孟飆2009Ansys系統(tǒng)應用0內容提要Ansys程序簡介Ansys程序實例1Ansys程序簡介Ansys軟件是融結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。該軟件可在大多數(shù)計算機及操作系統(tǒng)中運行，從PC機到工作站直至巨型計算機，Ansys文件在其所有的產品系列和工作平臺上均兼容。Ansys軟件多物理場耦合的功能,允許在統(tǒng)一模型上進行各式各樣的耦合計算,如：熱—流體耦合,磁—電耦合,以及電—磁—流體—熱耦合，確保了所有的Ansys用戶的多領域多變工程問題的求解。Ansys基于Motif的菜單系統(tǒng)是用戶能夠通過對話框、下拉菜單和子菜單進行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，為用戶使用Ansys提供“導航”。我系的CAE中心已經引進并開始使用了Ansys5.5。2Ansys程序簡介1Ansys軟件作為一個大型通用的有限元程序,其功能以為全世界公認,Ansys軟件特點如下:1）該程序最為顯著特點是加入交互式操作方式,即能在分析前用交互式圖形為驗證模型的幾何形狀,材料及邊界條件。分析之后又能立即用圖形交互的檢查分析結果。2）該程序提供一個循序漸進的能力表,包括高級結構非線性,電磁場,計算流體力學,設計優(yōu)化一般接觸面,自適應網格劃分，大應變,有限轉動動能和參數(shù)化建模.3）為用戶使用本程序提供直觀的途徑界面,并配有完整的聯(lián)機聲明及幫助系統(tǒng).供用戶完成深入應用課題。4）軟件的設計分析和優(yōu)化功能也可很方便地應用到CAD系統(tǒng)生成的模型上。新增強的功能,使程序更靈活更好用,計算速度更快。3Ansys程序簡介2Ansys軟件提供了一個不斷改進的功能清單，具體包括：1）結構高度非線性仿真2）熱分析Ansys熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計算各節(jié)點的溫度，并導出其它熱物理參數(shù)。包括熱傳導、熱對流及熱輻射三種傳導方式。此外，還可以分析相變、有內熱源、接觸熱阻等問題。熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布，如熱量獲取或損失、熱梯度、熱流密度等。Ansys采用了牛頓-拉普森迭代求解，并為了增強問題的收斂性，提供了自適應下降、線性搜索、自動載荷步、二分法及弧長法等一系列命令?？梢杂嬎阌纱蟮奈灰?、應變及有限轉動引起的結構幾何非線性問題、與時間有關的材料非線性問題以及接觸引起的狀態(tài)非線性問題。4Ansys程序簡介3）電磁分析4）設計優(yōu)化Ansys提供了兩種優(yōu)化方法，它們可以處理大多數(shù)的優(yōu)化問題。零階方法是一個很完美的處理方法，可以很有效的處理大多數(shù)的工程問題。一階方法基于目標函數(shù)對設計變量的敏感程度，因此更加適合于精確的優(yōu)化分析。優(yōu)化中Ansys采用一系列的分析-評估-修正的循環(huán)過程，這個過程重復進行直到所有設計滿足要求為止。Ansys可分析電磁場的多方面問題，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線、力、運動效應、電路和能量損失等?？捎糜谟行У胤治鱿旅嫠械母黝愒O備：電力發(fā)電機、變壓器、螺線管傳動器、電動機、磁成像系統(tǒng)、圖象顯示設備傳感器、磁懸浮裝置、波導、開關等。5Ansys程序簡介5）計算流體動力學分析6）利用Ansys參數(shù)設計語言（APDL）的擴展宏命令功能APDL有參數(shù)、數(shù)組參數(shù)、表達式和函數(shù)、分支和循環(huán)、重復和縮寫、宏以及用戶程序等功能。Ansys程序中的FLOTRANCFD分析功能是一個用于分析二維及三維流體流動場的先進的工具，可解決如下的問題：

作用于氣動翼型上的升力和阻力；超音速噴管中的流場；彎管中流體的復雜的三維流動；計算發(fā)動機排氣系統(tǒng)中氣體壓力及溫度分布；研究管路系統(tǒng)中熱的層化及分離；使用混合流研究來估計熱沖擊的可能性；用自然對流分析估計電子封裝芯片的熱性能；對含有多種流體的熱交換器進行研究。6Ansys程序簡介ANSYS程序例題例：

