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基于ANSYS的仿真

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ANsYS在结构分析中的应用

随着结构工程的发展，有限单元法(FEM)已成为分析各种结构问题的强有力的工具.ANsYS

软件是美国ANSYS公司开发的融结构、热、流体、电磁、声学于一体的新一代大型通用有限元分析程序，它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，能高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性、模态分析、谐波响应分析、瞬态动力分析、断裂力学等问题。它拥有完善的前后处理和强大的数据接口，因而是计算机辅助工程(CAE)和工程数值分析和模拟最有效的软件.

1有限元建模概述

有限单元法是将结构离散成有限个单元，以单元的节点位移为基本未知量，运用力学原理解方程求出节点位移，再由内力和位移的对应关系求出内力。整个过程涉及到单元的选取，常用的单元类型有:(l)杆单元(LINK).用于析架和网架计算。(2)梁单元(BEAM).用于框架结构的计算。(3)板壳单元(SHELL)。用于水池、水箱、楼板等薄壁结构计算.(4)实体单元(soLID).用于分析地基、大坝、桥墩，大体积矽等块体结构计算.除按上述特性分类外，各类有限元网格形状和大小的划分又有共同的规律:其一，当结构几何形状、荷载分布、材料特性等方面存在多处不连续时，以此处为自然分割点;其二，网格疏密程度应掌握如下原则:精度要求高时，网格密一些，反之网格可稀一些.用ANSYS进行结构分析时，可根据需要灵活地选用自由网格(FreoMeshing)或对应网格(MappedMeshing)，以满足需要.

2建模时应注意的问题

(l)按需要选适当的单元类型.ANSYS提供了140多种单元，应根据不同特性的工程系统选用不同类型的单元型号，并了解单元特性，才能得出正确的结果.以板壳单元为例，SHELL57是用于热分析的板壳单元，SHELL41是三维单元，它仅考虑了薄膜刚度而不考虑弯曲刚度，可用来计算板壳结构的薄膜力，SHELL43是三维塑性单元，SHELL61是轴对称正弦单元，此外还有SHELL91，SHELL93，SHELL99等板壳单元，各有不同的特性和用途。

(2)区分实体模型和有限元模型.所有有限元分析都用实体建模，类似于CAD，ANSYS以数学方式表达结构的几何形状，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何边界上方便地施加载荷，但是几何实体模型并不参与有限元分析，所有施加在有限元边界上的载荷或约束，必须最终传递到有限元模型上(节点和单元)进行求解.如图l所示。

(3)模型生成.有限元模型分为二维和三维2类.单元分为线、面和实体3种。这些单元混合使用时，必须保持自由度相容，如带筋的薄壳结构可用三维壳单元离散蒙皮或三维梁单元离散筋。模型维数及单元类型往往决定了生成模型的方法。线模型用于二维、三维的梁及管道结构，也可用于描述三维轴对称壳结构;这时有限元祖忍图l实体模型和有限元模型比较

Rg.ITheeom阵risonbetweenmockuPandfiniteelementmodel常采用直接生成法.二维实体单元用于描述薄平板结构(平面应力)、等截面的“无限长”结构(平面应变)和轴对称实体结构.通常用实体建模法比直接生成法更容易。三维壳单元用于描述三维空间的薄壁结构，通常用实体建模法建模.三维实体单元用于描述三维空间中截面积不等、也不是轴对称的厚结构.用直接接生成法建立三维实体模型较复杂，故总是用实体建模法。

(4)网格划分.网格参数的调整将决定网格的大小、形状，并影响分析时的正确性和经济性。因此分析中应正确的调整网格参数，在满足计算精度的前提下尽量避免选用较细的网格，因为与较粗的网格比较，较细的网格的精确度只增加百分之几，但占用的计算机内存却是较粗网格的数倍，同时在复杂的结构中，常会造成不同网格划分时连接的困难。

3ANSYS结构分析3

.1结构静力分析 ANSYS程序中的结构静力分析，用来求解外部载荷引起的位移、应力和力。静力分析适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题.ANSYS程序中静力分析同样能包括非线性，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等.

