ANSYS教程資料

1、ANSYS 培訓(xùn)基本內(nèi)容一 研究?jī)?nèi)容和意義（1）簡(jiǎn)要概括ANSYS建模的兩種方法及使用情況（2）ANSYS中建模的典型步驟（3）介紹船舶上常用的單元，殼單元（shell）和梁?jiǎn)卧╞eam）（4）幾種簡(jiǎn)化幾何模型的方法（5）和工作平面相關(guān)的內(nèi)容（6）幾何模型實(shí)例操作（7）對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分通過(guò)這次培訓(xùn)可以很好的了解建模的大致內(nèi)容，熟悉ANSYS建模過(guò)程中的各個(gè)功能。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)值仿真已成為一項(xiàng)很好的研究問(wèn)題的方法，正確有限元模型的建立， 可以為以后的計(jì)算研究工作做好鋪墊。二 建模過(guò)程的幾個(gè)要點(diǎn)詳述要點(diǎn)1：簡(jiǎn)要概括ANSYS建模的兩種方法及使用情況ANSYS建模的方法主要有兩種：由頂

2、向下和由底向上在建模的過(guò)程中，可以任意交替使用。兩者首先定義的體素不同，由底向上首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后用這些關(guān)鍵點(diǎn)生成線、面、體最終構(gòu)成幾何模型，這也是經(jīng)常采用的一種建模方法；由頂向下則相反。對(duì)于簡(jiǎn)單模型，可以采用由頂向下直接生成。由于船體模型較復(fù)雜，所以在建模過(guò)程中，多采用由底向上的建模方法；而對(duì)于模型的簡(jiǎn)單部分則采取由頂向下的建模方法直接生成。要點(diǎn)2：ANSYS中建模的典型步驟 通常的建模過(guò)程應(yīng)該遵循以下要點(diǎn)： 開(kāi)始確定分析方案。在開(kāi)始進(jìn)入ANSYS之前，首先確定分析目標(biāo)，決定模型采取什么樣的基本形式，選擇合適的單元類型，并考慮如何能建立適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。 · 進(jìn)入前處理（PREP7

3、）開(kāi)始建立模型。· 建立工作平面。 · 利用幾何元素和布爾運(yùn)算操作生成基本的幾何形狀。 · 激活適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。 · 用布爾運(yùn)算或編號(hào)控制將各個(gè)獨(dú)立的實(shí)體模型域適當(dāng)?shù)倪B接在一起。 · 生成單元屬性表（單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性和單元坐標(biāo)系）。 · 設(shè)置網(wǎng)格劃分控制以建立想要的網(wǎng)格密度，· 通過(guò)對(duì)實(shí)體模型劃分網(wǎng)格來(lái)生成節(jié)點(diǎn)和單元。 · 把模型數(shù)據(jù)存為Jobname.DB · 退出前處理。 建模過(guò)程中要注意多保存，以免出現(xiàn)誤操作，為了避免以后出現(xiàn)重復(fù)的節(jié)點(diǎn)和單元，在建立幾何模型的過(guò)程中，要經(jīng)常消除重復(fù)的點(diǎn)、線、

4、面。要點(diǎn)3：介紹船舶上常用的單元，殼單元（shell）和梁?jiǎn)卧╞eam）1、殼單元?dú)卧脕?lái)模擬那些一個(gè)方向的尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于其它方向的尺寸，并且沿厚度方向的應(yīng)力可以忽略的結(jié)構(gòu)，殼單元主要用于模擬船體上的甲板、舷側(cè)板、艙壁板和底板等。通常具有兩種殼單元：常規(guī)的殼單元和基于連續(xù)體的殼單元。通過(guò)定義單元的平面尺寸、它的表面法向和初始曲率，常規(guī)的殼單元對(duì)參考面進(jìn)行離散。另一方面，基于連續(xù)體的殼單元類似于三維實(shí)體單元，它們對(duì)整個(gè)三維物體進(jìn)行離散和建立數(shù)學(xué)描述，其運(yùn)動(dòng)和本構(gòu)行為是類似于常規(guī)殼單元的。所有的殼單元必須提供殼截面性質(zhì)，它定義了與單元有關(guān)的厚度和材料性質(zhì)。在分析過(guò)程中或者在分析開(kāi)始時(shí)，可以

