第7章
ANSYS命令：解题与后处理
Solution and Postprocessing
本章介绍solution模块（/SOLU）及两个postprocessing模块（/POST1及/POST26）中所使用到的命令。在solution模块中，我们把命令分成三类（Figure 5-2）：指定loads、指定solution options，及执行solve的命令。本章第1节介绍前一类，后两类则在第2节介绍。第3节介绍general postprocessing（/POST1）的命令。第4节则介绍time-history postprocessing（/POST26）的命令。最后，第5节以一个综合性的练习题作为本章的结束。
第7.1节负载
Loads
前面提过[Sec. 5.1.2] loads可以指定在analysis model（即nodes、elements）上，或指定loads在solid model（即keypoints、lines、areas、volumes）上。除此之外，针对动态的问题，必须指定initial conditions，亦即初始时间的边界条件。这一节分别介绍loads on analysis model [Sec. 7.1.1]、loads on solid model [Sec. 7.1.2]、及initial conditions [Sec. 7.1.3] 的命令。
Loads虽然可以指定在solid model上，但是「解题」的对象是analysis model，所以那些指定在solid model上的loads终究必须「移转」（transfer）到analysis model上。这种移转的工作可以让ANSYS自动去完成：ANSYS会在解题前先做负载移转的工作。或者你也可以在解题之前利用诸如SBCTRAN [Sec. 7.1.2] 的命令去移转这些负载，因为有时侯你希望在解题之前自己检视一下analysis model 上的loads是否正确。
7.1.1 Loads on Analysis Model
第7.1节指定负载167
以上这些命令是用来指定loads在nodes或elements上。第1、2、3行是指定degrees of freedom的量，譬如指定某一节点上x、y、z的displacements是多少，亦即已知解答；最常使用的是指定某些节点上的变位为0，亦即固定着这些节点。D命令（第1行）是指定某些节点（NODE）上的某些自由度（Lab）的值。Lab用来决定哪一个自由度，对结构来讲可能是变位（UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）等；对热分析来讲则是温度（TEMP）等。自由度的值则利用第3个参数（VALUE）输入；对结构来讲常常是0，代表被固定（或被限制住）的自由度，若不是0时则表示一个已知的变位负载；对热分析来讲，则常是一个固定的温度。
DSYM命令（第2行）是在指定一个对称或反对称的条件。所谓对称（symmetric）是指结构的几何形状及负载都是对称的（因此它的反应也是对称的），而所谓反对称（antisymmetric）是指结构的几何形状是对称的而负载是反对称的（因此它的反应也是反对称的）。无论是对称或是反对称，analysis model只要描述一半就可以了，但是你必须在对称面（或反对称面）上标注对称条件（或反对称条件）。对称或反对称条件是我们必须善加应用的，因为除了可以节省modeling的人力外，输出数据也当然跟着减少，而最大的好处是解题的时间会大量减少。注意，一个结构系统有时不只一个对称面（或反对称面）。使用DSYM命令之前，你先选取对称面（或反对称面）上的nodes，然后再使用DSYM命令。DSYM命令中的Lab可以选择SYMM（对称）或是ASYM（反对称）；Normal是垂直于这个对称面（或反对称面）的方向（X、Y、或Z），坐标系统则是由KCN 决定的。譬如KCN输入1时（圆柱坐标），对称方向是Y时，表示是沿着 方向对称的。有关对称与反对称的更进一步的说明，请参阅Ref. 5, DSYM。DCUM命令（第3行）的意义与FCUM命令（第5行）是平行的，我们留待后面一起解说。
168 第7章ANSYS命令：解题与后处理
第4、5行是关于作用一个集中载重在一个node上。F命令（第4行），读成force，是指定一个集中载重，作用在某些节点上（NODE）的某些方向（Lab可以选择FX、FY、FZ、MX、MY、MZ等），力的大小是VALUE（SI 单位是N或N-m）。对热分析的问题而言，所谓「集中载重」是指通过一节点的heat flow，单位是每单位时间所流过的能量（SI单位是W或J/s）。FCUM命令（第5行），读成force cumulation，是指输入的force是否与现有的值相加或取而代之。譬如使用F命令作用了100 N后，当再使用一次F命令作用200 N时，后者是累加上去的（共是300 N）或是取代前者（变成200 N）。前面所提到的DCUM命令（第3行）也是相似的用途。
第6、7、8、9行是有关分布载重有关的命令。SF命令（第6行）读成surface force，对结构分析而言它是一个均布的压力（SI单位是Pa或N/m2）。你先选取受压表面上的nodes后，再使用SF命令；参数Nlist唯一的选择是ALL （表示所有nodes所构成的surface）；对结构问题而言，参数Lab唯一的选择是PRES；VALUE则输入均布压力的数值。对热分析而言，surface force是指通过surface的convection、radiation、或heat flux（SI单位是W/m2）。SFE命令（第7行），读成surface force on elements，是指定surface force在elements的表面上，至于是哪一个表面（一个element有好几个表面）则是由LKEY来决定。譬如SFE命令使用在beam（譬如BEAM3）或shell（譬如SHELL63）时，你必须指定压力是作用在上表面（力量向下）还是下表面（力量向上）。对热分析而言，有些「surface force」必须输入两个值，譬如convection条件需要film coefficient （又称为coefficient of heat transfer或convection coefficient）及远方的温度（bulk temperature），在SFE命令中你只能输入一个值，二者择一，KVAL就是在决定要输入哪一个，所以你需要使用两次的SFE命令；如果使用SF命令时，可以利用VALUE后面的参数VALUE2输入远方的温度。SFBEAM命令（第8行），读成surface force on beam，是专为beam元素（譬如BEAM3）量身定做的命令，类似于SFE命令，但是参数VALI、VALJ是指梁元素上两端的压力，容许梁上的压力成线性分布。SFCUM命令（第9行）则和FCUM（第5行）类似。
第7.1节指定负载169
第10至17行是与body forces有关的命令。Body force是指分布在body 内部的负载，对结构而言，包括inertia force、temperature loads等。第10至15行命令是用来指定temperature loads，而第16、17行命令是用来指定inertia force的。BF命令（第10行）读成body force，是指定某些nodes所涵盖的范围的温度被提高到某一数值（VAL1）。注意，TREF命令（第14行）是在指定无应力状态下的温度（stress free temperature，或称为参考温度，内定值是0度），所以真正的温度变化（temperature changes）是最后温度减去这个参考温度。辟如25度时是stress free的温度（TREF, 25），结构的温度被提升至200度（BF, ALL, TEMP, 100），则温度变化是175度。
BFE命令（第11行），读成body force on elements，是指定在某些elements 所涵盖的范围的温度被提高到某一数值。BFUNIF命令（第12行）读成uniform body force，是指定整体结构的温度被均匀地提高到某一数值。TUNIF命令（第13行）读成uniform temperature，对结构分析而言，其功能和BFUNIF完全一样，是指定整体结构的温度被均匀地提高到某一数值。BFCUM命令（第15行）则类似于SFCUM、FCUM等。
第16、17行的命令是在指定inertia force，其中ACEL是指定直线accelerations。假想Y代表向上的方向，结构承受一倍向下的重力时，相当于此结构往上面以一倍的重力加速度运动，亦即输入
ACEL, 0, 9.81, 0
其中9.81 m/s2是重力加速度。OMEGA（第17行）是在输入旋转的角速度，ANSYS会自动计算所产生的离心力。此外，有几点必须加以说明。首先，其参数OMEGX、OMEGY、OMEGZ分别是对着Global CS的X、Y、Z轴旋转的角速度（angular velocities，SI单位是rad/s [Ref. 5, OMEGA]）。第二点是有关KSPIN 这个参数的意义。结构体在旋转时（譬如旋转中的叶片）有一种效应，叫做spin softening：即当结构体在转动时，其刚度（stiffness），会有减少的现象[Ref. 7, Sec.
