ANSYS 优化设计
1.认识ANSYS优化模块
1.1 什么时候我需要它的帮忙?
什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。
注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。
图1 水杯的简化模型
为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。
在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。
首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H ＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。
(用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写)
R=1
H=1
S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R
V=10000/(3.14*R*R*H)
然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。
/clear,nostart
/input,volu,inp
/opt
opanl,volu,inp
opvar,R,dv,1,10,1e-2
opvar,H,dv,1,10,1e-2
opvar,S,sv,,100,1e-2
opvar,V,obj,,,1e-2
opkeep,on
optype,subp
opsave,optvolu,opt0
opexec
最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。
图2 ANSYS优化过程图
几秒钟的优化过程结束后，让我们来看一下优化的结果：
/opt
optlist,all
图3 优化结果1
上图中左右带*的SET 22是最优解，由此可以看出，要想在表面积一定的情况下使水杯容积最大，的确有这样一个规律H=D=2*R。有兴趣的同志可以用求极值的方法演算一下，一定会得到相同的答案。
ANSYS的优化模块是用来求解工程分析中的优化例子的，但上面一个例子说明即使这样于工程毫无关系纯数学极值问题，也能够轻松求解。不过在细节处会有一些技巧，后面再仔细分析。（其实用ANSYS的优化模块完全能解决数学上比较负责的极值问题，不过现在有了Matlab、Mathematica，大概也没有人愿意来用ANSYS献丑了）。
1.2 ANSYS优化设计基础
前面写了一个例子，来说明ANSYS的基本优化过程。在这一节中，我们结合这个例子来说明一下优化模块中的一些概念。
1.2.1 优化模块中的三大变量：
设计变量（DV）：即自变量。例子中的opvar,R,dv,1,10,1e-2就是用来定义一个设计变量R，其上限为10，下限为1，公差为10-2（公差和优化过程的收敛有关）。ANSYS优化模块中允许定义不超过60个设计变量。
状态变量（SV）：用来体现优化的边界条件，是设计变量的函数。例子里面opvar,S,sv,,100,1e-2就是定义了一个状态变量S，它的上限为100，无下限，公差为10-2。从文件volu.inp中可以看到，S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R。可见，定义这样一个状态变量，即是限制水杯的表面积（可以认为表示材料的多少）不大于100。在ANSYS优化模块中用户可以定义不超过100个状态变量。
目标函数（OBJ）：最终的优化目的。它必须是设计变量的函数，而且只能求其最小值。看到volu.inp里面目标函数的定义了吧V=10000/(3.14*R*R*H)，为了把求最大体积转化为求最小值，只好对它求倒数了；如果知道目标函数的上限，还可以用一个大数减目标函数的方法来转换。例子中opvar,V,obj,,,1e-2就是定义了一个目标函数V，它的公差是10-2。
1.2.2 ANSYS优化模块中的两种求解模式
ANSYS优化模块的求解有两种运行模式，一种是在GUI方式下运行，即已经打开ANSYS的分析界面后进行分析；另一种是Batch模式，无需打开ANSYS分析界面，后台运行求解。
