文章编号:1000-1573(2002)S1-0279-04
ANSYS 的二次开发及其在土石坝有限元分析中的应用
尤红兵1, 孙建恒1, 刘聪慧2
①
(1.河北农业大学城乡建设学院,河北保定071001;2.河北省城建职工中专,河北保定071000)
摘要:利用ANSYS 的APDL 语言,编写了计算土石坝静力分析的线性有限元程序和非线性有限元程序。建模简单,使用方便,从计算实例看,计算结果较准确,取得了较好的效果。关键词:ANSYS ;二次开发;土石坝;线性;非线性中图分类号:TV 314 文献标识码:A
Second development of ANSYS and its application in f inite
element analysis of dam
Y OU H ong 2bing 1,SUN Jian 2heng 1,LI U Cong 2hui 2
(1.College of Urban &Rural Construction ,Agricultural University of Hebei ,Baoding 071001,China ;2.Hebei Secondary Faculty and Workers School of Urban and Rural Construction ,Baoding 071000,China )
Abstract :Based on ANSYS 2APDL language ,the linear and nonlinear finite element methodprograms for static analysis of dam are made in this paper.The modele is simple and practical.The examples show that the solution is highly accurate and proved to be satisfactory.
K ey w ords :ANSYS ;second development ;dam ;linearity ;nonlinearity
土石坝是一种古老的水工建筑物,具有造价低、结构简单、对自然条件适应强、抗震性能好、工作可靠、寿命长等优点,因而被广泛采用。土石坝的应力应变分析可采用线弹性有限元法和非线性有限元法进行计算。线弹性有限元法计算简便、迅速,计算结果能够给出土石坝应力分布的概貌,大体上反映坝体体形、地基、不同材料和施工顺序对应力分布的影响,能够指出可能开裂的部位,并可用来和非线性有限元计算结果进行比较。非线性有限元法可考虑坝体材料的非线性影响,根据所确定的计算模型,结合坝体施工和蓄水过程,采用增量法分级计算,计算结果较准确[1]。
本文利用ANSYS 的APDL 语言实现了参数化建模、获取后处理结果、材料特性动态修改、计算结果后处理等有关功能,进行了土石坝的线弹性和非线性有限元分析,得到了较满意的结果。
1 线弹性有限元分析
计算采用如图1所示的四边形等参单元,少数过渡为三角形单元。
1.1 计算条件的确定
1)材料常数E 、
μ的确定。由于土料的主应力差(σ1-σ3)与轴向应变εr 呈双曲线变化,而且随侧限压力σ3而呈现一簇曲线。在选用材料常数时,应估计它们实际承受的σ3和(σ1-σ3)的大致范围,取图1 单元示意图
Fig.1 E lement f igure
平均而有代表性的数值。由于坝体顶部、底部、内部和边界的应力状态有较大区别,所以宜将坝体划分为几个区域,每个区域
选用合适的E 、
μ值。2)土石坝所受的荷载主要是自重和水压力。对于自重,可按各分区材料的容重计算出各单元的重量,转换为结点力。
对于水压力,可化为作用在心墙或斜墙上的表面力,转化为结点力。
3)土石坝是逐层填筑而成的,在计算自重应力时,为更切合实际,可根据实际施工顺序,分层加荷分析,各部位的材料常
①收稿日期:2002-04-15
作者简介:尤红兵(1970-),男,河北省平山县人,在读硕士研究生,主要从事结构分析研究.
第25卷增刊2002年5月
河北农业大学学报
JOURNAL OF AGRICU LTURAL UNIVERSIT Y OF HEBEI
Vol.25Sup. May 2002
数E 、
μ可在各次分析中加以适当调整,通常取5～10层即可。1.2 施工逐级加荷的模拟
根据土石坝的施工顺序,分层加荷分析,新填土部分的位移要作适当修正。顶面部分位移增量应为零。新填土层不同深度处的位移作如下修正:
u ′=2yu/(h +y )
(1)
式中:h -新填土层的厚度;y -所求位移的结点到新填土顶面的距离;u -有限元计算直接解得的位移(竖向位移或水平位移)。
2 土坝非线性静力分析
2.1 土体的本构模型
土的非线性应力应变关系采用广为应用的邓肯张模型[1,2](E -B 模型),切线弹模和体积模量分别按下式计算:
E =KP a (
σ3
P a
)
n
1-
R f (1-sin φ)(σ1-σ3)
2C cos φ+2σ3sin φ
(2)B t =K b P a (σ3/P a )
m
(3)
式中共有7个参数:C 、φ为坝体强度指标;K 、n 为弹性模量数和弹性模量指数;R f 为破坏比;K b 、m 为体积模量数和体积模量指数。P a 为大气压力;σ1和σ3为最大和最小主应力。
在逐级加荷过程中,当某一单元算得应力水平S 小于历史上最大值S 0,同时偏应力(σ1-σ3)小于历史上最大值(σ1-σ3)0时,就认为土处于回弹状态,用回弹模量
E ur =K ur P a (σ3/P a )
m
(4)
在计算中,当μt ≥0.49或B t ≥17E t 时,令B t =17E t 即μt =0.49。
2.2 非线性分析方法
非线性静力分析采用中点增量法[2,5]。将荷载分为若干级增量,对每级荷载增量作两次有限元计算,取
E =0.25E 0+0.75E m
