结构有限元分析软件及应用(精)

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。

它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。

本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。

1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。

它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。

1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。

（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。

（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。

在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。

（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。

（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。

（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。

Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。

我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。

CAD软件中的结构分析与有限元分析在现代工程设计和建筑领域中，计算机辅助设计（CAD）软件是不可或缺的工具。

CAD软件通过虚拟建模和模拟分析等功能，帮助工程师和设计师快速准确地进行产品设计和分析。

其中，结构分析和有限元分析是CAD软件的重要功能之一，本文将重点探讨这两个主题。

一、结构分析结构分析是指对建筑物、机械装置或其他工程结构的受力情况进行研究和评估的过程。

在CAD软件中，结构分析可以通过在模型中添加材料属性、边界条件和载荷等信息来模拟实际情况。

软件根据这些参数计算出结构物的应力、变形和振动等特性，帮助工程师进行结构优化和性能改进。

CAD软件中的结构分析采用了多种数值方法，如有限元法、刚性体法和模型分析法等。

其中，有限元法是最广泛使用的方法之一，也是本文的重点内容。

二、有限元分析有限元分析是指将连续体划分为有限数量的离散单元（有限元），通过求解线性方程组得到结构的应力和位移等信息的数值方法。

在CAD软件中，有限元分析将结构划分为许多小的三角形或四边形元素，每个元素由节点和单元属性组成。

通过节点之间的连通关系，软件可以计算出结构物的应力和形变情况。

在进行有限元分析时，CAD软件需要考虑诸多因素，如材料特性、边界条件、载荷和约束等。

软件可以根据这些参数生成数学模型，并运用数值计算方法求解模型，得到结构的应力分布、变形情况以及对外部载荷的响应等。

三、CAD软件在结构分析与有限元分析中的应用CAD软件在结构分析与有限元分析中扮演着重要角色。

通过CAD软件，工程师可以快速创建模型、定义边界条件和载荷，并进行结构分析和有限元分析。

其应用不仅提高了设计效率和准确性，还可以减少实验和测试的成本和时间。

使用CAD软件进行结构分析与有限元分析具有以下优势：1. 精确性：CAD软件使用高精度数值计算方法，能够准确模拟复杂结构的受力情况，并给出准确的计算结果。

2. 可视化：CAD软件可以在虚拟环境中生成三维模型，并可视化展示结构的应力、变形和振动等信息，帮助工程师更好地理解和分析结构特性。

结构有限元分析1. 简介结构有限元分析是工程领域中一种常用的数值分析方法，用于解决结构载荷下的应力、变形和振动问题。

通过将复杂的结构分成有限个简单的单元，通过求解每个单元的应力和位移，再将它们组合得到整个结构的应力和位移场。

有限元方法广泛应用于各种工程领域，如土木工程、机械工程和航空航天工程等。

2. 有限元分析的基本原理有限元分析的基本原理是建立结构的有限元模型，然后通过求解有限元模型的力学方程，得到结构的应力和位移场。

有限元模型通常由节点和单元构成。

节点是结构中的关键点，单元是连接节点的构造单元，常用的单元包括三角形单元、四边形单元和六面体单元等。

通过对单元的弯曲、伸长等变形进行逼近，可以得到结构的位移场。

然后，根据位移场和材料的力学性质，可以计算结构的应力场。

3. 有限元分析的步骤有限元分析通常包括以下步骤：步骤1：离散化将结构分成有限个单元，并为每个单元选择合适的单元类型。

步骤2：建立单元刚度矩阵根据每个单元的几何形状、材料性质和节点位移，建立单元的刚度矩阵。

步骤3：建立全局刚度矩阵将所有单元的刚度矩阵组装成全局刚度矩阵。

步骤4：应用边界条件根据结构的边界条件，将边界节点的位移固定或施加给定的载荷。

步骤5：求解线性方程组根据边界条件将全局刚度矩阵和载荷向量进行约束，然后通过求解线性方程组得到结构的位移。

步骤6：计算应力和应变根据得到的位移场和材料的力学性质，计算结构的应力和应变场。

4. 有限元分析的应用领域有限元分析是一种非常灵活和广泛应用的方法，可以用于解决各种结构工程中的力学问题，包括：•结构静力学分析：用于计算结构的应力和变形。

•结构动力学分析：用于计算结构的振动频率和模态形状。

•结构优化设计：通过调整结构的几何形状、材料和边界条件，实现结构的最佳设计。

•结构疲劳分析：用于评估结构在长期应力加载下的疲劳寿命。

有限元分析在工程实践中得到了广泛应用，可以帮助工程师在设计和优化结构时做出准确的决策。

建筑结构常用有限元分析软件及选择近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异，特别是随着人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结构工程师所采用。

