ANSYS-第1章有限單元法和ANSYS簡介.ppt

《ANSYS-第1章有限單元法和ANSYS簡介.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《ANSYS-第1章有限單元法和ANSYS簡介.ppt（32頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第1章有限單元法和ANSYS簡介 有限單元法 又叫有限體積法 FVM 也稱為控制體積法 本章主要介紹有限單元法的基本思想 有限單元法的基本模型 以及使用有限單元法進(jìn)行產(chǎn)品分析的基本步驟 ANSYS作為應(yīng)用最廣泛的有限元分析軟件之一 已經(jīng)發(fā)展到12 0版本 本章介紹了ANSYS12 1新功能和特點(diǎn) ANSYS12 1的安裝和配置 ANSYS12 1主菜單 ANSYS12 1幫助系統(tǒng)等內(nèi)容 1 1有限單元法簡介 有限單元法是目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法之一 本節(jié)主要介紹了有限單元法的發(fā)展歷史 有限單元法的基本模型和三種主要的分類方式 以及有限單元法的分析步驟 1 1 1有限單元法的基本思想 目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法包括有限單元法 邊界元法 離散單元法和有限差分法等 就應(yīng)用的廣泛性而言 有限單元法應(yīng)用最廣 其基本思想是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限多個(gè)單元 并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn) 將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體 同時(shí)選定場函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量 并在第一單元中假設(shè)一個(gè)插值函數(shù)來表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律 進(jìn)而利用彈性力學(xué) 固體力學(xué) 結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)中的變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程 從而將一個(gè)連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題 求解后就可以利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合上的場函數(shù) 1 1 2有限單元法的基本模型 使用有限單元法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析時(shí)候 需要對(duì)產(chǎn)品幾何形體劃分網(wǎng)格 而劃分網(wǎng)格前需要確定單元類型 在結(jié)構(gòu)有限元分析中主要有以下一些單元類型 平面應(yīng)力單元 平面應(yīng)變單元 軸對(duì)稱實(shí)體單元 空間實(shí)體單元 板單元 殼單元 軸對(duì)稱殼單元 桿單元 梁單元 彈簧單元 間隙單元 質(zhì)量單元 摩擦單元 剛體單元和約束單元等 根據(jù)不同的分類方法 上述單元可以分成以下不同的問健1 結(jié)構(gòu)單元與非結(jié)構(gòu)單元2 按照維度進(jìn)行單元分類3 按照插值函數(shù)進(jìn)行單元分類 1 1 3有限單元法的分析步驟 有限元求解問題的基本步驟如下 1 問題及求解域定義 2 求解域離散化 3 確定狀態(tài)變量及控制方法 4 單元推導(dǎo) 5 總裝求解 6 聯(lián)立方程組求解和結(jié)果分析 1 2ANSYS功能和特點(diǎn) ANSYS的發(fā)展已經(jīng)有40年的歷史 從開始單一的幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程 已經(jīng)發(fā)展成功能強(qiáng)大的CAE軟件系統(tǒng) ANSYS的主要功能包括結(jié)構(gòu)分析 熱分析 電磁分析 流體分析和耦合場分析等 ANSYS12 1新版本在計(jì)算速度上得到了很大改進(jìn) 增強(qiáng)了軟件的幾何處理 