這是一個簡單的單一載荷步的直角支架結構靜力分析例題，上面左方的孔是被沿圓周完全固定的，一個成錐形的壓力施加在下面右端孔的下半圓處大小為由50psi到150psi。已知：如圖，支架兩端都是直徑為2cm的半圓，支架厚度th=0.5cm，小孔半徑為1cm，支架拐角是半徑為0.4cm的小圓弧，支架是由A36型的鋼制成，楊氏模量E=3E7，泊松比為0.27。6cm4cm2cm2cm2×0.8cm0.4cm7Ansys程序簡介近似和假設：因為支架在z方向的厚度遠小于在x、y方向的尺寸（只有1/2inch厚），而且壓力只作用在x-y平面上，所以我們可以有效的把它假設為平面應力來分析。我們近似地運用固體模型來產生一個二維模型，并利用自適應劃分網格方法來確定節(jié)點和劃分網格。下面是根據(jù)已知條件進行的完整的計算分析過程，也可以通過觀看一步一步的詳細計算分析過程，并可以親自動手跟隨我們完成對本題的分析。8Ansys程序簡介具體步驟：1建立幾何模型生成矩形改變繪圖控制重繪矩形將工作面轉化成極坐標形式來生成第一個圓端移動工作面來生成第二個圓端面域合并生成圓角線生成圓角面面域合并生成第一個小孔移動工作面來生成第二個小孔減出支架上的小孔保存數(shù)據(jù)在model.db.里9Ansys程序簡介具體步驟：2定義材料屬性

定義材料屬性

3進行網格劃分菜單優(yōu)化

定義單元類型和選項

定義實常數(shù)

平面網格劃分

保存數(shù)據(jù)在mesh.db里

4施加載荷

施加固定鉸支

施加壓力載荷

10Ansys程序簡介具體步驟：5計算求解6計算結果后處理計算解題

利用常用后處理器來查看結果

繪制變形圖

繪制vonMises等效應力圖列出結果數(shù)據(jù)

退出ANSYS程序

11Ansys程序實例1.生成矩形1）執(zhí)行：MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Rectangle

ByDimensions3）按Apply生成第一個矩形-?52342）輸入X1=0（注意：按Tab鍵來選擇填充欄目），X2=6，Y1=-1，Y2=1

-?4）輸入X1=4,X2=6,Y1=-1,Y2=-3

-?5）按OK生成第二個矩形，并關閉對話框

-?12Ansys程序實例2.改變繪圖控制重繪矩形1）執(zhí)行：UtilityMenu:

PlotCtrls

Numbering3）按OK來改變控制參數(shù)，關閉對話框，用replot重繪-?

2）打開面域顏色區(qū)分功能-?234）按Toolbar中SAVE_DB保存輸入數(shù)據(jù)13Ansys程序實例3.將工作面轉化成極坐標形式來生成第一個圓端1）UtilityMenu:

PlotCtrls

Pan,Zoom,Rotate3）關閉對話框-?

2）點擊小圓點一次來放大-?

2367894）UtilityMenu:

WorkPlaneDisplayWorkingPlane(toggleon)5）UtilityMenu:

WorkPlane

WPSettings6）點擊Polar

-?7）點擊GridandTriad

-?8）輸入.1作為跳格尺寸-?9）點OK來使設置生效并關閉對話框-?14Ansys程序實例3.將工作面轉化成極坐標形式來生成第一個圓端10）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle12）移動鼠標來控制半徑為1，按鼠標左鍵來生成圓11）選取中心點在WPX=0,WPY=0（如圖）11121313）按OK關閉對話框-?14）存盤Toolbar:

SAVE_DB15Ansys程序實例4.

移動工作面來生成第二個圓端1）Menu:

WorkPlane

OffsetWPto

Keypoints

3）拾取矩形右下角點2）拾取矩形左下角點23674）按OK關閉拾取采單5）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle6）拾取中心點（X=0，Y=0）7）移動鼠標使半徑為1按左鍵生成圓8）按OK關閉拾取采單9）存盤Toolbar:

SAVE_DB16Ansys程序實例5.

面域合并1）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Add

Areas

2）選取所有的面域相加

-?

23）按OK關閉拾取采單4）存盤Toolbar:

SAVE_DB17Ansys程序實例6.

生成圓角線1）UtilityMenu:

PlotCtrls

Numbering2）打開直線顏色區(qū)分功能-?

233）按Ok來保存修改并關閉對話框，自動重繪

-?4）用UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleoff)

來關閉坐標顯示18Ansys程序實例6.

生成圓角線5）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Lines-LineFillet

6）拾取直線17和86L17L8897）按OK結束拾取8）輸入.4作為半徑大小-?9）按OK生成一端圓弧關閉對話框-?10）重繪曲線UtilityMenu:PlotLines19Ansys程序實例7.

生成圓角面1）利用UtilityMenu:

PlotCtrls

Pan,Zoom,Rotate

來調整圖象大小、位置和角度2）點一下Zoom鈕

-?

233）移動鼠標到圓弧處，點左，把鼠標移走，再點一下20Ansys程序實例7.

生成圓角面4）MainMenu:

Preprocessor

Create

-Areas-Arbitrary

ByLines

5）選中直線4，5和1785L1L4L56）按OK生成面域關閉拾取對話框7）點擊Fit按鈕

-?10）存盤Toolbar:

SAVE_DB8）關閉thePan,Zoom,Rotate

圖象調節(jié)對話框

-?9）重繪面域

UtilityMenu:

Plot

Areas21Ansys程序實例8.

面域合并1）Mainmenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Add

Areas2）選取全部面域相加-?

23）存盤Toolbar:

SAVE_DB22Ansys程序實例9.