3.4. Spin Softening]，KSPIN这个参数是让你决定要不要考虑此效应。
当结构体在旋转时，与spin softening共同存在的另一个效应是stress
170 第7章ANSYS命令：解题与后处理
stiffening [Ref. 7, Sec. 3.3. Stress Stiffening]：因为离心力而产生的张应力会使结构的侧向刚度（垂直于张应力方向的刚度）增加。Figure 7-1说明了此两个现象（本图片取材自Ref. 7, Sec. 3.4. Spin Softening）：stress stiffening使得结构的自然频率增加（亦即刚度增加），spin softening使得结构的自然频率减少（亦即刚度减少），而两种效应同时考虑时，通常前者会稍大于后者。
Figure 7-1 Stress Stiffening and Spin Softening [Ref. 7]
Stress stiffening的现象也存在任何受张力的材料上，譬如承受张力的吉他钢弦，其侧向刚度随着张力的增加而增加（声音越高）。相反的，材料承受压力时，其侧向刚度会有降低的现象；随着压力越大，侧向刚度有可能降至零，这时的结构处于「不稳定」的状态：一点点的侧向力就偶可能造成「挫曲」的现象[Sec.
4.2.1]。
使用ACEL或OMEGA命令时，材料性质必须输入质量密度（mass density，DENS，SI单位kg/m3），这个质量密度是被用来计算分布于body的惯性力的。
第7.1节指定负载171 7.1.2 Loads on Solid Model
以上这些命令是用来指定loads在keypoints、lines、areas、或volumes上。了解Sec. 7.1.1的命令后，这一小节的命令应该没有什么困难了。再一次提醒你：指定在solid model上的loads终究必须transfer到analysis model上，这种
transfer的工作可以让
ANSYS在解提前自动去完成，也可以使用DTRAN（第4
行）、FTRAN（第6行）、SFTRAN（第9行）、或BFTRAN（第11行）、或SBCTRAN （第12行）这些命令去完成。
第1至4行是关于degrees of freedom的命令。DK
命令
（第1行）是指定在keypoints上的DOF值；最后一个参数KEXPND，是用来选择是否要在邻近的keypoints间的nodes做同样条件的expansion。我们举下列例子来说明：
172 第7章 ANSYS 命令：解题与后处理
第101至107行是产生一个10 x 10的平面，中间有一个半径2的圆洞，并进行网格切割，元素大小大约是1；注意，沿着圆周约有12个nodes 。假设此模型沿着圆周被固定着，我们可以使用Sec. 7.1.1的第1个命令（D ），但是在此我们打算练习一下DK 命令。第108行选择圆周上的keypoints （注意，圆周上只有4个keypoints ），第109行固定着这些
keypoints 并指定KEXPND 参数为1，表示指定在这些keypoints 间的nodes 都有一样的DOF constraints 。经DTRAN （第110行）后，将分析模型画出，你可以看到圆周上的所有nodes 都被固定了，如图7-2所示。请你将第109行的最后一个参数改为0，并看比较不同之处。
Figure 7-2 Expansion of DOF Constraints
DL 命令（第2行）是指定lines 上的DOF 值。DL 也可以用来指定对称或反对称条件，此时参数Lab 必须输入SYMM 或ASYM 。对2D 的问题而言参数LINE 是指对称线，但是对一个3D 的问题而言必须指定一个对称面，参数AREA 是用
第7.1节指定负载173
来完整描述此对称面的，细节请参考Ref. 5, DL。DA命令（第3行）是指定在areas 上的DOF值。DTRAN命令（第4行）是将指定在solid model的DOF值移转到analysis model上，亦即transfer到nodes上。
第5、6 行是有关集中载重的命令。FK命令（第5行）是指定一个集中载重在keypoint上面。FTRAN命令（第6行）则是将solid model上的集中载重移转到nodes上。
第7、8、9行是有关surface force的命令。SFL命令（第7行）是指定surface force在lines上面。与SF命令[Sec. 7.1.1] 类似：对结构而言surface force是指压力（PRES）；对热分析而言，surface force可以是convection、radiation、heat flux等。SFA命令（第8行）是指定surface force作用在areas 上，其中的参数LKEY是在决定压力作用的面。SFTRAN命令（第9行）与DTRAN 及FTRAN相似。
第10、11行是有关指定body force的命令。BFK命令（第10行）是指定body force（temperature changes）在keypoints所涵盖的范围上。BFTRAN命令（第11行）与DTRAN、FTRAN、BFTRAN相似。
最后一个命令SBCTRAN（第12行）是将指定在solid model的所有负载移转到analysis model上，亦即：
SBCTRAN = DTRAN + FTRAN + SFTRAN + BFTRAN
7.1.3 Initial Conditions
进行结构动态分析时，除了负载外，你必须输入initial conditions：亦即在时间t = 0时，每一个质点的position（以初始变位来描述）及velocity（即变形速度）。内定的初始条件是这样子的：整个结构的每一个质点的position就如同analysis
174 第7章ANSYS命令：解题与后处理
model所建构的样子（亦即初始变位为0），而每一个质点的velocity都是0（静止）。许多简单的动态问题都符合如此内定的初始条件，所以不必输入任何初始条件（譬如Procedure 4-1）。
有些稍微复杂的问题，我们可以用IC命令（第1行）来描述初始条件。举个例子来说，想象有一个子弹打到坚硬的墙壁，它会变形而「贴」在墙壁上，我们想进行这样的动态仿真[Ref. 8, VMC8. Aluminum Bar Impacting a Rigid Boundary]。为了简化，我们把子弹model成圆柱体（前端是平的），当子弹接触到墙壁上的一剎那是t = 0，假设此时的子弹速度是V0，则这个初始条件可以如此描述：
对于更复杂的例子，只用IC命令来描述初始条件常常是不够的。想象有一悬臂梁，你将自由端先轻轻提起来，然后突然放掉，它会开始振动，我们想进行这样的动态仿真。为了知道初始的位移，我们必须先做一次静态分析（将自由端提起来），再将此变形量作为动态分析的初始位移（初始速度则为0）。但是通常用IC 命令来指每一个点的初始变位是不切实际的（因为每一点都不同）。这些课题将在动态分析的章节讨论。
第7.2节解题参数设定及解题175 第7.2节解题参数设定及解题
Solution Options and Solving the Model
7.2.1 Solution Options
对动态分析或非线性分析而言，在使用SOLVE命令（执行解题程序）之前，通常你必须设定一些与解题有关的参数，称为解题参数（solution options）。