前面例子的运行过程其实就是一个典型的GUI方式体现，它涉及到两个重要的文件：一个就是类似volu.inp的ANSYS分析文件，如果是一个工程问题，该文件中应该有参数定义、参数建模、求解、结果提取、目标函数赋值的一个全过程（由于优化求解是一个不断跌代的过程，ANSYS分析文件其实是包涵了一个完整的循环）。另一个文件是类似optvolu.inp 的优化控制文件，基本语句就那么几条，无非是定义三大变量、优化方式、优化控制等几条，用户拿过去稍稍替换下就可以用在不同的问题上。（注：细心的读者可能会提问，既然ANSYS
分析文件包涵了一个完整的循环，但是整个优化过程中是要求设计变量不断改变的，每次循环都有一个参数重定义的过程，不会使设计变量恢复初始值吗？这一点勿用担心，正是由于有了另一个优化控制文件，优化过程只在第一次进行完全的参数定义工作，在后续循环中，优化控制文件中声明的设计变量定义将被忽略）。有了这样两个文件，简单的在命令窗口把优化控制文件输入进去（其中的opanl命令会自动调用指定的ANSYS分析文件），就可以完成整个优化过程。以上说明的是完全使用命令流的GUI方式，至于如何在菜单中进行优化过程的定制，窃以为没有命令流方式快捷，这里就不再赘述了。
另一种方式是后台运行的Batch方式，它只需要一个输入命令流文件（batch文件）。该文件可以简单的把GUI方式下ANSYS分析文件和优化控制文件合并得到。
不过有几个注意点：
1、需要把optanl语句去掉，因为在batch文件中，不需要提供ANSYS分析文件名字，系统默认batch文件中/opt语句以前的所有部分为ANSYS分析文件内容。
2、以前为防止在GUI方式下的重新定义错误而引入的一些语句，如/cle,nostart需要去除。上述例子经过合并、处理，就可以得到Batch方式下需要的batch文件batch.inp
R=1
H=1
S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R
V=10000/(3.14*R*R*H)
/opt
opvar,R,dv,1,10,1e-2
opvar,H,dv,1,10,1e-2
opvar,S,sv,,100,1e-2
opvar,V,obj,,,1e-2
opkeep,on
optype,subp
opsave,optvolu,opt0
opexec
假定batch.inp在目录bvolu下，在cmd命令行方式下，进入bvolu目录，执行命令：ansys61 -b -j bvolu -p ane3flds -i batch.inp –o output.txt
命令中-b 参数指定用batch模式求解；
-j bvolu参数指定该求解默认工作名字为bvolu (不指定就默认为file)
-p ane3flds 参数指定使用ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA求解器
-i batch.inp 参数指定输入batch文件为batch.inp
-o output.txt 参数指定把输出导向到output.txt中，便于查看过程纠错
运行结束后，可以从output.txt文件中看到最有解是多少：
文件output.txt中的一部分数据：
----------SOLUTION HAS CONVERGED TO POSSIBLE OPTIMUM -----------
(BASED ON DV TOLERANCES BETWEEN FINAL TWO DESIGNS)
FINAL VARIABLES ARE
SET 22
(FEASIBLE)
S (SV) 99.997
R (DV) 2.2851
H (DV) 4.6830
V (OBJ) 130.23
其结果与用GUI方式求解完全一样，生成的bvolu.opt文件中也有最优解的信息，同时还能看到求解整个参数迭代求解过程。
1.2.3 ANSYS的优化方法和收敛准则
例子中优化控制文件里面的优化命令，还有opkeep,on（用来要求保留最优解的DB），opexec（执行优化），剩下重要的命令就只有optype了，这个命令指定ANSYS优化中使用的优化方法。
优化方法发展到今天可说是形形色色，比较完善了。ANSYS的优化模块中只支持两种优化方法，不能不说是一大遗憾。但ANSYS的这两种优化方法对绝大多数的工程问题已经足够，更何况ANSYS还留下了用户话优化接口，方便用户写出适合于自己问题的优化方法来使用。
看看例子中的命令”optype,subp”，这里指定的是第一种通用的函数逼进优化方法。改种方法的本质是采用最小二乘逼进，求取一个函数面来拟和解空间，然后再对该函数面求极值。无疑这是一种普适的优化方法，不容易陷入局部极值点，但优化精度一般不是很高，因此多用来做粗优化的手段。
