通用有限元程序ANSYS及应用(一).ppt

24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-1,硕士研究生学位课程讲义（2006）,通用有限元程序ANSYS及应用(一),主 讲：钱 江 二OO六年二月二十四日,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-2,课程大纲,一、基础部分1.有限元法理论及结构分析通用程序简介2.ANSYS 图形用户界面简介3.直接生成法建模过程4.实体建模的基本过程5.网格划分6.基本的加载及求解过程7.数据后处理,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-3,课程大纲(续),二、应用部分 8.结构分析常用单元性能简介 9.空间框架结构的谱分析法地震响应分析10.钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析11.粱柱节点局部的应力分析（静力非线性）12.ANSYS高级分析技术及高层建筑结构抗震分析实例简介,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-4,492米可能的世界第一高楼,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-5,1.有限元法理论及结构分析通用软件简介,1.1 结构分析有限元法基础 结构分析的基本目的：结构的变形状态 结构内部的受力（应力）状态 基本求解方法：精确方法 近似方法,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-6,1.1 结构分析有限元法基础（续）,有限元法产生的历史：1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数 结合最小势能原理解St.Venant扭转问题 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element 概念，并正确求解了平面弹性问题 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽金法(Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权 余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定 律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-7,1.1 结构分析有限元法基础（续）,结构分析有限元法典型步骤 根据问题的物理特性确定基本的未知变量、解题类别；在累计系统总能量时，将问题的求解区域分割成便于计 算的子区域 划分单元；在子区域中假设基本物理场的分布形式，使计算求解成 为可能 选择单元类型（即位移模式）；计算每个子区域的能量 形成单元刚度矩阵；累计系统的总能量 组装总刚度矩阵；施加边界约束和外载荷 建立离散体系的代数方程；求解代数方程 得到基本未知变量（位移）数值结果；由节点位移解求单元内的应变、应力；,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-8,1.2 常见的结构分析通用有限元程序,1990前，SAP4、5（线性），ADINA（非线性分析）；目前，MSC/NASTRAN 系列（PATRAN、DYTRAN等）基于美国 NASA 计划；ABAQUS 据称具有最强大的非线性求解功能；MARC 据称最适于求解耦合场问题（热力耦合），已被 MSC 公司收购；ADINA for Windows 版,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-9,1.3 ANSYS 程序的发展及功能简介,第一个通过 ISO9001 质量体系认证的分析设类软件；首个在我国压力容器标准化技术委员会认证的分析软件；程序分析功能：结构分析 热分析 高度非线性瞬态动力分析（LSDYNAN）流体静力学和动力学分析（FLOTRAN）电磁场分析 声学分析 压电分析 多场耦合分析 设计灵敏度及优化分析,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-10,2.图形用户界面（GUI）简介,图形用户界面的六个分区 Utility Menu 通用菜单 快捷工具栏 显示隐藏对话框 Main Menu 主菜单 Tool Bar 工具条 Input Window 输入窗口 Graphics Window 图形窗口 Output Window 输出窗口 状态栏其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任意状态下实施其中的某些命令。,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-11,启动 ANSYS 后出现以下窗口,当显示出这六个窗口后，就可以使用ANSYS了.,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-12,ANSYS GUI中六个窗口的总体功能,输入显示提示信息，输入ANSYS命令，所有输入的命令将在此窗口显示。,主菜单包含ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、后处理等。,输出显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。,应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.,工具条将常用的命令制成工具条，方便调用.,图形显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-13,主菜单交互操作,要在主菜单中选择子菜单，将鼠标移到带有“符号的项目上，并按鼠标左键.,与下拉菜单不同，这些子菜单是相对独立的，迭加在主菜单上面.,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-14,主菜单交互操作(续),要将一个被“压住”在菜单提到前面来，将鼠标移到此菜单上，按鼠标左键(与其他基于Windows软件相同).,用鼠标左键点取 Preprocessor 菜单，将Preprocessor子菜单调到前面来.,例如:,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-15,主菜单交互操作(续),结尾带“.”