ANTYPE命令（第1行）是在指定analysis type [Sec. 4.2]。SOLCONTROL 命令（第2行）读成solution control，可以让ANSYS自动选取解题参数。对非线性分析而言，适当地设定所有的解题参数其实是蛮复杂的程序，当SOLCONTROL 功能启动时（这是内定状态，亦即SOLCONTROL, ON），ANSYS会试着自行去选用适当的解题参数（但是还是常常不尽理想，还是需要使用其它解题参数的命令）。NLGEOM命令（第3行）读成nonlinear geometry，是指定要不要考虑几何非线性[Sec. 4.3.2]。TIME命令（第4 行），是指定这一个load step结束的时间。
DELTIM命令（第5行）读成delta time（ t），是动态分析时，指定积分时间间隔（integration time step，ITS），亦即一个load step将会被切割成TIME / DELTIM个积分时间间隔。NSUBST命令（第6行）读成number of substeps，
176 第7章ANSYS命令：解题与后处理
是非线性时，指定一个load step要切成几个substeps。注意，在动态分析时，一个积分时间间隔也称为一个substep，所以事实上DELTIM命令和NSUBST命令是相对等的，它们的关系是
DELTIM = TIME / NSUBST
习惯上，动态分析时用DELTIM命令，而静态分析时用NSUBST命令。我们也曾提过，当执行非线性分析时，不管你是指定的 t是多少，ANSYS内部有一个auto time stepping的功能，会依照收敛性去放大或缩小这个 t：若收敛情况很好的话通常 t会加倍，若收敛情况不好的话 t会减半。AUTOTS命令（第7行）是去启动auto time stepping的功能，内定是：非线性问题时是开启的，但对线性问题时则是关闭的。
KBC命令（第8行）是在指定这一个load step是stepped还是ramped [Ref. 9, Sec. 2.5. Stepped Versus Ramped Loads]。第9、10行的命令都是在控制输出数据的量。OUTRES命令（第9行）读成output result，是控制储存到Jobname.RST 的量：参数Item可以输入ALL（全部）、BASIC（内定）、NSOL（只有Nodal DOF solutions）等；参数FREQ是如果有很多substeps时，指定多少个substeps要储存一次数据；参数Cname可以用来指定只储存某一component的数据。OUTPR 命令（第10行）读成output printing，是控制输出到Output Window的数据量，其参数的意义和OUTRES完全一样。
7.2.2 Solve the Model
SOLVE命令是要求ANSYS执行有限元素分析，执行的时间依问题的大小（DOF 的数量）、是否含非线性、是否动态等而不同，从几秒钟至几个小时，甚至几天都有可能。
第7.2节解题参数设定及解题177 7.2.3 *GET Command
*GET, Par, Entity, ENTNUM, Item1, IT1NUM
解题完成以后，数值解除了被储存在Jobname.RST档案外，最新的一组数值解也被存在Database里。如果要处理这些数值解，你通常会跳出/SOLU模块再进入/POST1或/POST26模块，可是如果你想在/SOLU模块内到Database去取得某些信息（含模型数据、数值解等），你可以利用*GET命令。举个例子来说，你想要统计一下计算机花费在有限元素分析的CPU运算时间，我们可以用下列命令来得到：
第2行是去执行有限元素分析工作，在这命令之前后，你可以利用*GET命令（第1行）去获取当时的CPU时间并且存在变量CPUTIME1中，解完以后你再使用一次*GET命令（第3行）并将CPU时间存在变量CPUTIME2中，然后这两个变量值相减（第4行）存在变量CPUTIME中，就是所花费的CPU时间（单位是秒）。有关*GET命令在此阶段（/SOLU模块内）的应用，请自行参考命令说明[Ref. 5, Chapter 4. APDL Commands, GET]，Sec. 7.3.8及Sec. 7.4.2分别讨论了一些在/POST1及/POST26模块中，利用*GET命令可以获取的有用信息。
178 第7章ANSYS命令：解题与后处理
第7.3节一般后处理
General Postprocessing
ANSYS提供两个后处理模块：General Postprocessing（/POST1模块）及Time-History Postprocessing（/POST26模块）。本节介绍/POST1模块的命令，下一节介绍/POST26模块的命令。我们提过，Jobname.RST内有许多数据组（data set），每一数据组代表一个时间点的反应输出值，/POST1模块是用来处理某一数据组的，换句话说/POST1是针对某一时间点，反应值在空间上的分布；相对的/POST26模块是针对某一空间点，反应值在时间上的变化。/POST1模块的命令，我们大致把它分成四类[Figure 5-2]：basic、element table、path operations、及graphics controls。Basic commands收录的是最常用到的命令，其中诸如PLNSOL 或PLESOL命令更是最常用到的命令之一，这两个命令的不同之处牵涉到一些重要的观念，我们先来厘清这些观念。
7.3.1 PLESOL vs. PLNSOL
Figure 7-3 PLESOL与PLNSOL的差异
在POST1模块的命令中，我们先要介绍的是PLESOL（读成plot element solutions）及PLNSOL（读成plot nodal solutions）两个命令，这两个命令的功
第7.3节一般后处理179
能很接近。Figure 7-3的两个图是第3章的悬臂梁分析后所画出的bending stresses（Procedure 3-1最后一个命令），上图是以PLESOL命令画出来的，而下图是以PLNSOL命令画出来的。我们可以发现不一样的地方是上图的等应力线（contour lines）是呈现锯齿状的，而下图的等应力线是比较平滑的。
有限元素分析的解有一个行为，就是其DOF的数值解（亦即displacement fields）在空间上虽然是连续的（continuous），但是并不一定是平滑的（smooth）；事实上是：在元素的内部，这些displacement fields是连续且平滑的（因为是由形状函数所描述），但是跨过元素的边界时，则通常是连续但不平滑的（形状函数并不跨越元素边界）；所以整体空间而言，displacement fields是连续但不平滑的，在数学上我们称之为「片段平滑」函数（piece-wise smooth functions）。这种片段平滑函数经微分（应力场基本上是变位场的微分）之后，就变成「片段连续」的函数：亦即在元素的内部是连续的，但是跨过元素的边界时是不连续的，就如Figure 7-3上图的应力场所显示的，等应力线的不连续点发生在元素的边界上。