另外一种是针对第一种优化方法缺点的改进方法，叫做梯度寻优。如果说第一种方法是C0阶、大范围普适的粗优化方法；第二种方法就是C1阶、局部寻优的精优化方法。一般来说，一个比较负责的问题都需要同时采用两种优化方法，先用函数逼进的第一类方法初步求得最优解基本位置，然后再采用梯度寻优的对最优解的位置进行更精确的确定。（注：但用第二类梯度寻优进行优化，不仅时间消耗长，还可能陷入局部最小点，因此通常的问题都建议使用0阶函数逼进优化subp）
前面讨论了ANSYS的两种优化方法，但光了解优化进行的方式是不够的。ANSYS进行优化计算，都是一个不断迭代的过程。有时候，了解优化过程什么时候结束比了解优化过程本身更加重要。下面我们就来谈谈决定优化过程什么时候结束的条件：优化准则。
假设F j、X j和F j-1、X j-1分别为目标函数、设计变量第j次迭代和第j-1次迭代的结果（X j 为矢量），F b和X b分别是当前的最优目标函数和其相应的设计变量值。如果满足或者，为目标函数的公差，那么认为迭代收敛，于是迭代停止。假设或者，那么也认为设计变量的搜索已经趋于收敛，于是迭代停止。当然，为了防止优化过程在某些问题中不收敛，ANSYS 还提供了循环数量控制。比如说，如果你使用的是0阶函数逼进优化，你可以用opsubp命令设定最多循环多少次退出，已经当不可行解连续出现多少次就认为优化过程发散，强行退出等。（注：在0阶函数逼进优化中，默认的最大循环次数为30；默认当连续出现7次不可行解，就认为优化过程发散）
在上面的描述中，可能只有公差和不可行解这两个概念在ANSYS中的意义我们不甚了解了。可行解与不可行解的定义将在下一小节中详细定义，这里说明一下公差。从例子里面可以看出，我对设计变量、状态变量、目标函数都给出了公差限制。从上面一段的的分析可以得知，设计变量、目标函数的公差可以控制优化过程的收敛性。其实设计变量也一样，如果前后两次设计变量之间的误差小于设计变量的公差时，优化过程也会自动停止，不过对它的限制主要是来控制可行性（下一节介绍可行性），三大变量的公差都有一个默认值：对于设计变量，默认公差就是0.01×（上限-下限），如果只有上限，默认公差为0.01×上限绝对值。（设计变量定义时必须指定上限）。
对于目标函数，由于定义时不指定上下限，默认公差为0.01×当前目标函数值。
对于状态变量，如果指定了上下限，默认公差为0.01×（上限-下限），如果只有上限或者下限，默认公差为0.01×上限或者下限的绝对值。
上述默认公差的定义都能在ANSYS的随机帮助中查到，这里为什么如此冗余的详细介绍它呢？因为大多数情况下你不能得到最优解都是这个东西在作怪。
为什么例子中要每个变量都详细定义公差呢？我们可以把这些公差都去掉，看看是什么结果：
图4优化结果2
由此可见，不带任何公差的最优化分析得不到我们所要求的最有解（151.62显然比带公差后得到的结果130.23要大许多），而且优化过程才做了6步就停止了，查看下ANSYS 的输出窗口，显示：
>>>>>> SOLUTION HAS CONVERGED TO POSSIBLE OPTIMUM <<<<<<
(BASED ON OBJ TOLERANCE BETWEEN BEST AND FINAL DESIGNS)
可见是因为导致循环提前结束。（注：细观上图，F j=157.20，F b=151.62，默认公差似乎此处应该是1.5720，似乎还没有满足这个收敛准则，为什么ANSYS却认为满足了，这里就不得而知，可能ANSYS内部对默认公差里面的当前值另有解释；如果你强行规定目标函数公差为1，可以看到循环多进行一步后也会提前结束，不过这时候当前解151.65和最优解151.62倒的确相差小于公差1了）。此时，大家一定可以理解例子中为什么要对公差的限制如此严谨了（0.01）。因为程序的取样，迭代都有随机性，只有这样，才能保证程序不会因为上述公差太大的缘故自动停止而得不到最优解。
有兴趣的同学还可以改变一下其他参数的公差大小，甚至用opsubp命令改变默认循环的次数等，这些实验将会更加加深你对优化过程、收敛准则的理解，便于提高你都负责优化问题的驾驭能力。
拓扑优化实例
/clear
/TITLE, A 2-D, multiple compliance minimization problem subjected to volume constraint /PREP7
BLC4,0,0,3,1 ! Create solid model (3 x 1 rectangle)
ET,1,82 ! Use 2-D solids. Type 1 is optimized
ET,2,82 ! Type 2 is not optimized.