網(wǎng)格劃分和后處理等能力 將創(chuàng)新的仿真技術(shù)引入各主要物理學(xué)科 1 2 1ANSYS的發(fā)展歷程 ANSYS公司成立于1970年 總部位于美國賓西法尼亞的匹茲堡 致力于CAE技術(shù)的研究和發(fā)展 并通過CAE技術(shù)幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程 ANSYS軟件的創(chuàng)始人是美國匹斯堡大學(xué)力學(xué)系教授 著名有限元權(quán)威JohnSwanson博士 ANSYS靈活 開放的解決方案為概念設(shè)計(jì)到最終測試的設(shè)計(jì)全過程提供了有效的CAE協(xié)同環(huán)境 使客戶可以在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段大規(guī)模采用CAE技術(shù) 最大程度地發(fā)揮CAE對(duì)設(shè)計(jì)流程的貢獻(xiàn) 從而大幅度地縮短研發(fā)流程 降低研發(fā)費(fèi)用 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 1 2 1ANSYS的主要功能 ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力 僅靠ANSYS的GUI 圖形界面 就可建立各種復(fù)雜的幾何模型 此外 ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口 因而 利用這些功能 可以實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換 ANSYS主要功能包括 1 結(jié)構(gòu)分析2 ANSYS熱分析3 ANSYS電磁分析4 ANSYS流體分析5 ANSYS耦合場分析 1 2 2ANSYS12 1版本的新特點(diǎn) ANSYS12 1在計(jì)算速度上得到了很大改進(jìn) 其次增強(qiáng)了軟件的幾何處理 網(wǎng)格劃分和后處理等能力 而且 它還將創(chuàng)新的 耳目一新的仿真技術(shù)引入各主要物理學(xué)科 ANSYS12 1版本的新功能和特點(diǎn)如下 1 ANSYS12 1Workbench2 幾何和網(wǎng)格劃分3 多物理場4 結(jié)構(gòu)力學(xué)5 流體動(dòng)力學(xué)6 非線性分析7 仿真過程及數(shù)據(jù)管理8 顯式動(dòng)力學(xué)9 應(yīng)用 1 3ANSYS12 1的安裝和配置 ANSYS12 1的安裝包括系統(tǒng)軟件程序的安裝和許可證的安裝 ANSYS12 1的運(yùn)行環(huán)境配置包括改變作業(yè)名 ChangeJobname 改變標(biāo)題名 ChangeTitle 改變路徑 ChangeDirectory 等設(shè)置 1 3 1ANSYS12 1的安裝 ANSYS12 1的安裝過程如下 圖許可文件安裝完成 1 3 2ANSYS12 1的啟動(dòng) 安裝完成后 可以通過Windows開始菜單 找到ANSYS程序 運(yùn)行ANSYS 就可以啟動(dòng)ANSYS軟件系統(tǒng)了 需要注意第一次啟動(dòng)ANSYS時(shí)Windows防火墻會(huì)出現(xiàn)是否阻止的設(shè)置界面 選擇解除防火墻阻止就可以正常使用了 1 3 3ANSYS12 1的運(yùn)行環(huán)境配置 ANSYS12 1的運(yùn)行環(huán)境配置包括改變作業(yè)名 ChangeJobname 改變標(biāo)題名 ChangeTitle 改變路徑 ChangeDirectory 等設(shè)置 作業(yè)名是指進(jìn)入ANSYS程序后用戶指定的文件名 使用 FILENAME命令 或者選擇UtilityMenu Files ChangeJobname菜單 在對(duì)話框上輸入新的作業(yè)名 如果沒有給文件起名 默認(rèn)值為FILE orfile 改變標(biāo)題名可以通過選擇UtilityMenu Files ChangeTitle菜單 在彈出的對(duì)話框上修改標(biāo)題名 改變路徑可以通過選擇UtilityMenu Files ChangeDirectory菜單 在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行路徑設(shè)置 1 4ANSYS程序結(jié)構(gòu) ANSYS程序結(jié)構(gòu)主要包括ANSYS文件格式 