(5)μ=0.25μ0+0.75μm
(6)
作为第2次计算所用的弹性常数。
每级荷载计算后,要进行无拉分析和剪坏处理。当出现拉应力时,应将单元调整到无拉应力状态。当出现某些单元被剪坏时,应将单元的应力调整到极限状态,即与库仑破裂线相切。为模拟施工逐级加荷,也要按式(1)对新填土层进行位移修正。
3 ANSYS 程序的二次开发
311 利用ANSYS 计算土石坝存在的问题
ANSYS 是通用性很强的有限元分析软件,但由于土的本构关系的特殊性和计算过程的复杂性,很难直接利用ANSYS 进
行土石坝的有限元分析。
(1)ANSYS 程序中没有常用的土的本构模型,如邓肯张双曲线模型、椭圆-抛物线双屈面模型、等效线性粘-弹性等模
型。要根据计算的结果动态修改弹性常数,采用交互操作将非常复杂。
(2)ANSYS 程序中不能自动进行单元破坏后的应力修正。
(3)由于材料常数的变化,每级荷载的计算结果不能直接进行合成,如分层加荷时,位移和应力增量的叠加。对合成的计
算结果不能直接进行后处理,如绘制位移、应力等值线图。
3.2 基于ANSYS -APDL 语言的二次开发
APDL 即ANSYS 参数化设计语言(ANSYS Parametric design language )是一种解释性语言,可用来自动完成一些通用性强
的任务,也可以用于根据参数建立模型[3]。本文根据土石坝有限元的计算原理和分析方法,利用APDL 实现了土石坝的有限元分析。
(1)根据加荷级数分层建模。这样每施加一级荷载,就划分一层的网格,然后进行求解,模拟逐级加荷的过程。根据划
分的网格,将不同的单元定义为不同的材料,对每一个单元的EX ,NUXY ,DENS 分别赋值。
(2)编写自动提取计算结果的宏命令,得到每次计算的位移和应力结果,保存并可输出到文本文件。根据邓肯张模型,编
写计算每一单元的弹性常数E t 、
μt 或B t 的宏命令,并动态修改单元的弹性常数。(3)编写单元破坏后的应力修正的宏命令和结果后处理的命令流。按中点增量法,利用APDL 语言,编写非线性分析的
命令流。
(4)编写结果后处理的命令流,绘制应力、位移等值线。将计算结果作为结点位移(U X 或U Y )约束重新施加到计算模型
082
河北农业大学学报第25卷
上,转化为根据已知位移求应力和位移场的问题,经过计算可得到新的“位移场”,它满足给定的位移条件,最后由后处理程序画出相应位移等值线或位移云图,即可得到所求的位移、应力的后处理结果。
4 计算实例
4.1 线弹性有限元法
用所编写的程序计算了文献[1]中的均质土坝。坝底宽160m ,坝顶宽7.6m ,坝高30.5m ,E =9.8MPa ,μ=0.4,容重为
21.6kN/m 3。分10层加荷,坝体剖面图及单元划分图如图2～3所示
。
图2 坝体剖面图 图3 单元划分图
Fig.2 Section plane Fig.3 E lement
mesh
坝体自重引起的垂直位移如图4所示,水平位移如图5所示。计算结果与文献[1]的结果极为接近,程序可靠。
图4 垂直位移 图5 水平位移
Fig.4 V ertical displacement Fig.5 H orizontal displacement
4.2 非线性有限元法
用所编写的非线性程序计算了文献[4]中的均质堆石坝,坝高100m ,坝顶宽度为8m ,上下游坡角均为30°,堆石料的容重为2.0t/m 3,邓肯张模型中计算所需的参数如表1所示。
表1 邓肯张模型参数
T able 1 Duncan -Ch ang model p arameter
K
K ur
n
R f
m
φ
K b C/(t ?m -3)
60010000.430.90.3
46.1
350 4.1
计算结果如图6～11所示,与文献[4]的结果比较见表2。
图6 垂直位移 图7 水平位移
Fig.6 V ertical displacement Fig.7 H orizontal displacement
图8 最小主应力分布图 图9 最大主应力分布图
Fig.8 Minim al princip al stress distribution Fig.9 Maxim al princip al stress distribution
1
82 增刊 尤红兵等:ANSYS 的二次开发及其在土石坝有限元分析中的应用
图10 弹性模量分布图 图11 泊松比分布图
Fig.10 Modulus of elasticity distribution Fig.11 Poisson ’s ratio distribution
5 结论
由计算结果可以得出以下结论:
1)计算过程中,ANSYS 的APDL 语
言能灵活地实现有限元分析中的众多相关功能,为工程设计和研究提供了有力的开发平台和分析工具。
2)垂直位移最大值发生在坝体的中
部,约为坝高的1/2～1/3处。水平位移
表2 计算结果比较
T able 2 Comp arison bet w een t w o results
比 较
Comparison
垂直位移/m
Vertical displacement
水平位移/m
Horizontal displacement 最小主应力/MPa
Minimal Principal
Stress 最大主应力/MPa
Maximal Principal
Stress 文献[4]结果0.542000.155000.5700 1.4500本研究结果
0.54569
0.17693
0.5889
1.6259
最大值发生在坝体的中下部,约为坝高的1/3,且靠近坝坡处。符合模拟施工过程逐层加载的计算规律[5]。
3)最大主应力、最小主应力、弹性模量沿坝中线自底向上逐渐减小,最大值发生在坝轴线附近靠近坝基处。4)位移和应力计算结果符合一般规律,计算结果可靠。参考文献:
[1] 王宏硕.水工建筑物(专题部分)[M ].北京:水利电力出版社,1990.205-250.