MP,EX,1,118E9 ! Linear isotropic, material
MP,NUXY,1,0.3
ESIZE,0.05 ! Use a relatively fine mesh density
TYPE,1
AMESH,ALL ! Free, rectangular-element meshing
NSEL,S,LOC,X,0,0.4 ! Select region not to be optimized
ESLN
TYPE,2
EMODIF,ALL ! Define type 2 elements
ALLSEL
NSEL,S,LOC,X,0
D,ALL,ALL,0 ! Fixed at X = 0
NSEL,S,LOC,X,3
D,ALL,ALL,0 ! Fixed at X = 3
FORCE = 1000 ! Value for applied load
NSEL,S,LOC,X,1
NSEL,R,LOC,Y,1
F,ALL,FY,FORCE ! Define first load case
ALLSEL
LSWRITE,1 ! Write first load case
FDEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,2
NSEL,R,LOC,Y,0
F,ALL,FY,-FORCE ! Define second load case
ALLSEL
LSWRITE,2 ! Write second load case
FDEL,ALL
TOCOMP,MCOMP,MULTIPLE,2 ! Define multiple compliance function
! "MCOMP" for topological optimization
TOV AR,MCOMP,OBJ ! Define "MCOMP" as topological objective
TOV AR,VOLUME,CON,,50 ! Define "VOLUME" as topological constraint; 50 percent volume reduction
TOTYPE,OC ! Specify solution approach
TODEF ! Initialize topological opt.
/SHOW,topo,grph ! Put graphics in a file (remove if interactive)
/DSCALE,,OFF
/CONTOUR,,2
TOLOOP,12,1 ! Perform no more than 12 iterations FINISH
TOGRAPH,OBJ ! Graph final objective (compliance) history TOGRAPH,CON ! Graph final constraint (volume) history TOPRINT,OBJ ! Print final objective (compliance) history TOPRINT,CON ! Print final constraint (volume) history
*GET,TITER,TOPO,,ITER ! Get iteration counter
*GET,OCMP,TOPO,TITER-1,TOHO ! Get final compliance value
第3例复杂形状实体的创建实例—螺栓
[本例提示]在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂最难以掌握的一个过程。因此，有必要熟练掌握实体模型的创建。本例使用ANSYS软件提供的各种建模工具，对复杂形状实体的创建进行了练习。
/PREP7
CSYS,1
K,1,0.008,0,-0.002
K,2,0.008,90,-0.0015
K,3,0.008,180,-0.001
K,4,0.008,270,-0.0005
K,5,0.008,0,0
/VIEW,1,1,1,1
L,1,2
L,2,3
L,3,4
L,4,5
LGEN,7,ALL,,,,,0.002
NUMMRG,KP,,,,LOW
LCOMB,ALL
K,80,0.008+0.0015/4,90,0.012+0.002/4
K,81,0.008+2*0.0015/4,180,0.012+2*0.002/4 K,82,0.008+3*0.0015/4,270,0.012+3*0.002/4 K,83,0.008+4*0.0015/4,0,0.012+4*0.002/4 L,35,80
L,80,81
L,81,82
L,82,83
CSYS,0
K,90,0.008,0,-0.00025
K,91,0.006918,0,-0.002
K,92,0.006918,0,0
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,1
GPLOT
LSTR,1,90
LSTR,91,92
LANG,7,90,60,,0
LANG,7,1,120,,0
AL,6,9,10,11
VDRAG,1,,,,,,1,2,3,4,5
/PNUM,KP,0
/PNUM,LINE,0
/PNUM,AREA,1
/PNUM,VOLU,1
CYLIND,0.0079,,0,0.04,0,360
VSEL,U,,,6
CM,VVV2,VOLU
ALLS
VSBV,6,VVV2
/REPLOT
K,93,0.0065,0,0
K,94,0.0095,0,0.003
K,95,0,0,0
K,96,0,0,0.03
LSTR,93,94
AROTAT,6,,,,,,95,96,360
ASEL,S,,,1,4,1
VSBA,7,ALL
ASEL,ALL
VDELE,1,,,1
RPRISM,0.04,0.05,6,,0.0131
CONE,0.03477,0.00549,0.03,0.055,0,360 VINV,1,3
/REPLOT
VPLOT
FINISH