5、計(jì)算殼的橫截面剛度。若選擇在分析過(guò)程中計(jì)算剛度，通過(guò)在殼厚度方向上選定的點(diǎn)，具體如圖1所示： 圖1 殼單元厚度方向的截面點(diǎn)2、梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧脕?lái)模擬一個(gè)方向的尺寸（長(zhǎng)度）遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)方向的尺寸，并且僅沿梁軸方向的應(yīng)力是比較顯著的構(gòu)件，梁?jiǎn)卧饕糜谀M船艏、船舯和船艉結(jié)構(gòu)中縱骨、橫梁、加強(qiáng)材、肋骨框架、甲板縱桁、艙壁桁材和船底縱桁等構(gòu)件。其典型截面如圖2所示：圖2 T型梁和L型梁的截面視圖所有的梁?jiǎn)卧仨毺峁┝航孛嫘再|(zhì)，定義與單元有關(guān)的材料以及梁截面的輪廓（profile）（即單元橫截面的幾何）；節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)僅定義了梁的長(zhǎng)度。通過(guò)指定截面的形狀和尺寸，用戶可以從幾何上定義梁截面的輪廓。另一種方式，

6、通過(guò)給定截面工程參量，如面積和慣性矩，用戶可以定義一個(gè)廣義的梁截面輪廓。圖3和圖4分別為典型的殼單元和梁?jiǎn)卧疽鈭D。圖3 殼單元示意圖圖4 梁?jiǎn)卧疽鈭D要點(diǎn)4：幾種簡(jiǎn)化幾何模型的方法簡(jiǎn)化模型是準(zhǔn)備分析模型過(guò)程中最重要的一步。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是復(fù)雜的，如果完全按實(shí)物建立有限元模型，往往是不可能的，實(shí)際上也是不必要的，因此在建立有限元模型時(shí)，常常需要將實(shí)體模型做一些處理。（1）建模中應(yīng)使構(gòu)件盡可能的簡(jiǎn)單。構(gòu)件越復(fù)雜，分析時(shí)占用的資源越多。另外在建模時(shí)應(yīng)先考慮建立比較大的特征，這有兩方面的好處，第一是有助于簡(jiǎn)化模型，第二是避免了不必要的多余關(guān)系。（2）忽略不必要的細(xì)節(jié)。構(gòu)件中諸如倒角和小孔等特征需要

7、很多單元構(gòu)建，壓縮這些特征是簡(jiǎn)化模型的最好方法。但在壓縮這些特征之前，必須注意壓縮特征是否會(huì)改變分析模型的特性。換句話說(shuō)，就是看特征是保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須的基本特征還是僅為修飾特征，需要壓縮的是修飾特征。這些特征一般包括圓角、棱角、小的槽、定位孔等。（3）利用對(duì)稱性是簡(jiǎn)化模型的一個(gè)快速而有效的辦法。但是必須注意對(duì)稱性不僅僅意味著幾何對(duì)稱，還包括對(duì)稱的載荷、約束等邊界條件。如要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)對(duì)稱的分析模型，沿對(duì)稱面鏡像即可。（4）注意裝配中產(chǎn)生的問(wèn)題。由于在執(zhí)行裝配時(shí)，將裝配中的構(gòu)件作為獨(dú)立的部分處理。但在進(jìn)行有限元分析時(shí)，這些構(gòu)件就會(huì)被合成為一個(gè)整體，對(duì)于不接觸的構(gòu)件將被按不相關(guān)聯(lián)的物體處理，有時(shí)將會(huì)導(dǎo)

8、致錯(cuò)誤的結(jié)果。在裝配中盡量使用貼合和對(duì)齊，可以使分析裝配變得容易一些。（5）修改多余的關(guān)系。建立模型時(shí)要考慮到將來(lái)的形狀變化，以避免生成可能引起干涉的關(guān)系，這包括大小系統(tǒng)關(guān)系、尺寸關(guān)系、對(duì)齊關(guān)系等。對(duì)于可能在無(wú)意中建立的一些多余關(guān)系，可以通過(guò)檢查糾正，必要時(shí)重新調(diào)整；通過(guò)修改尺寸觀察形狀的變化。要點(diǎn)5：和工作平面的相關(guān)內(nèi)容（1）什么是工作平面 盡管光標(biāo)在屏幕上只表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，但它實(shí)際上代表的是空間中垂直于屏幕的一條線。為了能用光標(biāo)拾取一個(gè)點(diǎn)，首先必須定義一個(gè)假想的平面，當(dāng)該平面與光標(biāo)所代表的垂線相交時(shí)，能唯一地確定空間中的一個(gè)點(diǎn)。這個(gè)假想的平面就是工作平面。從另一種角度想象光標(biāo)與工作平面的關(guān)系

