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1、September 30,1998M2-1Lesson A.分析过程第1页/共38页September 30,1998M2-2有限元分析有限元分析(FEA)是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。第2页/共38页September 30,1998M2-3ANSYS的分析方法Objective2-1.ANSYS分析过程中三个主要的步骤.1.创建有限元模型创建或读入几何模型.定义材料属性.划分单元(节点及单元).2.施加载荷进行求解施加载荷及载荷选项.求解.3.查看结果查看分析结果.检验结果.(分析是否正确)第3页
2、/共38页September 30,1998M2-4ANSYS的分析方法(续)1.建立有限元模型3.查看结果2.施加载荷求解主菜单分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现.Objective2-2.ANSYS分析步骤在GUI中的体现.第4页/共38页September 30,1998M2-5ANSYS的分析方法(续)ANSYS GUI中的功能排列按照一种动宾结构，以动词开始（如Create),随后是一个名词(如Circle).菜单的排列，按照由前到后、由简单到复杂的顺序，与典型分析的顺序相同.第5页/共38页September 30,1998M2-6Lesson B.文件管理第6页/共38页
3、September 30,1998M2-7ANSYS文件及工作文件名Objectives2-3a.ANSYS怎样在分析中使用文件.2-3b.ANSYS使用的文件格式.2-3c.确定默认的ANSYS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.第7页/共38页September 30,1998M2-8ANSYS文件及工作文件名(续)一些特殊的文件 数据库文件jobname.db二进制Log 文件jobname.log文本结果文件j
4、obname.rxx二进制(例如：结构)jobname.rst图形文件jobname.grph二进制(特殊格式)第8页/共38页September 30,1998M2-9ANSYS数据库(续)Objective2-4a.ANSYS数据库中存储的数据.ANSYS的数据库，是指在前处理、求解及后处理过程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据:输入数据-必须输入的信息(模型尺寸、材料属性、载荷等).结果数据-ANSYS计算的数值(位移、应力、应变、温度等).Definition第9页/共38页September 30,1998M2-10ANSYS数据库(续)Obje
5、ctive2-4b.存储数据库操作.存储操作将ANSYS数据库从内存中写入一个文件。数据库文件（以db为扩展名）是数据库当前状态的一个备份.弹出一个对话框，允许将数据库存储到另外名字的文件上。(注意在ANSYS中，“Save as”只将数据库拷贝到另外一个文件名上，并不改变当前的工作文件名).立即保存数据库到 jobname.db文件中，其中jobname为工作文件名。第10页/共38页September 30,1998M2-11ANSYS数据库(续)Objective2-4c.恢复数据库操作.与“Save as,”类似，“Resume from”读入给定文件名的数据库文件，但当前的工作文件名
6、不变.恢复操作将数据库文件中的数据读入内存中，在这个过程中，将首先清除目前内存中的数据，将之替换成数据库文件中的数据.立即恢复名为 jobname.db的文件.Jobname为在ANSYS启动对话框中设定的工作文件名.第11页/共38页September 30,1998M2-12ANSYS数据库(续)Objective2-4d.怎样利用存储和恢复数据库，从错误操作中恢复.ANSYS提供数据库文件备份。选择“Files Resume from,”然后选择 jobname.dbb，恢复到上一次存储的数据库.存储和恢复操作可在工具条中方便地调用.第12页/共38页September 30,1998M
7、2-13有关存储与恢复操作的提示您必须选择一个存储命令，将数据库保存到文件中.建议在分析过程中，隔一段时间存储一次数据库文件.在进行不清除后果的（例如划分网格）或会造成重大影响的（例如删除操作）操作以前，最好先存储一下数据库文件.如果在进行一个操作以前刚刚存储完数据库，您可以选择工具条中的RESUME_DB，进行“undo”。第13页/共38页September 30,1998M2-14ANSYS文件指南Guidelines为了最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，我们建议您培养以下习惯：1)针对每个分析项目，设置单独的子目录子目录；2)每求解一个新问题使用不同的 工作文件名.在AYSYS
8、启动对话框中设置工作文件名.ANSYS的Output文件在交互操作中并不自动被写出，在交互操作中，您必须用Utility Menu:File Switch Output to File把output写到一个文件中.分析完成后，您必须保存如下文件:log 文件(.log),数据库文件(.db),结果文件(.rst,.rth等),载荷步文件(.s01,.s02,.),输出文件(.out),物理环境文件(.ph1,.ph2,.).注意 log 文件只添加，不会覆盖.第14页/共38页September 30,1998M2-15使用Windows Explorer时的注意事项当使用Windows Ex
