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1、 有限元是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工有限元是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。一一 基本的思想有基本的思想有3 3方面方面 1 1 将一个表示结构或连续体的求解域离散为若干个子域将一个表示结构或连续体的求解域离散为若干个子域(单元单元),),并并通过它们边界上的节点相互联结为一个组合体通过它们边界上的节点相互联结为一个组合体.有限元分析有限元分析有限元分析有限元
2、分析(FEA)FEA)基本思想基本思想基本思想基本思想 2 2 用每个单元内所假设的近似函数来分片表示全求解域内未知场变量用每个单元内所假设的近似函数来分片表示全求解域内未知场变量.3 3 每个单元的近似函数又由未知场函数在单元各个节点上的数值和与其对每个单元的近似函数又由未知场函数在单元各个节点上的数值和与其对应的函数插值表示应的函数插值表示.通过变分原理或加权余量法建立场函数节点的代数通过变分原理或加权余量法建立场函数节点的代数方程或微分方程方程或微分方程.一一 有限元法的特点有限元法的特点 1,1,对于复杂模型的适应性对于复杂模型的适应性 主要体现在单元上主要体现在单元上,单元可以有一维
3、单元可以有一维,二维二维,三维三维,形状可以多变形状可以多变.2,2,对于各种问题的适应性对于各种问题的适应性 主要体现在场函数和单元函数并未限制是什么类型的方程形式主要体现在场函数和单元函数并未限制是什么类型的方程形式,3,3,建立在严格科学理论的可靠性建立在严格科学理论的可靠性 变分原理或加权余量法在数学上已经证明了是微分方程和边界条件的等变分原理或加权余量法在数学上已经证明了是微分方程和边界条件的等效形式效形式.自由度（自由度（DOFsDOFs）自由度自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性用于描述一个物理场的响应特性。结构结构 DOFs 结构结构 位移位移 热热 温度温度 电电
4、电位电位 流体流体 压力压力 磁磁 磁位磁位 方向方向 自由度自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ3节点和单元节点和单元节点节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度和空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互存在相互物理作用物理作用。单元单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。面或实体以及二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的有限元模型由一些简单形状的单元单元组成，单元之间通过组成，单元之间通过节点节点连连接，并承受一定接，并承受
5、一定载荷载荷。载荷载荷载荷载荷4AnsysAnsys基本流程基本流程 前处理前处理(Preprocessor)求解求解(Solution)一般后处理一般后处理(General postproc)Model(模型)meshing(网格)loads(载荷)Slover(求解器)Results(结果)判断判断 课题目标 问题和判断标准 参数 边界 ANSYSANSYS主要包括以下功能模块主要包括以下功能模块:结构分析结构分析热分析热分析电磁分析电磁分析流体分析流体分析耦合场分析耦合场分析(多物理场多物理场)结构分析包括以下类型结构分析包括以下类型:静力分析静力分析(静载荷静载荷)模态分析模态分析(振
6、动频率振动频率)谐响应分析谐响应分析(正弦变化载荷正弦变化载荷)瞬态动力学分析瞬态动力学分析(任意变化载荷任意变化载荷)屈曲分析屈曲分析ANSYS ANSYS 主要功能主要功能主要功能主要功能 ANSYSANSYS界面介绍界面介绍 启动启动ANSYS两中工作模式两中工作模式1 1 交互式图形界面操作模式交互式图形界面操作模式2 2 批处理命令模式批处理命令模式界面介绍界面介绍1 1 实用命令菜单实用命令菜单(Utility Menu)(Utility Menu)包括各种应用命令包括各种应用命令 管理文件管理文件(File),(File),对象选择对象选择(Select),(Select),资料
7、显示资料显示(List),(List),绘图绘图(Plot),(Plot),绘绘 图控制图控制(PlotCtrlsPlotCtrls),),工作平面设定工作平面设定(WorkPlaneWorkPlane),),参数控制参数控制(Parameters),(Parameters),宏管理宏管理(Macro),(Macro),菜单控制菜单控制(MenuCtrlsMenuCtrls),),帮助文档帮助文档(Help).(Help).SelectSelect菜单菜单:1 By Num/Pick:1 By Num/Pick:通过输入图元号或直接选取通过输入图元号或直接选取2 Attached to:2 A
