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第七章梁分析和横截面形状梁的概况梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。
与实体单元和壳单元相比，梁单元可以效率更高的求解。
两种新的有限元应变单元，BEAM188和BEAM189，提供了更强大的非线性分析能力，更出色的截面数据定义功能和可视化特性。
参阅ANSYS Elements Reference中关于BEAM188和BEAM189的描述。
何为横截面？横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。
ANSYS提供了有11种常用截面形状的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。
当定义了一个横截面时，ANSYS 建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性（lyy,lzz等），并求解泊松方程得到弯曲特征。
下图是一个标准的Z横截面，示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横截面特性：图8-1 Z向横截面图横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。
可以用LATT 命令将梁横截面属性赋给线实体。
这样，横截面的特性将在用BEAM188或BEAM189对该线划分网格时包含进去。
如何生成横截面用下列步骤生成横截面：1．定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。
2．定义截面的几何特性数值。
ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截面库的功能：参阅ANSYS Commands Reference可以得到横截面命令的完整集合。
定义截面并与截面号关联使用SECTYPE命令定义截面。
下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状（圆柱体）关联：命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLIDSECDATA,5,8SECNUM,2GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common SectsMain Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs要定义自己的横截面，使用子形状（ANSYS提供的形状集合）MESH。
ANSYS基础培训PPT资料【优选版】一、引言ANSYS 作为一款功能强大的工程仿真软件，在众多领域都有着广泛的应用。
为了帮助大家更好地掌握 ANSYS 的基础知识，我们精心准备了这份基础培训 PPT 资料。
二、ANSYS 软件概述（一）ANSYS 是什么ANSYS 是一款集结构、热、流体、电磁、声学等多物理场于一体的大型通用有限元分析软件。
它能够帮助工程师和研究人员在产品设计阶段就对其性能进行准确的预测和优化，从而减少试验次数、缩短研发周期、降低成本。
（二）ANSYS 的主要功能模块1、结构分析模块用于分析各种结构在静态、动态、线性和非线性条件下的应力、应变和位移等。
2、热分析模块可以模拟传热过程，包括稳态和瞬态热分析，以及热结构耦合分析。
3、流体分析模块用于分析流体流动、压力分布、传热和传质等现象。
4、电磁分析模块包括静电场、静磁场、时变电磁场等分析功能。
（三）ANSYS 的工作流程1、前处理包括几何建模、定义材料属性、划分网格等。
2、求解设置求解类型、加载边界条件和载荷，然后进行求解计算。
3、后处理对求解结果进行可视化处理，如查看应力云图、位移云图等，并进行数据分析。
三、ANSYS 前处理（一）几何建模1、直接建模通过 ANSYS 自带的建模工具创建几何模型。
2、导入外部模型可以导入其他 CAD 软件创建的模型，如 SolidWorks、ProE 等。
（二）定义材料属性1、常见材料类型如金属、塑料、橡胶等，并设置相应的弹性模量、泊松比、密度等参数。
2、材料库ANSYS 提供了丰富的材料库，方便用户选择和使用。
（三）网格划分1、网格类型包括四面体网格、六面体网格、混合网格等。
2、网格控制可以设置网格尺寸、网格质量等参数，以保证计算精度和效率。
四、ANSYS 求解（一）加载边界条件1、位移边界条件指定某些节点的位移值。
2、力边界条件施加集中力或分布力。
3、热边界条件设定温度、热流密度等。
（二）选择求解器1、直接求解器适用于小型问题。
![ANSYS从入门到精通[完整版总结]](https://img.taocdn.com/s1/m/ea3d4bee951ea76e58fafab069dc5022aaea468b.png)
