ANSYS基础知识！初学者必看！

2017-07-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、ANSYS图形用户界面(GUI)

一、主要命令:

图形用户界面包含六个窗口:1. 实用菜单(Utility Menu );2. 输入窗口 ( Input Windows );3. 主菜单 ( Main Menu );4. 输出窗口 ( Output Menu );5. 工具条 ( Toolbar );6. 图形窗口 (Graphics Windows) 。此处重点介绍实用菜单(Utility Menu )。

实用菜单(Utility Menu)包括:•File(文件)•Select(选择)•List(列表)•Plot(显示)•Plotctrl(显示控制)•WorkPlane(工作平面)•Parameters(参数化)•Macro(宏)•Menuctrls(菜单控制)•Help(帮助)

1. File (文件)

① 设置工程名和标题

•Clear&Start New 清除当前的分析过程并进行新的分析,以当前工程名命名。要慎用本命令。

•Change jobname 设置新的文件名,后续操作以新文件名作为文件名。

•Change Title 在图形窗口中定义主标题

② 保存文件

•Save as Jobname.db 将数据库保存为当前文件名

•Save as 把数据库保存为新的名

③ 读入文件

•Resume jobname.db 回复当前正在使用的工程

•Resume from 回复用户选择的工程

•Read Input from 读入并执行整个命令序列

•Import 从其它软件中输入几何模型:ANSYS支持的输入接口有IGES、SAT、Pro/E、UG和PARA等。

•Export 输出几何模型:输出接口为IGEES

•Report Generator 报告生成器

④ 退出ANSYS

•Exit 每次退出都要保存有用的文件。

•Write db log file 把数据库的输入信息写到一个记录文件中

2. Select(选择)

① 选择图元

•Entities 在图形窗口上选择图元

② 组件和部件

•Comp/Assembly 对组件和部件进行操作

•组件:选取的某类图元的集合,只包含一类图元

•部件:组件的集合,可以包含组件和图元

③ 全部选择

Everything 选择模型的所有项目下的所有图元。

3. List(列表)

① 文件和状态列表

•List >Files >Log File 查看记录文件的内容

•List >Files >Error File查看错误信息文件的内容

•List >Status 列出各个处理器下的状态

② 图元列表

•List >Keypoints 列出关键点的信息

•List >Lines 列出线的信息

•List >Areas 列出面的信息

•List >Volumes 列出体的信息

• List >Nodes 列出节点的信息

•List >Elements 列出所选单元的信息

•List >Components 列出部件的信息

③ 模型查询选取器*

•List >Picked Entities 从模型上直接选取感兴趣的图元,并查看相关信息。一个很有用的命令。

④ 属性列表

•List >Properties 列出单元类型、实常数设置、材料属性

⑤ 载荷列表

•List >loads 列出施加到模型上的载荷方向、大小。

–DOF Constrains: 自由度约束

–Force: 节点或关键点上的集中力

–Surface Loads: 节点、单元、线或面上的表面载荷

–Body Loads: 体载荷

–Inertia Loads :惯性载荷

–Solid Model Loads: 实体模型载荷

–Initial Conditions : 节点上的初始条件

–Elem Init Condt’s: 单元上的初始条件

⑥ 结果列表

•List >Results 列出求解所得的结果、求解状态、定义的单元表、轨线数据等。

通过对感兴趣区域的列表,来判断求解是否正确。

⑦ 其它列表

•List >others 列出其它不便于归类的选项

–Local Coord Sys: 显示定义的所有坐标系

–Master DOF: 主自由度entity

–Constraints Eqns: 约束方程

–Components: 列出部件或组件的内容

4. Plot (绘图)

① Plot >Replot 更新图形窗口

② Plot > Keypoint、Lines、Areas、Volumes、Nodes、Elements

绘制关键点、线、面、体、节点、单元

③ Plot >Specified Entites 绘制指定图元号的范围内的的图元

④ Plot >Materials 绘制材料属性随温度的变化

⑤ Plot >Data Table 对非线性材料进行图示化显示

⑥ Plot >Parameters 对数组参量进行图形显示

⑦ Plot >Results 绘制结果图

⑧ Plot >Multi-plots 多窗口绘图命令

⑨ Plot >Components 绘制组件或部件

5. PlotCtrls (绘图控制)

① 观察设置

•PlotCtrls >Pan, Zoom, Rotates

–Window 要控制的窗口

–视角方向:从Top(上)、Bot(下)、Front(前)、Back(后)、Left(左)Right(右)方向查看模型,Iso代表从较近的右上方查看,坐标为(1,1,1);Obliq代表从较远的右上方查看,坐标为(1,2,3);WP代表从当前工作平面查看。

