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有限元ANSYS14.0学习笔记

有限元分析步骤
1.建立有限元模型
1.1 指定工作文件名、定义标题 1.2 定义单元属性 1.3 定义材料属性 1.4 创建实体模型 1.5 生成有限元模型(网络划分)
1.5.1 为实体模型分配单元属性 1.5.2 设置网络划分水平 1.5.3 对实体模型进行网格划分

2.加载和求解
2.1 定义分析类型和设置分析项 2.2 施加载荷 2.3 求解

3.结果后处理和结果查看
3.1 通用后处理 3.2 时间历程后处理

布尔运算
1.交运算(intersect)
交运算的结果是由每个初始图形的共同部分行程一个新 的图形。

2.加运算(Add)
得到一个包含原始图形所有部分的新图形。行程的新图形 是一个单一的整体,没有空隙。

3.减运算(SUBTRACT)
从一个图形减去另一个图形,运算的结果可能是一个与被减 图形相同维数的图形,也可能是将被减图形分成两个或多个 新的图形。新的图形之间可以有共同的边界也可以有不同但 重合的边界。

4.切割运算(Divide)
切割运算是一个图形把另一个图形分成两份或多份,它和减 运算类似。

5.交迭运算(Overlap)
用于连接两个或多个图形,一生成多个或更多个新的图形的 集合。叫迭命令除了在叫迭域周围生成了多个边界外,于加 运算非常类似。交迭运算生成的是多个相对简单的区域,而 加运算生成的是一个相对复杂的区域。叫迭必须与原始图形 具有相同的维数。

6.粘结运算(Glue)
于交迭类似,但粘结运算只针对图形之间的公共部分, 且公共处部分的维数低于原始图形一维。面与面粘结运算是 针对面与面的公共边进行的。体与体的粘结运算则是针对体 与体的公共面进行的。 它们只是在边界上连接, 但仍然独立。

7.分割运算(Partition)
用于连接两个或多个图形,以生成三个或更多的新图形 的集合。如果交迭区域与原始图形有相同的维数,那么分割 结果于叫迭结果相同。如果交迭区域与原始图形有相同的维 数,那么分割结果于交迭结果相同。于交迭不同的是,没有 参加交迭的图形将不被删除。

UG 转 ANSYS
直接将 UG 倒入也不很不错。 不过导入后, 记住存 一下盘,这样会加快速度。另外导入后,采用 /facet,normal,可以将面和体正常显示出来。

网络划分与创建有限元模型
1.设置单元属性
1.0 定义单位(/inits) 1.1 选择单元类型 1.2 定义实常数 (它的确定依赖于单元类型,用于补充必要信
息和计算参数,eg:电磁场 PLANE53,其实常数为线圈横 截面积、匝数、导体填充率等,不同单元实常数同)

1.3 设置材料属性 1.4 设置单元坐标系统 (创建局部坐标系,确定材料属性的方向)

2.为实体模型分配单元属性
(即将不同的单元类型、实常数、材料属性和单元坐标系分配 给实体模型的相应部分)

2.1 直接方式为实体分配属性 (网格化过程中会转化到有限元模型上) 2.2 默认方式为有限元模型分配属性 (为模型中的单元分配单元类型、材料、实常数 以及单元坐标等属性)

3.通过网络划分工具设置网格划分属性
(设置网格划分水平) 3.1 单元属性分配设置(同 2.2) 3.2 智能划分水平控制(只能用于自由划分方式) 3.3 单元尺寸控制(单元边的长度,用来控制划分精度) 3.4 网格划分类型设置以及网络划分 3.4.1 确定单元形状 面(三角形 Tri、四边形 Quad) 体(四面体 Tet、六面体 Hex) 3.4.2 确定单元的划分方式 自由网格:没有特定的准则。对于单元形状无限 制,生成的单元不规则。基本适用于所有的模型(内部节点 位置不可控) 。面(三角形或四边形) ,体(四面体) 。 映射网格:满足一定的规则,且映射面网格只包 含四边形或三角形单元,而映射体网格只包含六面体单元。 其生成的单元形状比较规则,映射网络适用于形状规则的体 或面(可以控制内部节点位置) 3.5 细化网格控制 对有应力集中或奇异的模型,在这种情况下,需要对网 格进行细化。

4.对实体模型进行网络划分
实体模型进行网格划分:①自由网格划分②映射网格划 分 4.1 映射网格划分对象:

对于面:
1.该面必须是三角形或四边形 2.面的对边必须划分为相同数目的单元,或其划分 与一个过渡形网格的划分相匹配。 3.如果此面为三角形,则划分的单元必须为偶数且 各边单元数相等。 4.当一个面的边数多于 4 时,可将部分线连接起来 以使边数降为 4。

对于体:
1.该体的外形应为块状 (有 6 个面) 。 棱形或棱柱 (5 个面) ,四面体(4 个面) 2.对比上必须必须划分相同单元数,或分割符合过 渡网格形式以适应六面体网格划分 3.如果体是棱柱或四面体,则三角形面上的单元分 割数必须是偶数。 体的扫掠划分: 4.对于三维复杂几何模型而言,通常的做法是利用 ANSYS 布尔运算功能,将其切割成一系列四面体、五面体、

六面体。 将体的一个边界面的网格扫掠贯穿整个体,将已有为 划分网格的体生成单元。 若源面网格由四边形组成,扫掠划分将生成六面体单元。 若源面网格由三角形组成,扫掠划分将生成楔形单元。

5.直接生成有限元模型
(生成有限元模型的两种方法:①创建实体然后通过网 格化生成有限元模型②直接生成有限元模型) 首先必须定义节点,然后按照节点的顺序构造单元。单 元必须在其所需要的节点全部定以后才可以生成。 5.1 生成节点方法 1.定义单个节点 2.从已定义的节点派生另外的节点 3.查看和删除节点 4.移动节点

本章总结
定义单元类型是确定应该运用哪种类型的单元对模型 进行网格划分。例如,你定义 LINK8 的单元类型,对模型进 行网格划分后的小网格都是 LINK8 单元。 网格大小的改变只是改变网格的疏密程度。改变它的大

小,并没有改变它的类型。 打个比方,为模型划分网格就像买衣服;定义单元类型 就像选款式;定义网格大小就像选尺码。买衣服要先选款式 再选尺码,为模型划分网格要先定义单元类型再定义网格大 小。因此,两者并不矛盾。 每个单元类型的形状可以参考 ANSYS 自带的帮助文件, 选择哪种单元格类型就是看哪种单元类型的特点适合你分 析的问题。

创建有限元模型步骤: 1.建立实体模型 2.定义单元 3.定义单元实常数、材料属性、单元坐标系 4.为实体模型分配单元属性 5.设置网络划分属性 6.划分实体模型 7.生成有限元模型

加载于求解
一、概述
在 ANSYS 中,载荷包括边界条件和激励。 载荷分为六大类:
1.自由度:用已知量确定某个自由度的值。 2.集中力约束:施加于模型节点的集中力载荷。 3.面载荷:施加于模型某个面的分布载荷。 4.体载荷:施加于模型体内的载荷。 5.惯性载荷: 跟物体惯性有关的载荷。 (重力加速度、 角速度) 6.耦合场载荷:用于耦合场分析。它通常将一种分析得 到的结果作为另一种分析的载荷。

载荷步、子步、平衡迭代
载荷步(load step) :一个载荷分几步施加 子步(substep) :每一个载荷步用几个子步施加 (计算机 只能施加离散量) 平衡迭代:在给定子步下为了收敛而进行的计算,它仅仅 需考虑收敛的非线性分析
时间步长和时间增量指的都是一个载荷步之间两个连续子步之 间的时间差,而不是两个相互独立的载荷步之间的时间间隔。

结构分析 自由度 displacement

类型 平移 旋转 温度

ANSYS 标识 UX,UY,UZ ROTX,ROTY,ROYZ TEMP FX,FY,FZ MX,MY,MZ PRES

集中力载荷 Force/moment 面载荷 Pressure 体载荷 Tempreture

力 力矩 压力

温度

TEMP

ANSYS 通用后处理
几种常见分析生成的结果的文件后缀 分析类型 结果文件名后缀 结构分析 RST 磁场分析 热分析 RMG RTH 流体分析 RFL 其他 rst

分析类型 结构分析 热分析 磁场分析 电场分析 流体分析

基本解 位移 温度 磁势 标量电势 压力、速度

派生解 应力、应变等 热流量、热梯度 磁通量、磁场强度 电场、电流密度 热流量等

1.重启 ANSYS 后,查看先前有限元分析步骤:
①:RESUME JOBNAME.DB ②通用后处理——DATA&FILE Opts

2.绘制变形图(formed shape)
Def shape only(只绘制变性后的模型) Def+underformed(绘制变形前和变性后的模型) Def+under edge(绘制变形前模型的轮廓线和变性后的图形)

