第五章 ANSYS结构分析(入门)

ANSYS高级分析技术指南第五章子模型1.引言在复杂的工程问题中，有时候需要分析一个大型结构中的其中一部分。

这时，使用整体模型进行分析可能会非常耗时，计算量非常大。

为了提高计算效率，可以使用子模型技术。

2.子模型技术的原理子模型技术是将整体模型分解成一个个小的子模型。

每个子模型只包含整体模型的一小部分，但仍然可以保持与整体模型之间的相对位移和力的关系。

然后，可以在子模型中进行局部的分析，并将结果传递回整体模型中。

3.子模型的建立步骤（1）首先，需要建立一个整体模型用于进行分析。

该模型中可以包含各种边界条件和加载。

（2）然后，确定需要独立分析的区域，并将其分离出来。

这将成为子模型的基础。

（3）接下来，需要设置子模型和整体模型之间的边界条件和接口。

这包括位移和力的约束条件，以及将位移和力传递到整体模型的方法。

（4）在子模型中进行局部分析。

这可以是在整个结构中对其中一部分进行更高精度的分析，或者对特定负载情况进行分析。

（5）最后，将子模型的结果传递回整体模型中。

这可以通过约束条件和接口来实现。

4.子模型技术的优势（1）提高分析效率。

由于子模型只关注整体模型的一小部分，可以显著减少计算时间和计算资源的使用。

（2）更高精度的结果。

由于子模型可以更加细致地处理局部区域，可以获得更加准确的分析结果。

（3）便于分析复杂问题。

对于大型结构或包含多个子系统的系统，可以将其分解成多个子模型进行分析，这样可以更好地理解和解决复杂问题。

5.子模型技术的应用子模型技术可以应用于各种工程问题，例如结构分析、流体力学分析和热传导分析等。

在实际工程中，可以使用子模型技术对其中一特定部分进行分析，以验证设计或改进性能。

6.结论子模型技术是一种有效的分析工具，可以提高计算效率和精度，便于处理复杂的工程问题。

通过将整体模型分解成小的子模型，可以更好地理解和解决工程问题。

在使用子模型技术时，需要建立合适的子模型和整体模型之间的接口，以确保结果的准确传递。

1.ANSYS有限元分析实例_结构分析
一个零件、部件或产品，为要实现某种技术功能，往往可以采用不同的构形方案，而目前这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的，所以结构设计具有灵活多变和工作结果多样性等特点。

对于一个产品来说，往往从不同的角度提出许多要求或限制条件，而这些要求或限制条件常常是彼此对立的。

例如：高性能与低成本的要求，结构紧凑与避免干涉或足够调整空间的要求，在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻力小的要求，以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。

结构设计必须面对这些要求与限制条件，并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某种“折衷”，求得对立中的统一。

结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设计过程中花费时间最多的一个工作环节。

在产品形成过程中，起着十分重要的作用。

通过有限元分析软件ansys对产品进行结构分析，可以大大缩短产品的开发周期，同时，通过有限元分析技术可以大大降低开发试制样品的成本。

此案例通过有限元分析软件ANSYS对脚踏板的各个部件进行了不同方向的强度校核、变形量、应变及刚度计算，验证脚踏板在各种加载和约束条件下是否满足设计要求。

产品的结构设计是指产品开发环节中结构设计工程师根据产品功能而进行的内部结构的设计工作，产品结构设计的工作包括根据外观模型进行零件的分件、确定各个部件的固定方法、设计产品使用和运动功能的实现方式、确定产品各部分的使用材料、尺寸和表面处理工艺等等产品结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设计过程中花费时间最多的一个工作环节。

在产品形成过程中，起着十分重要的作用。

ANSYS结构非线性分析指南(一到三章)屈服准则概念：1.理想弹性材料物体发生弹性变形时，应力与应变完全成线性关系，并可假定它从弹性变形过渡到塑性变形是突然的。

2.理想塑性材料（又称全塑性材料）材料发生塑性变形时不产生硬化的材料，这种材料在进入塑性状态之后，应力不再增加，也即在中性载荷时即可连续产生塑性变形。

3.弹塑性材料在研究材料塑性变形时，需要考虑塑性变形之前的弹性变形的材料这里可分两种情况：Ⅰ.理想弹塑性材料在塑性变形时，需要考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料，也即材料进入塑性状态后，应力不再增加可连续产生塑性变形。