[2] 殷宗泽.土坝非线性有限元计算程序[A ].姜弘道.水工结构工程与岩土工程的现代计算方法及程序[C].南京:河海大学出版社,1992.
266-275.
[3] 美国ANSYS 公司北京办事处.APDL 使用指南[M ].1998.
[4] 连镇营.地基、土石坝静-动力分析及永久变形计算方法研究[D ].大连:大连理工大学,1998.[5] 艾武.总岗山水库大坝安全鉴定的稳定与应力分析研究[D ].成都:四川联合大学,1997.
(编辑:祁振声)
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河北农业大学学报第25卷
Project1 梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。 梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK
万方数据
第３期张庆峰等：基于ＡＮＳＹＳ二次开发的管系结构应力分析系统—－７９—．大，计算结果可靠。但它要求使用者具有一定的有限元知识背简单。 景，并同时具有较强专业知识水平、较强的结构分析能力和扎实 的英语基础。鉴于上述特点，使其对压力管系的有限元分析不 具有针对性。复杂的英文界面和繁琐的分析步骤都给从事压力 管系有限元分析的技术人员造成了很大的障碍。因此，基于这 些不便因素，为适用不同层次的用户使用，利用ＡＮＳＹＳ内部提 供的二次开发工具。把ＡＮＳＹＳ作为结构分析工具，建立了特别 适用于结构应力分析的中文界面环境、菜单和工具杆的管系结 构分析系统模块。此模块以向导的方式来进行每一步骤，各步 骤附有帮助文件，充分体现了专业化、用户化、便捷化的特点。 如图１所示。 图３管系图 图１绘制管系图 ４应用实例 利用在役压力管道系统的应力分析模块对某厂核反应器再循环装置管线进行应力分析，如图２所示。 图２核反应器再循环装置回路管线图 ４．１核反应器再循环装置回路管线概况 下面是一个应用该软件对在役核压力回路管线进行应力结构分析的简例。如图３所示，假定核反应器再循环装置的回路管线中发现了二处裂纹。这些裂纹可能是由于在生产或制造过程没有操作经验或某种晶间应力腐蚀所引起的。这两个裂纹，①和②，存在于旁路与核反应再循环装置回路管线主管路相连的焊接部位，它们可认为是复合缺陷。旁路管线的内径是２８２ｍｍ，主管路的内径是４５０ｒａｍ，厚度是３１．７６ｍｍ。这些管路和弯管是ＳＡ３３３ＧＲ６型材料，弹性模量是１８８ＧＰａ。 ４．２管系的结构分析 借助ＡＮＳＹＳ的二次开发功能，在开发“含缺陷压力管系风险分析系统”时。在结构应力分析模块中，选择了国际著名的ＡＮＳＹＳ有限元分析软件作为结构应力分析工具，并为适用不同层次的用户的需要，针对ＡＮＳＹＳ的管路系统模块的特征，对ＡＮＳＹＳ进行了二次开发，建立了专用程序的同时建立起对应的图形驱动界面，使得前处理建模、计算和后处理操作等变得十分 图４管系应力分布云图 ５结论 通过开发以ＡＮＳＹＳ为平台的管系应力分析系统，证实了运用ＡＮＳＹＳ内部提供的ＡＰＤＬ语言和ＵＩＤＬ语言进行开发专业模块的可行性，并且达到了界面简洁、易操作的预期功能。 利用建立在ＡＮＳＹＳ二次开发基础上强大的管道结构应力分析模块，可以在制定管道的检修计划时，方便地确定出管道高度应集中部位，有针对性地选择焊缝并进行射线探伤，使管线的安全状况分析更加准确。有针对性地选择焊缝并进行射线探伤，使得管道的安全状况分析更为准确。同时，也可以利用该系统为分析工具，制定出旨在降低失效风险的管道结构改进措施，优化管道结构。以较低的成本提高管道的完整性水平。 因此，该系统的推广应用，对提高企业的压力管道管理水平，保障安全生产和技术进步具有重要意义。 参考文献 １ＡＮＳＹＳＡＰＤＬＰｒｏｇｒａｍｍｅｒ’ｓＧｕｉｄｅＲｅｌｅａｓｅ５．５．ＡＮＳＹＳ。Ｉｎｅ． ２ＴｈｅＵＩＤＬＰｒｏｇｒａｍｍｅｒ’ｓＧｕｉｄｅＲｅｌｅａｓｅ５．５．ＡＮＳＹＳ．Ｉｎｅ． ３谢禹钧，蔺永诚，等．含缺陷压力关系失效风险分析系统（Ｉ）【Ｊ】．石油化工设备，２００２，３１（４）：４—６． ４谢禹钧，蔺永诚等．含缺陷压力关系失效风险分析系统（ｎ）【Ｊ】．石油化工设备，２００２，３１（５）：４～６． ５程进，江见鲸等．基于ＡＮＳＹＳ的程序界面设计及应用。四川建筑科学研究。２００２，２８． ６沈士明，在役压力管道安全评定研究的现状与发展。中国机械工程。 １９９７．８． ７ＡＰＤＬ参数化有限元分析技术及其应用实例，中国水利水电出版社， ２００３． 万方数据
ANSYS的二次开发技术 ANSYS 的二次开发技术 ANSYS 提供的二次开发工具有三个：参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language，APDL)，用户界面设计语言(User Interface Design Language，UIDL)以及用户可编程特性(User Programmable Features，UPFs)。其中，前两种可归类为标准使用特性，后一种为非标准使用特性。 ANSYS 参数化设计语言(APDL)APDL 扩展了传统有限元分析范围之外的能力，提供了建立标准化零件库、序列化分析、设计修改、设计优化以及更高级 的数据分析处理能力，包括灵敏度研究等。ANSYS 用户可编程特性(UPFs)利 用UPFs，用户可以开发下列方面的功能程序：(1) 开发用户子程序实现从ANSYS 数据库中提取数据或将数据写入ANSYS 数据库。该种子程序可以编译 连接到ANSYS 中，此时ANSYS 提供了10 个数据库操作命令；如果作为外部 命令处理，可以在ANSYS 的任何模块中运行；(2) 利用ANSYS 提供的子程序 定义各种类型的载荷，其中包括BF 或BFE 载荷、压力载荷、对流载荷、热通 量和电荷密度等；(3) 利用ANSYS 提供的子程序定义各种材料特性，包括塑性、蠕变、膨胀、粘塑性、超弹、层单元失效准则等；(4) 利用ANSYS 提供 的子程序定义新单元和调整节点方向矩阵，ANSYS 最多可以有6 个独立的新 单元USER100-USER105；( 5) 利用ANSYS 提供的子程序修改或控制ANSYS 单元库中的单元；(6) 利用UEROP 创建用户优化程序，可以用自己的算法和 中断准则替换ANSYS 优化过程。(7) ANSYS 程序作为子程序在用户程序中调用，如用户自定义的优化算法。ANSYS 软件本身是通过FORTRAN 和C 语言 开发的。使用UPFs 进行二次开发，在安装ANSYS 的基础上，还需要Compaq Visual FORTRAN 和MS Visual C++的支持。
