有限元法基础及Ansys应用复习.共101页文档

教程1：角支架的静态分析问题阐述下面将要显示的是一个简单的、单一载入步骤的角支架结构静态分析的例子。

该角支架左上侧的圆孔的整个圆周被约束（焊接），而其右下侧的圆孔的底部则作用有线性分布的压力载荷（见下图）。

问题的目的是演示典型ANSYS的分析过程。

所给条件角支架的尺寸见上图所示。

支架是由A36钢制成，其杨氏模量为30E6，泊松比为0.27。

近似与假设本题的分析为平面应力问题。

压力载荷只作用在X-Y平面上。

近似操作是使用固体模型来构造2-D模型并利用节点和单元将其自动划分网格。

（在ANSYS中的另一个选择是直接创建节点和单元）交互式的求解过程按照下面给出的步骤以及其所对应的具体内容，就可以完成交互式一步步的求解过程。

步骤中的黑体字（字符）是需要从菜单中选择的命令。

1.进入ANSYS在D盘建立一文件夹，文件名为xiti。

然后运行程序→ANSYS 8.0 →Configure ANSYS Products →file Management→select Working Directory: D:\xiti，input job name: zhijia→Run2．建立几何结构2.1 定义矩形在ANSYS中有几种创建几何模型的方法，较其它软件更为方便。

第一步首要的是确认能够简单地利用矩形和圆的组合来构造支架。

首先确定坐标原点的位置然后根据该原点来定义矩形和圆。

原点的位置是任意的，这里用的是左上侧孔的中心。

ANSYS不需要知道原点的位置，只是简单地从定义一个矩形开始。

在ANSYS中，这个原点被称为global origin。

1．Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Demensions。

2．输入X1=0（注意：使用键盘上的Tab键或用鼠标左键来实现光标在编辑框中的切换），X2=6，Y1=-1，Y2=1。

3．按下Apply按钮创建第一个矩形。

有限元理论与ANSYS应用学习1、有限单元法的基本思想是将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值分析方法。

物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。

网格划分中每一个小的块体成为单元。

确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。

单元上节点处的结构内力为节点力，外力（有集中力和分布力）为节点载荷。

2、矩阵分析法适用于杆件结构，一杆为一单元，每个单元通过两个节点和其它两个单元联结；单元刚度矩阵能体现出任何一个自由度方向的节点力与所有节点位移的关系：F e=K e×δe ；F e为单元节点各自由度方向节点力组成的向量，δe为单元节点各自由度方向位移组成的向量；通过各个单元刚度矩阵和一定方法可以求出整体刚度矩阵，引入边界条件后整体刚度矩阵确定，由各节点的力向量即可求出各节点的位移向量。

针对这类问题ANSYS软件后台就是根据这个理论进行处理的，通过较简单的软件操作使人工繁琐的计算由电脑按程序快速计算得出结果。

通过前处理模块把一个实际问题在ANSYS软件中描述清楚转化成一个用ANSYS可代人计算处理的问题，然后根据实际要求在求解模块中代人计算处理对问题进行求解。

ANSYS提供的分析类型：a、结构静力分析；b、结构动力学分析；c、结构非线性分析；d、动力学分析；e、热分析；f、电磁场分析；g、流体动力学分析；h、声场分析；i、压电分析3、DOF为自由度（DEGREES OF FREEDOM），LS为载荷步（LOAD STEP），CS为坐标系（Coordinate System）4、日志文件有对话日志文件和内部数据命令日志两种，系统均将执行情况记录在日志中。

每次的对话（GUI操作）都以命令流形式追加到已有的对话日志文件Jobname.log中，在交互运行方式下，执行日志文件：Utility Menu-->LIST-->Files-->Log File；保存数据时，将数据命令日志与其他数据信息保存在数据文件（Jobname.db）中，如下操作可将数据日志命令写到一个ASCII文件中：Utility Menu-->File-->Write DB log file；在交互模式下读入编辑的日志文件方法：Utility Menu-->File-->Read Input Form。

有限元软件ANSYS提高讲义目录第一篇结构有限元分析基础 (1)第1章有限元理论 (1)1.1 有限单元法介绍 (1)1.2 杆件有限元理论计算与ANSYS软件计算 (1)1.2.1 有限元理论求解计算步骤 (1)1.2.2 ANSYS软件分析计算步骤 (3)第2章各种单元类型分析计算实例 (5)2.1 杆单元分析计算 (5)2.1.1 概述 (5)2.1.2 桁架结构的应力变形分析 (5)2.2 梁单元分析计算 (9)2.2.1 概述 (9)2.2.2 组合门字架梁受力变形分析 (11)2.3 平面板单元分析计算 (23)2.3.1 概述 (23)2.3.2 厚壁圆筒的平面应变有限元分析 (23)2.4 轴对称单元分析计算 (28)2.4.1 概述 (28)2.4.2 厚壁圆筒的轴对称有限元分析 (29)2.5 空间实体单元分析计算 (36)2.5.1 概述 (36)2.5.2 连杆受力分析 (37)2.6 壳单元分析计算 (44)2.6.1 概述 (44)2.6.2 受内压圆柱壳有限元分析 (45)第3章网格划分技巧及实例讲解 (51)3.1 面的自由与映射网格划分 (51)3.1.1 面的自由网格划分 (51)3.1.2 面的映射网格划分 (51)3.2 体的自由与映射网格划分 (52)3.3 体的扫略、拖拉网格划分 (52)3.3.1 体的扫略网格划分 (53)5.9.2 体的拖拉网格划分 (55)第一篇 结构有限元分析基础第1章 有限元理论1.1 有限单元法介绍有限元法(FEA ，Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