Ⅱ.弹塑性硬化材料在塑性变形时，既要考虑塑性变形之前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料，这种材料在进入塑性状态后，如应力保持不变，则不能进一步变形。

只有在应力不断增加，也即在加载条件下才能连续产生塑性变形。

4.刚塑性材料在研究塑性变形时不考虑塑性变形之前的弹性变形。

这又可分两种情况：Ⅰ.理想刚塑性材料在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。

Ⅱ.刚塑性硬化材料在研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，但需要考虑变形过程中的加工硬化材料。

屈服准则的条件：1.受力物体内质点处于单向应力状态时，只要单向应力大到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进入塑性状态，即处于屈服。

2.受力物体内质点处于多向应力状态时，必须同时考虑所有的应力分量。

在一定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件。

它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件，这种力学条件一般可表示为）＝Cf（σij又称为屈服函数，式中C是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可通过试验求得。

屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充方程。

1.1 什么是结构非线性在日常生活中，经常会遇到结构非线性。

ANSYS命令解释(入门级学习必备)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（ANSYS命令解释(入门级学习必备)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。

本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为ANSYS命令解释(入门级学习必备)的全部内容。

ANSYS命令集/EXIT，Slab,Fname,Ext,Dir Slab=ALL 保存所有资料Slab=NOSAVE所有更改资料不保存Slab=MODEL保存实体模型,有限元模型，负载的资料(系统默认）例:/EXIT，ALL ——————-———-—-—-—-—-—-——-----—---——---------—-------——-—-/FILNAM，Fname Fname=工作文件名称,不要扩展名例：/FILNAM,Sanpangzi—-—--—-———-——-——---———--—------—-—-----—---—-———-———————/SAVE，Fname,Ext，Dir 保存目前所有的Datebase资料,即更新Jobname.db——————--—--——--—--—-——-——-—----———-—————-——-——---—--——--/RESUME,Fname,Ext，Dir,NOPAR 回到最后SAVE时的Datebase状态—--——--—-----—-—-—-----———-----——--——-———----—-———-—----/CLEAR 清除所有Datebase资料---------—-———-—--—-—-—-——-—————-—---——-———-——-—--—-————LOCAL，KCN，KCS，XC,YC，ZC，THXY,THYZ，THZX，PAR1，PAR2定义区域坐标系统KCN 区域坐标系统代号，大于10的任何号码KCS=0，1，20=笛卡儿坐标 1=圆柱坐标 2=球面坐标XC,YC，ZC 该区域坐标原点与整体坐标原点的关系THXY，THYZ，THZX 该区域坐标与整体坐标XYZ轴的关系例：LOCAL，11，1，1,1，0———-----———--——-——-—--————--—-—--—--——-———————--——--—-—-CSYS，0，1，2声明当前坐标系统例:CSYS，0—--———----—————-----———---------—————---———-———-—--——--—/UNITS，LABEL 声明系统分析时所用的单位LABEL=SI (米，千克，秒）LABEL=CGS (厘米，克，秒)LABEL=BFT (英尺）LABEL=BIN （英寸)例：LABEL，SI—-—-——--———--—-—-—-—-—------——-—-—-———-—————-—-————-———-/PREP7进入通用前处理器-—----——————--—-—-——---—-——-———————---——--———-———--—————N,NODE,X,Y,Z，THXY，THYZ,THZX 定义节点NODE 节点号码 X，Y，Z 节点在当前坐标系中位置例:N，1，2，3，4--—--——-—-------—————-———————-—-—-—-———-—-————-—-—-——-—-NDELE，NODE1，NODE2，NINC 删除已建立的节点NODE1，NODE2 删除从NODE1到NODE2的节点，如1到100NINC 间隔号码,1为1到100全删，2为1,3,5... (99)例：NDELE，1，100，2-——----—--—-——---—--——-———————-——-—--——-—-———-----—--—-—NPLOT，KNUM 将节点显示在图形窗口中KNUM=0不显示节点号码KNUM=1显示节点号码——-----------—--———---—--———--———--——---——————-——---———-NLIST，NODE1，NODE2，NINC将节点资料列在窗口中例：NLIST--——--——-——————--—--—--——--——---——-—---—-—-—-—--—-——--—-NGEN，ITIME，INC,NODE1，NODE2，NINC，DX，DY，DZ，SPACE 复制节点ITIME 复制次数，包括本身INC复制时节点号码增量NODE1，NODE2,NINC 要复制的节点DX，DY,DZ 复制出的节点的位置改变量例：NGEN,4,5,1,5，1,1，2，3 将节点1到5复制4次,每次复制X，Y，Z方向分别移动1，2，3单位长度——--—--—————-———-——-——-----———-—-—--————-—-——--—---—-—--FILL，ITIME，INC，NODE1，NODE2，NINC，DX,DY,DZ，SPACE 填充节点（默认为均分填充）例：FILL，1，100 在节点1到100之间填充2,3... (99)——-—-—-————--—-————-————-—---——-———-————--——---—-—----——ET,ITYPE，Ename，KOPT1… …KOPT6,INOPR 定义元素ITYPE 元素类型编号Ename 所使用元素名称KOPT1—KOPT6 元素特性编码例：ET,1，LINK1 第1类元素为LINK1单元———-—---—---—-—-——-——————---—--——-—-—-————--—-——--———--—MP，Lab，MAT，C0，C1，C2，C3，C4 定义材料特性材料特性为固定值,其值为C0材料特性随温度变化,由C1-C4控制Lab 材料特性类别MAT 对应ET所定义的元素类型编号ITYPELab=EX，EY，EZ 杨氏系数Lab=DENS 密度Lab=PRXY，PRYZ，PRZX 泊松比Lab=GXY，GYZ，GZX 剪力模数例：MP，EX，1，207E9 第一类元素的杨氏系数为207E9——————--—-————-—-—-—----—----—-——-———-—-——--—--——-————-—R，NSET,R1… …R6 定义元素类型几何特性NSET 属性组别号码（系统默认值1）R1—R6所定义元素类型几何特性值例:R，1，1E—4，2。

