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入门指南:掌握ANSYS基础分析三步骤与建模技巧
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更新于2024-07-31
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Ansys是一款广泛应用于工程领域的通用有限元分析软件,以其强大的功能和灵活性而著名。这份基础教程旨在帮助初学者快速掌握Ansys的基本操作流程。教程的第一部分重点介绍了如何开始使用Ansys进行分析,强调了三个关键步骤:建立模型、加载并求解以及查看分析结果。 在建立模型阶段,用户需要投入大量时间,因为它涉及到创建精确的几何模型、选择合适的单元类型和定义材料属性。作业名和分析标题是重要的命名规范,作业名用于唯一标识每个分析任务,有助于组织和管理文件,而分析标题则会在后续的图形显示和输出结果中体现。用户可以通过入口选项或菜单命令来设置作业名和标题,同时,定义单位也是一项必要的设置,尽管Ansys本身并不强制统一单位,但在大多数情况下,用户需根据实际工程应用选择适当的单位。 加载并求解阶段,用户需要为模型施加适当的载荷条件,可能是静力、动力学或者热力学等,然后通过求解器计算模型响应。这个过程涉及设置边界条件、选择求解器类型和设置收敛准则。 查看分析结果是理解模型行为的关键步骤,它可能包括结果可视化、报告生成以及解析数据,以便工程师根据结果调整模型或优化设计。这部分教程可能会介绍如何解读结果图形,如何导出数据以及如何进行后处理。 Ansys的基本分析过程需要用户具备一定的几何建模技能、了解物理原理和熟练掌握软件界面操作。随着教程的深入,读者会逐渐掌握从问题定义到结果解读的完整流程,为后续的高级应用打下坚实的基础。对于希望进入工程分析领域的专业人士来说,这是一份极具价值的学习资料。
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ANSYS
基本分析过程指南
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5. 单击 OK 键,关闭对话框,如果在 Material Model Number 2 下双击
Nonlinear Isotropic, 则出现相关的对话框,并反映出为 Material Model
Number 2 添加的新的温度值。
1.2.4.4.7 范例: 定义材料模型组合
这个范例目的是告知用户如何基于两种材料模型的组合来定义材料模型,它
一步一步地示范如何使用材料模型界面定义模拟在某一温度四周软化的材料,这
可通过组合 Nonlinear Isotropic 模型和 Chaboche 模型来实现。
如果你做过这一节前面的任一个范例,在开始下面的范例前启动一个新的A
NSYS会话。
1. 从 ANSYS 主菜单单击下列菜单路径: Preprocessor > Material Props >
Material Models,Define Material Model Behavior 对话框出现。
2. 在可用的 Material Models 窗口,双击下列选项: Structural, Linear, Elastic,
Isotropic,出现一个对话框。
3. 按需要为材料特性输入数值 (EX 代表弹性模量, PRXY 代表泊松比),单
击 OK 键, 在定义的 Material Models 窗口出现 Material Model Number 1
和 Linear Isotropic 。
4. 在可用的 Material Models 窗口,双击下列选项:Nonlinear, Inelastic, Rate
Independent, Combined Kinematic 和 Isotropic Hardening Plasticity, Mises
Plasticity。
5. 双击 Chaboche 和 Nonlinear Isotropic,出现为 Chaboche 模型定义常数的
对话框。
6. 输入与 Chaboche
模型相关的开始三个常数(见ANSYS
单元参考手册
中的
Nonlinear Kinematic Hardening)。
7. Chaboche 模型允许用户指定更多的常数,要指定更多的常数,单击 Add
Row 按钮,输入下一个常数。
8. 对余下的想要定义的 Chaboche 常数,重复前面的步骤。
9. 单击 OK 键,对话框关闭,出现定义 Nonlinear Isotropic 模型的另一对话
框。
10. 输入与 Nonlinear Isotropic 模型相关的常数 (见 ANSYS
单元参考手册
中
的Nonlinear Isotropic Hardening)。
11. 单击 OK 键,对话框关闭,在 Material Model Number 1 下, 列出下述内