ANSYS有限元分析入门与应用指南第一章：ANSYS有限元分析概述ANSYS是一种常用于工程领域的有限元分析软件，主要用于对各种结构进行力学分析、流体动力学分析、热传导分析等。

本章将对ANSYS的基本原理、工作流程和应用领域进行介绍。

1.1 ANSYS的基本原理ANSYS基于有限元方法，将实际结构或系统离散为有限数量的单元，通过对单元进行各种物理特性的分析，最终得到整个结构的行为。

有限元方法是一种数值分析方法，可以有效解决传统方法难以处理的复杂问题。

1.2 ANSYS的工作流程ANSYS的工作流程包括几个关键步骤：前处理、求解和后处理。

前处理阶段主要负责模型的建立和单元网格的划分，求解阶段进行物理场的计算和求解，后处理阶段对结果进行可视化和分析。

1.3 ANSYS的应用领域ANSYS可应用于各个工程领域，如固体力学、流体力学、热传导、电磁场等。

在航空航天、汽车工程、建筑结构、电子设备等领域都有广泛的应用。

第二章：ANSYS建模与前处理在使用ANSYS进行有限元分析之前，需要对模型进行建模和前处理工作。

本章将介绍ANSYS建模的基本方法和前处理的必要步骤。

2.1 模型建立ANSYS提供了多种建模方法，包括几何建模、CAD导入、脚本编程等。

用户可以根据需要选择合适的建模方法，对模型进行几何设定。

2.2 材料定义和属性设置在进行有限元分析之前，需要为材料定义材料性质和属性。

ANSYS提供了多种材料模型，用户可以根据具体需求进行选择和设置。

2.3 网格划分网格划分是有限元分析中非常重要的一步，它决定了模型的离散精度和计算效果。

ANSYS提供了多种单元类型和划分算法，用户可以根据需要进行合理的网格划分。

第三章：ANSYS求解与后处理在进行前处理完成后，就可以进行有限元分析的求解和后处理了。

本章将介绍ANSYS的求解方法和后处理功能。

3.1 求解方法ANSYS提供了多种求解方法，如直接法、迭代法等。

根据模型的复杂程度和求解要求，用户可以选择合适的方法进行求解。

有限元基础理论复习资料.（优选）有限元基础理论复习第一章：有限元法及ANSYS概述1.ＣＡＥ的概念是什么？（P1）ＣＡＥ即计算机辅助工程，指工程设计中的分析计算与仿真。

２.有限单元法的基本思想是什么？（P2）有限单元法的基本思想是将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值分析法。

３．单元、节点概念的定义是什么？（P2）网格划分中每一个小的块体称为单元。

确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。

4.节点力与节点载荷的区别是什么？（P2）单元上节点处的结构内力为节点力，外力（有集中力、分析力等）为节点载荷。

故一个是内力，一个是外力。

第二章：有限元法基础理论1.平面应力问题与平面应变问题的区别是什么？（Ｐ２５）恒有δz=0,τzx =τxz=0, τzy=τyz=0,不为0的应力分量为δx,δy, τxy,这种问题称为平面应力问题。

恒有w=0,εz=γyz=γzx=0,不为0的应力分量为εx,εy,γxy,这种问题就称为平面应变问题。

2.轴对称问题有什么特征？它和平面应力问题的主要区别是什么？（P34）轴对称应力问题的特征是如果弹性体的几何形状、约束条件及载荷都对称于某一轴，则所有的位移、应变及应力也对称于此轴。

与平面应力问题不同的是：单元体为圆环体，单元之间由结圆铰接，节点力为结圆上的均布力，单元边界为回转面。

3.什么是等参数单元？（Ｐ４０）等参数变换即坐标变换和单元内德场函数采用相同数目的节点参数及相同的插值函数，等参数变换的单元称之为等参数单元。

4.介绍虚位移原理和最小势能原理？（P44）虚位移原理：如果在虚位移发生之前，物体处于平衡状态，那么在虚位移发生时，外力所做的虚功等于物体的虚应变能。

最小势能原理：在所有满足边界条件的协调（连续）位移中，那些满足平衡条件的位移使物体势能取驻值，即δПp=δU-δV=0，对于线性弹性体，势能取最小值。

有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis(ANSYS算例)曾攀清华大学2008-12有限元分析基础教程曾攀有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis曾攀(清华大学)内容简介全教程包括两大部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。