为了更进一步的来观察这种不连续的应力，我们将每个元素的应力打印出来（PRESOL, S, X），如Figure 7-4所示。第1个元素的第3个节点的应力是-77.2，而第2个元素的同一个节点的应力则是–78.7，同一个节点其应力会不一样！这种差异在别的节点可能更大，譬如第59节点（-84.0及-71.0）或第259节点（-78.1及-64.1）就差更大了。由此可知，同一个节点，只不过它属于不同的元素，其数值解就不一样了，这个是你必须要知道的有关有限元素分析的行为本质之一。理论上，只要元素足够细小，这种应力（或应变）的不连续性也会跟着足够小。事实上，这种不连续性可以作为解答精度的量测基准[Ref. 7, Sec. 19.7. POST1 - Error Approximation Technique ]。实务上，将元素切割的很细来达到应力线连续的目的是没有必要的，ANSYS可以将不连续的应力值做一个简单的处理，使之变成连续甚至平滑的，而不失其合理性，这就是PLNSOL命令的功能。所谓「简单的处理」，简单的说就是取其平均值（averaging）：同一个节点，若有几个不同的应力值，则把这些值取平均，做为唯一的应力值。
Figure 7-3上图是没有经过平均的应力值，所以有锯齿状，下图是有经过平均的应力值，所以连续且平滑。大部分的时候，我们喜欢经过平均的反应值，不只是较美观，而是较容易观察反应值的行为，此时我们用PLNSOL命令。有时候，
180 第7章ANSYS命令：解题与后处理
我们也想观察没有经过平均的反应值，因为如前所述，反应值连续性的程度可以作为数值解是否趋近理论解的指标（越连续表示数值解越趋近理论解），此时我们用PLESOL命令。
Figure 7-4 Output of Element Stresses (PRESOL)
7.3.2 /POST1基本命令
第7.3节一般后处理181
以上列出的是/POST1模块中常用且基本的命令。SET命令（第1行）可以读成read data set，是到Jobname.RST档案去读取一组数据并存放在Database中。记得，刚解过的那一组数值解会自动储存在Database [Sec. 5.2.1]，所以你就不必再到Jobname.RST里去读取了。利用SET命令到Jobname.RST 读取数据组时，你可以指定哪一个load step（Lstep）的哪一个substep（SBSTEP），
你也可以指定某一时间点（TIME）。若你所指定的时间点并不存在于
Jobname.RST
中，ANSYS会以线性内差的方式来计算此时间点的数值解，再存放在Database 中。
PLDISP命令（第2行）读成plot displacements，是绘出结构变形图，KUND是用来控制原来未变形的结构是否也要绘出来。PLESOL命令（第3行）及PLNSOL命令（第4行）已在上一小节讨论过，其中Item及Comp两个参数是指定要绘出的量，可以选择的有很多，请自行参考命令说明[Ref. 5, PLESOL或PLNSOL]。PLVECT命令（第5行）读成plot vectors，是以向量的方式绘出某些反应值，譬如变位场、主应力场、热流场（热分析）、速度场（流场分析）等，这些量都可以用向量来表示，亦即可以用矢量的长度及方向来表示。
PRESOL、PRNSOL、PRVECT三个命令（第6、7、8行）是类似于PLESOL、PLNSOL、PLVECT（第3、4、5行）的，只不过后者是以图形方式绘出，而前者是以文字方式打印的。此外，用文字方式输出，可以一次打印几个分量，可是用图形方式绘出，一次只能绘出一种分量。PRRSOL命令（第9行）读成print reaction solution，亦即打印出反力。对结构分析的问题，反力是很容易理解的，通常有自由度被拘束的地方，相对的就有一个反力。譬如悬臂梁的固定端，因为三个方向都不能移动也不能转动，所以三个方向都有反力（reaction forces）及反弯矩
182 第7章ANSYS命令：解题与后处理
（reaction moments），这些反力及反弯矩是为了维持自由度的拘束（譬如悬臂梁端的固定）而必要存在的。同样的，对热分析的问题而言，若某一边界要维持固定的温度，则必须有热流（heat flow）通过来维持此温度；Heat flow即是热分析问题的reaction forces。
第10至12行的命令是用来产生动画的。ANDSCL命令（第10行），读成animation of displacements of the last plot action，是绘出动态的变位图，ANCNTR命令（第11行），读成animation of contours，是绘出动态的应力或应变图，ANMODE命令（第12行），读成animation of mode shapes，是绘出动态的振态图[Sec. 4.2.4]。这三个命令都假设使用之前已有使用适当的命令：ANDSCL命令之前要先有PLDISP命令，ANCNTR命令之前要先有PLESOL或PLNSOL命令，ANMODE命令之前也要先有PLDISP命令。参数NFRAM是指定一共有几个frames（内定是5个frames），参数DELAY是指定每一个frame 时停留的时间（内定是0.1秒），参数NCYCL则是用来控制要重复播出几次（内定是5次）。
7.3.3 Element Table
接下来我们来解说Element Table的观念。在数据库系统的术语中，Element Table 的数据结构称为一个relation database。如果你对这个名词没什么概念，你可以想象Element Table是一个有n个列、m个字段的表，n是总元素数量，而每一个字段可储存一种数据（譬如X方向的应力值），并且可以有自己的字段名字。Element Table一开始就存在着，你不需要用任何命令去创造它，但是起初所有的字段都是空的，你必须用ETABLE命令将数据填入这些字段。有了数据后，我们可以适当的操作这个Element Table，譬如排序、加总等。我们举一个简单的例子来说明Element Table的使用时机，假设你要列出一张美观、整齐的元素应力表，如Figure 7-5所示。一般而言这不是一个命令直接能做到的，但是你可以用下面的Element Table命令来达成（你可以将这些命令接续在Procedure 3-1最后面）：
第7.3节一般后处理183
以上几个命令牵涉到Element Table的建构及打印。在第1行中，ETABLE命令把每一个元素的X方向的应力取出来，放在Element Table的一个字段中，然后给这个字段一个名字叫做SX；第2个命令同样地把XY方向的应力（事实上是剪应力）取出来放在另一个字段，然后命名为SXY；第3个命令也是类似的。第4个
命令（PRETAB）将此三个字段（SX、SXY、及SEQV）打印出来，就是
Figure 7-5
的样子。
Figure 7-5 Output of Element Table (PRETAB)
7.3.4 Element Tables Commands
ETABLE命令（第1行），是将指定的数值（Item, Comp）从每个元素中取出，存
184 第7章ANSYS命令：解题与后处理
放在Element Table的某一字段中，并给此字段一个命字（Lab）。可以使用的Item, Comp除了包含PLESOL和PLNSOL命令可以使用的部分外，事实上范围更大，请参阅命令说明[Ref. 5, ETABLE] 及每一种元素的Element Output [Ref. 6]。PLETAB（第2行）及PRETAB（第3行）分别是绘出或印出Element Table的某一或某些字段。ESORT命令（第4行）是让Element Table重新排序（内定的顺序是按照元素编号的顺序）。譬如你要找出最大的应力是在哪一个元素，你可以将Element Table 依应力从大排到小后，那么第一个元素就是应力最大的元素了。EUSORT命令（第5行）是恢复到原来的排序（依元素编号的顺序）。SSUM命令（第6行）是将每一列的值加总起来。利用ESORT或SSUM的结果，除了会显示在屏幕上外，也会存在Database中，你可以利用*GET命令去获取[Sec.
