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Ansys教学


第一部分、CAE与有限元方法介绍
FEM (理论) Finite Element Method ? 有限元分析 FEA (应用) Finite Element Analysis
? 有限元方法
将复杂问题简化成若干个简单问题进行求解。将 问题求解域用形状简单(如三角形、四边形)的有限 元来近似求解。
结构、材料 结构、材料 Adina MSC.MARC ? ABAQUS ? ANSYS ? MSC.Patra n ? Cosmas ? Hyperwork s ? ... 声、光、磁 声、光、磁 ? ASAP ? CODE-V ? AutoSEA2 ? Opera 3D ? Light tools ? SEAM ? ...
? ?

常用CAD/CAE软件
控制、动力学 控制、动力学
?

几何、网格 几何、网格
?

电子、半导体 电子、半导体 SPICE ? Maxwell 2D/3D ? Speed ? Saber Designer ? FLUX2D/3D ? Mentor ? Cadence ? Ansoft. HFSS ?… 冲击、碰撞 冲击、碰撞 ? Pam-Crash ? LS-DYNA ? RADIOSS ? ADYMO ... ? 热循环系统 热循环系统 FLOWMaster GT PRO NASA NPSS ? ...
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

流体动力 流体动力 FLUENT CFX TASCflow Flotherm STREAM STAR-CD …
?

化工流程 化工流程 HYSYS ? Aspen ? AMESim ? gPROMS ?…

MotionView ? Pro/E UG ? MSC.ADAMS ? ? CATIA ? DADS Solidworks ? Matlab/Simuli ? ? ICEM CFD nk ? Hyper-Mesh ? Matrix-X ? MSC. Acumen ? CarSim ? Gridgen ? Simpack ? HICAD/CADA ? Pro S Mechanical 注模 金属成型 ?… 注模 金属成型 ? MSC.EASY5 DEFORM ?… ? MOLDFLOW ? Procast ? TIMON ? Adstefan ? PLANETS ? MagmaSoft ? SimVis ? ... 制造 ... ? 数学、绘图 制造 数学、绘图
? ? ?

汽车系统 汽车系统 GT-Power AVL/Boost ? Ricardo/ Wave ?… 形状优化 形状优化
? ?

Deneb/I-Grip Adstefan ...

Matlab Mathcad S-PLUS ? ...
? ? ?

MeshWorks/ Morpher SOFY ? OptiStruct ? ProMechanic ? ...
? ?

叶轮机械 叶轮机械 Concepts NREC PUMPAL ? COMPAL ? CCAD ? STRESSPREP ?…
? ?

第二部分、量纲问题
? 将一个物理导出量用若干个基本量的乘方之 积表示出来的表达式,称为该物理量的量纲 式,简称量纲。 ? 量纲式,是在选定了单位制之后,由基本物 理量单位表达的式子。 ? 有限元分析软件不规定采用哪一种单位制, 只要输入的物理量保证有统一的单位制即可。 因为在基本物理量的单位制确定后,导出物 理量的单位制也随着确定。

二、量纲问题 1、国际单位制SI ? 基本量纲:长度(米,m),质量(千克, kg),时间(秒,s) ? 导出量纲:加速度(a,m/s2),力(牛顿, N=kgm/s2),密度(?,kg/m3),弹性模 量(E,N/ m2,又称Pa;压强、应力的量纲)
2、工程制Mkgfs ? 基本量纲:长度(米,m),质量(质量工 程单位,kg),时间(秒,s) ? 导出量纲:力(公斤,kg(f),千克力 kgf) ,密度(?,kg/m3),加速度(a, m/s2)

二、量纲问题 3、英制US ? 基本量纲:长度(呎,ft),质量(磅, lb),时间(秒,s) ? 导出量纲:力(磅,lbf),密度(?, lb/ft3 ),加速度(a,ft/s2)
4、举例 ? mm,kg,s,N,弹性模量MPa ? mm,kg,s,kgf,弹性模量kgf/ mm2 ? inch,lb,s,lb,弹性模量lb/ inch2

二、量纲问题 5、换算 ? ft=0.3048m; in=2.54cm; ft2=0.0929m2; in2=6.4516cm2; ft3=0.02832m3; in3=16.39cm3 ? lb=0.45359kg; kg=2.20462lb; lb/in3=0.027659kg/cm3; 质量工程单位/米3=9.8067kg/m3 ? kgf =9.8067N; lbf=4.4482N; ? Pa(N/m2)=1.0197×10-5kgf/cm2; kgf/cm2=9.8067 ×104 Pa ? kgf/mm2=9.8067 ×106 Pa≈10MPa ? lbf/inch2=6.8947×103Pa