② 数字显示控制

PlotCtrls >Numbering设置在图形窗口上显示的数字信息

③ 符号控制

•PlotCtrls >Symbols 用于决定在图形窗口中是否出现某些符号

④ 样式控制

•PlotCtrls >Style 用于绘制绘图样式

⑤ 字体控制

•PlotCtrls >Font Controls 控制显示的文字格式

⑥ 窗口控制

•PlotCtrls >Windows Controls 控制窗口显示

⑦ 动画显示 •PlotCtrls >Animate 控制或者创建动画。

⑧ 注释 •PlotCtrls > Annotate 控制、创建、显示和删除注释

⑨ 设备选项 •PlotCtrls > Device Options

⑩ 图形输出

•ANSYS提供三种图形输出功能:重定向输出、硬拷贝、输出图元文件。

•PlotCtrls >Redirect Plot 重定向输出。

•PlotCtrls >Hard Copy >To Printer(To File) 把图形硬拷贝输出到打印机(文件)

•PlotCtrls >Write Metafile 把当前窗体图像内容作为图元文件输出

•PlotCtrls >Capture Image 获取当前窗口快照

6. Workplane(工作平面)

① 工作平面属性

•Workplane >WP Setting 设置工作平面属性

•Workplane >Show WP Status 显示工作平面设置情况

•Workplane >Display Working Plane 打开或关闭

② 工作平面定位

•Workplane >Offset WP Increment 直接设置工作平面原点相对于当前平面原点的偏移,方向相对于当前平面方向的旋转

•Workplane > Offset WP to 偏移工作平面原点到某个指定的位置

•Workplane >Align WP With 设置工作平面与某坐标系一致

•③ 坐标系

•Workplane >Change Active CS to 设置某个坐标系为活动坐标系

•Workplane > Change Displays CS to 设置某个坐标系为显示坐标系

•Workplane >Local Coordinate Systems 对局部坐标系创建或删除

UNDO设置:

首先用命令/undo,on激活undo命令

然后在MenuCtrls中的Edit Toolbar....中输入:*ABBR, UNDO, undo

即可添加undo命令的快捷方式,但只能撤销1步。

二、ANSYS实体建模

一、主要命令:

(一)自底向上建模

3.1关键点

3. 1.1 生成关键点 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Keypoints > ……

3.1.2 复制和镜像生成关键点

Main Menu > Preprocessor >Modeling > Copy >Keypoints

Main Menu > Preprocessor >Modeling > Reflect >Keypoints

3.1.3 关键点操作

移动关键点:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Move/Modify >Keypoints

缩放关键点:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Operate >Scale >Keypoints

选取关键点:Utility Menu >Select >Entities

列表显示关键点:Utility Menu >List >Keypoints和Utility Menu >List >Specified Entities >Keypoints

图形显示关键点:Utility Menu >Plot >Keypoints

设置显示关键点号:Utility Menu >PlotCtrls >Numbering

删除关键点:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Delete >Keypoints

计算两关键点之间的距离: Main Menu > Preprocessor >Modeling >Check Geom >KP distance

3.1.4 硬点硬点是一种特殊的关键点,主要作用是施加载荷或从模型的线和面上的任意点获得数据,并不用于建立模型。除了拷贝、移动或修改关键点的命令外,其它对关键点命令都适合硬点。

3.2. 线 可以生成直线、弧线和样条曲线

3.2.1 生成直线: Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >lines > ……

注意:Overlaid On Area是指在一个面上创建两关键点之间距离最短的线。

3.2.2 生成弧线: Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Arcs > ……

3.2.3 生成样条曲线: Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Arcs > ……

3.2.4 倒圆角:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Line Fillet

注意:只有共享关键点的两条线之间才能创建倒圆角。

3.2.5 线的操作 将线的一段延长:Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Extend Lines-