一简述ANSYS软件的发展史。 1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。 ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。 20世纪70年代初。ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。 今天软件的功能更加强大，使用更加便利。ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。 ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。 ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都等多个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732-95国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆总公司，在其机车提速的研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用。 二节点﹑单元﹑单元类型的基本概念。 节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。 单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。 单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。 三用ANSYS软件进行分析的一般过程。 1建立有限元模型 （1）指定工作文件名和工作标题。 该项工作并不是必须要求做的，但是做对多个工程问题进行分析时推荐使用工作文件名和工作标题。
利用ansys APDL进行优化设计的例子 一、问题描述： 二、分析文件的APDL语句及注释：（可把该文件拷贝到一个文本文件，作为ansys的分析文件。） !第一步，初始化ANSYS系统环境 FINISH /CLEAR /filename,BeamOpt !第二步，定义参数化设计变量 B=1.4 !初始化宽度 H=3.8 !初始化高度 !第三步，利用参数创建有限元模型 /PREP7 !进入前处理 ET,1,BEAM3 !定义单元类型为BEAM3 AREA=B*H !梁的截面积
IZZ=(B*(H**3))/12 !绕Z轴的转动惯量 R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示MP,EX,1,30E6 !定义材料性质 MP,PRXY,1,0.3 N,1 !创建节点1 N,11,120 !创建节点11 FILL E,1,2 EGEN,10,1,-1 !复制单元 FINISH !退出前处理 !第四步，执行求解 /SOLU ANTYPE,STATIC D,1,UX,0,,11,10,UY SFBEAM,ALL,1,PRES,20 !施加压力（单位长度上的负荷）=20 SOLVE FINISH !第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量 /POST1 SET,,,, NSORT,U,Y !以Uy为基准对节点排序 *GET,DMAX,SORT,,MAX !参数DMAX=最大位移ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !每个单元I节点处应力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !每个单元J节点处应力的最大值
“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
1 E c ； / E c lE s _2卜+僅 12 (5-30) 通过大型有限元软件ANSYS 对简支梁进行模拟计算 下面以钢筋混凝土简支梁的 ANSYS ①程序数值模拟的应用实例，对ANSYS ⑧程序的应用方法及 模拟效果进行验证，梁的尺寸、配筋及荷载如图5-9所示。钢筋采用H 级钢，混凝土强度等级为 C30。 2.1单元类型 i )混凝土单元：采用 ANSYS ①程序单元库中 SOLID65单元。 (ii )纵向钢筋：PIPE20 (iii )横向箍筋:PIPE20 2.2材料性质 i )、混凝土材料 [16~ 19] 混凝土立方体抗压强 度 f cu ( N / mm 2) 弹性模量E c 2 (N/mm ) 泊松 比 V 单轴抗压强度f c ' 2 (N/mm ) 单轴抗拉强度f r (N/mm ) 裂缝间剪力 传递 系数P t 张开 闭合 30 24000 0.20 25.0 3.1125 0.35 0.75 ?单轴受压应力-应变曲线(二-；曲线) 在ANSYS @程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。在本算例中，混凝土单 轴受压下的应力应变采用 Sargin 和Saenz 模型[17,18]: ①22①22 E20 ①22 RCBEAM-03 图5-9 2①82①82①8 2①82①82①8 ① 8@75@75@75 2①22①22①22 150 150 150 150 RCBEAM-01 150150150 RCBEAM-02 (b )、梁断面图 梁尺寸、配筋及荷载示意图 f ①24 ①24 ①22 150 150 ■4- ------------- P P 125 1200 600 (a )、梁的几何尺寸及荷载示意图 600
/一个周边简支的圆盘，其中心受到一个冲杆的周期作用(假定冲杆是刚性的)，需要进行圆盘在冲杆的周期作用下的塑性分析。本实例的模型简图如图19.1所示，材料特性如下所示，塑性时的应力－应变关系如表19.1，载荷历史如表19.2所示。 弹性模量：EX=70000，泊松比：NUXY=0.325 /PREP7 /TITLE,Circular Plate Loaded by a Circular Punch - Kinematic Hardening !* 下面定义建模分析时需要的参数 EXX=70000 RPL=65 RPU=5 H=6.5 STS1=55 STN1=STS1/EXX STS2=112 STN2=0.00575 STS3=172 STN3= 0.02925 STS4=241 STN4= 0.1 NEX=15 NET=2 NEX1=nint(0.8*NET) NEX2=NEX-NEX1 !* ET,1,42,,,1 ！定义单元PLANE42，设置为轴对称 !* MP,EX,1,EXX ！定义材料属性 MP,NUXY,1,0.325 !* TB,KINH,1,1,4, ！定义多线性随动强化准则 TBPT,,STN1,STS1 TBPT,,STN2,STS2 TBPT,,STN3,STS3 TBPT,,STN4,STS4 !* 创建节点 N,1,RPL,,,,,, N,2,0,,,,,, N,3,,H/2,,,,, !* 创建关键点 K,1,,-(H/2),, K,2,RPU,-(H/2),, K,3,RPL,-(H/2),, KGEN,2,ALL, , , ,H, ,3,0 ！复制并平移关键点