有限元 学院：机电学院 专业： 姓名： 学号：
一、问题描述 如图所示的平面，板厚为0.01m，左端固定，右端作用50kg的均布载荷，对其进行静力分析。弹性模量为210GPa，泊松比为0.25. 二、分析步骤 1．启动ansys，进入ansys界面。 2．定义工作文件名 进入ANSYS/Multiphsics的的程序界面后，单击Utility Menu菜单下File中Change Jobname的按钮，会弹出Change Jobname对话框，输入gangban为工作文件名，点击ok。 3．定义分析标题 选择菜单File-Change Title在弹出的对话框中，输入Plane Model作为分析标题，单击ok。 4．重新显示 选择菜单Plot-Replot单击该按钮后，所命令的分析标题工作文件名出现在ANSYS 中。 5．选择分析类型 在弹出的对话框中，选择分析类型，由于此例属于结构分析，选择菜单Main Menu：Preferences，故选择Structural这一项，单击ok。 6．定义单元类型 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete单击弹出对话框中的Add按钮，弹出单元库对话框，在材料的单元库中选Plane82单元。即在左侧的窗口中选取Solid单元，在右侧选择8节点的82单元。然后单击ok。 7．选择分析类型 定义完单元类型后，Element Type对话框中的Option按钮被激活，单击后弹出一个对话框，在Elenment behavior中选择Plane strs w/ thk，在Extra Element output 中，选择Nodal stress，单击close，关闭单元类型对话框。 8．定义实常数 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Real Constants Add/Edit/Delete执行该命令后，在弹出Real Constants对话框中单击Add按钮，确认单元无误后，单击ok，弹出Real Constants Set Number 1，for Plane 82对话框，在thickness后面输入板的厚度0.01单击ok，单击close。 9．定义力学参数 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Model 在弹出的对
第1章 习题 1.ANSYS软件程序包括几大功能模块？分别有什么作用？ 2.如何启动和退出ANSYS程序？ 3.ANSYS程序有哪几种文件类型？ 4.ANSYS结构有限元分析的基本过程是什么？ 5.两杆平面桁架尺寸及角度如习题图1.1所示，杆件材料的弹性模量为2.1×1011Pa，泊松 比为0.3，截面面积为10cm2，所受集中力载荷F=1000N。试采用二维杆单元LINK1计算集中力位置节点的位移和约束节点的约束反力。 习题图1.1 两杆平面桁架 第2章 习题 1.建立有限元模型有几种方法？ 2.ANSYS程序提供了哪几种坐标系供用户选择？ 3.ANSYS程序中如何平移和旋转工作平面？ 4.试分别采用自底向上的建模方法和自顶向下的建模方法建立如习题图2.1所示的平面图 形，其中没有尺寸标注的图形读者可自行假定，并试着采用布尔运算的拉伸操作将平面图形沿法向拉伸为立体图形。
习题图2.1 平面图形 5.试分别利用布尔运算建立如习题图2.2所示的立体图形，其中没有尺寸标注的图形读者 可自行假定。 习题图2.2 立体图形 6.试对习题图2.3所示的图形进行映射网格划分，并任意控制其网格尺寸，图形尺寸读者 可自行假定。 习题图2.3 映射网格划分
第3章 习题 1.试阐述ANSYS载荷类型及其加载方式。 2.试阐述ANSYS主要求解器类型及其适用范围。 3.如何进行多载荷步的创建，并进行求解？ 4.试建立如习题图3.1所示的矩形梁，并按照图形所示施加约束和载荷，矩形梁尺寸及载 荷位置大小读者可自行假定。 习题图3.1 矩形梁约束与载荷 5.试建立如习题图3.2所示的平面图形，并按照图形所示施加约束和载荷，平面图形的尺 寸及载荷大小读者可自行假定。 习题图3.2 平面图形约束与载荷 第4章 习题
ANSYS复习试卷 一、填空题 1.启动ANSYS有命令方式和菜单方式两种方式。 2.典型的ANSYS分析步骤有创建有限元模型（预处理阶段）、施加载荷并求解（求解阶段）、查看结果（后处理阶段）等。 3.APDL语言的参数有变量参数和数组参数，前者有数值型和字符型，后者有数值型、字符型和表。 4.ANSYS中常用的实体建模方式有自下而上建模和自上而下建模两种。 5.ANSYS中的总体坐标系有总体迪卡尔坐标系 [csys,0]、总体柱坐标系(Z)[csys,1]、总体球坐标系[csys,2]和总体柱坐标系(Y)[csys,3]。 6.ANSYS中网格划分的方法有自由网格划分、映射网格划分、扫掠网格划分、过渡网格划分等。 7.ANSYS中载荷既可以加在实体模型上，也可以加在有限元模型上。 8.ANSYS中常用的加载方式有直接加载、表格加载和函数加载。 9.在ANSYS中常用的结果显示方式有图像显示、列表显示、动画显示等。 10.在ANSYS中结果后处理主要在通用后处理器 (POST1) 和时间历程后处理器 (POST26) 里完成。 11.谐响应分析中主要的三种求解方法是完全法、缩减法、模