3.2结构动力分析

结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响.ANSYS程序可以求解模态分析、谱分析、瞬态动力、谐波响应及随机振动的动力分析问题。

模态分析用于计算结构的固有频率和模态;谱分析是模态分析的应用拓广，用于计算由于响

应谱或PSD输人(随机振动)引起的结构应力和应变;谐波分析用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应;瞬态动力分析用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。

3.3显式动力分析

ANSYS/LS一DYNA显式动力分析可以用于模拟非常大的变形，并考虑所有的非线性行为，可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题，如冲击、碰撞等.如研究桥墩在船体碰撞下的强度、变形等问题就可用ANSYS/LS一DYNA进行分析。

3.4结构屈曲分析

屈曲分析用于计算屈曲载荷，确定屈曲模态，ANSYS可进行线性(特征值)和非线性屈曲分析.线性或特征值屈曲分析考虑了应力刚化效应，这种效应会导致结构在承受应力后抵抗横向载荷能力降低，当压应力增加时，结构抵抗横向能力减小.在某水平载荷作用下，这种负应力刚度超过线性结构刚度，造成结构屈曲，屈曲发生点称为分叉点;要精确地确定屈曲荷载，应使用非线性屈曲分析。由于非线性屈曲能考虑真实结构中存在的初始缺陷，以及几何和材料的各种非线性，

非线性屈曲分析中得出的极限荷载通常比线性屈曲分析确定的分叉点低.ANSYS程序在大变形分析中是把弧长法和Newton一砌phson法结合起来修正结构单元的方位，从而求出屈曲临界载荷.应用结构屈曲分析可以求解结构中的受压柱及析架结构中的压杆、薄壁圆桶等的稳定问题.

4有限元实例建模分析

赢撇某大厦为一高层钢筋硷结构(如图2，图3所示)，运用ANSYS对该结构进行结构动力、模态分析及瞬态反应，并进行工程地震评价.在计算过程中采用的ANSYS单元有梁单元、板单元，单元总数为3537个。根据时程反应分析，该大厦的结构设计整体上看是合理的.其基本周期为1.15，X，y2个方向的刚度比较接近.从地震反图2一层平面图Eg.ZT七eschema石ePlanof八侣tfloor图3结构有限元模型图Rg.3Structu阁fini比elementmodel应的位移分布看(如图4所示)，在高度方向上刚度上小下大，底部未出现明显的软弱层.这些都有利于建筑物结构的抗震.在常遇、偶遇及罕遇地震作用下的层间竖向转角及地震力计算结果表明，该建筑物设计完全能满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求.

5结束语

图4楼顶水平位移反应

Rg.4HodzonaldisPlacement，resPOnseon

thetoPofbuildingANSYS软件由于可直接输人结构几何图形并在图形里进行有限元网格划分，还可直接输人约束条件及荷载数据，这样使繁琐的数据文件直接填写工作变得直观、轻松，而且容易发现输人过程中的错误，及时修正，并且可以应用于结构分析的各个领域及进行各个场之间的藕合，该软件是目前国际上最流行、最实用、最全面的大型通用有限元分析程序，对其深人研究必将对我国的经济建设起促进作用.

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基于ANSYS的重力坝三维仿真分析

基于ANSYS的重力坝三维仿真分析

第３４卷第１８期　２　０　０　８年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　Ｈ乐Ｅ　Ｖ０１．３４　Ｎｏ．１８　ＪＩＪｎ．２００８　・１５・　

文章编号：１００９—６８２５（２００８）１８一ｏｏ１５—０２　

基于ＡＮＳＹＳ的重力坝三维仿真分析　

商兆涛叶少有　

摘要：利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对重力坝进行整体模拟，得到了各阶段的力学指标，进行非线性有限元静力和动　力分析，研究探讨了坝体及基础在各种工况下的变形和应力规律，以了解坝体和基岩在设计条件下的工作形态，取得了　