其它同对关键点的操作。

3.3 面

3.3.1 生成面 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Areas > Arbitrary

注意:此处的Overlaid On Area是指复制面的一部分。

3.3.2 面的操作

沿一条线扫略另一条线生成一个面:

Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Extrude/Sweep >Line >Along Lines

沿某轴旋转一条线生成一个面:

Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Extrude/Sweep >Line >About Axis

计算并输出选定面的统计信息,包括面积、质心位置、转动惯量等:

Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Calc Geom Items >Of Areas

其它同对关键点的操作。

3.4 体

3.4.1 生成体 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Volumes> Arbitrary

3.4.2 体的操作Main Menu > Preprocessor >Modeling >Operate >Extrude/Sweep >Area >……

其它同对关键点的操作。

(二)自顶向下建模

3.5. 面

3.5.1 矩形 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Areas > Rectangle

3.5.2 圆和圆环:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Areas > Circle

3.5.3 多边形:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Areas > Polygon

3.6 体

3.6.1 长方体 Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Volumes > Block

3.6.2 圆(棱)柱体:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Volumes > Cylinder(Prism)

3.6.3 球体和球壳:Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Volumes >Sphere

3.6.4 锥体(环体):Main Menu > Preprocessor >Modeling > Create >Volumes >Cone(Torus)

三、布尔操作

ANSYS提供的布尔操作包括交(Intersect)、加(Add)、减(Subtract)、切分(Divide)、粘接(Glue)、搭接(Overlap)和分割(Partition)。

注意:不能对已划分网格的实体模型进行布尔操作,必须先清除网格,布尔操作完成后再划分网格。若布尔操作前已加载,操作将删除载荷,必须重新加载(只对布尔操作的图元)。

1. 布尔设置

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Setting

可设置是否保留操作前的图元。

2. 交操作

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Intersect

· 通用求交(common),互交(Pairwise),非对称交(面和体、线和面、线和体相交)。

3. 加操作

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add

结果得到图元的并集。

4. 减操作 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract

5. 切分操作 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide

6. 粘接 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue

注意:被粘接图元公共部分必须要比原始图元低一级。

7. 搭接 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap

注意:搭接区必须要有与原始图元相同的维数

8. 分割 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Partition

注意:若图元公共部分与原始图元相同维数,分割类似搭接。

四网格划分

网格划分主要包括三步:设置单元属性、设置网格控制选项、生成网格。

1. 设置单元属性 包括:单元类型、实常数、材料特性、单元坐标系等。

(1)定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>

单元类型包括点单元、线单元、面单元和体单元,根据需要选取。

(2)定义实常数 Main Menu>Preprocessor>Real Constants

实常数给定单元厚度、截面面积、截面惯性矩等单元的几何特性。并非所有单元都有。

(3)定义材料特性 Main Menu>Preprocessor>Material Props

给定诸如弹性模量、泊松比等。

2. 设置网格控制选项

使用网格控制能帮助控制单元形状、网格密度、中节点位置、局部网格等。

重点介绍分网工具:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool

分网工具的功能有:①控制只能分网(SmartSizing)水平;② 设置单元尺寸控制(Size Control);③ 指定单元形状(Shape);④ 制定网格划分类型,自由网格划分(Free)或映射网格划分(Mapped)或扫掠网格划分(Sweep);⑤ 对实体图元划分网格(mesh); ⑥ 清除网格(clear); ⑦ 细化网格(refine)。

其它参照课上讲述内容。

六、加载和求解

一.加载

1. 自由度(DOF)约束(包括UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)

① 施加DOF约束 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Displacement>------

Symmetry B.C.指对称边界条件,Antisymm B.C.指反对称边界条件。

当存在冲突约束时:

•反对称约束覆盖对称约束

•对称约束覆盖一般约束

•关键点命令定义约束覆盖线命令定义的约束

•线命令定义约束覆盖面命令定义的约束

•具有较高线号或面号的约束覆盖具有较低线号或面号的约束

•所有实体模型的约束覆盖节点上的约束。

② 删除约束 Main Menu>Solution>Define Loads>Delete> Structural>Displacement

若要删除所有的约束和其他载荷可用Main Menu>Solution>Define Loads>Delete> Structural>All Load Data

③ 重设约束 Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>Replace vs Add>Constraints 设置[DCUM]