容:Linear Isotropic, Chaboche, 和 Nonlinear Isotropic。用户可编辑其中的
任何数据(见 范例: 编辑材料模型数据)。
ANSYS
基本分析过程指南
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1.2.4.4.8 材料模型界面 – 杂项
材料模型界面的其它特征如下:
用来输入材料数据的任何批处理文件转换到材料模型中,并在 Define
Material Model Behavior 对话框中的 Material Models Defined 窗口以列表
的形式出现。
材料模型界面不从 ANSYS 材料库输入数据。ANSYS 材料库将在Using
Material Library Files中讨论。
材料模型界面不支持用 TB,MOONEY, 或 *MOONEY 命令输入。
1.2.4.5 使用材料库文件
尽管可以为每一个有限元分析分别定义材料特性,ANSYS 程序可让用户以
档案文件的形式存储材料特性组,然后在多种分析中恢复该数组并再次使用(每
一材料特性数组有其自己的库文件)。材料库文件同样可让几个 ANSYS 用户共享
常用的材料特性数据。
材料库特征还向用户提供其它一些优点:
因为材料库文件的存档内容可以重新使用,用户可用它来快速定义另外一
个类似的材料特性组,并且不易出错。例如,假如已为一种钢定义了材料
特性,想为另一种差别不大的钢生成材料特性,可以将现有的材料特性组
写入材料库文件,再在一个不同的材料号下将其读入到 ANSYS 中,然后
在 ANSYS 中,只要根据需要作很少的修改就可为第二种钢定义材料特性。
使用/MPLIB 命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material
Library>Library Path), 可定义材料库读写路径。这样做可以允许用户以只
读文档方式保护材料数据资源,而又提供 ANSYS 用户不需切换路径就可
在本地目录写材料数据的功能。
用户可给自己的材料库文件起个有意义的名字来反映库中数据的特征,例
如,描述铸钢材料特性的库文件可以是
STEELCST.SI_MPL。 (见 创建(写)
材料库文件 有关文件名约定的说明)。
可以为材料库文件设计自己的目录层,这使用户可以按单位或任何其它选
择的类别对材料类型进行分类和编目录 (plastic, aluminum, 等)。
下面几段是对如何创建和读入材料库文件的描述,参见 ANSYS
单元参考手册
中对
/MPLIB
, MPREAD, 和 MPWRITE 命令的进一步介绍。
ANSYS
基本分析过程指南
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1.2.4.6 材料库文件的格式
材料库文件是 ANSYS 命令文件, 文件格式支持线性和非线性材料特性,
可以重复使用材料库文件,因为材料库文件是按下面的格式写的:一旦用户将材
料特性组数据读入 ANSYS 数据库,就可以将该特性组与用户希望的任一材料号
联系起来。
1.2.4.7 为材料库文件指定缺省的读/写路径
在创建任何材料库文件前,为这些文件定义一个缺省的读/写路径:
Command(s):
/MPLIB,R-W_opt,PATH
GUI:
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path
注:
ANSYS 提供的材料库位于: /ansys60/matlib/
在 R-W_选项处
,
指定 READ (设置读路径), WRITE (设置写路径), 或 STAT,
观察当前使用的是何种读/写路径。在 PATH
处
, 为将要使用的材料库文件指定路
径。
1.2.4.8 创建(写)材料库文件
按下列步骤操作来创建归档材料库文件:
发出/UNITS命令,告知 ANSYS 程序当前使用的单位制。例如,要指顶国
际单位制,就发出/UNITS,SI 命令。不能在 GUI 模式下接近/UNITS命令。
1. 使用 MP 命令 (Main Menu> Preprocessor>Material Props>Isotropic)定义
材料特性,要这样做,必须指定材料号及至少一种材料特性数值(例如,
磁渗透性或 MURX)。
2. 从 PREP7 前处理器中发出下述命令:
MPWRITE,Filename,,,LIB,MAT
文件名是分配给材料库文件的名称,发出MPWRITE (Main
Menu>Preprocessor> Material Props>Material Library>Export Library),并为该材料
库文件指定文件名。
发出 MPWRITE 命令将由材料号 MAT 指定的材料数据写入当前工作目录
中已命名过的文件中,(如果以前已发过/MPLIB命令(Main Menu>
Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path)指定了材料库的写路
径,ANSYS 就将文件写到该路径。
材料库文件的命名约定如下:
文件名是在MPWRITE命令给定的名字,如果不指定文件名,缺省的文件
名是 JOBNAME 。
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基本分析过程指南
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材料库文件的扩展名为.xxx_MPL, 这里 xxx 用来识别该材料特性组的单
位制,如果单位制是 CGS 制,则文件的扩展名为.CGS_MPL. 若在创建材
料库文件前不指定单位制,则缺省的扩展名是.USER_MPL(表示采用用户
定义的单位制)。
1.2.4.9 读入材料库文件
按下列步骤将材料库文件读入 ANSYS 数据库中:
1. 使用 /UNITS
命令或相应的 GUI 方式通知 ANSYS 程序使用何种单位
制。注:
ANSYS 的缺省单位制是 SI,GUI 仅用当前激活的单位列出
材料库文件。
2. 指定希望覆盖的新的材料参考号或已有的参考号:
Command(s):
MAT
GUI:
Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes
注:
覆盖 ANSYS 数据库中已有的材料会删除与之相连的所有数
据。
3. 用下列命令将材料库文件读入数据库:
Command(s):
MPREAD,Filename,,,LIB
GUI:
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import Library
LIB 变元支持文件搜索层级,程序首先在当前工作目录搜索已命名的材料库
文件,然后在由/MPLIB
命令指定的读路径查找,最后在 ANSYS 提供的目录
/ansys60/matlib 中查找。如果忽略 LIB 变元,程序仅在当前工作目录中查找。
1.2.5 创建几何模型
一旦定义了材料特性,在分析中下一步是生成确当地描述模型几何性质的有限元
模型—节点和单元。下列图形显示了一些有限元模型实例。
有两种创建有限元模型方法:实体建模和直接生成。使用实体建模,描述模
型的几何形状,然后指示 ANSYS 程序自动对几何实体进行单元划分产生节点和
单元。可以控制程序生成的单元的大小和形状。对于直接产生法,手工定义每个
节点的位置和每个单元的连接。可采用一些简便的操作,如节点和单元的复制阵
列、对称投影等。
关于这两种方法的细节和关于模型生成有关的其它方面-坐标系、工作平面、
ANSYS
基本分析过程指南
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耦合、约束方程等,在ANSYS Modeling and Meshing Guide(ANSYS 建模和网格
划分指南)中描述。
图 1-3 一些有限元模型实例
1.2.6 加载和求解
在这一步,运用 SOLUTION 处理器定义分析类型和分析选项,加荷,指定
载荷步长选项,并对有限元求解进行初始化。也可使用 PREP7 前处理器加载。
1.2.6.1 定义分析类型和分析选项
可以根据载荷条件和要计算的响应选择分析类型。例如,要计算固有频率和
模态振型,就必须选择模态分析。在 ANSYS 程序中,可以进行下列类型的分析:
静态(或稳定)分析、瞬态分析、谐响应分析、模态分析、谱分析、屈曲和子结
构。
并不是所有的分析类型对任何学科有效。例如,模态分析对于热分析模型无
效。ANSYS 文档资料中的分析指南手册描述了每个学科可用的分析类型和进行
分析的步骤。
分析选项允许自定义分析类型。典型的分析选项如求解的方法、应力硬化打
开或关闭和 Newton-Raphson 选项。
要定义分析类型和分析选项,使用ANTYPE 命令(Main
Menu>Preprocessor>Loads>New Analysis or Main Menu>
Preprocessor>Loads>Restart) 和相应的分析选项命令(TRNOPT, HROPT,
MODOPT, SSTIF, NROPT, 等)。与其它命令等价的 GUI,参见ANSYS Commands
Reference(ANSYS 命令参考手册)。
如果执行静态或全瞬态分析,可利用求解控制对话框为该分析定义许多选
项,求解控制对话框的详细内容见Solution。
可以指定一个新分析或重新开始分析,但绝大多数情况是进行一个新的分
析。允许用户在结束点或放弃点恢复作业的单构架的重启动分析对静态(或稳
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yangjieyun618
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