大致整理了一下，目前国内建筑结构领域使用的计算软件有：PKPM3D3S MTS MST 同济启明星、ETABS SAP2OO0 SAFE PERF0RM-3DMIDAS STAADPRCROBOTI 一—一一~°/ / EASY FORTENANSYS ABAQUSNASTRANMARC LS-DYNA等。

其中PKPM 3D3S MTS MST同济启明星属于国内开发的软件，目前使用的也比较普遍，效果也不错；ETABS SAP2000 SAFE PERFORM-3DMIDAS STAADPROROBOT ANS YS ABAQUS NASTRAN MARC LS-D YNA是国外引进的软件，目前在国内使用的也是十分普遍，而且因为一些国人有崇洋媚外的习惯，所以相对来讲国外软件使用的更多，认可度也更高，当然，老外软件的质量起到了关键的作用。

那么这么多软件在实际使用中怎么选择呢？其实每个软件都有其独到之处，针对计算工程的不同特点，可以选择不同的分析软件，有时候可以起到事半功倍的效果。

下面就谈一下自己的一点拙见，首先是国内软件：1、在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层结构特别好用，其最大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。

现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便。

早期人们一直都是用PKPM亍遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词，因为很多人觉得PKPMS起来有问题，比如不同版本算的结果区别、不规则结构建模不方便啦等，但是只要是做设计的，没有人能离开PKPM勺。

2、3D3S不知道如何给它定位。

这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。

常见工程结构分析软件介绍1. 概述工程结构分析软件是用来模拟和分析各种建筑、桥梁、高速公路、塔楼等工程结构的行为和性能的计算机软件。

这些软件通常基于有限元法（Finite Element Method, FEM）进行建模和分析，能够预测结构在各种负载和环境条件下的变形、应力和振动等参数，从而为工程设计和评估提供依据。

在本文中，我们将介绍几种常见的工程结构分析软件。

2. ANSYSANSYS是一种广泛使用的工程结构分析软件，它提供了强大的模拟和分析功能，可以用来研究和优化各种工程结构的性能。

ANSYS可以用于建立复杂的三维模型，应用包括结构力学、流体力学、电磁场分析等。

它的有限元分析求解器可以精确地模拟结构的行为，并提供详细的应力和变形分析结果。

ANSYS的用户界面友好，容易上手，支持多种模型导入和导出格式。

它还提供了丰富的预处理和后处理工具，包括模型几何修改、网格生成、结果可视化等，能够满足工程师对于结构分析的各种要求。

3. ABAQUSABAQUS是另一个常用的工程结构分析软件，它也基于有限元法进行建模和分析。

ABAQUS提供了强大的物理建模和求解功能，可以用于分析多种结构，如建筑物、桥梁、航空航天器等。

ABAQUS的求解器可以处理复杂的非线性问题，如接触、材料非线性和大变形等。

ABAQUS的用户界面清晰简洁，支持脚本编程，可以通过Python脚本实现自动化分析任务。

它还提供了各种后处理功能，包括曲线绘制、动画生成和结果可视化等，方便用户对分析结果进行进一步的分析和展示。

4. SAP2000SAP2000是一种广泛应用于结构分析和设计的软件，它可用于各种建筑和土木工程结构的模拟和分析。

SAP2000提供了丰富的建模和分析功能，包括静力分析、动力分析和频率分析等。

SAP2000的用户界面简单直观，支持多种模型导入和导出格式。

它提供了强大的网格生成功能，能够快速生成复杂结构的网格模型。

此外，SAP2000还具备丰富的分析和设计工具，例如钢筋设计、模态提取和地震响应分析等，可以帮助工程师更好地完成结构的设计和评估。

solidworks有限元分析Solidworks有限元分析。

Solidworks是一款广泛应用于工程设计和制造的三维计算机辅助设计软件。

它提供了丰富的工具和功能，可以帮助工程师和设计师进行产品设计、建模和工程分析。

其中，有限元分析是Solidworks中非常重要的一个功能，它可以帮助工程师对产品的结构、应力、变形等进行精确的分析和评估。

本文将介绍Solidworks有限元分析的基本原理、应用和优势。

有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，它通过将复杂的结构分解为许多小的有限元素，然后利用数学方法对每个有限元素进行分析，最终得出整个结构的应力、变形等物理特性。

