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ANSYS结构静力学与动力学分析教程第一章：ANSYS结构静力学分析基础ANSYS是一种常用的工程仿真软件，可以进行结构静力学分析，帮助工程师分析和优化设计。
本章将介绍ANSYS的基本概念、步骤和常用命令。
1.1 ANSYS的基本概念ANSYS是一款基于有限元方法的仿真软件，可以用于解决各种工程问题。
其核心思想是将结构分割成有限数量的离散单元，并通过求解线性或非线性方程组来评估结构的行为。
1.2 结构静力学分析的步骤进行结构静力学分析一般包括以下步骤：1）几何建模：创建结构的几何模型，包括构件的位置、大小和形状等信息。
2）网格划分：将结构离散为有限元网格，常见的有线性和非线性单元。
3）边界条件：定义结构的边界条件，如固定支座、力、力矩等。
4）材料属性：定义结构的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
5）加载条件：施加外部加载条件，如力、压力、温度等。
6）求解方程：根据模型的边界条件和加载条件，通过求解线性或非线性方程组得到结构的响应。
7）结果分析：分析模拟结果，如应力、应变、变形等。
1.3 ANSYS常用命令ANSYS提供了丰富的命令，用于设置分析模型和求解方程。
以下是一些常用命令的示例：1）/PREP7：进入前处理模块，用于设置模型的几何、边界条件和材料属性等。
2）/SOLU：进入求解模块，用于设置加载条件和求解方程组。
3）/POST1：进入后处理模块，用于分析和可视化模拟结果。
4）ET：定义单元类型，如BEAM、SOLID等。
5）REAL：定义单元材料属性，如弹性模量、泊松比等。
6）D命令：定义位移边界条件。
7）F命令：定义力或压力加载条件。
第二章：ANSYS结构动力学分析基础ANSYS还可以进行结构动力学分析，用于评估结构在动态载荷下的响应和振动特性。
本章将介绍ANSYS的动力学分析理论和实践应用。
2.1 结构动力学分析的理论基础结构动力学分析是研究结构在动态载荷下的响应和振动特性的学科。
它基于质量、刚度和阻尼三个基本量，通过求解动态方程来描述结构的振动行为。
第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。
力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。
从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。
物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。
同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。
描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。
力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。
力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。
力的作用点表示物体间机械作用的位置。
一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。
由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。
1.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。
支撑平台静力分析一．题目如图为一个具有板梁结构的支撑平台的几何模型，求在平台上施加均布压力时，整个结构的应力分布。
板中间位置有分布载荷（相当于一个振动源，例如电动机）。
结构材料为结构钢，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，密度为7.8*10-6kg/mm3,板面为2000*1000mm2的壳，厚度为20mm，平台的高度为1000mm，支撑柱为梁，截面积为15*15mm2.pressure=0.01MPa.图一俯视图：图二建议桌面使用单元：Shell Elastic 4node 63 ;腿使用单元：Beam 2D elastic 3二．ANSYS操作步骤1.进入文件进入程序> ANSYS 12.0 > Mechanical APDL Product Launcher > File Management在File Management标签下，修改Working Directory（工作目录）和Job Name （作业名）,然后单击Run，其中工作目录中先要设置一个存放文件的文件夹，打开ANSYS界面后，点击Preferences，在Electromagnetic标签中选择Structural。
2.前处理模块（1）设置分析类型（静力分析）在ANSYS界面中：Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis 选择Static，然后单击OK（2）设置单元类型在ANSYS界面中：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete进入Defined Element Types标签, 单击Add进入Library of Type标签，选择Shell 63和Beam188单元类型。