處理器 圖形輸入和分析文件類型等內(nèi)容 1 4 1ANSYS文件格式 ANSYS分析過程中會(huì)生成很多文件 存儲(chǔ)在工作目錄中 ANSYS在分析過程中需要讀寫文件 文件名為jobname ext 其中jobname是設(shè)定的工作名 具體的文件擴(kuò)展名名稱 類型和說明如表所示 1 4 2處理器 ANSYS處理器分為前后處理器 在做有限元分析之前需要做一些前期準(zhǔn)備工作 ANSYS把這些必要準(zhǔn)備工作作為前處理模塊 Preprocessor 前處理模塊中需要定義單元類型 材料屬性 劃分網(wǎng)格等工作 在進(jìn)行完分析后 需要后處理模塊 Postprocessor 對(duì)分析出來的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 生成云圖 列表 以圖形化的方式顯示分析結(jié)果 1 4 3圖形輸入 將CAD模型保存時(shí)選擇 輸出 而不是保存 格式可以選 iges sat等格式 或者保存成UG CATIA Pro E等三維CAD軟件的圖形文件 在需要將圖形文件 模型 輸入到ANSYS軟件中時(shí) 選擇UtilityMenu Files import菜單 在子菜單上選擇相應(yīng)格式的文件 就可以彈出對(duì)應(yīng)的對(duì)話框進(jìn)行相應(yīng)的操作 就可以完成圖形輸入過程 1 4 4分析文件類型 在ANSYS運(yùn)行結(jié)束前產(chǎn)生 然后又在某一時(shí)刻被刪除的文件稱為臨時(shí)文件 在運(yùn)行結(jié)束后仍然存在的文件叫永久性文件 根據(jù)文件如何被使用 程序相應(yīng)地用文本格式 ACS 碼 或二進(jìn)制格式寫入文件 例如 ERR和LOG文件是文本文件 而DB EMAT和RST文件是二進(jìn)制文件 通常 需要進(jìn)行讀 及編輯 的文件是用文本格式寫入的 其他文件是用二進(jìn)制格式寫入的 二進(jìn)制文件可以是外部文件或內(nèi)部文件 外部二進(jìn)制文件能在不同計(jì)算機(jī)之間相互傳送 內(nèi)部二進(jìn)制文件僅在寫該文件的機(jī)器上調(diào)用 不能傳送 1 5ANSYS12 1用戶界面基本組成 ANSYS12 1的用戶界面包括傳統(tǒng)模式和Workbench兩種類型 本章主要介紹傳統(tǒng)模式的用戶界面情況 Workbench的部分將在第13章介紹 1 5 1啟動(dòng)ANSYS12 1用戶界面 在Windows系統(tǒng)環(huán)境下 選擇開始 ANSYS12 1 ANSYSAPDL ANSYS 菜單 將啟動(dòng)傳統(tǒng)模式界面 若選擇開始 ANSYS12 1 Workbench菜單 將啟動(dòng)新的集成環(huán)境模式Workbench界面 1 5 1啟動(dòng)ANSYS12 1用戶界面 圖傳統(tǒng)模式啟動(dòng)界面 1 5 2對(duì)話框及其控件 對(duì)話框是ANSYS里面經(jīng)常應(yīng)用到的圖形界面 它為用戶提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的處理數(shù)據(jù)的方法 根據(jù)功能的不同對(duì)話框的布局和使用的控件也各不相同 1 對(duì)話框及控件分類2 文本框控件3 單選列表控件4 雙列選擇列表控件5 選取框控件6 標(biāo)簽對(duì)話框控件 1 6ANSYS12 1通用菜單 文件 File 菜單 主要包括與文件和ANSYS數(shù)據(jù)庫有關(guān)的操作命令 選擇 Select 菜單包括了選取數(shù)據(jù)子集和創(chuàng)建組件部件的命令 列表 List 菜單 用于類出存在于數(shù)據(jù)庫的所以數(shù)據(jù) 畫圖 Plot 菜單用于繪制需要繪制的點(diǎn) 線 面 體 節(jié)點(diǎn) 單元等圖形顯示數(shù)據(jù) 畫圖控制 PlotCtrls 菜單 包括對(duì)視圖 格式和其他圖形顯示特征的控制 工作平面 WorkPlane 菜單 用于控制工作平面或者坐標(biāo)系的打開 關(guān)閉 旋轉(zhuǎn)工作平面或者對(duì)工作平面 坐標(biāo)系 進(jìn)行操作參數(shù) Parameters 菜單用于定義 編輯或者刪除標(biāo)量 矢量和數(shù)組參量 參量是ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言 APDL 的基礎(chǔ) 1 6ANSYS12 