态叠加法 。 12.模态分析主要用于计算结构的 固有频率 和 振型(模态) 。 13. ANSYS 热分析可分为 稳态传热 、 瞬态传热 和 耦合分析 三类。 14. 用于热辐射中净热量传递的斯蒂芬-波尔兹曼方程的表达式是4411212()q A F T T εσ=-。 15. 热传递的方式有 热传导 、 热对流 、 热辐射 三种。 16. 利用ANSYS 软件进行耦合分析的方法有 直接耦合 、 间接耦合 两种。 二、 简答题 1. 有限元方法计算的思路是什么包含哪几个过程 答：（1）有限元是将一个连续体结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰结，把荷载简化到节点上，计算在外荷载作用下各节点的位移，进而计算各单元的应力和应变。用离散体的解答近似代替原连续体解答，当单元划分得足够密时，它与真实解是接近的。 （2）物体离散化；单元特性分析；单元组装；求解节点自由度。 2. ANSYS 都有哪几个处理器各自用途是什么 答：（1）有6个，分别是：前处理器；求解器；通用后处理器；时间历程后处理器；拓扑优化器；优化器。 （2）前处理器：创建有限元或实体模型； 求解器：施加荷载并求解； 通用后处理器：查看模型在某一时刻的结果； 时间历程后处理器：查看模型在不同时间段或子步历程上的结果； 拓扑优化器：寻求物体对材料的最佳利用； 优化器：进行传统的优化设计；
ansys二次开发教程+实例 第3章ANSYS基于VC++6.0的二次开发与相互作用分析在ANSYS中的实现 3.1 概述 ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的 一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能 支持分布式并行及共享内存式并行。该软件具有如下特点： (1) 完备的前处理功能 ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有 限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边 界条件，完成ANSYS中的初步建模工作。此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出 反映实际结构的仿真计算模型。 (2) 强大的求解器 ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、 非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的多种求解器分别适用于 不同的问题及不同的硬件配置。 (3) 方便的后处理器 ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。 (4) 多种实用的二次开发工具 ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interf ace Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户 不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服 准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。 鉴于上述特点，近几年来，ANSYS软件在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。但这些应用大多局限于直接运用ANSYS软件进行实际工程分析，对利用ANSYS提供的二次开发工具进行有限元软件设计却很少涉及。本文首次利用ANSYS软件的二次开发功能，以VC++6.0为工具，运用APDL语言，对ANSYS进行二次开发，编制框筒结构－桩筏基础－土相互作用体系与地震反应分析程序。 3.2 程序设计目标 针对某一实际工程问题，ANSYS所提供的APDL语言可对ANSYS软件进行封装。APDL语言即ANSYS软件提供的参数化设计 语言，它的全称是ANSYS Parametric Design Language。使用APD L语言可以更加有效地进行分析计算，可以轻松地进行自动化工作（循环、分支、宏等结构），而且，它是一种高效的参数化建模手段。使用APDL语言进行封装的系统可以只要求操作人员输入前处理 参数，然后自动运行ANSYS进行求解。但完全用APDL编写的宏还存在弱点。比如用APDL语言较难控制程序的进程，虽然它提供了 循环语句和条件判断语句，但总的来说还是难以用来编写结构清晰的程序。它虽然提供了参数的界面输入，但功能还不是太强，交互性 不够流畅。针对这种情况，本文用VC++6.0开发框筒结构－桩筏基础－土相互作用有限元分析程序（简称LW S程序）。
１．ＡＮＳＹＳ分析的原理和步骤 ＡＮＳＹＳ的热分析［１］包括稳态和瞬态两种，如果系统的温度场与时间无关，则称该系统处于稳定的热状态，简称稳态；如果系统的温度场随时间发生变化，则称系统处于瞬态。显然，大体积混凝土的浇筑过程属于瞬态分析，也属于非线性分析。 我们不仅要进行混凝土温度场的模拟还要进行应力场的模拟，所以要用到ＡＮＳＹＳ中耦合分析，ＡＮＳＹＳ提供了两种分析耦合场的方法：直接耦合与间接耦合。 直接耦合法的耦合单元包含所有必须的自由度，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果；间接耦合法是以特定的顺序求解单个物理场的模型，通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合。如我们用到的热－应力耦合分析就是将热分析得到的节点温度作为载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。基本步骤如下： 第一步：进行热分析，可选择ＳＯＬＩＤ７０单元； 第二步：重新进入前处理器，转换单元类型；将热单元转换为相应的结构单元，原来的ＳＯＬＩＤ７０单元将自动转换为ＳＯＬＩＤ４５单元，其对应的命令是ＥＴＣＨＧ，ＴＴＳ。 第三步：设置结构分析中的材料属性； 第四步：读入热分析结果并将其作为载荷；可采用命令ＬＤＲＥＡＤ读入热分析的节点温度，或点击ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞ＬｏａｄＡｐｐｌｙ＞Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ＞ＦｒｏｍＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ。注意，结果文件的扩展名为＊．ｒｔｈ。 第五步：指定参考温度；在参考温度处，热应力值为零。 第六步：求解及后处理。 ２．温度场的求解 ２．１三种基本传热方式 （１）热传导，遵循傅里叶定律（导热基本定律）：ｑ″＝－λｄＴ ｄｘ ，式中ｑ″为热流密度（Ｗ／ｍ２），λ为导热系数（Ｗ／ｍ?℃），“－”表示热量流向温度降低的方向。 （２）热对流，用牛顿冷却方程来描述：ｑ″＝β（ＴＳ－ＴＢ），式中β为对流换热系数，ＴＳ为固体表面的温度，ＴＢ为周围流体的温度。 （３）热辐射，指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。 ２．２边界条件 （１）第一类边界条件是指混凝土表面温度Ｔ是时间τ的已知函数，即 Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ，τ）＝Ｔｂ（τ） （２）第二类边界条件是指混凝土表面的热流量是时间的已知函数，即 －λ$Ｔ $ｎ ＝Ｔ′（τ） 式中λ—— —导热系数，Ｗ／ｍ?℃或ｋＪ／ｍ?ｈ?℃，Ｗ／ｍ?℃＝３．６ｋＪ／ｍ?ｈ?℃； ｎ—— —表面外法线方向，若表面是绝热的，有：$Ｔ $ｎ ＝０。 （３）第三类边界条件假定经过混凝土表面的热流量与混凝土表面温度Ｔ和气温Ｔａ之差成正比，即 －λ$Ｔ $ｎ ＝β（Ｔ－Ｔａ） 式中β—— —表面放热系数，也称对流系数，Ｗ／ｍ２?℃。其数值与风速ｖａ（ｍ／ｓ）有密切的关系，固体表面在空气中的放热系数可用以下两式计算，单位是ｋＪ／ｍ２?ｈ?℃。 粗糙表面：β＝２３．９＋１４．５０ｖａ（１）光滑表面：β＝２１．８＋１３．５３ｖａ（２）当有模板和保温层时，可按下式计算：β＝１ ∑ δ ｉ λ ｉ ＋１ β ｑ （３）式中δｉ—— —各种保温材料的厚度（ｍ）； λｉ—— —各种保温材料的导热系数（Ｗ／ｍ?Ｋ），可按表１取值［２］； βｑ—— —空气的传热系数，可取２３（Ｗ／ｍ２?Ｋ）。 表１各种保温材料的导热系数λ值（Ｗ／ｍ?Ｋ） （４）当两种条件不同的固体接触时，如接触良好，则在接触面上温度和热流量都是连续的，即Ｔ１＝Ｔ２，λ１（ !Ｔ １ !ｎ ）＝λ２（!Ｔ２ !ｎ ）。 混凝土与空气接触（包括有养护条件）的边界可按照第三类边界条件处理： ＮＳＥＬ，，，！选择与空气接触的表面节点 ＳＦ，ＡＬＬ，ＣＯＮＶ，β，Ｔａｉｒ，！加载表面散热系数和环境温度 混凝土与地基或基岩的边界可以按照第四类边界条件处理，通过定义两种材料的导热系数和初始温度即可。 ２．３热学参数取值基本参数较容易获得，也可参考下表： 表２材料的基本热学参数 ２．３．１水化热的施加在ＡＮＳＹＳ中，混凝土的水化热是通过生热率ＨＧＥＮ来施加的。顾名思义，生热率就是单位时间内混凝土的生热量，即所产生的热量对时间的导数，用表达式表示为： ｈｇｅｎ＝ｄＱ ｄｔ （４）式中：Ｑ—— —混凝土中产生的热量； ｈｇｅｎ—— —混凝土生热率。 混凝土的水化热放热过程与混凝土的绝热温升过程具有一致性，若取指数经验式： ＡＮＳＹＳ模拟大体积混凝土浇筑过程的参数分析 赵英菊王社良康宁娟 （西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安７１００５５） 摘要：建筑工程中的大体积混凝土结构越来越多，利用有限元程序ＡＮＳＹＳ进行施工过程的模拟仿真可以形象地给出温度场和应力场的分布情况，同时能考虑各参数随时间的变化。时变参数的选取及其在程序中的实现是仿真分析中的重点和难点，特总结归纳，并给出解决的方法供参考。 关键词：ＡＮＳＹＳ；混凝土；浇筑；时变参数 材料名称λ材料名称λ 木模０．２３黏土砖０．４３ 钢模５８油毡０．０５ 草袋０．１４沥青矿棉０．０９～０．１２ 木屑０．１７沥青玻璃棉毡０．０５ 矿渣０．４７泡沫塑料制品０．０３～０．０５ 黏土１．３８～１．４７泡沫混凝土０．１０ 干砂０．３３水０．５８ 湿砂１．３１空气０．０３ 名称数值单位名称数值单位 混凝土的密度２４００ｋｇ／ｍ３混凝土的导热系数２．７１０Ｗ／ｍ?℃ 土壤的密度１７５０ｋｇ／ｍ３土壤的导热系数０．５８６Ｗ／ｍ?℃ 混凝土的比热０．９６３ｋＪ／ｋｇ?℃混凝土的线膨胀系数１０×１０－６℃ 土壤的比热１．００５ｋＪ／ｋｇ?℃混凝土的导温系数０．００４２ｍ２／ｈ９６
基于VB语言的EXCEL、CST以及HFSS等的二次开发 代码1：vb创建xls表，并写入内容 Set ExcelApp = CreateObject("Excel.Application") '创建EXCEL对象Set ExcelBook = ExcelApp.Workbooks.Add Set ExcelSheet = ExcelBook.Worksheets(1) '添加工作页ExcelSheet.Activate '激活工作页 ExcelApp.DisplayAlerts = False https://www.doczj.com/doc/1217650510.html,="sheet1" ExcelSheet.Range("A1").Value = 100 '设置A1的值为100 ExcelBook.SaveAs "d:\test.xls" '保存工作表 msgbox "d:\test.xls创建成功!" ExcelBook.close set excelApp=nothing set ExcelBook=nothing set ExcelSheet=nothing 将以上代码copy到记事本存为"writexls.vbs"文件，可运行测试 代码2：读execel文件 Set ExcelApp = CreateObject("Excel.Application") '创建EXCEL对象Set ExcelBook = ExcelApp.Workbooks.open("d:\test.xls") Set ExcelSheet = ExcelBook.Worksheets(1) msgbox ExcelSheet.Range("A1").Value 将以上代码copy到记事本存为"readxls.vbs"文件，可运行测试 