（3）设置实常数（用SHELL63单元类型在此例中所建的shell单元的厚度为20mm）在ANSYS界面中：Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete进入Defined Real Constant Sets标签, 单击Add，在choose element type 标签中选择SHELL63，再单击OK在Shell thickness at node I TK(I)、at node J TK(J) 、at node K TK(K) 、at node L TK(L) 标签中填写[20e-3],再单击OK（4）设置材料常数（弹性模量、泊松比和密度）在ANSYS界面中：Main Menu > Preprocessor > Material Prop > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic在EX标签中填写[2.1e11],在PRXY标签中填写[0.3]，单击OKStructural > Density，在弹出窗口的DENS标签栏中填写[7800],单击OK（5）设置梁单元截面参数（截面尺寸15mm*15mm）在ANSYS截面中：Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Common Sections,在弹出的窗口中，Sub-Type选择矩形截面（默认），在B标签后输入[15e-3],在H标签后输入[15e-3]，单击OK（6）创建桌面1）创建两个面在ANSYS界面中：Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2 Corners 在弹出窗口中Width标签后输入[2]，Height标签后输入[1]，单击Apply，在弹出窗口WP X标签后输入[0.5]，在WP Y标签后输入[0.25]，Width标签后输入[1]，Height标签后输入[0.5]，单击OK2)BOOL运算在ANSYS界面中：Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Areas弹出选择菜单后分别大矩形面和小矩形，单击OK,将两个面重叠。
有限元学院：机电学院专业：姓名：学号：^.一、问题描绘如下图的平面，板厚为，左端固定，右端作用 50kg 的均布载荷，对其进行静力剖析。
弹性模量为 210GPa，泊松比为 0.25.二、剖析步骤1．启动 ansys ，进入ansys界面。
2．定义工作文件名进入ANSYS/Multiphsics Change Jobname 的按钮，会弹出的的程序界面后，单击Utility Menu菜单下File中Change Jobname对话框，输入gangban 为工作文件名，点击 ok。
3．定义剖析标题选择菜单File-Change Title在弹出的对话框中，输入Plane Model作为剖析标题，单击 ok。
4．从头显示选择菜单Plot-Replot单击该按钮后，所命令的剖析标题工作文件名出此刻ANSYS 中。
5．选择剖析种类在弹出的对话框中，选择剖析种类，因为此例属于构造剖析，选择菜单Main Menu：Preferences，应选择Structural这一项，单击ok。
6．定义单元种类选择菜单Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete单击弹出对话框中的 Add 按钮，弹出单元库对话框，在资料的单元库中选 Plane82 单元。
即在左边的窗口中选用 Solid 单元，在右边选择 8 节点的 82 单元。
而后单击 ok。
7．选择剖析种类定义完单元种类后，Element Type 对话框中的Option按钮被激活，单击后弹出一个对话框，在Elenment behavior中选择Plane strs w/ thk ，在 Extra Element output中，选择 Nodal stress，单击close，封闭单元种类对话框。
8．定义实常数选择菜单Main Menu-Preprocessor-Real Constants Add/Edit/Delete履行该命令后，在弹出Real Constants对话框中单击Add 按钮，确认单元无误后，单击ok，弹出Real Constants Set Number 1，for Plane 82对话框，在thickness后边输入板的厚度 0.01 单击 ok，单击 close 。
ANSYS结构分析指南第二章结构线性静力分析2.1 静力分析的定义静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。
静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力稳态的惯性力(如重力和离心力)强迫位移温度载荷(对于温度应变)能流(对于核能膨胀)关于载荷，还可参见§2.3.4。
2.2 线性静力分析与非线性静力分析静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。
非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。
本章主要讨论线性静力分析。
对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。
2.3 静力分析的求解步骤2.3.1 建模首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。
这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述。
有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2.3.1.1 注意事项在进行静力分析时，要注意如下内容：1、可以采用线性或非线性结构单元。
2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须按某种形式定义刚度(如弹性模量EX，超弹性系数等)。
对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS。
静力分析轴对称问题有限元（设置）选择单元Element Types-单击Options按钮，在“Element behavior”选择“Axisymmetric”-OK.显示单元受力情况:Utility Menu>Select>Entities…选择“Elements”点[Apply]弹出“Select elements”对话框，选择[Box].Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axi-Symmetric.–轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。
轴对称单元：PLANE25,SHELL61,PLANE75,PLANE78,FLUID81,PLANE83杆梁问题有限元（设置）主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。