ANSYS 优化设计 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H ＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。 File:volu.inp (用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写) R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 /clear,nostart /input,volu,inp /opt opanl,volu,inp opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e-2 opkeep,on optype,subp opsave,optvolu,opt0 opexec 最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。
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）。
2006年用户年会论文 运用ANSYS Workbench快速优化设计 陈杰 [中国船舶重工集团第七一○研究所，443003] [ 摘要 ] 从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设 定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。本文将结合实 际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 [ 关键词 ] 有限元分析、集成、ANSYS Workbench [Abstract:] DesignXplorer/VT module in AWE provides an user-friendly and highly efficient method to optimize the design. Design variables in CAD models can be directly handled in AWE. After goals in DesignXplorer/VT are defined by user, the optimization can be completed automatically and relevant data and charts can be delivered to user. This paper introduce how to use Pro/E and ANSYS in AWE to achieve rapid design optimization by a practical case. 1前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的 DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。
（ii ）纵向钢筋：PIPE20 （iii ）横向箍筋：PIPE20 2.2 材料性质 （i ）、混凝土材料 表5-4 混凝土材料的输入参数一览表[16~19] ·单轴受压应力-应变曲线（εσ-曲线） 在ANSYS ○R 程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。在本算例中，混凝土单轴受压下的应力应变采用Sargin 和Saenz 模型[17,18]： 2 21??? ? ??+???? ??-+= c c s c c E E E εεεεε σ （5-30）
式中取4' 4')108.0028.1(c c c f f -=ε；
断面图配筋图断面图配筋图断面图配筋图RCBEAM-01 RCBEAM-02 RCBEAM-03 图5-12 各梁FEM模型断面图 （a）单元网格图（b）钢筋单元划分图 图5-13 算例（一）的FEM模型图 2.4 模型求解 在ANSYS○R程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步（Substeps）或较小的荷载步和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。在本算例中，设置了100个子步。最终本算例收敛成功，在CPU为P41.6G、内存为256MB的微机上计算，耗时约为8小时。 2.5 计算结果及分析 2.5.1 荷载—位移曲线 图5-14为ANSYS○R程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出： （i）、梁RCBEAM-01：曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展，压区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/5211938253.html, 格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。 关键词:格构梁有限元分析模拟分析 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用 基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。 2模型简化及技术处理 根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。 由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。 对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。 3.1ANSYS有限元模拟计算 3.1.1模型的参数 1．土体的参数见下表：
运用ANSYS Workbench快速优化设计 摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench 1 前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 2 优化方法与CAE 在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，就是优化方法。例如，在保证结构刚强度满足要求的前提下，通过改变某些设计变量，使结构的重量最轻最合理，这不但使得结构耗材上得到了节省，在运输安装方面也提供了方便，降低运输成本。再如改变电器设备各发热部件的安装位置，使设备箱体内部温度峰值降到最低，是一个典型的自然对流散热问题的优化实例。在实际设计与生产中，类似这样的实例不胜枚举。 优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。基于数值分析技术的CAE方法，显然不可能对我们的目标得到一个解析函数，CAE计算所求得的结果只是一个数值。然而，样条插值技术又使CAE中的优化成为可能，多个数值点可