生成第一個小孔1）用UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleon)打開坐標顯示2）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle3）選取中心點（X=0，Y=0）4）移動鼠標使半徑為.4，點左邊生成小圓5）按OK關閉拾取對話框23Ansys程序實例10.

移動工作面來生成第二個小孔1）用UtilityMenu:

WorkPlane

OffsetWPto

GlobalOrigin

由極坐標轉換成標準坐標2）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Create

-Areas-Circle

SolidCircle3）選取中心點（X=0，Y=0）4）生成半徑為.4的小圓5）UtilityMenu:

WorkPlane

DisplayWorkingPlane(toggleoff)

關閉坐標顯示6）重繪線Plot

Lines24Ansys程序實例11.

減出支架上的小孔1）MainMenu:

Preprocessor

-Modeling-Operate

-Booleans-Subtract

Areas

布爾操作面域相減2）選取支架作為被減面域2443）點拾取采單中Apply鈕4）拾取兩個小孔作為減去面域5）按OK來減孔并關閉對話框6）存盤Toolbar:

SAVE_DB25Ansys程序實例12.

保存數(shù)據(jù)在model.db里這時我們要把數(shù)據(jù)保存到文件里，為了表示還沒有劃分網格，我們叫它model.db。1）UtilityMenu:

File

SaveAs

232）輸入model.db

作為數(shù)據(jù)文件名-?3）按OK保存數(shù)據(jù)并關閉對話框-?26Ansys程序實例13.

定義材料屬性這里我們根據(jù)已知輸入材料屬性：E和泊松比。1）利用MainMenu:

Preprocessor

MaterialProps

-MaterialModels-Structural/Linear/Blastic/Isotropic

2）當我們定義一種材料之后按OK

-?3）輸入30e6為E

-?4）輸入.27在PRXY欄中-?5）按OK使修改生效并關閉對話框

-?3427Ansys程序實例14.

菜單優(yōu)化1）MainMenu:

Preferences

232）點擊structural選項-?3）按OK使修改生效并關閉對話框-?28Ansys程序實例15.

定義單元類型和選項1）MainMenu:

Preprocessor

ElementType

Add/Edit/Delete

23332）添加一種單元類型-?3）選擇8-nodedquad(PLANE82)

單元按OK-?29Ansys程序實例15.

定義單元類型和選項4564）在PLANE82單元的Options選項中定義參數(shù)

-?5）選擇薄板平面應力作為單元特征，按OK-?6）關閉單元對話框

-?30Ansys程序實例16.

定義實常數(shù)24561）MainMenu:

Preprocessor

RealConstants2）添加一類實常數(shù)-?3）選PLANE82按OK4）在厚度項上填入.5

-?5）按OK使修改生效并關閉對話框-?6）關閉實常數(shù)對話框

-?7）詳細數(shù)據(jù)填寫要請參照幫助31Ansys程序實例17.

平面網格劃分122341）MainMenu:

Preprocessor

Meshing-MeshTool開網格劃分對話框2）設置網格尺寸鍵入0.5按OK-?3）選擇Area網格選項-?4）點Mesh按鈕

-?5）選取整個進行網格劃分6）關閉網格劃分對話框-?32Ansys程序實例18.保存數(shù)據(jù)在mesh.db里2這時我們要把數(shù)據(jù)保存到文件里，為了表示已經劃分網格，我們叫它mesh.db。1）UtilityMenu:

File

SaveAs2）輸入mesh.db

作為數(shù)據(jù)文件名-?3）按OK保存數(shù)據(jù)并關閉對話框-?33Ansys程序實例19.施加固定鉸支24561）MainMenu:

Solution

-DefineLoads-Apply

-Structural-Displacement

OnLines2）選取4條左邊孔上的弧線(L分別是線10,9,11,12)3）按OK4）點AllDOF選項

-?5）輸入0作為完全固定鉸支-?6）按OK施加固定鉸支-?7）重繪線UtilityMenu:

Plot

Lines8）存盤Toolbar:

SAVE_DB34Ansys程序實例20.施加壓力載荷234561）MainMenu:

Solution-DefineLoads-Apply

Pressure

OnLines2）選取線63）按Apply

-?4）value中輸入50-?5）optionalvalue中輸入500-?6）按Apply

-?7）選線78）按Apply

-?9）Value中輸入500

-?10）Optionalvalue中輸入50-?11）按OK

-?12）存盤Toolbar:

SAVE_DB35Ansys程序實例20.施加壓力載荷79101136Ansys程序實例21.計算解題2451）MainMenu:

Solution

-Solve-CurrentLS2）查看狀態(tài)窗，選擇3）FileClose

來關閉狀態(tài)窗-?4）按OK開始計算求解-?5）計算結束，關閉數(shù)據(jù)窗-?37Ansys程序實例22.利用常用后處理器來查看結果

23.繪制變形圖

231）MainMenu:

General

Postproc

-ReadResults-FirstSet

1）MainMenu:

GeneralPostproc

PlotResults

DeformedShape2）選擇Def+undeformed項

-?3