7.3.8]。
7.3.5 Pathing
这一小节我们来介绍pathing的观念。我们常常希望沿着body的某一个路径当做横轴，而以某一个反应值当做纵轴，画一图形，称为X-Y plot。举个例子来讲，Sec. 3.3的悬臂梁，你沿着固定端的深度（10 mm）方向定义一路径，将此路径当横轴，而把bending stress当纵轴，所绘出的图就是如Figure 7-6所示。更具体的说，Figure 7-6是由下列pathing命令产生的（你可以将这些命令接续在Procedure 3-1最后面）：
在上面的第1个命令（PATH），我们定义一条路径，由2个点来定义的，并且给它一个名字叫HEIGHT。第2、3个命令（PPATH）是在指定这两个点的坐标：（0, H/2, 0）及（0, -H/2, 0），这两个点将连成一条路径（直线）。第4个命令（PDEF）是沿着这条路径把X方向的应力储存到SX变量中。第5个命令（PLPATH）是把
ANSYS 非线性分析指南(1) 基本过程 第一章结构静力分析 1. 1 结构分析概述 结构分析的定义： 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身、骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身、机翼等，同时还包括机械零部件，如活塞传动轴等等。 在ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型，结构分析中计算得出的基 本未知量- 节点自由度，是位移；其他的一些未知量，如应变、应力和反力， 可通过节点位移导出。 七种结构分析的类型分别是： a. 静力分析- 用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析 包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变，等。 b. 模态分析- 用于计算结构的固有频率和模态。 c. 谐波分析- 用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 d. 瞬态动力分析- 用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 e. 谱分析- 是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD 输入 随机振动引起的应力和应变。 f. 屈曲分析- 用于计算屈曲载荷和确定屈曲模态，ANSYS 可进行线性特征值和非线性屈曲分析。 g. 显式动力分析- ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复 杂的接触问题。 除了前面提到的七种分析类型，还有如下特殊的分析应用： ? 断裂力学 ? 复合材料 ? 疲劳分析
? p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS 单元类型可用于结构分析。单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元 1.2 结构线性静力分析 静力分析的定义： 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的响应。它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响，如重力和离心力；以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷，如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷。 静力分析中的载荷： 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢，静力分析所施加的载荷包括： ? - 外部施加的作用力和压力 ? - 稳态的惯性力如中力和离心力 ? - 位移载荷 ? - 温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触、间隙单元、超弹性单元等，本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。 线性静力分析的求解步骤 1 建模 2 施加载荷和边界条件求解 3 结果评价和分析
Ansys有限元分析实例[教学] 有限元分析案例:打点喷枪模组(用于手机平板电脑等电子元件粘接)，该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出(喷嘴尺寸,0.007”)。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是:AISI 4140 最高工作频率是160HZ(一个周期中3ms开3ms关)，压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图:
2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建:
3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度:mm 压强: 3Mpa 密度:Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性:杨氏模量 2.1E5; 泊松比:0.29; 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果: 5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷:
说明: 约束在顶针底端球面位移全约束; 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论: 当压缩空气压力是8Bar时: 当压缩空气压力是5Bar时:
当压缩空气压力是4Bar时: 结论: 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
(1) 如果你模拟结构体中裂缝扩展过程的模拟，在Ansys中可以用全解耦损伤分析方法来近似模拟裂缝扩展，我曾用Ansys软件中提供的可以定义10,000个材料参数和单元ekill/alive 功能完成了层状路面体中表面裂缝和反射裂缝在变温作用下的扩展过程的模拟。我模拟的过程相对来说比较简单，模拟过程中我们首先要知道裂缝的可能扩展方向，这样在裂缝可能扩展的带内进行网格加密处理，加密到什么程度依据计算的问题来确定。 (2) 如果采用断裂力学理论计算含裂缝结构体的应力强度因子，建模时只需在裂尖通过命令kscon生成奇异单元即可。Ansys模块中存在的断裂力学模块可以计算I、II、III型应力强度因子(线弹性断裂力学)和J积分(弹塑性断裂力学)，在Ansys中verification里面有一个计算I型应力强度因子的例子vm143，参见该例子就可以了。 (3) 如果通过断裂力学模拟裂缝的扩展过程，需要采用动态网格划分，这方面我没有做，通过Ansys的宏命令流应该可以实现。技术参考可参阅文献：杨庆生、杨卫.断裂过程的有限元模拟.计算力学学报，1997,14(4). (4) 我现在做动荷载作用下路面结构体中应力强度因子的分布规律，我是通过位移插值得到不同时间点处的应力强度因子。如果想这样做，可参阅理论参考中关于应力强度因子计算说明。 1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法 （1）力加载 可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。 （2）位移加载 给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。 希望众高手讨论一下 （1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？ （2）位移法求极限荷载的具体步骤？ 2. 需要注意的问题 1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题； 2. 支座是另一个需要注意的问题。在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析 !学习重点： !1、强化非线性屈曲知识 首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。 要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。 !理论解，根据Euler公式。其中μ取决于固定方式。 !有限元方法， 已知在特征值屈曲问题： 求解，即可得到临界载荷 而非线性屈曲问题： 其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，为位移矩阵，为载荷矩阵。 非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。 !2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程 (1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。 (2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。 (3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