运用A N S Y S W o r k b e n c h快速优化 设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
运用ANSYS Workbench快速优化设计 编辑条目 12.15 60次 1人 1个 [字号:大中小] [我来说两句 (0) ] 摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。本文将结合实际应用介绍如何使用 Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench 1 前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS 公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的
过盈配合在机械产品的装配中使用的相当普遍。比如轴与轴承、轴与轴瓦、汽车的制动盘等，都是通过一定的过盈量来使两个装配部件紧密地连接起来。 下面讨论如何在ANSYS 中正确地模拟过盈配合。 过盈配合在有限元分析中是一种典型的非线性接触行为。在有限元分析中设定了接触，从本质上来讲就是对相互接触的两个部件施加了某种约束，不同的接触算法对于接触约束的处理方法有所不同。接触约束的理论算法的选择，在ANSYS 中是通过设置contact 单元的KEOPT(2) 选项来实现的。 在ANSYS 中目前主要有5 种接触约束算法： KEYOPT(2)=0 Augmented Lagrangian - 加强的拉格朗日算法，这是ANSYS 的缺省选择； KEYOPT(2)=1 Penalty function - 罚函算法； KEYOPT(2)=2 Multipoint constraint (MPC) - 多点约束算法； KEYOPT(2)=3 Lagrange multiplier on contact normal and penalty on tangent - 接触法向采用拉格朗日乘子，接触切向采用罚函数的综合算法。 KEYOPT(2)=4 Pure Lagrange multiplier on contact normal and tangent - 法向和切向均采用拉格朗日乘子算法。 各种不同的约束算法各有其优缺点，各有各自最适用的场合，具体情况需要具体对待。大部分情况下，默认选择KEYOPT(2)=0 就够用了。 过盈配合所致的接触分析的难点在于如何确定初始接触状态。初始
接触状态设置得不对，会导致错误的计算结果或者不准确的计算结果，下面举两个例子来说明。ANSYS仿真计算代做：模态分析，瞬态动力学，谐响应分析和谱分析、械结构的疲劳、损伤，CFD流体；结构的强度评估和优化；企鹅：690294845 例1．两个圆柱体在几何上是刚好接触，划分网格后有限元模型有间隙。如图1 所示。 这两个圆柱体，在几何上是刚好相切的，即处于几何上刚好接触的初始状态。划分网格后，由于在圆周上用小段直线代替了弧线，两个圆柱体之间产生了一定的间隙，两个圆柱体的有限元模型的初始状态不再是接触的。此时，如果接触参数设置不当，就会因为初始约束不足，圆柱体出现刚体位移，得到错误的结果。
焊接模拟ansys实例 !下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进 !行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。 finish /clear /filnam,1-2D element birth and death /title,Weld Analysis by "Element Birth and Death" /prep7 /unit,si !采用国际单位制 !****************************************************** et,1,13,4 !13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度 et,2,13,4 !1号材料是钢 !2号材料是铝 !3号材料是铜 !铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来 !下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量 mptemp,1,20,500,1000,1500,2000 mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11 mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11 mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11 !假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系 !下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量 tb,bkin,1,5 tbtemp,20,1 tbdata,1,1200e6,0.193e11 tbtemp,500,2 tbdata,1, 933e6,0.150e11 tbtemp,1000,3 tbdata,1, 435e6,0.070e11 tbtemp,1500,4 tbdata,1, 70e6,0.010e11 tbtemp,2000,5 tbdata,1, 7e6,0.001e11 ! tb,bkin,2,5 tbtemp,20,1 tbdata,1,800e6,0.102e11 tbtemp,500,2 tbdata,1,400e6,0.050e11 tbtemp,1000,3 tbdata,1, 70e6,0.008e11
实例1： 某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。 几何参数：筒外径30 feet 总壁厚 2 inch 不锈钢层壁厚0.75 i nch 玻纤层壁厚 1 inch 铝层壁厚0.25 i nch 筒长200 feet 导热系数不锈钢8.27 B TU/hr.ft.o F 玻纤0.028 BTU/hr.ft.o F 铝117.4 BTU/hr.ft.o F 边界条件空气温度70 o F 海水温度44.5 o F 空气对流系数 2.5 BTU/hr.ft2.o F 海水对流系数80 BTU/hr.ft2.o F 沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析,如图示。 以下分别列出log文件和菜单文件。 /filename, Steady1 /title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT Ro=15 !外径(ft)
