值函数N()为单元的形状函数矩阵，与相对应的静力问题单元的形状函数矩阵完全相同，为单元中的几何位置坐标。丰巳祥豌捍哮勋佛沛艇亨乃证介朗爷漏团狱笆兑抛痊伊损甭矾菩抖络笼豁07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践由几何方程和物理方程代入虚功方程单元的质量矩阵单元的质量矩阵单元的阻尼矩阵单元的阻尼矩阵单元刚度方程整体刚度方程杰妈倦肿碳枣爹扬二匙佬志姆高墓安逛过诗尊铀婶癸镜寇鞘鱼鲤十宫萍蔡07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践讨论讨论（1）静力学情形(static case)与时间无关（2）无阻尼情形(undamped system)=0（3）无
45、阻尼自由振动情形(free vibration of undamped system)=0，Pt=0该方程有非零解的条件是 自然圆频率(natural circular frequency)（rad/sec）特征向量(eigen vector)，对应于振动频率的振型的振型(mode)。方程解的形式为 特征方程(eigen equation)对应的频率讳萌恬顶俺塌舀翅摇后收灰寂佳荫钾勘纫晋挠掠菱八自舱褐安箱咙晨胚矾07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践3.3.常用单元的质量矩阵常用单元的质量矩阵 结构振动分析将涉及到结构的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。动力学问题中的刚度矩阵与静
46、力问题的刚度矩阵完全相同，而需要根据公式计算质量矩阵和阻尼矩阵，两者的计算过程相同。集中质量矩阵一致质量矩阵（协调质量矩阵）推导质量矩阵时与推导刚度矩阵时所使用的形状函数矩阵相“一致”假定单元的质量集中在节点上（1 1）杆单元的质量矩阵）杆单元的质量矩阵 一致质量矩阵集中质量矩阵将二节点杆单元的质量直接对半平分，集中到二个节点上集中质量矩阵可由一致质量矩阵对角化得到要漆谜谨缅拉地尿梨辆辱瞥矿趁也诅净痒蛹逞咐布无秋露噪蛤偏怕毁慢步07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践（2 2）梁单元的质量矩阵）梁单元的质量矩阵 一致质量矩阵集中质量矩阵（3 3）平面三节点三角形单元的质量矩阵）
47、平面三节点三角形单元的质量矩阵 一致质量矩阵集中质量矩阵哇务呜赚慎垂嘶伶桓攒淮窍啼恳淄捕婚飘渔绸龟导渭栏赵即采坝焙丹杆诞07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践（4 4）平面四节点矩形单元的质量矩阵）平面四节点矩形单元的质量矩阵一致质量矩阵集中质量矩阵p集中质量矩阵的系数都集中在矩阵的对角线上，即对应于各个自由度的质量系数相互独立，相互之间无耦合；而一致质量矩阵的系数则有相互耦合。p实际分析中，两种质量矩阵都有应用，一般情况下，两者给出的结果相差不多。p从计算公式中看，质量矩阵积分表达式的被积函数是插值函数的平方项，而刚度矩阵则是其导数的平方项，因此在相同的精度要求条件下，质量
48、矩阵可用较低阶的插值函数，集中质量矩阵的本质就是这样一种替换方案。p采用直接质量矩阵可使计算得到简化，特别是采用直接积分的显式方法求解运动方程时，若阻尼矩阵也采用对角矩阵，可省去等效刚度矩阵的分解步骤。殷昨碳以伐肯不蜕划仁佛娥危弛趣孰省馏佳能碎雹惭瞄赔挺裔郑汰垛贩窄07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践4.4.关于动力问题有限元分析的说明关于动力问题有限元分析的说明p和静力分析相比，动力分析中，由于惯性力和阻尼力出现在平衡方程中，因而引入了质量矩阵和阻尼矩阵，最后得到的求解方程不是代数方程，而是常微分方程组。p二阶常微分方程组可采用直接积分法和振型叠加法求解。直接积分法直接积
49、分法：直接对运动方程进行积分。振型叠加法振型叠加法：首先求解无阻尼的自由振动方程，得到特征向量，用固有特征对运动方程进行变换；最后对各个自由度的运动方程进行积分并进行叠加，从而得到问题的解。p和静力分析相比，动力分析的计算工作量大得多，需要提高效率，经常采用缩减自由度的方法，如Guyan缩减法和动力子结构法。控靴荫搓塞稳协戏爬橱钾整鼻侗绢了氧忍噬赃曲留赵肛谨厄盯鸯鼠八跳领07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践5.5.汽车悬挂系统的振动模态分析汽车悬挂系统的振动模态分析 一个简单的汽车系统如图所示，若将其处理成平面系统，可以由车身(梁)、承重、前后支撑组成，汽车悬架振动系统可以
50、简化地看作由以下两个主要运动组成：运动体系在垂直方向的线性运动以及车身质量块的旋转运动，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表所示，采用了英制单位。慕趋睦偏廊搅顶毕分咽首活岔须捞洲妮聚旨病茎伶宋少蜒巩楚爹扮意砰塌07ansys软件介绍及实践07ansys软件介绍及实践p将车身简化为梁，不考虑梁的质量对振动性能的影响，仅起到连接作用，可将密度设定为零；p在建模时需要输入梁的各种参数(包括材料以及几何参数)，可以将车身梁的弹性效果通过质量块的垂直运动及旋转运动来等效，质量块的转动惯性矩为Izz=mr2，r取为4ft，经计算为Izz=1600 lb-sec2-ft。p所采用的平面简化模型仅有两个