《有限元基础教程》作业二：平面薄板的有限元分析 班级：机自101202班 姓名：韩晓峰 学号：201012030210 一．问题描述： P P h 1mm R1mm 10m m 10mm 条件：上图所示为一个承受拉伸的正方形板，长度和宽度均为10mm ，厚度为h 为1mm ，中心圆的半径R 为1mm 。已知材料属性为弹性模量E=1MPa ，泊松比为0.3，拉伸的均布载荷q ＝ 1N/mm 2。根据平板结构的对称性，只需分析其中的二分之一即可，简化模型如上右图所示。 二．求解过程： 1 进入ANSYS 程序 →ANSYS 10.0→ANSYS Product Launcher →File management →input job name: ZY2→Run 2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK → Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK →Close 4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 1e6, PRXY:0.3 → OK 5定义实常数以及确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants …→Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK →Real Constant Set No.1,THK:1→OK →Close 6生成几何模型 a 生成平面方板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X:0,WP Y:0,Width:5,Height:5→OK b 生成圆孔平面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →Solid Circle →WPX=0,WPY=0,RADIUS=1→OK b 生成带孔板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans → Subtract →Areas →点击area1→OK →点击area2→OK 7 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) Global: Set →SIZE: 0.5 →OK →iMesh →Pick All → Close 8 模型施加约束
有限元分析大作业报告 一、结构形式及参数 1、结构基本参数 某框架结构如下图所示，为两榀、三跨七层框架。结构由梁板柱组成，梁板柱之间刚结。材料为C35混凝土，弹性模量为3.15e10N/m2，泊松比取0.25，质量密度为2500kg/m3，梁截面为300mm×700 mm，柱截面为500mm×500mm，楼板厚度为120mm。梁和柱采用beam44 单元，板采用shell 63单元。单位采用国际单位制。 二、静力分析及结果 1、荷载详情 荷载包括自重荷载，采用命令acel,0,0,9.8施加；以及垂直板面向下的均布恒荷载0.35 kN/m2和活荷载0.15 kN/m，两者合并后采用命令*do,mm,204,245,1 sfe,mm,2,pres,,500,500,500,500 *end do施加。 2、结构变形：最大变形发生在91号节点，数值为1.573mm，方向竖直向下（-Z方向）。
3、位移云图 4、等效应力云图：最大等效应力发生在78号节点，数值为175064Pa。
5、支座反力(保留两位小数，单位如表中所示) 节点编码FX(kN) FY(kN) FZ(kN) MX(kN﹒m) MY(kN﹒m) MZ(kN﹒m) 1 -3.87 5.33 514.15 -5.19 -3.74 0.00 2 -6.36 0.09 774.5 3 -0.12 -6.13 0.00 3 -6.36 -0.09 774.53 0.12 -6.13 0.00 4 -3.87 -5.33 514.1 5 5.19 -3.74 0.00 5 0.00 8.2 6 693.8 7 -8.00 0.00 0.00 6 0.00 0.06 107.28 -0.08 0.00 0.00 7 0.00 -0.06 107.28 0.08 0.00 0.00 8 0.00 -8.26 693.87 8.00 0.00 0.00 9 3.87 5.33 514.15 -5.19 3.74 0.00 10 6.36 0.09 774.53 -0.12 6.13 0.00 11 6.36 -0.09 774.53 0.12 6.13 0.00 12 3.87 -5.33 514.15 5.19 3.74 0.00 三、模态分析结果 1、各阶振型频率及类型 振型阶次自振频率（Hz）振动形式 1 1.838 2 弯曲振型 2 1.8627 弯曲振型 3 2.2773 扭转振型 4 5.6636 弯曲振型 5 5.7097 弯曲振型
一学习ANSYS需要认识到的几点 相对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件，因而，要学好ANSYS，对学习者就提出了很高的要求，一方面，需要学习者有比较扎实的力学理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了ANSYS使用水平；另一方面，需要学习者不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。在学习ANSYS的方法上，为了让初学者有一个比较好的把握，特提出以下五点建议：（1）将ANSYS的学习紧密与工程力学专业结合起来 毫无疑问，刚开始接触ANSYS时，如果对有限元，单元，节点，形函数等《有限元单元法及程序设计》中的基本概念没有清楚的了解话，那么学ANSYS很长一段时间都会感觉还没入门，只是在僵硬的模仿，即使已经了解了，在学ANSYS之前，也非常有必要先反复看几遍书，加深对有限元单元法及其基本概念的理解。 作为工程力学专业的学生，虽然力学理论知识学了很多，但对许多基本概念的理解许多人基本上是只停留于一个符号的认识上，理论认识不够，更没有太多的感性认识，比如一开始学ANSYS时可能很多人都不知道钢材应输入一个多大的弹性模量是合适的。而在进行有限元数值计算时，需要对相关参数的数值有很清楚的了解，比如材料常数，直接关系到结果的正确性，一定要准确。实际上在学ANSYS时，以前学的很多基本概念和力学理论知识都忘得差不多了，因而遇到有一
定理论难度的问题可能很难下手，特别是对结果的分析，需要用到《材料力学》，《弹性力学》和《塑性力学》里面的知识进行理论上的判断，所以在这种情况下，复习一下《材料力学》，《弹性力学》和《塑性力学》是非常有必要的，加深对基本概念的理解，实际上，适当的复习并不要花很多时间，效果却很明显，不仅能勾起遥远的回忆，加深理解，又能使遇到的问题得到顺利的解决。 在涉及到复杂的非线性问题时（比如接触问题），一方面，不同的问题对应着不同的数值计算方法，求解器的选择直接关系到程序的计算代价和问题是否能顺利解决；另一方面，需要对非线性的求解过程有比较清楚的了解，知道程序的求解是如何实现的。只有这样，才能在程序的求解过程中，对计算的情况做出正确的判断。因此，要能对具体的问题选择什么计算方法做出正确判断以及对计算过程进行适当控制，对《计算方法》里面的知识必须要相当熟悉，将其理解运用到ANSYS的计算过程中来，彼此相互加强理解。要知道ANSYS是基于有限元单元法与现代数值计算方法的发展而逐步发展起来的。因此，在解决非线性问题时，千万别忘了复习一下《计算方法》。此外，对《计算固体力学》也要有所了解（一门非常难学的课），ANSYS对非线性问题处理的理论基础就是基于《计算固体力学》里面所讲到的复杂理论。 作为学工程力学的学生，提高建模能力是非常急需加强的一个方面。在做偏向于理论的分析时，可能对建模能力要求不是很高，但对于实际的工程问题，有限元模型的建立可以说是一个最重要的问题，而后
有 限 元 分 析 作 业 作业名称 输气管道有限元建模分析 姓 名 陈腾飞 学 号 3070611062 班 级 07机制（2）班 宁波理工学院
题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5 管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。 图2 3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。 图3 3.创建几何模型 1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
用ANSYS进行桥梁结构分析 谢宝来华龙海 引言：我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS，这两种软件均以平面杆系为计算内核，多用来解决平面问题。近来偶然接触到ANSYS，发现其结构分析功能强大，现将一些研究心得写出来，并用一个很好的学习例子（空间钢管拱斜拉桥）作为引玉之砖，和同事们共同研究讨论，共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。 【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发，重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析，最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法，同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。 【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型 一、基本概念 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。 真实系统有限元模型 自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。