3.节点解与单元解
节点解是节点计算得到的解,而单元解是一个个单元的解,它是 由单元上节点计算结果通过单元中的差值函数计算而来, 单元和单元 之间的结果可能不连续。 有限元计算的是节点,得到的节点解也称基本解。 绘制等值图和等值线图(contour plot)

路径操作
路径是模型上一系列由节点或坐标位置定义的轨迹。路 径操作的意义是将某个结果数据映射到模型中一条由用户 指定的路径上。对映射到路径上的数据还可以执行各种数据 运算和微积分运算,以获取许多有工程意义的计算结果。 常用来比较有限元和解析解的计算结果。 路径图可以显示出结果数据沿模型上的某一预定路径 的变化图。其仅能在含二维或三维单元或壳单元的模型中定 义路径,而一维单元不可用。

绘制路径图步骤
1.定义路径。从模型上选择一条用户需要绘制的路径线路。
通用后处理——path operation---define path—by location

2.将结果数据映射到路径上。
path operation—map onto pathd

3.根据映射的数据绘制路径图。
Plor results—plot path item 或 main menu—general postproc—path operations

—on graph(曲线显示结果数据沿路径的分布色彩等值图) —on geometry (在模型上显示结果数据沿路径的分布色彩 等值图)

路径的恢复必须依照此顺序:
TRACPOIN(路径点) TRACDATA(数据) TRACLABL(标签)

路径数据的存档与恢复(archive path)

单元表(element table)
单元表是一系列单元数据组成的数据集,形式类似数组, 其中表的每一行代表一单元,每一列则是各单元同一数据计 算的结果。 功能: 一是其可以查询一些其他方式无法直接访问的单元结 果数据。 (结构分析中的一维单元杆派生解) 二是对结果数据进行数学运算。

创建单元表
选择 lab、item、comp

基于单元表的数学
Find maximum: 查找两个单元表中对应项的最大数据值, 并将该值填充到一个新的单元表中。

根据单元表绘制结果图形
Plot elem table

载荷工况(load case)组合
ANSYS 将多种载荷序列通过缩放、相加、相减、平方和 组合起来,使用户同时得到物体受多种载荷的结构状态。 1.创建载荷工况(creat load case) 2.设置载荷组合运算的参数(calc options) 3.对载荷工况进行运算 4.显示和存储运算结果等

结果数据集
结果数据集对应求解过程中的各个载荷步与子步。每个 载荷步的一个子步就有一个对应结果数据集来记录该时刻 或者给频率点上的结果数据。 (多个子步计算结果对应一个 数据结果数据集合)

图形的绘制
变形图(deformed shape) 主要绘制结构在静力作用下发生变形的图形。 等值图(contour plot) 节点解是节点计算得到的解,而单元解是一个个单元的 解。它是由单元节点计算结果通过单元中的差值函数计算而 来的。 单元解是派生解。如果单元解图中有突变,则要在这些

地方细化网格,或让网格划分为更细的等分。 根据单元列表绘制图形(ele table) 绘制线单元计算结果(line elem res) 绘制二维磁力线(2D flux lines) 矢量绘制(vector arrow scaling) 。 Predefined(预定义) User defined(用户自定义) :可以用 i/j/k 三个分量 将不同的物理量的计算结果汇合到一个矢量中来显示。 磁通密度 I 位移分量 J 应力分量 S

列表显示结果
Detailed summary:显示结果文件中包含的所有数据集
合信息。

Iteration summary:迭代汇总信息、求解过程的迭代
次数等相关信心。

Reaction solu:列表显示约束边界各节点上的反力和各
分量之和。

结果查看器(results viewer)
集合了通用后处理的许多功能。

ANSYS 通用后处理
用于分析模型指定节点上的某个结果项随时间或者频 率的变化情况,并可研究节点或者单元计算结果与时间或频 率的函数关系。 其常对应与非线性分析、瞬态分析和谐响应分析。在时 间历程后处理中可通过变量来记录随时间或频率的结果项、 并允许对变量执行各种数学运算。 1.瞬态求解完毕后处理结果项与时间关系 2.谐响应求解完毕后处理结果项与频率的关系 3.在非线性静力求解完毕后处理作用力与变形的关系

ANSYS 高级操作
选择、部件(assembly) 、组件(comp) 选择:将类型一致的东西选中,放到一个集合中去。对象
可以是:节点、单元、关键点、线、面、体、组件、部件等。

组件:包含一组相同类型对象的集合,然后为其命名 部件:包含不同对象的组件的集合,由不同组件构成。


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