1、ANSYS分析的目的 (5)2、有限元法基本构成和主要功能 (5)2.1 ANSYS有限元的基本构成： (5)2.2 ANSYS软件的组成 (5)3、 ANSYS界面介绍 (6)3.1 ANSYS功能菜单（Utility Menu） (6)3.1.1 文件菜单（File） (6)3.1.2 选择菜单（Select） (6)3.1.3 列表显示菜单（List） (7)3.1.4 图形显示菜单（Plot） (7)3.1.5 图形显示控制菜单（PlotCtrls） (7)3.1.6 工作平面菜单（WorkPlane） (8)3.1.7 参数菜单（Parameters） (8)3.1.8 宏命令菜单（Macro） (9)3.1.9 菜单控制菜单（MenuCtrls） (9)3.2 输入窗口（Input Window） (9)3.3 工具栏（Toolbar） (9)3.4 主菜单（Main Menu） (10)3.5 图形窗口（Graphic Window） (10)3.6 图形显示控制按钮 (10)3.7 提示栏 (11)3.8 隐藏的输出窗口 (11)4、ANSYS文件系统 (11)5、ANSYS典型分析过程 (12)5.1 ANSYS分析前的准备工作 (12)5.2 通过前处理器Preprocessor建立模型 (12)5.3 通过求解器Solution加载求解 (12)5.4 通过后处理器General Postproc或TimeHist Postproc查看分析结果 (12)6、 ANSYS中的坐标系 (12)6.1 ANSYS中坐标系的分类： (13)6.2 总体坐标系 (13)6.3 局部坐标系 (13)6.4 显示坐标系 (14)6.5 节点坐标系 (14)6.6 单元坐标系 (14)6.7 结果坐标系 (14)7、工作平面 (14)8、网格划分 (14)8.1 概述 (15)8.2 设置单元属性表 (15)8.3 网格划分前分配单元属性 (15)8.3.1 直接给实体模型图元分配单元属性 (15)8.3.2 分配默认属性 (15)8.4 网格划分控制 (15)8.4.1 网格划分工具 (16)9、施加荷载 (22)9.1 荷载分类 (22)9.2 荷载步、子步、平衡迭代 (23)9.3 时间的作用【TIME】 (23)9.4 加载方式 (24)9.5 荷载步选项 (24)9.6 创建多荷载步 (27)9.7 载荷的施加 (28)10 求解过程 (30)10.1 概述 (30)10.2 求解器 (30)10.3 求解方式 (32)10.3.1 一般求解 (32)10.3.2 多荷载步求解 (33)10.3.2.1 多重求解法 (33)10.3.2.2 荷载步文件法 (33)10.3.3 重新启动分析 (34)10.4 求解控制 (34)10.5 可能出现的问题 (36)11、结果后处理 (36)11.1 后处理器 (37)11.2 求解结果 (37)11.3 通用后处理器（POST1） (37)11.3.1 将结果数据读入数据库 (37)11.3.2 通用后处理的一些选项控制 (39)11.3.3 图形显示结果数据 (39)11.3.3.1 等值线显示 (40)11.3.3.2 变形后的形状显示 (42)11.3.3.3 向量显示 (42)11.3.3.4 路径图 (43)11.3.4 列表显示结果数据 (43)11.4 单元表 (43)11.4.1 单元表的创建 (43)11.4.1.1 组件名法填写单元表 (44)11.4.1.2 序列号法填写单元表 (47)11.4.1.3 创建单元表示应注意的问题 (49)11.4.1.4 单元表的显示 (49)11.4.1.5 单元表的操作 (50)11.5 路径 (50)11.5.1 定义路径 (51)11.5.2 映射路径 (52)11.5.3 计算路径项 (53)11.5.4对路径进行算术运算 (54)11.5.5存储或恢复路径数据 (54)11.6时间历程后处理器（POST26） (55)11.6.1变量查看器（Variable Viewer） (56)11.6.2进入时间－历程后处理器 (58)11.6.3定义变量 (59)11.6.4对变量进行处理计算 (61)11.6.5查看结果 (63)11.6.5.1 图形显示 (63)11.6.5.2 列表显示 (64)12、静力学分析 (64)12.1 静力学分析概述 (64)12.2 结果后处理 (65)13、非线性分析 (65)13.1 引起非线性的原因 (65)13.1.1 几何非线性 (65)13.1.2 材料非线性 (65)13.1.3 状态非线性 (65)13.2 非线性结构分析的分析过程 (66)13.2.1 建模 (66)13.2.2 加载求解 (66)13.2.2.1 求解控制 (66)13.2.2.2 分析选项 (69)13.2.2.3 普通选项 (71)13.2.2.4 非线性选项 (72)13.2.2.5 输出控制选项 (76)13.2.2.6 加载求解注意事项 (76)13.2.3 结果后处理 (76)13.2.3.1 用POST1考察结果 (76)13.2.3.2 用POST26考察结果 (77)13.3几何非线性 (78)13.3.1 几何非线性简介 (78)13.3.2 大应变效应 (78)13.3.3 对几何非线性情况的处理方法 (79)13.3.3.3 应力刚化 (79)13.3.3.4 旋转软化 (80)13.4材料非线性 (80)13.4.1 进行塑性分析时的ANSYS输入 (81)13.4.2 塑性分析中的输出量 (81)13.4.3 塑性分析中的一些基本原则 (81)13.4.4 查看结果 (82)13.5状态非线性 (82)14、动力学分析介绍 (84)14.1 动力分析简介 (84)14.2 动力学分析分类 (84)14.2.1 模态分析 (84)14.2.1.1 模态分析的定义 (84)14.2.1.2 模态提取方法 (84)14.2.2 谐响应分析 (85)14.2.2.1 谐响应分析的定义 (86)14.2.2.2 谐响应分析的求解方法 (86)14.2.3 瞬态动力分析 (87)14.2.3.1 瞬态动力分析的定义 (87)14.2.3.2 瞬态动力分析的求解方法 (87)14.2.4 谱分析 (88)14.2.4.1 谱分析的定义 (88)14.2.4.2 谱分析的类型 (88)14.2.4.3 谱分析涉及的几个概念 (89)14.3 各类动力学分析的基本步骤 (89)14.3.1 模态分析的基本步骤 (90)14.3.1.1 模型的建立 (90)14.3.1.2 加载并求解 (90)14.3.1.3 模态扩展 (94)14.3.1.4 观察结果 (96)14.3.2 谐响应分析的基本步骤 (98)14.3.2.1 模型的建立 (98)14.3.2.2 加载并求解 (98)14.3.2.3 观察结果 (102)14.3.2.4 缩减法谐响应分析 (103)14.3.2.5 模态叠加法谐响应分析 (103)14.3.3 瞬态动力学分析的基本步骤 (104)14.3.3.1 模型的建立 (104)14.3.3.2 加载并求解 (104)14.3.3.3 观察结果 (111)14.3.3.4 缩减法瞬态动力学分析 (112)14.3.2.5 模态叠加法瞬态动力学分析 (113)14.3.4 谱分析的基本步骤 (114)14.3.4.1 模型的建立 (114)14.3.4.2 获得模态解 (114)14.3.4.3 获得谱解 (115)14.3.4.4 扩展模态 (117)14.3.4.5 合并模态 (117)14.3.4.6 观察结果 (118)14.3.4.7 动力设计分析方法(DDAM)谱分析 (119)14.3.4.8 随机振动(PSD)分析 (119)1、ANSYS分析的目的ANSYS主要分析实际结构在受到外荷载作用后所出现的位移、应力、应变响应，根据响应可以知道结构所处的状态。
ANSYS学习教程简介ANSYS是一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。
它具有丰富的功能和强大的求解能力，可以模拟各种复杂的物理现象和工程问题。
本教程将介绍ANSYS的基本知识和使用方法，帮助初学者快速入门。
安装与配置ANSYS的安装过程比较简单，用户只需按照官方说明进行下载和安装即可。
安装完成后，需要进行一些基本的配置，以确保软件的正常运行。
这些配置包括设置工作目录、导入所需的模块和插件等。
设置工作目录在使用ANSYS之前，首先需要设置一个工作目录，用于存储工程文件和计算结果。
用户可以选择一个合适的目录，然后在ANSYS的设置中进行配置。
导入模块和插件ANSYS提供了多个模块和插件，用于不同类型的工程分析。
用户可以根据自己的需求选择相应的模块和插件，并将其导入到ANSYS中。
导入完成后，这些模块和插件将在软件中显示为可用的功能。
建模和网格生成在进行工程分析之前，需要先进行建模和网格生成。
建模就是根据实际物理对象创建虚拟模型，网格生成则是将模型划分为小的单元，以便进行数值计算。
几何建模几何建模是将物理对象抽象为几何图形的过程。
ANSYS提供了多种建模工具，包括实体建模和面建模。
用户可以使用这些工具创建复杂的几何模型，并添加相应的约束和条件。
网格生成网格生成是将几何模型划分为小的单元的过程。
ANSYS提供了多种网格生成算法，包括结构化网格和非结构化网格。
用户可以选择合适的算法，并进行参数设置，以获得高质量的网格。
边界条件和加载在进行工程分析之前，需要确定边界条件和加载。
边界条件是对系统边界的约束，加载是对系统施加的外界力或位移。
边界条件边界条件包括固支约束、自由度约束和热边界条件等。
用户需要根据具体情况设置适当的边界条件，以准确模拟实际工程问题。
加载加载是对系统施加的外界力或位移。
ANSYS提供了多种加载方式，包括点力、面力、压力和位移等。
用户可以根据实际需求设置加载方式和加载大小。
求解和后处理求解和后处理是ANSYS的核心功能之一。
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16713141516 17TUNIF, TEMPTREF, TREFBFCUM, Lab, OperACEL, ACELX, ACELY, ACELZOMEGA, OMEGX, OMEGY, OMEGZ, KSPINDOF Constraints 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stress170 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。