节点和单元 荷载 1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。 2、作为一个整体，单元形成了整体结构的数学模型。 3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。 4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。 单元形函数 1、FEA仅仅求解节点处的DOF值。 2、单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。 3、因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。 4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。 5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。 6、DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。 7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的（如，结构应力，热梯度）。 8、如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs，就不能很好地得到导出数据，因为这些导出数
1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法 （1）力加载 可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。 （2）位移加载 给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。 希望众高手讨论一下 （1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？ （2）位移法求极限荷载的具体步骤？ 2. 需要注意的问题 1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题； 2. 支座是另一个需要注意的问题。在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中； 3. 六面体的SOLID 65 单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元； 4. 正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性； 3. 关于下降段的问题 1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。 2）下降段很容易导致计算不收敛，有时为了计算的收敛要避免设置下降段，采用rush模型。 3）利用最大压应变准则来判断混凝土是否破坏。 4. Solid65单元中的破坏准则 1）采用Willam&Warnke五参数破坏准则 2）需要参数： 单轴抗拉强度，单轴，双轴抗压强度，围压压力，在围压作用下双轴，单轴抗压强度 5. 近来我对混凝土单元进行了一点思考，有一些想法，贴在下面，共同探讨： 1）分析混凝土结构，选择合理的材料特性是建立模型的关键，所以有必要弄清混凝土的材料特性。混凝土是脆性材料,并具有不同的拉伸和压缩特性。典型混凝土的抗拉强度只有抗压强度的8％-15%。 在ANSYS中，对于混凝土单元，材料特性ANSYS要求输入以下数据（为了清楚起见，我将几个系数均译为了中文）：弹性模量、泊松比、张开与闭合滑移面的剪切强度缩减系数、抗拉与抗压强度、极限双轴抗压强度、周围静水应力状态、静水应力状态下单轴与双轴压缩的
关于非线性分析的几点忠告 了解程序的运作方式和结构的表现行为 如果你以前没有使用过某一种特别的非线性特性，在将它用于大的，复杂的模型前，构造一个非常简单的 模型（也就是，仅包含少量单元），以及确保你理解了如何处理这种特性。 通过首先分析一个简化模型，以便使你对结构的特性有一个初步了解。对于非线性静态模型，一个初步的 线性静态分析可以使你知道模型的哪一个区域将首先经历非线性响应，以及在什么载荷范围这些非线性将 开始起作用。对于非线性瞬态分析，一个对梁，质量块及弹簧的初步模拟可以使你用最小的代价对结构的 动态有一个深入了解。在你着手最终的非线性瞬时动态分析前，初步非线性静态，线性瞬时动态，和/或模 态分析同样地可以有助于你理解你结构的非线性动态响应的不同的方面。 阅读和理解程序的输出信息和警告。至少，在你尝试后处理你的结果前，确保你的问题收敛。对于与路程 相关的问题，打印输出的平衡迭代记录在帮助你确定你的结果是有效还是无效方面是特别重的。 简化 尽可能简化最终模型。如果可以将3─D结构表示为2─D平面应力，平面应变或轴对称模型，那么这样做， 如果可以通过对称或反对称表面的使用缩减你的模型尺寸，那么这样做。（然而，如果你的模型非对称加 载，通常你不可以利用反对称来缩减非线性模型的大小。由于大位移，反对称变成不可用的。）如果你可 以忽略某个非线性细节而不影响你模型的关键区域的结果，那么这样做。 只要有可能就依照静态等效载荷模拟瞬时动态加载。 考虑对模型的线性部分建立子结构以降低中间载荷或时间增量及平衡迭代所需要的计算时间。 采用足够的网格密度 考虑到经受塑性变形的区域要求一个合理的积分点密度。每个低阶单元将提供和高阶单元所能提供的一样
ansys有限元分析工程实例大作业
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
辽宁工程技术大学 有限元软件工程实例分析 题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析专业班级建工研16-1班（结构工程）学号 471620445 姓名 日期 2017年4月15日
基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。 关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。 1、工程简介 某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。
第4章 ANSYS结构分析的基本观念Basic Concepts for ANSYS Structural Analysis 这一章要介绍关于ANSYS结构分析的基本观念，熟悉这些基本观念有助于让你很快地区分你的工程问题的类别，然后依此选择适当的ANSYS分析工具。在第1节中我们会对分析领域（analysis fields）做一个介绍，如结构分析、热传分析等。第2节则对分析类别（analysis types）作一介绍，如静力分析、模态分析、或是瞬时分析等。第3节解释何谓线性分析，何谓非线性分析。第4节要对结构材料模式（material models）作一个讨论并作有系统的分类。第5节讨论结构材料破坏准则。第6、7节分别举两个实例，一个是结构动力分析，一个是非线性分析来总合前面的讨论。这两个例子再加上第3章介绍过的静力分析例子，这三个例子可以说是用来做为正式介绍ANSYS命令（第5、6、7章）之前的准备工作。最后（第8节）我们以两个简单的练习题做本章的结束。
第4.1节学科领域与元素类型 Disciplines and Element Types 4.1.1 学科领域（Disciplines） 我们之前提过，ANSYS提供了五大学科领域的分析能力：结傋分析、热传分析、流场分析、电场分析、磁场分析（电场分析及磁场分析可统称为电磁场分析），此外ANSYS也提供了偶合场分析（coupled-field analysis）的能力。为了能分析横跨多学科领域的偶合场，ANSYS提供了一些偶合场元素（coupled-field elements），但是这些元素还是无法涵盖所有偶合的可能性（举例来说，ANSYS 并没有流场与结构的偶合场元素）。但是在ANSYS的操作环境下，再加上利用APDL [Ref. 20]，理论上可以进行各种偶合场分析（但是计算时间及收敛性常是问题所在）。下一小节将举几个例子来解说偶合场分析的含义，更详细的偶合场分析步骤你必须参阅Ref. 15。 4.1.2 偶合场分析 以下我们举三个例子来说明何谓偶合场分析。 第一个例子是热应力的计算，这是最常会遇到的问题之一。当你进行热应力分析时，通常分成两个阶段：先做热传分析解出温度分布后，再以温度分布作为结构负载来进行结构分析，而解出应力值。在第一个阶段，热边界条件（thermal boundary conditions）是热传分析的负载，我们希望知道在此热边界条件之下，温度是怎么分布的。因为不均匀的温度分布会造成结构的翘曲变形，所以第二个阶段是希望知道在这些温度分布下结构的变形及应力。这是一个很典型的偶合场分析问题，因为结构怎么变形是依温度怎么分布而定，而温度如何分布则与结构如何变形（变形量很大时，几何形状会改变）有关，这种相依的关系就称为偶合（coupling）。严格来说，前述的分析程序（先做热传分析再做结构分析）观念上不是很正确的，较正确的做法应该是热传与结构分析必须同时进行，也就是说温