④ 将实体模型上的约束转换到有限元模型上

Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Transfer to FE >Constraints

⑤ 缩放约束值 Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Scale FE Loads Constraints

注意:该命令只对有限元模型效。需先选择节点。

⑥ 显示约束 Utility Menu> List>Loads>DOF Constraints

⑦ 显示控制 Utility Menu>PlotCtrls>Symbols 设置/PCB即边界条件下的内容

2. 集中载荷(包括力FX,FY,FZ和力矩MX,MY,MZ)

① 施加集中载荷 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Force/Moment

其它同DOF约束操作

3. 表面载荷

① 施加表面载荷 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Pressure

注意:对梁分析时,一定要加在On Beams, 而不是On Lines

其它同DOF约束操作

4. 体载荷

① 施加体载荷 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Temperature

其它同DOF约束操作

5. 惯性载荷(包括重力加速度、角速度、角加速度)

① 施加体载荷 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Inertia

其它同DOF约束操作

注意:此时一定要定义密度。

二、求解

所有载荷都设置完后,可进行求解。菜单为:

Main Menu>Solution>Solve>Current LS

七、通用后处理

1. 绘制变形图

Main Menu >General Postproc >Plot Results >Deformed Shape------

2. 以等值线的形式显示模型

Main Menu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot>------

设置等值线显示样式:Utility Menu>PlotCtrls >Style>Contours

3. 动画显示

Utility Menu>Plotctrls>Animate

4. 结果数据列表显示

① 节点解列表:Main Menu >General Postproc >List Results > Nodal Solution

② 单元解列表:Main Menu >General Postproc >List Results > Element Solution

③ 支座反力列表显示:Main Menu >General Postproc >List Results >Reaction Solu

④ 作用力列表显示: Main Menu >General Postproc >List Results >Nodal Loads

⑤ 单元矢量列表显示:Main Menu >General Postproc >List Results >Vector Data

⑥ 把单元、节点进行排序:

对节点进行排序: Main Menu >General Postproc >List Results >Sorted Listing >Sort Nodes

对单元进行排序: Main Menu >General Postproc >List Results >Sorted Listing >>Sort Element 选择单元表,然后用Main Menu>General Postproc >List Results >Elem Table Data对单元列表

恢复程序默认的单元节点排序: List Results >Sorted Listing>Unsort Nodes(Element)

5. 质询结果 Main Menu >General Postproc >Query Results

6.单元数据列表

① 查看单元输出各项的定义在输入窗口输入help,单元名,然后查看各项输出定义

②定义单元数据列表:Main Menu >General Postproc >Element Table>Define Table, 点击Add,然后选择定义。

此处可在Result data item左侧下拉列表中选择最后一行的By sequence num即序列号来定义,选择右侧的项目,并对照单元输出定义的帮助输入序列号定义。

③绘制单元数据列表 Main Menu >General Postproc >Element Table>Plot Elem Table

④ 显示单元数据表 Main Menu >General Postproc >Element Table>List Elem Table

⑤ 删除单元数据表 Main Menu >General Postproc >Element Table>Erase Table

⑥ 利用单元数据表对数据进行数学运算

使用绝对值:Main Menu >General Postproc >Element Table>Absolute Value Option

计算单元表列之和:Main Menu >General Postproc >Element Table>Sum of Each Item

在单元表中加入列:Main Menu >General Postproc >Element Table>Add Items 根据公式定义

对指定的两列相乘:Main Menu >General Postproc >Element Table>Multiply

寻找两列中的最大或最小值:Main Menu >General Postproc >Element Table>Find Maximum(Minimum)

对指定的两列进行幂乘运算:Main Menu >General Postproc >Element Table>Exponentiate

计算两矢量的叉(点)积:Main Menu >General Postproc >Element Table>Cross(Dot) Product

7. 映射结果到指定路径

① 定义路径 Main Menu >General Postproc >Path Operations>Define Path

②映射路径数据:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Map onto Path

③观察路径项在路径上的映射

绘制路径项和路径距离的关系 Main Menu >General Postproc >Path Operations>Plot Path Item>On graph

几何形状关系图:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Plot Path Item>On Geometry