9、，可以描述為光標(biāo)就象一個(gè)點(diǎn)在工作平面上來(lái)回游蕩。工作平面因此就如同在上面寫(xiě)字的平板一樣。（工作平面可以不平行于顯示屏）在同一時(shí)刻只能定義一個(gè)工作平面（當(dāng)定義一個(gè)新的工作平面時(shí)就會(huì)刪除已有的工作平面），工作平面是與坐標(biāo)系獨(dú)立的。（2）生成一個(gè)工作平面 進(jìn)入ANSYS程序時(shí)，有一個(gè)缺省的工作平面，即總體笛卡爾坐標(biāo)系的X-Y平面。工作平面的X、Y軸分別取為總體笛卡爾坐標(biāo)系的X軸和Y軸，可利用下列方法生成一個(gè)新的工作平面。 · 由三點(diǎn)生成一個(gè)工作平面或能過(guò)一指定點(diǎn)的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法：GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align

10、WP with>XYZ Locations · 由三節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)工作平面或通過(guò)一指定節(jié)點(diǎn)的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法： 命令：NWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Nodes · 由三關(guān)鍵點(diǎn)定義一個(gè)工作平面或能過(guò)一指定關(guān)鍵點(diǎn)的垂直于視向量的平面定義為工作平面，用下列方法： 命令：KWPLAN GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Keypoints ·由過(guò)一指定線上的點(diǎn)的垂直于視向量的平面定義為工

11、作平面，用下列方法： 命令：LWPLAN GUI: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Plane Normal to Line ·還可以通過(guò)現(xiàn)有坐標(biāo)系的XY（或R）平面上定義工作平面。 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Al

12、ign WP with>Specified Coord Sys （3）移動(dòng)工作平面 可將一個(gè)工作平面利用下列方法（都是將工作平面移到與原位置平行的新位置）移到新的位置（即新的原點(diǎn)）： · 將工作平面的原點(diǎn)移動(dòng)到關(guān)鍵點(diǎn)的中間位置，分別用下列命令： 命令：KWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Keypoints ·將工作平面的原點(diǎn)移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)的中間位置，分別用下列命令： 命令：NWPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Nod

13、es ·將工作平面的原點(diǎn)移動(dòng)到指定點(diǎn)的中間位置，分別用下列命令： 命令：WPAVE GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Global Origin Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Origin of Active CS Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>XYZ Locations ·偏移工作平面，使用下列方法： 命令：WPOFFS GUI : Utility Menu>WorkPlane&g

14、t;Offset WP by Increments （4）工作平面的旋轉(zhuǎn) 可用兩種方式將工作平面轉(zhuǎn)到一個(gè)新的方向：在工作平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)工作平面的XY軸，或使整個(gè)工作平面都旋轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置（如果不清楚旋轉(zhuǎn)的角度，利用上述方法之一可以很容易在正確的方向上定義一個(gè)新的工作平面），要旋轉(zhuǎn)工作平面，利用下列方法： 命令：WPROTA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments（5）還原一個(gè)已定義的工作平面 盡管實(shí)際上不能存貯一個(gè)工作平面，用戶可以在工作平面的原點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)局部坐標(biāo)系，然后利用這個(gè)局部坐標(biāo)系還原一個(gè)已定義的工作平面。&#

15、183;在工作平面的原點(diǎn)創(chuàng)建局部坐標(biāo)系用下列方法： 命令：CSWPLA GUI : Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin ·利用局部坐標(biāo)系還原一個(gè)已定義的工作平面利用下列方法： 命令：WPCSYS GUI : Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cart

16、esian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys 要點(diǎn)6：幾何模型實(shí)例操作下面以創(chuàng)建一段艙室的例子來(lái)說(shuō)明采用由底向上的方法建模的基本過(guò)程。(1)、按型值表輸入型值，創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-keypoints- >In Active CS輸入關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)： X= Y= Z= 依次將確定艙室外形的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)給出。(2)、將同一站號(hào)處的關(guān)鍵點(diǎn)連接成曲線Main Menu>Preprocessor>-Mode

