有限元经典讲义

第一讲

一、ANSYS安装

二、启动

三、应用背景

结构分析

热分析

电磁分析

流体分析 (CFD)

耦合场分析 - 多物理场

四、GUI方式

五、显示图形拾取功能

在GUI方式中大量使用图形拾取。

– 图形用于建模、加载、显示结果及输入、输出数据。

– 拾取对建模、划分网格、加载等是很有用的

在应用菜单中可用 Plot 来显示图形及执行命令后的显示。

菜单是用来控制图形显示的：

– 绘图方位

– 缩放

– 颜色

– 符号

– 注释

– 动画等

改变观察方位、图形缩放是最常用的功能

六、在线帮助

ANSYS 提供了基于HTML格式的帮助系统，作为现有帮助系统的补充。

您可以获得如下的帮助:

– ANSYS命令

– 单元类型

– 分析过程

– 特别的 GUI 工具诸如 Pan-Zoom-Rotate

您也可以进入:

– 指南

– 验证手册

– ANSYS 的网站

七、数据库和文件 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 jobname.rxx 二进制 (例如：结构) jobname.rst

图形文件 jobname.grph 二进制 (特殊格式)

文件管理技巧

在一个单独的工作目录中作一次分析。

用不同的工作名来区分不同的分析。

在任何ANSYS分析之后，您应保存以下的文件:

– 日志文件 ( .log)

– 数据库文件 ( .db)

– 结果文件 (.rst, .rth, …)

– 荷载步文件, 如有多步 (.s01, .s02, ...)

– 物理文件 (.ph1, .ph2, ...)

使用 /FDELETE命令 或 Utility Menu > File > ANSYS File Options 来自动删除

ANSYS分析不再需要的文件。

八、退出 ANSYS

三种退出 ANSYS的途径:

– Toolbar > QUIT

– Utility Menu > File > Exit

– 使用 /EXIT 命令

九、 演示（桁架结构）

第二讲

一、有限元法在ANSYS中的实践： 有限元分析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。还利用

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。

将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中设定有限个节点，将连续体看作

只在节点处相连接的一组单元的集合体。

选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似差值函数来表示

单元中场函数的分布规律。

利用力学中的某种变分原理去建立用以求节点未知量的有限单元法方程，将一个连

续域中无限自由度问题化为离散域中有限自由度问题。

每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。作为一个整体，单元形成了整体

结构的数学模型。信息是通过单元之间的公共节点传递的。

节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。

FEA仅仅求解节点处的DOF值。

单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计

算方法。

因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。

单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。

单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。

当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并接受该种单元类型所假定的单元

形函数。

在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必须确保分析时有足够数量的单元

和节点来精确描述所要求解的问题。

有限元求解的一般步骤： ANSYS分析的一般步骤：

选择位移模式 准备工作（什么分析类型? 如何建模? 什么单元类型?）

结构的离散化 前处理（定义、建立或输入几何模型、划分网格）

建立平衡方程

求解节点位移 求解（加载、求解）

计算单元中的应力和应变 后处理（观察结果、检查解的正确性）

二、准备工作（preference）：

1、分析类型是以下学科之一：

结构 实体的运动，压力作用，实体的接触

热 加热，高温以及温度变化

电磁 通过电流的设备(AC or DC)，电磁波，电压或电磁激励变化

流体 气体或液体运动，或容器中的气体或液体运动

耦合场 上面分析的任意组合

（在这里，我们主要讨论结构分析问题。）

2、如何建立模型?

杆

梁

平面应力

平面应变

三维实体：轴对称 荷载，材料和边界条件对称，这类分析提供最简单的模型。

旋转对称 荷载，材料和边界条件对称，远离施加边界条件的结果优于轴对称。

完全三维模型 如果采用对称边界条件会显著影响结果，就必须选择完整三维模型。

3、什么样单元类型?（element type）

*参考ANSYS HELP里，关于单元类型的定义，包括单元形状、节点位置和自由度、厚度、

坐标系、形函数、

杆：link1 其对应的位移插值函数： x a bs

梁 x , y 1 2 s 3 s 2 3 4s

平面应力 x , y 1 2 x 3 y

平面应变

三维实体：轴对称

旋转对称

完全三维模型

注意：选择单元形状的一条基本的考虑，就是形成的网格要尽可能准确的代表原来的

区域。

单元形函数满足完备性和协调性

三、前处理（preprocessor）:（主要是围绕建模展开）

1、实参(real constants): 截面积（area）、初应变（istrn）

2、材料性能(material props)： 结构模型（material models）结构（structual 线性(linear) 弹性(elastic) 各向同性(isotropic)

3、建立实体模型(modeling)

用什么几何体模拟?

杆、梁、平面、轴对称、旋转对称、实体？

如何建？

直接建立有限元模型（不用网格化分）

建立实体

导入实体

第三讲

建模

第四讲

4、划分网格（meshing）

网格剖分是用节点，单元“填充”实体模型，创建有限元模型的过程。

请记住，有限元求解用的是节点、单元，实体模型不参与有限元求解。

轴对称模型：

旋转对称模型：

划分网格要兼顾精度和经济性

不连续处的自然分割

几何形状的近似与过渡圆角的处理

– 合理的疏密，变化剧烈的地方可密，变化不剧烈的地方可疏。

– 合理的过渡(协调)

四、求解(solution)

1、加载(loads)

加载有节点载荷和单元载荷（实际上加在一个单元的所有节点上），节点载荷包括节点位移

和节点力，单元载荷包括面力、体力和惯性力。

有五种荷载类型：

自由度约束 指定自由度的值，例如，结构分析的位移或热分析的温度。

集中荷载 点荷载，如力或热流密度。

表面荷载 …… 此处隐藏：15548字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……