ANSYS有限元分析实用教程-m04应力分析.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,January 30,2001,Inventory#001441,4-,INTRODUCTION TO ANSYS 5.7-Part 1,Training Manual,应力分析,第 4 章,应力分析,概述,应力分析,是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析,的通用术语,，也就是结构分析。,正如第二章描述的，,ANSYS,的应力分析包括如下几个类型,:,静态分析,瞬态动力分析,模态分析,谱分析,谐响应分析,显示动力学,本章将以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,.,概述,主要内容,:,A.,分析步骤,B.,几何建模,C.,网格划分,D.,施加载荷,E.,求解,F.,查看 结果,G.,检查解的正确性,H.,例题,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,A.,分析步骤,每个分析包含三个主要步骤,:,前处理,创建或输入几何模型,对几何模型划分网格,求解,施加载荷,求解,后处理,结果评价,检查结果的正确性,前处理,求解,后处理,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,.,应力分析步骤,注意！,ANSYS,的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,.,应力分析步骤,前处理器,(,在,ANSYS,中称为,PREP7,),提供了对程序的主要输入,前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理,器,PREP7,施加载荷。,通常先定义分析对象的几何模型。,典型方法是用,实体模型,模拟几何模型。,以,CAD-,类型的数学描述定义结构的几何模型。,可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。,体,由面围成，用来描述实体物体。,面,由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。,线,由关键点组成，用来描述物体的边。,关键点,是三维空间的位置，,用来描述物体的顶点。,体,面,线和关键点,应力分析,-,前处理,B.,几何模型,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析 -,前处理,.,几何模型,在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。,这个层次的顺序与模型怎样建立无关。,关键点,线,面,体,我要改这,条线,线,关键点,面,体,呀！,ANSYS,不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体。,(,稍后，将讨论哪些修改是许可的,),关键点,线,面,体,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,既可以在,ANSYS,中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型,两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个,IGES,文件和缩放所需的几何模型,IGES(Initial Graphics Exchange Specification),是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范,IGES,文件是,ASCII,码文件,很容易在两个计算机系统间传递。,许多软件包,包括,ANSYS,在内,允许读写,IGES,文件,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,输入,IGES,文件到,ANSYS,中:,Utility Menu File Import IGES.,在弹出的对话框中，选择,No,defeaturing,*,(,缺省值,)，,按下,OK(,默认其他选项,)。,在第二个对话框中选择想要的文件并点击,OK.,或使用,IGESIN,命令,:,/,aux15,ioptn,iges,nodefeat,igesin,filename,extension,directory,finish,关于,No,Defeaturing,及,Defeaturing,方法及其他选项将在后面论述,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,输入完成后，,ANSYS,会自动绘出几何模型图,可以按需要修改几何模型,ANSYS,允许对输入的实体模型进行多项操作，这在以后论述,现在，我们讨论如何在不同的单位设置下确定模型的比例。,(,注,:,缩放比例对输入的,“,Defeature,”,IGES,无效,.),January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。,在,ANSYS,中缩放模型:,首先保存数据库,-,Toolbar SAVE_DB,或使用,SAVE,命令。,接着,Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes,(,在模型上选择相应的实体部分,),使用,Pick All,拾取整个体,然后键入想要的比例系数（对,RX,RY,RZ,的比例系数），设置,IMOVE,为,“,Moved”，,取代,“,Copied”,或使用,VLSCALE,命令,:,vlscale,all,25.4,25.4,25.4,1,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,演示,:,输入,pipe.,igs,:,选择“,No,Defeaturing,”,方式,其他全部缺省,确定模型显示方向,保存,pipe.db,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,几何模型,前处理,几何模型,网格划分,求解,加载,求解,后处理,结果评价,检查结果正确性,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,C.,网格划分,网格划分,是用节点和单元等,“,填充,”,实体模型，创建有限元模型的过程。,请记住,只有有限元求解需要节点和单元，实体模型不需要。实体模型不参与有限元求解。