17、ling-Create>-lines- >B-splines拾取關(guān)鍵點(diǎn)，按回車(chē)鍵完成。依次將各站的輪廓線給出(3)、形成艙室外輪廓Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas- >By Lines鼠標(biāo)左鍵拾取曲線，按回車(chē)鍵完成(4)、切割出艙段內(nèi)的梁系根據(jù)模型形狀用工作平面將艙段切出梁，首先要打開(kāi)工作平面如下操作：Workplane>display working plane由工作平面切四個(gè)側(cè)面可得艙段內(nèi)梁系：Main Menu>Preprocessor>operate-Booleans-Di

18、vide>Area by Wrkplane拾取被切面后，按回車(chē)鍵完成。艙壁的生成也可以通過(guò)工作平面來(lái)完成。設(shè)置工作平面的snap increment and spacing,通過(guò)offset WP by increase到所需位置，用工作平面切側(cè)面生成線，再通過(guò)線生成面。如：Workplane>WP Settings 設(shè)置snap increment and spacingWorkplane>Offset WP by increments 將工作平面沿著X軸移動(dòng)到艙壁的位置。將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為90度，繞y軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)90度，將工作平面的X-Y平面與艙壁所在平面吻合，切出艙壁邊線。

19、MainMenu>Preprocessor>-Modeling-operate>-Booleans-Divide>Area by Wrkplane 拾取面后，按回車(chē)鍵完成。然后由線生成面：Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>By lines+ 拾取線, 按回車(chē)鍵完成。其余艙壁重復(fù)以上步驟。這樣就完成了模型結(jié)構(gòu)仿真最基本的部分。對(duì)于真實(shí)艦船來(lái)說(shuō)，上述過(guò)程是非常繁瑣的，而且從讀圖到簡(jiǎn)化都需要花費(fèi)很大的功夫?？傊?，在幾何模型的建立過(guò)程中，靈活的運(yùn)用工作平面會(huì)帶來(lái)很大的方便。要

20、點(diǎn)7：對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分 生成節(jié)點(diǎn)和單元的網(wǎng)格劃分過(guò)程包括三個(gè)步驟： ·定義單元屬性·定義網(wǎng)格生成控制·生成網(wǎng)格（1） 定義單元屬性 在生成節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格之前，必須定義合適的單元屬性。即必須設(shè)定： ·單元類型（如：BEAM3，SHELL61等）。 ·定義實(shí)常數(shù)（給定諸如厚度或截面積等單元的幾何特性）。 ·定義材料特性（如楊氏模量、泊松比等）。 ·單元坐標(biāo)系 注意：在對(duì)梁劃分網(wǎng)格時(shí)，還需給定方向關(guān)鍵點(diǎn)作為線的屬性Ø 生成單元屬性表 為定義單元屬性，首先必須建立一些單元屬性表。典型地包括單元類型（ET命令或菜單途徑

21、Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete）、實(shí)常數(shù)組（R命令或菜單途徑Main Menu>Preprocessor>Real Constants）、材料特性（MP和TB命令，菜單途徑Main Menu> Preprocessor>Material Props>material option）。 注意：方向關(guān)鍵點(diǎn)是線的屬性而不是單元的屬性。不能生成方向關(guān)鍵點(diǎn)表。Ø 在劃分網(wǎng)格之前分配單元屬性 一旦建立了屬性表，通過(guò)指向表中合適的條目即可對(duì)模型的不同部分分配單元屬性。指針就是參考號(hào)碼集，包括材料號(hào)（MAT），實(shí)常數(shù)集號(hào)（REAL），單元類型號(hào)（TYPE），坐標(biāo)系號(hào)（ESYS），及用BEAM188或BEAM189單元對(duì)梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分的截面號(hào)（SECNUM）?？梢灾苯咏o所選定的實(shí)體模型圖元分配單元屬性，或定義缺省的屬性集，在后來(lái)的生成單元的網(wǎng)格劃分操作中使用。 Ø 直接給實(shí)體模型圖元分配屬性 給實(shí)體模型圖元分配單元屬性允許對(duì)模型的每個(gè)區(qū)域預(yù)置單元屬性，從而可以避免在網(wǎng)格劃分過(guò)程中重置