第三部分、轴对称问题分析
1、轴对称力学问题概念 ? 回转体对称于转轴而变形的问题。 ? 几何特征:回转体或回转壳(薄壁)(同一平面 面积绕同一平面的轴旋转而成)。 ? 变形特征:只有径向和轴向位移,不能有周向位 移。 柱坐标下,回转体位移、应变、应力只与r、z有 关,与 无关。数学上是二维问题。 ? 条件:几何形状、材料特性、边界条件(约束、 载荷)都为轴对称。

2、ANSYS轴对称问题注意问题

P

2?rP

r

? Y轴必须是旋转对称轴(X轴是径向、Z轴是周向),模型 中的所有实体必须位于X>=0的范围中。 ? 旋转轴上(X=0) 不能施加非零的径向位移约束,也不能 施加径向载荷 。 ? 单元:Plane2、Plane42、Plane82、Plane182、 Plane183、Shell51(模拟轴对称壳)。平面单元需 要单元设置:KEYOPT(3)为Axisymmetric。 ? 轴对称问题集中力和集中力矩的输入和输出是360度的合 力和合力矩。

3、举例 ? 受内压厚壁圆筒 ? 问题描述:厚壁圆筒,内径10 mm,外径20 mm,材料弹性模量为207000 MPa,泊松比 为0.3,承受内压1 MPa。求圆筒中的位移与应 力分布。

第四部分、坐标系问题
4.1 坐标系类型 6类坐标系:总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐标系、显示坐标 系与结果坐标系。 4.2 坐标系使用 通过激活使用坐标系,某时刻只能激活一个,缺省情况下总是激活总体直角坐 标系。用户每定义一个局部坐标系则该坐标系自动被激活。如果要激活一个总体 坐标系或以前定义的局部坐标系则要通过菜单或命令。 4.3 坐标系使用

☆坐标系号: 0--直角坐标系,1--柱坐标系,2--球坐标系 ☆原点相同,右手系; ☆总体坐标系均用X、Y、Z表示,当激活的不是直角坐标系时,应理解为柱坐标系 的R、θ、Z或球坐标系的R、θ、Φ。
10

四、坐标系问题
坐标系—总结
? 工作平面 ? 全局坐标系 ? 局部坐标系 ? ? ? ?
1

NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SX (AVG) RSYS=1 DMX =.651E-03 SMN =-9.534 SMX =-7.502

四、坐标系问题举例 设有一刚体,具有半径为b的圆柱形孔道,孔道内 放置外半径为b内半径为a的圆筒,受内压q,求圆 筒的径向应力与周向应力,圆筒的材料常数为 E=2.1×105MPa、μ=0.3。
MAY 16 2015 19:35:34

用于定义和定位几何项

节点坐标系—用于载荷和自由度定向 单元坐标系—用于定义单元特性方向 结果坐标系—用于显示和解释结果 显示坐标系—用于各坐标值列表
Y Z -9.534 X -9.083 -8.631

MN

MX

-9.309

-8.857

-8.405

-8.18

-7.954

-7.728

-7.502

第五部分、后处理 CAE类型
?事后CAE:失效分析 ?事前CAE:安全评定 ?集成CAE:产品开发核心 在分析仿真的基础上对所 关心的对象进行分析评 定,给出结论,并完成分 析报告。分析评定的核心 是工程仿真规范。 分析报告的内容:
?问题描述
?计算要求

五、后处理

?分析计算
?几何模型简化、边界与载荷 ?应用准则

CAE分析目的

?结论与建议
?是否满足要求 ?如何改进

五、后处理 材料破坏的 基本形式
? d ? [? ] ?? b/ n ?脆性断裂: ?塑性屈服: ? d ? [? ] ?? s/ n
?疲劳失效:

?强度理论介绍
断裂准则为: 强度条件 为:

五、后处理
? 1 ?? b
? 1 ? [? ]

?最大拉应变理论(第一强度理论)

?最大切应力理论(第三强度理论) 屈服准则为: ?
max

? d ? [? ] ?? ?1/ n

?

?1 ? ? 3
2

??s ?

?s
2

强度条件 为: ? 1

? ? 3 ? [? ]

?强度理论介绍
断裂准则为: ? 1

五、后处理

?刚度判定准则

五、后处理

?最大拉应变理论(第二强度理论)

? ? (? 2 ? ? 3 ) ?? b ? ? ? (? 2 ? ? 3 ) ? [? ] 强度条件 为: 1
?形状改变比能理论(第四强度理论) 屈服准则为:

?y≤[y](变形量)

?疲劳寿命判定准则
?N≤[N](循环加载次数)

1 [ ((? 1 ? ? 2 ) 2 ? (? 2 ? ? 3 ) 2 ? (? 3 ? ? 1 ) 2 )]1/ 2 ? ? s 2
强度条件为:

?热分析判定准则
?温度≤[定值] ?热变形≤[定值] ?热应力≤[定值]

1 [ ((? 1 ? ? 2 ) 2 ? (? 2 ? ? 3 ) 2 ? (? 3 ? ? 1 ) 2 )]1/ 2 ? [? ] 2


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