8、ttached to:通过与其他类型图元相关联选取通过与其他类型图元相关联选取3 By Location:3 By Location:通过坐标通过坐标xyzxyz选取选取4 By Attribute:4 By Attribute:通过属性选取通过属性选取5 Exterior:5 Exterior:选取已经选取图形的边界选取已经选取图形的边界6 By Result:6 By Result:选取结果值在一定范围内的图元选取结果值在一定范围内的图元 From Full From Full 从整个模型中选择一个新的图元从整个模型中选择一个新的图元 Reselect Reselect 从已经选好的图元集
9、合中再次选取从已经选好的图元集合中再次选取 Also Also SeleSele 把新选取的图元加到已经存在的图元中把新选取的图元加到已经存在的图元中 Unselect Unselect 从当前选取的图元中去掉一部分图元从当前选取的图元中去掉一部分图元 SeleSele All All 全选该类下的所有图元全选该类下的所有图元 SeleSele None None 撤消所有图元的选取撤消所有图元的选取 Invert Invert 反向选取反向选取Plot(Plot(绘图绘图)PlotCtrlsPlotCtrls(绘图控制绘图控制)1 1 观察设置观察设置 Pan,Zoom,RotatePan,
10、Zoom,Rotate2 2 数字显示控制数字显示控制 显示数字信息显示数字信息 NumberingNumbering3 3 符号控制符号控制 Symbols Symbols 菜单用于决定在图形窗口中是否出现某些符号菜单用于决定在图形窗口中是否出现某些符号.4 4 样式控制样式控制Style Style 控制绘图样式控制绘图样式WorkplaneWorkplane(工作平面工作平面)1 1 工作平面属性工作平面属性 WP Settings WP Settings 设置工作平面属性设置工作平面属性2 2 工作平定位工作平定位 Offset WP by Offset WP by Increment
11、,OffsetIncrement,Offset WP WP to,Alignto,Align WP With WP With 设置工作平面位置设置工作平面位置3 3 坐标系坐标系Change Active Change Active cscs to to 改变当前坐标改变当前坐标Change Display Change Display cscs to to 改变显示坐标改变显示坐标Local Coordinate Systems Local Coordinate Systems 定义局部坐标定义局部坐标Parameters(Parameters(参数设置参数设置)Macro(Macro(宏命
12、令宏命令)2 主菜单主菜单(Main Menu)包括分析过程的主要命令包括分析过程的主要命令,建模建模,单元设置单元设置,材料设置材料设置,外力负载荷外力负载荷,边界边界条件条件,分析类型选择分析类型选择.求解过程求解过程.分为前处理分为前处理,求解求解,后处理后处理3 工具栏工具栏(Toolbar)4 命令输入窗口命令输入窗口(Input Window)主要用于主要用于APDL操作操作5 图形窗口图形窗口(Graphic Window)中间黑色区域中间黑色区域,用于显示图形用于显示图形6 输出窗口输出窗口(Output Window)类似于类似于DOS环境的黑色窗口环境的黑色窗口.显示程序运
13、行情况显示程序运行情况.a a 单元类型设置单元类型设置(Element Type)(Element Type)单元的选择应该取决于结构特征和分析目标。单元的选择应该取决于结构特征和分析目标。1 1 杆单元杆单元(link)(link)2 2 梁单元梁单元(beam)(beam)3 3 管单元管单元(pipe)(pipe)4 4 实体单元实体单元(solid)(solid)5 5 壳单元壳单元(shell)(shell)1 1 前处理前处理(Preprocessor)建立有限元模型所需输入的数据建立有限元模型所需输入的数据 最主要的几个选项最主要的几个选项 b b 实常数设置实常数设置(Rea
14、l Constants)(Real Constants)c c 材料参数设置材料参数设置(Material Props)(Material Props)各向同性材料各向同性材料 正交异性材料正交异性材料 各向异性材料各向异性材料 d d 建立模型建立模型(Modeling)(Modeling)e e 网格划分网格划分(Meshing)(Meshing)f f 定义载荷定义载荷(Loads)(Loads)2 2 求解求解(Solution)(Solution)a a 分析类型设置分析类型设置(AnlysisAnlysis Type)Type)b b 定义载荷定义载荷(Define Loads)(Define Loads)约束约束 集中载荷集中载荷 表面载荷表面载荷 惯性载荷惯性载荷 耦合场载荷耦合场载荷 c c 求解求解(Solve)(Solve)3 3 一般后处理一般后处理(Solution)(Solution)a a 读取结果读取结果(Read Results(Read Results)b b 图形表示结果图形表示结果(Plot Results)(Plot Results)