通用有限元程序ANSYS及应用.ppt
17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-1,硕士研究生学位课程讲义（2008）,通用有限元程序ANSYS及应用(四),主 讲：钱 江结构工程与防灾研究所Tel：65986113(B310)Email:二OO八年三月十七日,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-2,硕士研究生学位课程讲义（2008）,第五讲 内容提要6.网格划分 6.1 分网要点 6.2 模型修改7.基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择 7.5 多步求解及重启动,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-3,6.网格划分,6.1 分网要点 控制网格密度 控制网格形状6.2 模型修改 全局修改 局部修改,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-4,控制网格密度,有限元方法为数值计算方法，计算结果存在离散误差。但网格越密时，计算结果越接近数学模型的真实解。通常情况下，网格的密度应在这两种之间。用户应根据分析目的和结果的精度要求决定网格划分的密度大小。,6.1 分网要点,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-5,控制网格密度,可以由smart sizing slider 控制网格密度，另外的一个方法是关闭smart sizing，并设置全局单元尺寸值(global element size)，设置单元尺寸大小可以覆盖任何却省值。,6.1 分网要点,输入 SIZE 或 NDIV 值（二者选一）,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-6,控制网格形状,网格划分通常可以通过自由分网与映射分网二种方式进行，二种方式中用户对网格形状的控制能力不同。自由分网：用户对单元的形状几乎没有控制能力映射分网：受映射网格模式及其单元形状限制；通常单元排列整齐；几何模型应由规则的面或体构成。,6.1 分网要点,自由网格,映射网格,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-7,打开网格划分工具:Main Menu:Preprocessor MeshTool,网格划分工具是网格控制的一种快捷方式,单元属性控制智能网格划分控制尺寸控制指定单元形状自由网格划分或映射网格划分执行网格划分清除网格局部细划,1,2,3,4,5,6,7,8,6.1 分网要点 网格划分工具,1,2,3,4,5,6,7,8,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-8,6.2 模型修改,如果发现生成的网格不理想，可以通过下面的方法改变网格:采用新的指定重新划分网格(全局修改)。直接重划分使用Accept/reject提示清除网格，然后再重新划分指定区域细划(局部修改)。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-9,6.2 模型修改,关于单元形状检查的说明,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-10,网格划分示例,连杆,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-11,硕士研究生学位课程讲义（2008）,7.基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择及求解 7.5 多步求解及重启动,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-12,7.1 荷载概述,ANSYS中的载荷可分为:自由度DOF 定义节点的自由度（DOF）值(结构分析_位移)集中载荷 点载荷(结构分析_力)面载荷 作用在表面的分布载荷(结构分析_压力)体积载荷 作用在体积或场域内(热分析_体积膨胀)惯性载荷 结构质量或惯性引起的载荷(重力、角速度等),载荷分类,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-13,7.2 荷载施加及修改,可在实体模型或 FEA 模型(节点和单元)上加载.,在关键点处约束,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-14,7.2 荷载施加及修改(续1),几何模型加载独立于有限元网格。重新划分网格或局部网格修改不影响载荷。加载的操作更加容易，尤其是在图形中直接拾取时。,直接在实体模型加载的优点:,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-15,7.2 荷载施加及修改(续2),无论采取何种加载方式，ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将自动转化到 其所属的节点或单元上。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-16,7.2 荷载施加及修改(续3),17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-17,7.2 荷载施加及修改(续4),在关键点施加位移约束:Main Menu:Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement On Keypoints Expand 功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上,类似地，可以在线和面上施加位移约束，但没有 Expand 功能选项。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-18,7.2 荷载施加及修改(续5),加载面力载荷：Main Menu:Solution-Define Loads-Apply-Structural-Pressure On Lines,仅输入一个数值即为均布压力,注意：压力数值为正表示其方向 指向作用面,输入两个数值则定义线布压力,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-19,7.2 荷载施加及修改(续4),500J,1000J,500J,线布压力载荷沿起始关键点(I)线性变化到第二个关键点(J)。如果加载后坡度的方向相反,将两个压力数值对调即可。,VAL I=500,VAL I=500VAL J=1000,VAL I=1000VAL J=500,加载面力载荷（续）：,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-20,7.2 荷载施加及修改(续5),校验载荷通过 plotting 画出载荷:Utility Menu:PlotCtrls Symbols.,实体模型载荷显示在几何模型上(体、面、线或关键点)有限元模型载荷在画节点或单元时显示,或通过 listing列表载荷:Utility Menu:List Loads,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-21,7.2 荷载施加及修改(续6),注意:在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始 化时，才会被自动转化到有限元模型中的节 点和单元上。