ANSYS基础应用及范例分析

第一章 引 言

1－1、数值模拟应用的技术优势

计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至

人类社会带来急剧的革命性变化 ，数值模拟即为这一技术革命在

工程分析、设计和科学研究中的具体表现。 数值模拟技术通过汲

取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新

成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。

现代化石油科技的一个突出特点就是把原有的石油及其它学

科的理论、方法与不断发展的计算机技术结合起来，采用多学科联合攻关，从而形成新的石

油理论和方法或制造出新型仪器、工具和设备，以最现代化的计算机软硬件技术为手段综合

应用多学科技术解决石油天然气工业中的技术难题，进而提高油气勘探、开发、开采、运输

与油气加工工程的科学技术水平和经济效益。

近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化

的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科－计算机辅助工程CAE。这些商品化的

CAE软件在石油天然气工业领域的应用不断普及并逐步向纵深发展，CAE工程仿真在石油天

然气工业设计中的作用变得日益重要。在众多的CAE软件中，在石油领域应用最多、最广的

软件是ANSYS软件。

在石油天然气工业领域，CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明

显的优越性：

󰁺 CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期

󰁺 虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数

󰁺 大幅度地降低产品研发成本

󰁺 在精确的分析结果下制造出高质量的产品

󰁺 能够快速的对设计变更作出反应

󰁺 能充分的和CAD设计结合并对不同类型的问题进行分析

󰁺 能够精确的预测出产品的性能

1－2、ANSYS数值模拟在石油工业中的应用领域

ANSYS具有非常强大的多物理场分析功能和无可比拟的求解深广度，其求解功能几乎

涵盖了石油天然气工业的所有设计领域。在石油工业中，ANSYS的研究应用领域包括：

󰁺 地球物理勘探

󰁺 油气开发工程

ANSYS在土木工程中的应用

ANSYS是一个广泛应用的工程仿真软件，可以用于各种不同领域的工程仿真分析，包括土木工程。

土木工程是应用科学的一个分支领域，涉及到建筑物、桥梁、隧道、道路等基础设施的设计、建造和维护。ANSYS在土木工程中的应用主要有以下几个方面：

1. 结构分析：ANSYS可以用来分析建筑物、桥梁、隧道等结构的受力和变形情况。通过建立结构的有限元模型，并施加适当的边界条件和荷载，可以得到结构的应力、应变、位移等参数。这对于结构的设计、优化和安全评估非常重要。

2. 地基工程：ANSYS可以用来分析地基的承载力和沉降性能。通过建立地基的有限元模型，并考虑土壤的非线性行为，可以模拟地基承载力的传递、土壤的沉降过程等。这对于土木工程中的地基基础设计和土壤加固方案的选择非常有帮助。

4. 流体-结构耦合分析：ANSYS可以用来分析涉及流体和结构相互作用的问题。比如在桥梁工程中，桥墩通常会受到水流的冲击，这会影响其稳定性。通过将流体和结构耦合起来，可以分析水流对桥墩的冲击力和振动响应的影响。这对于土木工程中的涉水工程设计和水利工程的设计与评估非常重要。

以上只是ANSYS在土木工程中的一些应用领域的简要介绍，实际上ANSYS的应用范围非常广泛，可以满足土木工程的各种仿真分析需求。通过使用ANSYS，土木工程师可以更好地理解和评估不同结构和土壤的力学行为，提高设计的安全性和可靠性。

学会使用ANSYS进行工程仿真分析

第一章：ANSYS工程仿真分析的基础知识

ANSYS是目前世界上广泛使用的一种工程仿真分析软件，它可以用于各种不同领域的工程分析和设计。熟练掌握ANSYS的使用方法对于工程师来说至关重要。本章将介绍ANSYS的基础知识，包括软件的安装和启动、用户界面的介绍以及基本操作方法等。

首先，安装ANSYS软件是使用它的前提。用户可以从ANSYS官方网站上下载安装文件，并按照安装向导的步骤进行安装。安装完成后，可以通过点击桌面上的图标来启动ANSYS。

启动后，会出现ANSYS的用户界面。用户界面通常由菜单栏、工具栏、主窗口和命令窗口等组成。菜单栏上包含了各种功能的菜单，用户可以通过点击菜单来选择所需的功能。工具栏上则包含了一些常用的工具按钮，可以方便地进行操作。主窗口用于显示分析结果和编辑模型等。命令窗口则用于输入命令进行操作，这在一些高级功能中会用到。

在进行工程仿真分析之前，需要先创建一个模型。ANSYS提供了多种建模工具，例如几何建模工具和计算网格生成工具等。可以根据需要选择合适的建模工具，并按照提示进行操作。在建模完成后，可以对模型进行网格生成，即将模型划分为小块，并计算各个小块上的分析参数。 第二章：结构分析

结构分析是ANSYS中的一个重要模块，用于对各种结构件进行强度、刚度和模态等分析。本章将介绍ANSYS中常用的结构分析方法和技巧。

在进行结构分析之前，需要先定义结构的边界条件和加载条件。边界条件包括约束条件和支撑条件等，而加载条件则包括外力和内力等。用户可以通过ANSYS提供的工具来定义这些条件，并将其应用于模型中。

在进行结构分析时，可以选择合适的分析方法。ANSYS提供了多种分析方法，例如静力分析、动力分析和模态分析等。用户可以根据具体的分析要求选择合适的方法，并设置相应的分析参数。

在进行结构分析时，还可以使用ANSYS的后处理功能来查看分析结果。后处理功能可以用于绘制应力云图、位移云图和动力响应曲线等。用户可以根据需要选择合适的后处理功能，并对结果进行分析和评估。

4振动分析ANSYS算例

UNIT 4 振动分析ANSYS应⽤实例

【ANSYS应⽤实例4.1】桥梁结构的振动模态分析

【ANSYS应⽤实例4.2】卫星结构的振动模态分析学习要点：

【ANSYS应⽤实例4.3】⼤型模锻液压机机架的振动模态分析(3梁2

⽴柱的3D结构)

【ANSYS应⽤实例4.1】桥梁结构的振动模态分析

针对静⼒分析ANSYS算例中的⼩型铁路钢桥的桁架结构，进⾏振动模态的分析和计算。【建模要点】X采⽤【ANSYS应⽤实例 1.2】中的模型和相应的约束条件，在此基础上采⽤命令< ANTYPE,2>设置模态分析类型、采⽤命令< MODOPT >设置分块Lanczos法进⾏模态分析；Y进⼊后处理，采⽤命令< SET,LIST >列出所计算出的前各阶固有频率，然后采⽤命令< ANMODE >以动画⽅式显⽰每⼀阶固有频率所对应的振型。

解答：以下为基于ANSYS图形界⾯(GUI)的菜单操作流程；注意：符号“→”表⽰针对菜单中选项的⿏标点击操作。1 基于图形界⾯的交互式操作(step by step)

⾸先利⽤【ANSYS应⽤实例1.2】中已建⽴的模型和相应的约束条件，即前8步，在此基础上完成模态分析如下。(1)~(8)与【ANSYS应⽤实例1.2】完全相同。

(9)设置分析类型为模态分析

Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → ANTYPE: Modal →OK

(10) 采⽤分块Lanczos法提取前10阶模态

Main Menu: Solution → Analysis Type → Analysis Options → Mode extraction method: Block Lanczos , No.of modes toextract: 10 → OK → OK

(11)求解

Main Menu: Solution → Solve → Current LS →（弹出⼀个对话框）OK →（求解完成后，弹出⼀个