Rss=15-(0.75/12) !不锈钢层内径ft) Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft) Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft) Tair=70 !潜水艇内空气温度 Tsea=44.5 !海水温度 Kss=8.27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Kins=0.028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Kal=117.4 !铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Hair=2.5 !空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) /prep7 et,1,plane55 !定义二维热单元 mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数 mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数 mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数 pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5 !创建几何模型 pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5 pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5 aglue,all numcmp,area lesize,1,,,16 !设定划分网格密度 lesize,4,,,4 lesize,14,,,5 lesize,16,,,2 eshape,2 !设定为映射网格划分 mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 mat,3 amesh,3 /SOLU SFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空气对流边界
ANSYS优化揭密 引子 时下ANSYS高手颇多，但还有很多FEA战友对ANSYS的优化过程用之不熟，这里抛砖引玉，写下自己对ANSYS优化模块的使用心得，不当之处敬请指正。 deform@smth Aug. 14，2002 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？偷偷的告诉你：因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。可不是，在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r 和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS的优化模块中用状态变量（SV）来控制。
闲话少说，下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（我假设叫volu.inp），水杯初始半径为R ＝1，高度为H＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里我假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H （OBJ）。 File:volu.inp R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（我假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 File:optvolu.inp /clear,nostart /input,volu,inp /opt opanl,volu,inp opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e-2
2.3 工字钢-ANSYS 实例分析 (三维实体结构) 介绍三维实体结构的有限元分析。 一、问题描述 图1所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为 1.0,0.16,0.2,0.02,0.02l m a m b m c m d m =====。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。 图1 工字钢结构示意图 其他已知参数如下： 弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ； 材料密度3 /7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =； 作用力F y 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小F y =-5000N 。 二、实训步骤 (一) ANSYS10.0的启动与设置 1、启动。点击：开始>所有程序> ANSYS10.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。 2、功能设置(过滤)。点击主菜单中的“Preference”菜单(Main Menu > Preferences)，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural”复选框，点击“OK”按钮，关闭对话框，如图2所示。本步骤的目的是过滤不必要的菜单，仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。
图2 Preference参数设置对话框 3、系统单位设置。由于ANSYS软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。在命令输入栏中键入“/UNITS，SI”，然后回车即可(系统一般看不出反应，但可以在Output Window 中查看到结果，如图3所示)。（注：SI表示国际公制单位） 设置完成后按主菜单中前处理器(在ANSYS中称为PREP7)设定的先后顺序进行，具体如图4所示。