本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。

本教程的基本理论阐述简明扼要，重点突出，实例丰富，教程中的二部分内容相互衔接，也可独立使用，适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材，也适合于不同程度的读者进行自学；对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者，本教程更值得参考。

本基础教程的读者对象：机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。

- 1 -标准分享网 免费下载目录[[[[[[\\\\\\【ANSYS算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析 1 【ANSYS算例】4.3.2(4) 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 3 【ANSYS算例】5.3(8) 平面问题斜支座的处理 6 【ANSYS算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析9 【ANSYS算例】6.4.2(1) 8万吨模锻液压机主牌坊的分析(GUI) 15 【ANSYS算例】6.4.2(2) 8万吨模锻液压机主牌坊的参数化建模与分析(命令流) 17 【ANSYS算例】7.2(1) 汽车悬挂系统的振动模态分析(GUI) 20 【ANSYS算例】7.2(2) 汽车悬挂系统的振动模态分析(命令流) 23 【ANSYS算例】7.3(1) 带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI) 24 【ANSYS算例】7.3(2) 带有张拉的绳索的振动模态分析(命令流) 27 【ANSYS算例】7.4(1) 机翼模型的振动模态分析(GUI) 28 【ANSYS算例】7.4(2) 机翼模型的振动模态分析(命令流) 30 【ANSYS算例】8.2(1) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(GUI) 31 【ANSYS算例】8.2(2) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(命令流) 33 【ANSYS算例】8.3(1) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(GUI) 34 【ANSYS算例】8.3(2) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(命令流) 38 【ANSYS算例】8.4(1) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI) 39 【ANSYS算例】8.4(2) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流) 42 【ANSYS算例】9.2(2) 三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(命令流) 45 【ANSYS算例】9.3(1) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI) 46 【ANSYS算例】9.3(2) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(命令流) 49 附录 B ANSYS软件的基本操作52 B.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step) 53 B.2 log命令流文件的调入操作(可由GUI环境下生成log文件) 56 B.3 完全的直接命令输入方式操作56 B.4 APDL参数化编程的初步操作57i【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis(ANSYS算例)曾攀清华大学2008-12有限元分析基础教程曾攀有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis曾攀(清华大学)内容简介全教程包括两大部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。

本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。

本教程的基本理论阐述简明扼要，重点突出，实例丰富，教程中的二部分内容相互衔接，也可独立使用，适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材，也适合于不同程度的读者进行自学；对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者，本教程更值得参考。

本基础教程的读者对象：机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。

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有限元ANSYS复习要点形函数的物理意义：单元节点位移对单元内任⼀点位移的贡献程度。

⼆、收敛性分析: 1、当⽹格⽆限⼩时，有限元解收敛于⼒学模型的精确解。

2、位移元解是下限解三、位移元收敛准则1、完备性准则(位移函数必须能反映单元的刚体位移和常应变状态。

)2、协调性准则(位移函数必须保证在相邻单元的接触⾯上位移连续或位移以及⼀阶导数连续。

)杆、平⾯和空间应⼒问题——C0连续(位移连续)梁、板壳问题——C1连续(位移及其⼀阶导数连续)平⾯和空间问题——位移连续保证相邻单元既不会开裂，也不会重叠。

1、平⾯空间结构问题：位移函数只要含有线性项和常数项就是完备的。

2、平⾯结构问题：3个刚体位移；3个常应变。

3.空间结构问题：6个刚体位移；6个常应变。

2、协调性:(1、矩形单元在边界上的位移是线性函数。

2、在边界上有两个公共节点，且有相同位移。

3、保证了相邻单元在其公共边界上位移的连续性.)⼦块Kij的物理意义:当节点j处发⽣单位位移，⽽其他节点固定时，在节点i上所施加的⼒（4）若两个三⾓形相似，且编号顺序采⽤⼀致的标记⽅法，两三⾓形单元的单元刚度矩阵⼀致。

（5）单元刚阵所有奇数⾏（列）的对应元素之和为零，所有偶数⾏（列）的对应元素之和也为零。

提⾼单元的精度:(1、增加节点２、增加旋转⾃由度３、增加插值项数（不协调模式）Q8 Q9 LST单元可以避免剪切锁定，可以⽐较好的模拟弯曲。

2．平⾯应⼒：结构形状特点：沿Z⽅向尺⼨远⼩于x,y⽅向尺⼨受⼒特点：载荷平⾏板中⾯并沿厚度⽅向均匀分布。

板前后表⾯上没有外⼒作⽤应⼒特点：由于板很薄，整个平板的所有各点沿Z轴的正应⼒分量和垂直于Z轴的⾯上的剪应⼒均为0；应⼒分量，应变分量，位移分量都认为不沿厚度变化。

平⾯应变：1）结构形状特点：沿Z⽅向尺⼨远⼤于x,y⽅向尺⼨3）变形特征：任⼀截⾯都是对称⾯2）受⼒特点：物体柱⾯上承受平⾏横截⾯并沿长度⽅向均匀分布的⾯⼒，体⼒也平⾏横截⾯并沿长度⽅向均匀分布。