代码3：上述代码联合调试 Dim ExcelApp,ExcelBook,ExcelSheet Set ExcelApp = CreateObject("Excel.Application") '创建EXCEL对象Set ExcelBook = ExcelApp.Workbooks.Add Set ExcelSheet = ExcelBook.Worksheets(1) '添加工作页ExcelSheet.Activate '激活工作页 ExcelApp.DisplayAlerts = False https://www.doczj.com/doc/1217650510.html,="sheet1" ExcelSheet.Range("A1").Value = 100 '设置A1的值为100 ExcelBook.SaveAs "D:\Study\VBS\Book1.xls" '保存工作表 msgbox "d:\Book1.xls创建成功!" ExcelBook.close set excelApp=nothing set ExcelBook=nothing set ExcelSheet=nothing 'ExcelApp.WorkBooks.Close 'ExcelApp.Quit
“有限元分析及应用”课程有限元分析软件ANSYS6.xed 上机指南 清华大学机械工程系 2002年9月
说明 本《有限元分析软件ANSYS6.1ed:上机指南》由清华大学机械工程系石伟老师组织编写，由助教博士生孔劲执笔, 于2002年9月完成，基本操作指南中的所有算例都在相应的软件系统中进行了实际调试和通过。 本上机指南的版权归清华大学机械工程系所有，未经同意，任何单位和个人不得翻印。
目录 Project1 简支梁的变形分析 (1) Project2 坝体的有限元建模与受力分析 (3) Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 (5) Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 (7) Project5 超静定桁架的有限元求解 (9) Project6 超静定梁的有限元求解 (11) Project7 平板的有限元建模与变形分析 (13)
Project1 梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。 梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK
输气管道受力分析（ANSYS建模） 任务和要求： 按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。求出管壁的静力场分布。要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。所给的参数如下： 材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R?=0.6m；内径R?=0.4m；壁厚t=0.2m。输气管体内表面的最大冲击载荷P为1Mpa。 四.问题求解 （一）．问题分析 由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。 （二）．求解步骤 定义工作文件名 选择Utility Menu→File→Chang Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框 定义单元类型 1)选择Main Meun→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delte命令，出现Element Type 对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。 2）在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、 Quad 8node 82,在Element type reference number输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。 3. 定义材料性能参数 1）单击Main Meun→Preprocessor→Material Props→Material models出现Define Material Behavion 对话框。选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。 2）在EX输入2e11，在Prxy输入栏中输入0.26，单击OK按钮关闭该对话框。 3）在Define Material Model Behavion 对话框中选择Material→Exit命令关闭该对话框。 4.生成几何模型、划分网格 1）选择Main Meun→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→Partail→Annulus出现Part Annulus Circ Area对话框，在WP X文本框中输入0，在WP Y文本框中输入0，在Rad1文本框中输入0.4，在Theate-1文本框中输入0，在Rad2文本框中输入0.6，在Theate-2文本框中输入90，单击OK按钮关闭该对话框。 2）选择Utility Menu→Plotctrls→Style→Colors→Reverse Video，设置显示颜色。 3）选择Utility Menu→Plot→Areas，显示所有面。 4) 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas，出现Reflect Areas拾取菜