《大型结构分析软件的应用及开发》 学习报告 学院：建筑工程学院 专业班级：工程力学141 姓名：付贤凯 指导老师：姚激 学号：201411012111
1．模型介绍 如下图所示的一桁架结构，受一集中力大小为800N的作用，杆件的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。杆件的截面为正方形达长为1m，横截面面积为1m2。现求它的变形图与轴力图。 图1 桁架模型与受力简图（单位：mm） 2．建模与划分网格 利用大型有限元软件ANSYS，采用Link，2Dspar 1的单元进行模拟，通过网格的划分得到如图2所示的有限元模型。 图2 有限元模型
结合有限元模型中的约束条件为左侧在X与Y方向铰支固定，荷载条件为最右侧处施加向下的集中力P=800N。施加约束与荷载后的几何模型如图4所示。 图3 施加荷载与约束的几何模型 3．位移与轴力图 因在Y方向受力，所以主要做Y方向的位移图，又因为杆件在轴线方向有变形，故在X 方向仍有一定的位移。则图5为变形前后的板件形状。图6为模型沿Y方向的位移图，图7为模型沿X方向的位移图，图8为模型的总位移图。 图4 桁架变形前后形状图
图5 Y方向位移图 图6 X方向位移图
图7总位移图 分析所有的位移图可以看出从以看出左端变形最小，为零，右端变形最大。从总位移图可以看出最大的位移在左下点处，大小为0.164×10?5m。从X方向位移图可以看出，左下点处在X方向位移最大为0.36×10?6。从Y方向位移图可以看出最大位移在左下点处为0.164×10?5。都符合实际情况，图9为模型的轴力图。 图8 轴力图
目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步：建模 (9) 第二步：加载且得到解 (9) 第三步：考察结果 (16) 非线性分析例题（GUI方法） (20) 第一步：设置分析标题 (21) 第二步：定义单元类型 (21) 第三步：定义材料性质 (22) 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步：产生矩形 (22) 1
第六步：设置单元尺寸 (23) 第七步：划分网格 (23) 第八步：定义分析类型和选项 (23) 第九步：定义初始速度 (24) 第十步：施加约束 (24) 第十一步：设置载荷步选项 (24) 第十二步：求解 (25) 第十三步：确定柱体的应变 (25) 第十四步：画等值线 (26) 第十五步：用Post26定义变量 (26) 第十六步：计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题（命令流方法） (27) 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金 2
属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。（看图1─1（a））如果你在一个木架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（看图1─1（b））。当在 汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。（看图1─1（c））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 3
非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型： 状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如，一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关（如在电缆情况中），也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。 接触是一种很普遍的非线性行为，接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。 几何非线性 如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。一个例的垂向刚性）。随着垂向载荷的增加，杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少，导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。 4
ansys有限元分析大作业
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：） .6+ 90E （2 N/m 10 泊松比：0.33 质量密度：） 3 2.70E+ N/m （2 抗剪模量：） 60E .2+ N/m （2 10 屈服强度：） .2+ （2 75E 8 N/m 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算
效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。 单元名称说明 Solid45 三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、 大变形、大应变功能，其高阶单元是 solid95
有限元与CAE分析报告 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 2016年 1 月 2 日
简支梁的静力分析 一、问题提出 长3m的工字型梁两端铰接中间1.5m位置处受到6KN的载荷作用，材料弹性模量E=200e9，泊松比0.28，密度7850kg/㎡ 二、建立模型 1.定义单元类型 依次单击Main Menu→Preprocessor→Elementtype→Add/Edit/Delete，出现对话框如图，单击“Add”，出现一个“Library of Element Type”对话框，在“Library of Element Type”左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择3 node 189,单击“OK”。
2设置材料属性 依次单击Main Menu→Preprocessor→MaterialProps>Material Modes，出现“Define Material ModelBehavior”对话框，在“Material Model Available”下面的对话框中，双击打开“Structural→Linear→Elastic→Isotropic”,出现对话框，输入弹性模量EX=2E+011,PRXY=0.28，单击“OK”。 依次单击Main Menu→Preprocessor→MaterialProps>Material Modes，出现“Define Material ModelBehavior”对话框，在“Material Model Available”下面的对话框中，双击打开“Structural→Density”弹出对话框，输入DENS为7850 3.创建几何模型 1)设定梁的截面尺寸
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 P 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。 (2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位
在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。 (3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。
!!!!!~~~~~!!!!!~~~~~!!!!!~~~~~!!!!!~~~~~!!!!!~~~~~!!!!! !!!!!~~~~~~~~~ansys数据处理的相关命令流~~~~~~~~~~~!!!!! !(1)数据输入的相关命令 !利用*TREAD命令读取数据文件并填充TABLE表格 *TREAD, Par, Fname, Ext, --, NSKIP !以下利用*TREAD命令读取1维数据表格 !tdata.txt文本文件含有如下内容 STRAIN STRESS 00 0.0025 0.0046 0.0067 *DIM,Ttxy,table,4,1,,TIME,ACEL *TREAD,Ttxy,tdata,txt,,1 !以下利用*TREAD命令读取2维数据表格 !要特别注意2维数据的行数 !tdata.txt文本文件含有如下内容 TIME X Y Z 0000 0.020.10.20.3 0.040.20.40.6 0.060.30.60.9 !希望输入地震波激励，X、Y、Z三个方向 *DIM,Ttxy,table,3,3,,TIME,ACEL *TREAD,Ttxy,tdata,txt,,1 !以下利用*TREAD命令读取3维数据表格 !tdata.txt文本文件含有如下内容 TEMP X Y Z 0000 0.020.10.20.3 0.040.20.40.6 0.060.30.60.9 5000 0.030.20.30.4 0.050.40.60.8 0.070.60.90.9 !希望读取不同温度下，不同时刻的泊松比 *DIM,Ttxy,table,3,3,2,TIME,NUXP,TEMP *TREAD,Ttxy,tdata,txt,,1 !利用*SREAD命令读取字符文件 *SREAD, StrArray, Fname, Ext, --, nChar, nSkip, nRead 页: 1