的项目表示将产生 对话框.,基本的主菜单交互操作,结尾带“”的项目表示将产生 子菜单.,结尾没有任何符号的表示运行一条ANSYS 命令.,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-16,要显示 the Pan,Zoom,Rotate 菜单:Utility Menu:PlotCtrls Pan,Zoom,Rotate,Pan,Zoom,Rotate菜单用于模型的平移、缩放、旋转.,应用菜单交互操作（之一）Pan,Zoom,and Rotate,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-17,应用菜单交互操作（之二）ANSYS 的帮助系统,ANSYS的帮助系统包括所有ANSYS命令解释及所有的GUI解释，还包括ANSYS系统分析指南.帮助系统可以通过下列三种方式进入:,3.在任何对话框中选取 Help。,2.在ANSYS程序组中选取 Help System Windows NT:Start Programs ANSYS 55,1.在应用菜单中选取,1,2,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-18,ANSYS 的帮助系统(续),带矩形框的项目为 超连接.选取此超连接将得到更详细的帮助.,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-19,输入窗口交互操作,注意:当ANSYS提示你输入信息时，输入窗口的颜色会发生改变.在输入窗口输入任何信息以前，请先确认光标在窗口内闪动，否则，请在窗口内文字输入框按一下鼠标左键。在输入完信息以后，请按回车键执行.,文字输入框,例如:,闪动的光标,提示信息,以前输入的信息,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-20,3.直接生成法建模过程（示例）,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-21,谢谢各位！,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-22,1.有限元法理论及结构分析通用程序简介 1.1 结构分析有限元法基础 1.2 常见的结构分析通用有限元程序 1.3 ANSYS 软件的发展及功能简介,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-23,2.ANSYS 图形用户界面简介 2.1 通用菜单 2.2 主菜单 2.3 工具条 2.4 输入窗口 2.5 图形窗口 2.6 输出窗口,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-24,3.直接生成法建模过程 3.1 方案规划 3.2 创建属性列表 3.3 定义节点及单元,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-25,4.实体建模的基本过程 4.1 坐标系和工作平面的设定 4.2 图元及基本图元的生成 4.3 图元的修改 4.4 实体建模的基本途径 4.5 布尔运算,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-26,5.网格划分 5.1 分网要点 5.2 模型修改,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-27,6.基本的加载及求解过程 6.1 荷载概述 6.2 荷载施加及修改 6.3 荷载步及时间选项 6.4 求解器选择 6.5 多步求解及重启动,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-28,7.数据后处理 7.1 创建列表及计算结果的列表输出 7.2 计算结果的图形显示 7.3 时间历程的图形显示 7.4 组合工况的结果输出 7.5 动画显示,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-29,8.结构分析常用单元性能简介 8.1 空间杆单元 8.2 空间梁单元 8.3 平面单元 8.4 板壳单元 8.5 实体单元 8.6 钢筋混凝土单元,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-30,9.空间框架结构的谱分析法地震响应分析 一维线形单元应用实例 9.1 构件截面属性的定义 9.2 刚性楼板假定的实施 9.3 谱分析法命令流,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-31,10.钢筋混凝土剪力墙的瞬态动力响应分析 二维平面单元应用实例 10.1 模态分析及模态叠加法 10.2 直接时间积分法（Full法）10.3 输入时间历程命令流,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-32,11.粱柱节点局部的应力分析（静力非线性）三维实体单元应用实例 11.1 非线性（弹塑性）材料模型的定义 11.2 非线性求解过程基本参数的设定 11.3 如何解释结果,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-33,12.ANSYS高级分析技术及高层建筑结构抗震分析 实例简介12.1 子结构技术简介12.2 单元的生死技术简介12.3 高层建筑结构抗震分析实例简介,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-34,微元体的平衡=物体内各点的平衡微分方程 几何变形协调条件 材料特性 边界条件结果形式：具有一定连续性的分布函数方法的优缺点：精确的 对各种参数的依赖关系是显式的 能解的问题非常有限,精确方法,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-35,直接对平衡微分方程进行近似=有限差分法 利用数学恒等式=边界元法 利用守恒定律=有限元法：能量原理 几何变形协调条件 材料特性 边界条件 结果形式：某些给定离散点上的数值结果 方法的优缺点：近似的 对参数的依赖关系非显式的 能解的问题大大扩展,近似方法,24 February 2006,通用有限元程序ANSYS及应用,L1-36,