9、plorer管理ANSYS文件时，建议作如下设置:View Options 这些设置将显示ANSYS文件的扩展名，以利于ANSYS文件管理.第15页/共38页September 30,1998M2-16练习-悬壁梁依照如下循序渐进的求解指导，进行一个悬壁梁的静力分析.注意在此分析中采用的ANSYS分析步骤，以及几次将内存中的数据存到文件中的操作.Exercise第16页/共38页September 30,1998M2-17练习-悬壁梁(续)问题描述使用ANSYS分析一个工字悬壁梁，如图所示.PPoint ALH求解在力P作用下点A处的变形，已知条件如下：P=4000 lbL=72 inI=83
10、3 in4E=29 E6 psi横截面积(A)=28.2 in2H=12.71 in在练习之后，数值解将与用弹性梁理论计算的解析解进行对比.第17页/共38页September 30,1998M2-18练习-悬壁梁(续)交互操作1.启动 ANSYS.以交互模式进入ANSYS，工作文件名为beam.2.创建基本模型a.Main Menu:Preprocessor -Modeling-Create Keypoints In Active CS.解释解释使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置.第18页/共38页September 30,1998M2-19练习-悬壁梁(
11、续)交互操作b.输入关键点编号 1.c.输入x,y,z坐标 0,0,0.d.选择 Apply.e.输入关键点编号 2.f.输入x,y,z坐标72,0,0.g.选择 OK.h.Main Menu:Preprocessor -Modeling-Create -Lines-Lines Straight Line解释解释第19页/共38页September 30,1998M2-20练习-悬壁梁(续)交互操作i.选取两个关键点.j.在拾取菜单中选择OK.3.存储ANSYS数据库.Toolbar:SAVE_DB 解释解释注意弹出的拾取菜单，以及输入窗口中的操作提示.ANSYS数据库是当用户在建模求解时AN
12、SYS保存在内存中的数据。由于在ANSYS初始对话框中定义的工作文件名为beam，因此存储的数据库的到名为beam.db的文件中。经常存储数据库文件名是必要的。这样在进行了误操作后，可以恢复上次存储的数据库文件.存储及恢复操作，可以点取工具条，也可以选择菜单：Utility Menu：File.第20页/共38页September 30,1998M2-21练习-悬壁梁(续)交互操作4.设定分析模块.a.Main Menu:Preferencesb.选择 Structural.c.选择 OK.解释解释使用“Preferences”对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤。如果不进行选择，所有的分
13、析模块的菜单都将显示出来。例如这里选择了结构模块，那么所有热、电磁、流体的菜单将都被过滤掉，使菜单更简洁明了.创建好几何模型以后，就要准备单元类型、实常数、材料属性，然后划分网格.第21页/共38页September 30,1998M2-22练习-悬壁梁(续)交互操作5.设定单元类型相应选项.a.Main Menu:Preprocessor Element Type Add/Edit/Deleteb.选择 Add.c.左边单元库列表中选择 Beam.d.在右边单元列表中选择 2D elastic(BEAM3).解释解释对于任何分析，您必须单元类型库中选择一个或几个适合您的分析的单元类型.单元类
14、型决定了辅加的自由度（位移、转角、温度等）。许多单元还要设置一些单元的选项，诸如单元特性和假设，单元结果的打印输出选项等。对于本问题，只须选择 BEAM3 并默认单元选项即可.第22页/共38页September 30,1998M2-23练习-悬壁梁(续)交互操作e.选择 OK 接受单元类型并关闭对话框.f.选择 Close 关闭单元类型对话框.6.定义实常数.a.Main Menu:Preprocessor Real Constantsb.选择 Add.解释解释有些单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表示出来，需要提供一些实常数来补充几何信息。典型的实常数有壳单元的厚度，梁单元的横截面积
15、等。某些单元类型所需要的实常数，以实常数组的形式输入.第23页/共38页September 30,1998M2-24练习-悬壁梁(续)交互操作c.选择 OK 定义BEAM3的实常数.d.选择 Help 得到有关单元 BEAM3的帮助.e.查阅单元描述.f.File Exit 退出帮助系统.g.在AREA框中输入 28.2 （横截面积）.h.在IZZ框中输入 833（惯性矩）.i.在HEIGHT框中输入 12.71（梁的高度）.解释解释第24页/共38页September 30,1998M2-25练习-悬壁梁(续)交互操作j.选择 OK 定义实常数并关闭对话框.k.选择 Close 关闭实常数对
16、话框.解释解释第25页/共38页September 30,1998M2-26练习-悬壁梁(续)交互操作7.定义材料属性.a.Preprocessor Material Props -Constant-Isotropicb.选择 OK to 定义材料 1.c.在EX框中输入29e6（弹性模量）.d.选择OK 定义材料属性并关闭对话框.解释解释材料属性 是与几何模型无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等.虽然材料属性并不与单元类型联系在一起，但由于计算单元矩阵时需要材料属性，ANSYS为了用户使用方便，还是对每种单元类型列出了相应的材料类型。根据不同的应用，材料属性可以是线性或非线性的.与单元类型及