有限元分析习题及大作业试题 要求：1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方 案、载荷及边界条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分 析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单 元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的 影响分析等） E、建议与体会 4）11月1日前必须完成，并递交计算分析报告（报告要求打印）。
习题及上机指南：（试题见上机指南） 例题1 坝体的有限元建模与受力分析 例题2 平板的有限元建模与变形分析 例题1：平板的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: plane 0.5 m 0.5 m 0.5 m 0.5 m 板承受均布载荷：1.0e 5 P a 图1－1 受均布载荷作用的平板计算分析模型 1.1 进入ANSYS 程序 →ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: plane →Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu : Preferences →select Structural → OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element T ype →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element T ypes window) → Options… →select K3: Plane stress w/thk →OK →Close (the Element T ype window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY :0.3 → OK 1.5定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add … →select T ype 1→ OK →input THK:1 →OK →Close (the Real Constants Window)
ansys二次开发 1概述 ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行。该软件具有如下特点：(1)完备的前处理功能 ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边界条件，完成ANSYS中的初步建模工作。此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。 (2)强大的求解器 ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。 (3)方便的后处理器 ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。 (4)多种实用的二次开发工具 ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interface Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。 鉴于上述特点，近几年来，ANSYS软件在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。但这些应用大多局限于直接运用ANSYS软件进行实际工程分析，对利用ANSYS提供的二次开发工具进行有限元软件设计却很少涉及。本文首次利用ANSYS软件的二次开发功能，以VC++6.0为工具，运用APDL语言，对ANSYS进行二次开发，编制框筒结构－桩筏基础－土相互作用体系与地震反应分析程序。2程序设计目标 针对某一实际工程问题，ANSYS所提供的APDL语言可对ANSYS软件进行封装。APDL语言即ANSYS软件提供的参数化设计语言，它的全称是ANSYS Parametric
ANSYS 中使用函数加载的一个简单例子 本文将通过一个具体实例说明在ANSYS 中如何使用函数加载，后续将通过该实例在分析过程中遇到的一个问题提出自己的一点看法。 实例的具体说明： 一个1/4 圆柱，内半径30 mm，外半径42 mm，长度100mm，如图1 所示： 所用材料为双线性弹塑性材料，其机械性能为： 弹性模量 E = 201000 Mpa；泊松比μ=0.3
屈服应力σ= 200 Mpa；切线模量Et = 2010使用单元类型solid185 (8 节点六面体单元)。 取整体单元边长4 mm，然后可以直接对该几何模型划分MAP 网格，划分网格结果如图2： 约束条件为： 轴向两个截面为对称边界条件；一个端面约束轴向位移Uz。 载荷条件为： 在外表面施加变化的压力载荷，载荷函数为： P (y) = 8e7 + 7E7 * (Y/42)
即： X = 0 ，Y = 42 (最高点) 时，P = 15E7； X = 42，Y = 0 （最低点）时，P = 8E7。 我们采用函数方式来施加这一压力载荷，首先定义函数： 在Solution 模块中，点击菜单路径： Solution > Define Loads > Apply > Functions > Define/Edit 将会弹出一个函数编辑器，可以在其中定义所需的函数。 在函数编辑器中，函数类型选择为Single equation，即单值函数；计算函数值时使用的插值坐标系( (x,y,z) interpreted in CSYS) 选择0，即总体直角坐标系，如图3 所示：
然后，在函数编辑器中间位置的“Result = “ 小窗口中输入要定义的函数表达式，如果表达式中有x, y, z, time 等变量(供定义函数时使用的“自变量”)，可以用{X},{Y},{Z},{TIME} 等的形式输入；或者点击下面一个小窗口右边的小箭头，会出现一个下拉列表，列出可以选择的变量，然后从该列表中选择某个自变量，则该自变量会按照上述格式写入函数中，如图5 所示：
平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end