有限元分析在工程设计和制造中有着广泛的应用，可以帮助工程师评估产品的结构强度、耐久性、安全性等重要性能指标，从而指导产品的设计和改进。

Solidworks的有限元分析功能可以帮助工程师对产品的结构进行精确的分析和评估。

首先，工程师可以在Solidworks中建立产品的三维模型，并将其转换为有限元素模型。

然后，工程师可以对模型进行加载、边界条件等设置，并选择合适的材料属性和分析类型。

最后，Solidworks会自动对模型进行网格划分，并利用数学方法对每个有限元素进行分析，最终得出产品的应力、变形等物理特性。

有限元分析在Solidworks中有着许多应用。

首先，它可以帮助工程师评估产品的结构强度，包括承受的载荷、应力分布等。

其次，它可以帮助工程师评估产品的变形情况，包括挠度、变形量等。

此外，有限元分析还可以帮助工程师评估产品的疲劳寿命、安全性等重要性能指标。

通过有限元分析，工程师可以及时发现产品的设计缺陷和问题，并进行改进和优化，从而提高产品的质量和性能。

Solidworks的有限元分析功能具有许多优势。

首先，它集成在Solidworks软件中，可以直接与产品设计和建模进行无缝对接，节省了工程师的时间和精力。

有限元软件在建筑结构建模应用——有限元分析软件与国内结构设计软件的区别摘要：本文以Etabs、Sap2000、Midas等有限元软件的精细化模型为背景，与国内传统设计软件PKPM和YJK的工程应用进行对比，总结了复杂结构建立模型过程中需要注意的问题，简要介绍了国内外设计流程的区别，对国内工程师承接国外工程设计有一定参考意义。

关键词：建筑结构建模有限元软件刚性隔板0 引言由于国内建筑行业发展迅猛，设计周期短，对模型建立、检查往往停留在整体指标及荷载是否有遗漏等较浅的层面，这对结构设计有一定的安全隐患。

实际上，建筑结构模型的建立对结构内力有很大程度的影响，更合理的模型模拟对结构安全度有很大程度的提升。

而不合理的模拟有时表面上减少了工程造价，实际上对结构安全的牺牲往往超出工程师的预估。

1建模对比Etabs、Sap2000、Midas是完全集成的面向对象的分析、设计、优化和数字环境的结构分析和设计软件。

可以采用平面、立面和自定义视平面进行功能强大的3D建模（如右图）。

传统软件PKPM及YJK基本上仍然是2D建模结合3D视图功能。

前者是真正基于有限元理论基础上开发的工程应用软件，在材料定义、边界条件等应用上完全由工程师进行定义，而后者是完全由国内市场所需，将内力分析与设计高度融合，实现快速设计快速出图。

a.在异形洞口、构件边角部应对单元划分适当加密，防止应力过度集中现象导致设计结果偏差过大。

b.单元大小变化趋势不宜过大，矩形单元的精度通常高于三角形单元。

2模型要素PKPM及YJK软件是结构类软件的特例，极大的促进了工程设计速度并减少了工程师的工作量。

但在国际上，通常，通过有限元软件建立的建筑结构模型，需工程师考虑以下方面（如右图所示的Etabs扩展功能，可以快速找到相应建模定义模块，而YJK和PKPM相对繁琐，集成度较低）：材料属性定义a.结构刚度的构成（材料属性及本构关系的定义、梁柱等线单元、板墙等壳单元）；b.楼板的近似模拟（刚性隔板及半刚性隔板、刚性板、弹性板、膜单元等）；c.节点约束及单元局部坐标系；d.刚域指定；e.质量源；f.静力荷载及伪静力荷载（恒荷、附加恒荷、活荷载、风、地震等等）；g.温度作用及混凝土徐变、收缩；h.结构模态（自振周期）；i.P-Δ效应；j.指定施工次序等；k.承载力极限状态荷载组合及正常使用极限状态荷载组合；l.设计的适用规范及标准。