但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模型上的载荷转化到有限元节点和单元上:Main Menu:Solution-Define Loads-Operate-Transfer to FE,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-22,7.2 荷载施加及修改(续7),删除载荷Main Menu:Solution-Define Loads-Delete,All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。,Structural 下单列的各选项则只删除模型选定的载荷。,当实体模型被删除时,ANSYS 将自动删除其上所有的载荷。但在删除由两关键点扩展形成的位移约束时例外！此时程序只删除两关键点上的约束，而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用手工删除。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-23,7.3 荷载步及时间选项一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进行一次或多次求解。一个分析过程可以包括：单一载荷步（常常这是足够的）多重载荷步有三种方法可以用来定义并求解多载荷步 多次求解方法 载荷步文件方法 向量参数方法,7.3 荷载步及时间选项,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-24,多次求解方法它是三种方法中最易理解的方法缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除非使用批处理方法）注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示程序进行重启动为了使用多次求解方法：定义第一个载荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，继续进行步骤3和步骤4直到所有的载荷步完成 进行后处理,7.3 荷载步及时间选项(续1),17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-25,载荷步文件方法当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为jobname.sxx（sxx为载荷步号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解 为了使用载荷步文件方法：1.定义第一个载荷步 2.写荷载步文件：Main Menu:Solution Load Step Opts Write LS File(Jobname.sxx)3.为了进行第二次求解按需要改变载荷条件 4.写到第二个文件 5.利用载荷步文件进行求解 Main Menu:Solution-Solve-From LS Files(Jobname.sxx),7.3 荷载步及时间选项(续2),17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-26,使用向量参数方法主要用于瞬态和非线性稳静态分析。使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变化的表*DO,FYVAL,1,10,1*DIM,LOADVALS,5 F,1,FY,FYVAL LOADVALS(1)=1,2,3,5,7 SOLVE*DO,II,1,5,1*ENDDO F,1,FY,LOADVALS(II)SOLVE*ENDDO,7.3 荷载步及时间选项,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-27,7.4 求解器选择及求解,求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组-这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天(100,000-1,000,000 自由度)，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（Frontal solver）和 PCG求解器（PCG solver）（预条件共扼梯度,或者“Power求解器”）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver）也可以使用，主要用于非线性问题。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-28,7.4 求解器选择及求解（续1）,波前(Wavefront)求解器波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。Power求解器Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的PCG迭代计算，并输出错误信息。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-29,7.4 求解器选择及求解（续2）,求解前的模型检查在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容:统一的单位单元类型和选项材料性质参数考虑惯性时应输入材料密度热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数(单元特性)单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性(Preprocessor Operate Calc Geom Items)模型中不应存在的缝隙壳单元的法向节点坐标系集中、体积载荷面力方向,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-30,7.4 求解器选择及求解（续3）,求解失败的可能原因没有获得结果的原因是什么?往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有:约束不够!(通常出现的问题)。当模型中有非线性单元(如缝隙 gaps、滑块sliders、铰hinges、索cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。材料性质参数有负值,如密度或瞬态热分析时的比热值。未约束铰接结构，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。屈曲-当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-31,6.5 多步求解及重启动留待以后结合实例介绍,7.5 荷载步及时间选项,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-32,硕士研究生学位课程讲义（2008）,谢谢各位!,17 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L4-33,硕士研究生学位课程讲义（2008）,