ANSYS结构分析基础篇一、总体介绍进行有限元分析的基本流程:1.分析前的思考1)采用哪种分析(静态,模态,动态...)2)模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六面体网格采用零件,但零件间需定义bond接触)3)单元类型选择(线单元,面单元还是实体单元)4)是否可以简化模型(如镜像对称,轴对称)2.预处理1)建立模型2)定义材料3)划分网格4)施加载荷及边界条件3.求解4.后处理1)查看结果(位移,应力,应变,支反力)2)根据标准规范评估结构的可靠性3)优化结构设计高阶篇:一、结构的离散化将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统。

这一步要解决以下几个方面的问题:1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便。

2、根据结构的特点,选择不同类型的单元。

对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。

3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次。

4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况。

要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。

5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷。

二、选择位移插值函数1、位移插值函数的要求在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。

位移插值函数需要满足相容(协调)条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足。

但近年来有人提出了一些新的位移插值函数,如:三角函数、样条函数及双曲函数等,此时需要检查是否满足相容条件。

2、位移插值函数的收敛性(完备性)要求:1) 位移插值函数必须包含常应变状态。

2)位移插值函数必须包含刚体位移。

3、复杂单元形函数的构造对于高阶复杂单元,利用节点处的位移连续性条件求解形函数,实际上是不可行的。

INTRODUCTION TO ANSYS系列讲座之五-2模态分析和结构动力时程分析算例主讲人： 杜义欣Tel: 62772988 Email: duyx02@duyx@smth算例描述• 一个四层弹簧－质点模型的地震ANSYS分析 包括模态分析和时程分析Element Type: Beam188 Mass21材料： 弹模：2.1e11 泊松比：0.3 密度：7800 阻尼比：0.022004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:627729882筑龙网 INTRODUCTION TO ANSYSSection Property建模：INTRODUCTION TO ANSYSFINI /CLEAR /UNITS,SI /PREP7 DAMPRATIO=0.02 !振型阻尼系数都为0.02 ET,1,BEAM188 KEYOPT,1,7,1 KEYOPT,1,8,1 ET,2,MASS21,,,4 MP,EX,1,210E9 MP,NUXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 MPDATA,DAMP,1,,DAMPRATIO SECTYPE,3,BEAM,I SECDATA,0.2,0.2,0.5,0.01,0.01,0.008 R,1,1.6E2,1.6E2 R,2,1.2E2,1.2E2 K,1,0,0,0 K,2,0,3,02004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:6277298832004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:627729884INTRODUCTION TO ANSYS建模：静力分析INTRODUCTION TO ANSYSK,3,0,6,0 K,4,0,9,0 K,5,0,12,0 K,6,0,0,10000 L,1,2 L,2,3 L,3,4 L,4,5 LSEL,,,,1,4 LATT,1,0,1,,6,,3 ALLS LESIZE,ALL, , ,3 , , , , ,1 LMESH,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL TYPE,2 REAL,1E,2 TYPE,2 REAL,2 E,8 E,14 E,20 *SET,NT,1001 *SET,DT,0.02 *DIM,AC,,NT *VREAD,AC(1),RECORD,TXT (F8.3)/SOLU D,1,ALL, ANTYPE,0 SOLVE FINISH2004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:6277298852004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:627729886INTRODUCTION TO ANSYS模态分析/SOLU !模态分析 ANTYPE,2 MODOPT,SUBSP,8 MXPAND,8, , ,1 SOLVE FINI !得到自振频率1 *GET,FREQ1,MODE,1,FREQ /ESHAPE,1.02004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:62772988INTRODUCTION TO ANSYS地震时程反应分析!开始地震计算 FINISH /CONFIG,NRES,20000 /SOLU ANTYPE,TRANS TRNOPT,FULL ALPHAD,2*DAMPRATIO*FREQ1*2*3.1415926 BETAD,2*DAMPRATIO/(FREQ1*2*3.1415926) *DO,I,1,1001 ACEL,AC(I),0,0 TIME,I*0.02 OUTRES,ALL,ALL SOLVE *ENDDO FINISH72004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:627729888筑龙网 INTRODUCTION TO ANSYS后处理，Time History Postproc/POST26 FILE NSOL,2,20,U,X, PLVAR,2, , , , , , , , , , STORE,MERGE XVAR,1 PLVAR,2, *GET,DMAX_TRANS,VARI,2,EXTREM,VMAX, , ! 时程分析最大位移2004-4-21Dept. CE, Tsinghua Univ. Tel:627729889。

ANSYS结构分析基本原理1 应力-应变关系本文将介绍结构分析中材料线性理论，在后续再介绍材料非线性的理论。

在线弹性理论中应力-应变关系：(1) 其中：{σ}：应力分量，即在ANSYS软件里以S代替σ形式出现。

[D]：弹性矩阵或弹性刚度矩阵或应力-应变矩阵。

利用(14)～(19)给出了其具体表达式。

(4)给出了其逆矩阵的表达式。

通过给出完整的[D]可以定义少数的各向异性单元。

在ANSYS 中利用命令：TB,ANEL来输入具体数值。

：弹性应变矢量。

在ANSY中以EPEL形式输出。

{ε}：总的应变矢量，即{εth}：热应变矢量，(3)给出了其定义式，在ANSYS中以EPTH形式给出。

注意：{εel}：是由应力引起的应变。

软件中的剪切应变( εxy、εyz和εxz)是工程应变，他们是拉伸应变的两倍。

ε通常用来表示拉伸应变，但为了简化输出而采用此表示。

将在材料的非线性分析中说明总应变的分量，以EPTO形式输出。

图1 单元的应力矢量图如图1给出了单元应力矢量图。

ANSYS程序中规定正应力和正应变拉伸是为正，压缩时为负。

(1)式还可以被写作以下形式：(2)三维情况下，热应变矢量为：(3) 其中：：方向的正割热膨胀系数。

ΔT=T-T refT：问题中节点当前温度。

T ref：参考温度也就是应变自由时的温度。

用TREF或MP命令输入。

柔度矩阵的定义：(4) 其中：E x: 方向上的杨氏模量，在MP命令中用EX输入。

v xy:主泊松比，在MP命令中用PRXY输入。

v yx:次泊松比，在MP命令中用NUXY输入。

G xy: 平面上的剪切模量，在MP命令中用GXY输入。

此外，[D]-1是对称矩阵，因此(5)(6)(7)由(5)～(7)，可知νxy、νyz、νxz、νyx、νzy和νzx是不独立的，因此程序中必须输入νxy、νyz和νxz(以PRXY, PRYZ, and PRXZ标记输入)或νyx、νzy和νzx(以NUXY, NUYZ, and NUXZ标记输入)。