有限元分析软件及应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程力学的数值计算方法，用于模拟和分析材料或结构在力学、热学、流体力学等领域的行为。

有限元分析软件是用于进行有限元分析的工具，提供了对复杂问题进行建模、求解和分析的功能。

下面将介绍几种常用的有限元分析软件及其应用。

1. ANSYS：ANSYS是全球领先的有限元分析软件之一，适用于多个领域，如结构力学、流体力学、电磁场等。

在结构分析方面，ANSYS可以进行静力学、动力学、疲劳分析等，可应用于航空、汽车、能源、医疗等行业。

2. ABAQUS：ABAQUS是另一个广泛使用的有限元分析软件，适用于结构、热、流体、电磁等多个领域的分析。

ABAQUS提供了丰富的元件模型和边界条件，可以进行复杂结构的非线性、瞬态、热源等分析，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。

3. MSC Nastran：MSC Nastran是一款专业的有限元分析软件，主要用于结构和动力学分析。

它提供了丰富的分析和模拟工具，可进行静力学、动力学、疲劳分析等。

MSC Nastran广泛应用于航空、汽车、船舶等领域，具有较高的准确性和可靠性。

4. LS-DYNA：LS-DYNA是一款用于求解非线性动力学问题的有限元分析软件。

它可以进行结构和流体的动态响应分析，主要应用于汽车碰撞、爆炸、冲击等领域。

LS-DYNA具有强大的求解能力和灵活性，可以模拟复杂的物理现象和材料性能。

除了上述几个常用的有限元分析软件外，还有许多其他软件也具有广泛的应用。

有限元分析在实际工程中有着广泛的应用，下面以汽车结构分析为例进行介绍。

汽车结构分析是有限元分析的一个重要应用领域。

有限元分析软件可以帮助工程师对汽车的结构进行模拟和分析，评估其在碰撞、强度、刚度等方面的性能。

首先，工程师可以使用有限元分析软件对汽车的结构进行建模。

软件提供了各种几何建模工具，可以根据汽车的三维CAD数据进行建模，或者使用简化的二维平面模型。

建筑行业中使用的结构力学分析软件教程随着科技的进步，建筑行业中越来越多的工作得以通过计算机软件来完成。

结构力学是建筑设计和施工过程中至关重要的一环，而结构力学分析软件则为工程师和设计师提供了强大的工具来对复杂的结构进行分析和设计。

本文将介绍几种常见的建筑行业中使用的结构力学分析软件以及它们的基本原理和应用。

1. SAP2000SAP2000是一款广泛使用的分析和设计软件，由CSI （Computers and Structures Inc.）公司开发。

它可以用于线性和非线性静力和动力分析，以及结构设计和优化。

SAP2000的界面友好，并提供了大量的分析功能和建模工具。

它支持多种分析方法，包括有限元法、有限差分法和谱法等。

该软件能够处理各种类型的结构，包括框架、梁柱系统、钢结构和混凝土结构等。

此外，SAP2000还可以模拟结构在地震、风荷载和温度影响下的反应。

工程师可以通过该软件进行结构的稳定性分析、模型参数的优化和施工过程的模拟。

2. ETABSETABS是另一款由CSI公司开发的结构力学分析软件，广泛应用于建筑工程中。

它主要用于建筑结构的静力和动力分析。

与SAP2000类似，ETABS也支持有限元法进行分析。

该软件具有强大的建模功能，工程师可以通过图形界面轻松地建立复杂的结构模型，并进行多种类型的分析，如线性和非线性动力响应分析、地震分析和温度效应分析等。

ETABS还可以进行结构的设计和优化，并提供了丰富的结果输出和可视化工具。

3. ANSYSANSYS是一款综合性的有限元分析软件，也被广泛应用于建筑工程领域。

它不仅可以进行结构力学分析，还可以进行多物理场耦合、流体力学分析和热分析等。

ANSYS具有强大的建模能力，工程师可以通过其建立复杂的结构模型，并进行各种类型的分析。

该软件支持各种材料属性和加载条件，并可以模拟结构在不同环境下的响应和行为。

此外，ANSYS还提供了丰富的后处理功能和结果展示工具，使工程师能够全面评估结构的性能和安全性。