,实体单元,FEA,模型,网格划分,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,网格划分的三个步骤,:,定义单元属性,指定网格控制,生成网格,单元属性,是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括,:,单元类型,实常数,材料性质,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,单元类型,单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性,:,自由度,(,DOF),设置,.,例如，一个热单元类型有一个自由度：,TEMP，,而一个结构单元类型可能有6个自由度：,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,.,单元形状,-,块,四面体,四边形,三角形等,维数,-2-,D(,仅有,X-Y,平面,),or 3-D.,假定的位移形函数,-,线性及二次,ANSYS,有超过150个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,定义单元类型,:,Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,Add,添加新单元类型,选择想要的类型,(,如,SOLID92),并按,OK,键,Options,指定附加的单元选项,或使用,ET,命令,:,et,1,solid92,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,注意,:,设置想要分析学科的选项,(,Main Menu Preferences,)，,这样将只显示所选学科的单元类型。,应当在前处理阶段尽早地定义单元类型，因为,GUI,方式中菜单的过滤依赖于当前自由度的设置。例如，如果选择结构单元类型，则热载荷选项成灰色，或根本不出现。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,实常数,实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确定的几何形状。,例如,:,梁单元是由连接两个节点的线来定义的，这只定义了梁的长度。要指明梁的横截面属性，如面积和惯性矩，就要用到实常数。,壳单元是由四面体或四边形来定义的，这只定义了壳的表面积，要指明壳的厚度，必须用实常数。,许多,3-,D,实体单元不需要实常数，因为单元几何模型已经由节点完全定义。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,定义实常数,:,Preprocessor Real Constants,Add,增加一种新的实常数设置。,如果定义了多个单元类型,首先选择要指定实常数的单元类型,接着输入实常数值,.,或使用,R,系列命令,不同的单元类型需要不同的实常数，有些单元类型不需要任何实常数。获取详细资料，请参考在线单元手册。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,材料性质,每个分析都需要输入一些材料性质：结构单元所需的杨氏模量,EX，,热单元所需的热传导率,KXX,等。.,定义材料性质的两种方法,:,材料库,单独定义,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,使用材料库,这种方法能够对给定的材料选择预先已定义的材料性质。,ANSYS,为一些常用材料提供了结构和热的典型材料性质（线性），但我们强烈建议你建立自己的材料库。,从材料库选取材料,:,先定义库的路径,.,Preprocessor Material Props Material Library Library Path,输入要读取的材料数据的位置,例如：,/,ansys57/,matlib,.,或使用,/,MPLIB,命令,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,接着从库中输入一种材料,Preprocessor Material Library Import Library,选择单位制。这仅仅用来筛选后续对话框中所列的文件，,ANSYS,本身没有单位制的概念，也不进行单位换算,选择想要的材料文件 如钢,AISI C1020.,或使用,MPREAD,命令中的,LIB,选项,.,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,单独指定材料性质,这种方法通过,材料模型,GUI,方式直接指定想要的材料性质，以取代选择材料名称。,单独指定材料性质,:,Preprocessor Material Props Material Models,双击合适的性质选项来定义材料性质,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,先定义好材料类型的结构树,接着输入单个材料的性质值,或使用,MP,命令,mp,ex,1,30e6,mp,prxy,1,.3,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,添加与温度相关的材料性质,绘出性质-温度曲线,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,从一个材料表复制材料模型到另一个材料表,删除材料模型,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,A,单位制注释,无需告诉,ANSYS,你所使用的单位制，只需确定要使用的单位制，在输入时保持数据单位一致。,例如,如果几何模型的尺寸是英寸，确保其他的输入数据,材料性质,实常数,载荷等,也以英寸为单位,ANSYS,不进行单位换算,!,它只是简单的接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性。,命令,/,UNITS,允许你指定单位制,但它只是一个纪录设计，从而使 使用你模型的用户知道你所用的单位。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,指定网格控制,是网格划分的第二步。,ANSYS,中有许多可用的网格控制。现在，,我们介绍一个指定网格密度的简单方法，智能网格划分。,智能网格划分是一种运算法则，它按照线的长度，曲率和对孔的近似确定模型中线的分割单元数。,你只需要指定从1（最细网格）到10（最粗网格）的,“,尺寸水平,”,，其他的由,ANSYS,处理。,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析,-,前处理,.,网格划分,MeshTool,是最好的定义网格划分控制的方式,:,Preprocessor,MeshTool,.,激活,SmartSizing,尺寸级别缺省为6,生成网格,是网格划分的最后一步,首先存储数据库,然后按,MeshTool,中的,Mesh,按钮,这将打开一个拾取器,.,点击拾取器的,Pick All,按钮指示所有的实体,January 30,2001,Inventory#001441,4-,应力分析练习,January 30,2001,Inventory#001441,4-,