17、实常数类似，一个分析中可以定多种材料.每种材料设定一个材料编号.对于本问题，只须定义一种材料，这种材料只须定义一个材料属性杨氏模量 29E6 psi.第26页/共38页September 30,1998M2-27练习-悬壁梁(续)交互操作8.保存ANSYS数据库文件 beamgeom.db.a.Utility Menu:File Save asb.输入文件名 beamgeom.db.c.选择 OK 保存文件并退出对话框.解释解释在划分网格以前，用一表示几何模型的文件名保存数据库文件。一旦需要返回重新划分网格时就很方便了，因为此时需要恢复数据库文件。第27页/共38页September 30,1
18、998M2-28练习-悬壁梁(续)交互操作9.对几何模型划分网格.a.Main Menu:Preprocessor MeshToolb.选择 Mesh.c.拾取 line.d.在拾取对话框中选择 OK.e.(可选)在MeshTool对话框中选择 Close.解释解释第28页/共38页September 30,1998M2-29练习-悬壁梁(续)交互操作10.保存ANSYS数据库到文件 beammesh.db.a.Utility Menu:File Save asb.输入文件名：beammesh.db.c.选择 OK 保存文件并退出对话框.解释解释这次用表示已经划分网格后的文件名存储数据库.第2
19、9页/共38页September 30,1998M2-30练习-悬壁梁(续)交互操作11.施加载荷及约束.a.Main Menu:Solution -Loads-Apply -Structural-Displacement On Nodesb.拾取最左边的节点.c.在拾取菜单中选择 OK.d.选择All DOF.e.选择 OK.（如果不输入任何值，位移约束默认为0）解释解释您现在要施加载荷及约束，默认为一个新的、静力的分析，因此您不必设定分析类型及分析选项.第30页/共38页September 30,1998M2-31练习-悬壁梁(续)交互操作f.Main Menu:Solution -Loa
20、ds-Apply -Structural-Force/Moment On Nodesg.拾取最右边的节点.h.在选取对话框中选择OK.i.选择 FY.j.在 VALUE框中输入-4000.k.选择 OK.解释解释第31页/共38页September 30,1998M2-32练习-悬壁梁(续)交互操作解释解释12.保存数据库文件到 beamload.db.a.Utility Menu:File Save asb.输入文件名 beamload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.建议您再以beamload.db文件名保存数据库。第32页/共38页September 30,1998M2-33练习
21、-悬壁梁(续)交互操作13.进行求解.a.Main Menu:Solution -Solve-Current LSb.查看状态窗口中的信息,然后选择 File Closec.选择 OK开始计算.d.当出现“Solution is done!”提示后，选择OK关闭此窗口.解释解释您将对一端固支，另一端施加向下力的悬壁梁问题进行求解。由于这个问题规模很小，使用任何求解器都能很快得到结果，这里使用默认的波前求解器进行求解.第33页/共38页September 30,1998M2-34练习-悬壁梁(续)交互操作14.进入通用后处理读取分析结果.a.Main Menu:General Postproc
22、-Read Results-First Set解释解释后处理用于通过图形或列表方式显示分析结果。通用后处理（POST1)用于观察指定载荷步的整个模型的结果.本问题只有一个载荷步。第34页/共38页September 30,1998M2-35练习-悬壁梁(续)交互操作15.图形显示变形.a.Main Menu:General Postproc Plot Results Deformed Shapeb.在对话中选择 deformed and undeformed.c.选择 OK.解释解释梁变形前后的图形都将显示出来，以便进行对比.注意由于力P对结构引起的A点的变形.变形值在图形的右边标记为“DMX
23、”.可以将此结果与手算的结果进行对比:根据弹性梁理论:ya=(PL3)/(3EI)=0.0206 in.两个结果一致.第35页/共38页September 30,1998M2-36练习-悬壁梁(续)交互操作16.(可选)列出反作用力.a.Main Menu:General Postproc List Results Reaction Solub.选择 OK 列出所有项目，并关闭对话框.c.看完结果后，选择File Close 关闭窗口.解释解释可以列出所有的反作用力.第36页/共38页September 30,1998M2-37练习-悬壁梁(续)交互操作17.退出ANSYS.a.工具条:Quitb.选择Quit-No Save!c.选择 OK.祝贺你已经用ANSYS进行了第一个有限元分析.解释解释注意保存选项:geometry+loads(default),geometry+loads+solution(1 set of results),geometry+loads+solution+postprocessing(即保存所有项目),或 save nothing.您应该慎重选择保存方式.第37页/共38页September 30,1998M2-38Introduction to ANSYS-Release 5.5(001128)感谢您的观赏！第38页/共38页