满意的效果。　

关键词：混凝土重力坝，ＡＮＳＹＳ，三维仿真，静力分析　

中图分类号：ＴＶ６４１　文献标识码：Ａ　

混凝土实体重力坝为当前采用较多的坝型之一，结构简单，　

施工方便，工作可靠。在水压力作用下，依靠自重产生的抗滑力　

维持稳定，基本剖面呈三角形。这种坝体断面尺寸大，材料用量　

多，坝体应力较低，使得材料强度不能充分发挥，因此，重力坝结　

构设计是重力坝设计的一项重要内容，它的任务是根据安全经济　

和应用等条件，通过分析计算，选择一个既满足稳定和强度要求，　

又使体积最小和施工方便的剖面形态和轮廓尺寸。ＡＮＳＹＳ软件　

是大型通用的有限元分析软件，它具有强大的前后处理和求解数　

据库，并本身带有优化工具箱。ＡＮＳＹＳ软件的优化模块（／ＯＰＴ）　

是集成于ＡＮＳＹＳ软件包之中，它必须和参数化设计语言ＡＰＤＬ　

（ＡＮＳＹＳ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）完全集合在一起工作，才能　

发挥ＡＮＳＹＳ优化设计的功能，ＡＰＤＬ的利用是优化设计的一个核　

心步骤。根据重力坝计算原理和分析方法，基于ＡＰＤＬ的ＡＮＳＹＳ　优化设计过程实现重力坝的静力分析。　

１重力坝有限元建模　

由有限元法求解坝体和基岩位移与应力应变响应时，关键是　

整体刚度矩阵Ｋ。对于一般的水库大坝，其刚度矩阵应该由坝体　

和基岩等单元刚度矩阵组合而成，即Ｋ＝Ｋ】＋Ｋ２。其中，Ｋ】为　

基于ANSYS的复合材料仿真分析

基于ANSYS的复合材料仿真分析

西安电子科技大学

硕士学位论文

基于ANSYS的复合材料仿真分析

姓名：张鑫

申请学位级别：硕士

专业：机械制造及其自动化

指导教师：王芳林

20090101摘要

复合材料力学以增强复合材料层合结构为研究对象，主要研究层合板和层合

壳结构的弯曲、屈曲与振动问题，以及耐久性、损伤容限、安全系数与许用值、

验证试验和计算方法等问题。研究中采用宏观力学模型，可以分辨出层和层组的

应力。这些应力的平均值为层合板应力。研究方法以各向异性弹性力学为主，同

时采用有限元方法及有限元软件进行仿真计算。

论文在研究分析复合材料力学基础理论和利用ＡＮＳＹＳ仿真分析复合材料层合

结构的基础上，研究了复合材料火箭发动机级喷管在ＡＮＳＹＳ中的建模、划分网格施加载荷约束、进行有限元分析的问题，主要研究了对己采用的铺层方向、层数、

厚度等铺层方式进行结构和强度的分析，得到火箭发动机喷管的变形及受力情况，对不同的铺层方向、层数、厚度方案的壳体进行强度分析，得出其对壳体强度的

影响，通过以上的分析，为以后的结构优化提供依据。

关键词：

复合材料层合结构有限元法ＡＮＳＹＳＡｂｓｔｒａｃｔ

Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｓｔｈｅ

ｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｒｅｓｅａｒｃｈｌａｍｉｎａｔｅｓａｎｄｌａｍｉｎａｔｅｄｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇ，

ｂｕｃｋｌｉｎｇａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｓｗｅｌｌａｓｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｄａｍａｇｅｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｎｄ

ａｌｌｏｗａｂｌｅｖａｌｕｅｓ，ｖａｌｉｄａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｕｓｅｏｆｍａｃｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｙｏｕＣａｎｔｅｌｌｌａｙｅｒａｎｄｌａｙｅｒｏｆｓｔｒｅｓｓｇｒｏｕｐ．Ｔｈｅｓｅｓｔｒｅｓｓｔｈｅ

基于ANSYS的抗性消声器性能仿真分析

基于ANSYS的抗性消声器性能仿真分析

第２３卷　第０８期　计　算　机　仿　真　２００６年０８月　

文章编号：１００６—９３４８（２００６）０８—０３０６—０５　

基于ＡＮＳＹＳ的抗性消声器性能仿真分析　

张乃龙，杨文通，费仁元　

（北京工业大学机电学院，北京，１０００２２）　

摘要：运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对内插管抗性消声器内部声场及流体进行了有限元分析。在讨论了管道声场流体运动方　程的基础上，首先建立抗性消声器的流体有限元分析模型和声场有限元分析模型，以定性分析为目标，通过加载、求解以及　

后处理等一系列的步骤对消声器内部声场及流体进行计算分析，获得消声器内部不同频率下的声压及流体速度和压力分布　

情况。通过分析结果可以方便直观地获取消声器内插管中心偏移对消声器插入损失及流体流速和压力的影响，分析结果为　消声器的优化设计提供可靠的依据。　

关键词：抗性消声器；声学仿真；流体动力学仿真；有限元　中图分类号：ＴＰ３９１．７７　文献标识码：Ａ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｍｕｆｆｌｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＮＳＹＳ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｎａｉ—ｌｏｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｔｏｎｇ，ＦＥＩ　Ｒｅｎ—ｙｕａｎ　

（Ｂｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２２，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＮＳＹＳ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｓｏｕｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｆｌｕｉｄ　ｏｆ　ｍｕｆｆｌｅｒ．　

Ａｆｔｅｒ　ｔａｌｋｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｓｏｕｎｄ　ｆｉｅｌｄ，ｆｉｒｓｔｌｙ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｍｕｆｆｌｅｒ　ｆｌｕｉｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｍｏｄｅｌ　

ａｎｄ　ｓｏｕｎｄ　ｆｉｌｅｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｒｅ　ｂｕｉｌｔ，ｔｈｅｎ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｌｕｉｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｌｕｉｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　

基于ANSYS的温度场仿真分析

基于ANSYS的温度场仿真分析

基于ANSYS的温度场仿真分析

引言：

在工程领域中，温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。在这里，我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。

一、ANSYS软件简介

ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析（FEA）软件。它提供了强大的功能，可以进行多种物理和工程仿真分析。其中，温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一

二、温度场仿真分析的步骤

1.几何建模：使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。

2.网格划分：对几何模型进行网格划分，将其划分为小的单元，以便进行离散化计算。网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。

3.边界条件设置：根据具体的问题，设置物体表面的边界条件。边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。

4.材料属性定义：为物体的各个部分定义材料属性，包括热导率、热容量等。这些属性是模型中的重要参数，直接影响到温度场的分布。 5.求解和后处理：设置求解算法和参数，开始进行仿真计算。求解器根据网格和边界条件，通过计算方程的数值解确定温度场的分布。计算完成后，可以进行后处理，生成温度场分布的图表和报告。

三、温度场仿真分析的应用

温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。以下是几个示例：

1.电子设备散热优化：通过温度场仿真分析，可以评估电子设备中的热量分布，优化散热设计，确保电子设备的正常运行和寿命。

2.汽车发动机冷却系统：通过温度场仿真分析，可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布，优化冷却器的大小和位置，提高冷却效果。

3.空调系统设计：通过温度场仿真分析，可以预测房间内的温度分布，优化空调系统的风口布置和参数设置，实现舒适的室内温度。

4.熔炼和混合过程优化：通过温度场仿真分析，可以预测熔炼和混合过程中的温度分布，优化加热和冷却控制，提高生产效率和产品质量。