列表显示路径项和路径距离的关系:Main Menu >General Postproc >Path Operations> Plot Path Item>List Path Item

设定路径距离的范围:Main Menu >General Postproc >Path Operations> Plot Path Item>Path Range

④删除路径:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Delete Path

⑤ 设置当前路径:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Recall Path

⑥ 显示当前路径:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Plot Path

⑦ 对路径项进行算数运算

Main Menu >General Postproc >Path Operations>Add(加)、Multiply(乘)、Divide(除)、Exponentiate

(幂)、Differentiate(微分)、Integrate(积分)、Consine(余弦)、Sine(正弦)、ArcCosnsine(反余弦)、ArcSine(反正弦)、Natural Log(取自然对数)、Cross Product(叉乘)、Dot Product(点乘)。

⑧ 保存和读取路径数据

保存路径数据:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Archive Path >Store

读取路径数据:Main Menu >General Postproc >Path Operations> Archive Path >Retrieve

⑨ 删除所有路径项:Main Menu >General Postproc >Path Operations>Clear Path Item

⑩ 设置路径图的显示: Utility Menu>PlotCtrls >Style>Graph

9. 载荷工况 ① 定义载荷工况: Main Menu >General Postproc>Load Case>Create Load Case

② 读取载荷工况到数据库中: Main Menu >General Postproc>Load Case>Read Load Case

③存取载荷工况到载荷工况文件中:Main Menu >General Postproc > Load Case>Write Load Case

④对载荷工况进行算数运算操作:包括加、减、平方、开方、平方和开方、取最大最小值等。

⑤ 列表显示载荷工况:Main Menu >General Postproc>Load Case>List Load Case

⑥ 把数据库中的结果置零:Main Menu >General Postproc>Load Case>Zero Load Case

⑦ 删除载荷工况:Main Menu >General Postproc>Load Case>Erase Load Case

10.读取结果数据 Main Menu >General Postproc>Read Results

11. 修改结果数据 Main Menu >General Postproc>Modify Results

七、导入SOLIDWORKS模型

1.将当前模型,另存为 *.x_t格式,即保存类型选择Parasolid(*.x_t),注意,文件名必须是英文或数字。输出对话框钟,选择 ⊙所有实体。

2.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。同样,这个目录里也不能出现任何中文。

3.运行ANSYS,File→Import→PARA...→左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件,选中,OK

,导入完成。

4.现在看到的模型是线框,PlotCtrls→Style→Solid Model Facets→下拉框中选择 Normal Faceting→OK, 鼠标右键选择 Replot重生,即可看到实体了。

单元介绍

1.平面单元(PLANE42)一般不用来模拟悬臂梁.一般用Beam3、Beam4、BEAM44、BEAM54、BEAM188、BEAM189。

2.Beam3 单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元

Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度:x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题。通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑大变形(有限旋转)的分析。关于本单元更详细的介绍请参阅《ansys理论手册》,关于渐变的非对称弹性梁的问题应按beam44单元考虑,三维塑性梁应按beam24单元考虑。

Beam188 单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构,该单元基于铁木辛哥梁结构理论,并考虑了剪切变形的影响。

BEAM189 适合于细长的 stubby/thick 的梁结构。元素基于 Timoshenko 梁理论。包含切应变。

BEAM44 是一种具有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁。单元每个节点有6个自由度:x、y、z方向的平移和x、y、z轴向的转动。这个单元允许具有不对称的端面结构,并且允许端面节点偏离截面形心位置。如果你并不需要这些特性那么可以选用均质对称的BEAM4单元。同时也可以选用同类型2D单元(BEAM54)。对于非线性材料,使用BEAM188和BEAM189来代替BEAM44。

BEAM54 是单轴的元素,能承受拉压与弯曲。此元素每个节点上有3个自由度:沿 x 和 y 轴的位移和绕 z 轴的转动。元素允许具具有不对称的端面结构,并且允许端面节点偏离截面形心位置。如果你并不需要这些特性那么可以选用均质对称的BEAM3元素。此元素不具有塑性,潜变,膨胀(plastic, creep, or swelling )的特性。(如果需要这些)特性可以使用 BEAM23, 这是一个二维, untapered, 塑性梁元素。但(BEAM54)包含有应力强化。可以参见三维锥状非对称梁 BEAM44