1通用菜單 宏 Macro 菜單 用于創(chuàng)建 修改和刪除或者運(yùn)行宏文件 宏文件是包括一系列命令集合的文件 菜單控制 MenuCtrl 菜單 用于菜單的控制 如哪些菜單可見 是否使用這些工具條 也可以對(duì)工具條上的快捷按鈕進(jìn)行定制 幫助 Help 菜單 用于調(diào)出ANSYS的幫助系統(tǒng)和學(xué)習(xí)指南 具體每一類菜單中相關(guān)功能的使用詳見后面各章節(jié) 這些菜單為下拉式結(jié)構(gòu) 可直接完成某項(xiàng)功能或彈出菜單窗口 1 7輸入窗口 ANSYS輸入窗口 Input 又稱命令流輸入窗 主要是用來輸入命令行命令的 輸入相應(yīng)的ANSYS內(nèi)部命令 還會(huì)提示相關(guān)的參數(shù)信息 輸入窗口具有記憶功能 單擊右邊的按鈕 則以前執(zhí)行的命令將會(huì)出現(xiàn)在下拉列表框中 可以根據(jù)需要選用 不需要重新輸入 1 8ANSYS12 1主菜單簡介 主菜單 mainmenu 是使用GUI模式進(jìn)行有限元分析的主要操作窗口 包含ANSYS的主要功能 Preferences 參數(shù)選擇 Preprocessor 預(yù)處理器 Solution 求解計(jì)算器 GeneralPostprocessor 通用后處理器 和TimePostprocessor 時(shí)間歷程后處理模塊 或稱時(shí)間歷程后處理器 等 1 9工具條 ANSYS可以將常用的命令制成工具按鈕的形式 以方便調(diào)用 工具條中幾個(gè)默認(rèn)的按鈕分別為 保存數(shù)據(jù) 恢復(fù)數(shù)據(jù) 退出程序 增強(qiáng)圖形 1 10輸出窗口 OutputWindow 和主界面一起啟動(dòng)的還有一個(gè)DOS輸出窗口 它主要用來顯示ANSYS的文本輸出 啟動(dòng)后通常會(huì)在主窗口后面 當(dāng)用戶想要查看時(shí) 激活它就可以了 此外 ANSYS將輸出信息存放在記事本文件中 這些文件存放在ANSYS的工作目錄下 文件名稱和工程名稱相同 后綴為txt和err 存放錯(cuò)誤信息 1 11圖形窗口 GraphicsWindow 圖形窗口用來顯示由ANSYS創(chuàng)建或傳遞到ANSYS的模型以及分析結(jié)果等圖形信息 關(guān)于圖形顯示方式的設(shè)置功能 都集成在UtilityMenu Plot菜單中 此菜單中提供了重繪圖形 顯示關(guān)鍵點(diǎn) 線 面或體號(hào)等顯示操作功能 1 11圖形窗口 GraphicsWindow 1 圖形顯示2 多窗口繪圖多窗口繪圖的目的是可以在建模時(shí)從各個(gè)角度方便地觀察圖形 在后處理時(shí)能夠方便地進(jìn)行結(jié)果比較 進(jìn)行多操作繪圖需要通過以下過程實(shí)現(xiàn) 1 定義窗口布局 2 選擇要在窗口中顯示的內(nèi)容 3 若要顯示單元和圖形 選擇用于繪圖的單元和圖形顯示類型 4 執(zhí)行多窗口繪圖命令 進(jìn)行多窗口繪圖顯示 3 增強(qiáng)圖形顯示 1 12個(gè)性化界面 ANSYS允許用戶根據(jù)個(gè)人的需要設(shè)定個(gè)性化的用戶界面 GUI 可以通過本節(jié)提供的方法修改GUI 可以改變的GUI屬性包括 GUI的布局 顏色和字體 圖形用戶界面的菜單顯示 鼠標(biāo)和鍵盤焦點(diǎn) 層次的菜單和對(duì)話框 1 改變字體和顏色2 改變GUI的啟動(dòng)菜單顯示3 改變菜單鏈接和對(duì)話框 1 13ANSYS12 1幫助系統(tǒng) 最簡單的方法選擇Help 幫助 菜單 HelpTopics 幫助主題 進(jìn)入幫助系統(tǒng) 其采用Windows操作系統(tǒng)中最常用的chm文檔方式 左側(cè)給出幫助的分類樹狀組織 根據(jù)需要選擇對(duì)應(yīng)的主題 在右邊會(huì)給出詳細(xì)的操作步驟和解釋 第二種方式可以通過ANSYS命令進(jìn)入ANSYS12 1幫助系統(tǒng) 其方式是在ANSYS輸入窗口中輸入help及需要查詢命令的內(nèi)容 在輸入窗口中輸入Help polygon 可以直接定位到ANSYS12 1幫助系統(tǒng)中關(guān)于 polygon的詳細(xì)解釋 第三種方法是在ANSYS12 1進(jìn)行操作時(shí) 在對(duì)話框上多會(huì)有Help按鈕 單擊Help按鈕將進(jìn)行ANSYS12 1幫助系統(tǒng) 并將直接定位到關(guān)于該對(duì)話框方面的詳細(xì)解釋