可以选择打开截面功能：Utility Menu>PlotCtrls>Size and Shape板壳问题的有限元（设置）主要不同在于：框架为面；选择单元—Shell,设置实常数—输入厚度结构振动问题有限元（设置）对梁杆结构振动：主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。
1.模态分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,设置模态分析。
选择Modal. Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Options选择Reduced,OK.弹出对话框，输入频率0和10000其他默认，OK。
Main Menu>Solution>Master DOFs>Program Selected在主自由度“NTOT”输入“420”，即结点数的2倍。
OK。
2.谐响应分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择Harmonic,OK。
基于ANSYS的压板静力分析
作者：马磊
来源：《科学导报·学术》2020年第43期
摘; 要：ANSYS是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元软件，机构分析是有限元分析方法最常用的的一个应用领域。
机构分析课分为静力分析、动力学分析（模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析）、非线性分析（几何非线性分析、材料非线性分析、状态非线性分析）、优化设计，可靠性分析等几类。
其中，静力分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的响应。
本文以塔机井字架固定的压板为例，介绍了运用Ansys进行静力分析的一般步骤和做法。
关键词：ANSYS;静力分析;压板
1 结构静力分析简介
1.1 结构分析概述
结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。
它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物;汽车结构，如车身骨架;航空结构，如飞机机身;船舶结构等;同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。
结构分析就是对这些结构进行分析。
在ANSYS产品家族中有7种结构分析的类型。
结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力和反力可通过节点位移导出。
绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析，所用的单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。
1.2 结构静力分析
从计算的线性和非线性的角度可以把结构分析分为线性分析和非线性分析，从载荷与时间的关系又可以把结构分析分为静力分析和动态分析，而线性静力分析是最基本的分析，这里专门介绍一下。
静力分析的定义：静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构随时间变化载荷的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价经理风载荷和地震载荷）。
线性分析是指在分析过程过程中结构的几何参数和载荷参数只发生微小的变化，以致可以把这种变化忽略，而把分析中的所有非线性项去掉。
静力分析中的载荷：静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括以下几种：
①外部施加的作用力和压力
②稳态的惯性力（如重力和离心力）
③位移载荷
④温度载荷
1.3 静力分析的类型
静力分析可分为线性静力分析和非线性静力分析，静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。
非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触（间隙）单元、超弹性单元等。
从结构的几何特点上讲，无论是线性的还是非线性的静力分析都可以分为平面问题、轴对称问题和周期对称问题及任意三维结构。
2.分析过程
本文将介绍工程中最常见的问题：三维问题。
在实际问题中，任何一个物体严格的说都是空间物体，它所受的载荷一般都是空间的，任何简化分析都会带来误差。
本文对压板进行ANSYS有限元分析来研究压板设计的可行性。
2.1 问题描述
压板是负责固定井字架钢轨的部件由螺栓连接将固定井字架固定在地面上。
本文有两个问题：
①检验压板是否存在质量问题，在承受应变的时候是否会因为应力而被破坏。
②如果压板合格，那么其变形是否会对试验的最终结果有干扰。
本文初选取12.6号槽钢，材料为Q235。
根据材料可知常温时弹性模量为193000MPa，泊松比为0.3。
其中压板的三维尺寸为700X200X126mm。
计算压板所受到的力：
实验时液压泵推动有8KN，12KN，20KN三个力，取最大値20KN。
假设实验时加一个标准节。
a的长度为（标准节）2800+（连接套）300-（下移）100=3000mm
b的长度为1500mm
8个压板的总力F为
20000×3=0.75×F
F=80000N
单个压板受力为10000N。
边界条件为：压板中间与井字架接触的地方位移为零。
2.2 建立模型
建立结构的有限元模型，使用ANSYS软件进行静力分析，进行分析的压板，从Solidworks软件导入ANSYS中建立模型。
2.3 定义材料和选择单元类型
根据Q235和常温的实验环境选择弹性模量1.93e11pa泊松比0.3密度7.85e3kg/m3。
该结构不是线性结构，也不是板桥单元而是实体单元所以选择Solid。
Solid185具有塑性，超弹性，应力强化，大变形，大应变能力。
可用来模拟几乎不能压缩的次弹性材料和完全不能压缩的超弹性材料的变形。
本文的一个研究目的是研究压板变形对整体试验的影响，所以选择Solid185。
因为是静态分析无特殊要求所以不涉及实常数。
2.4约束与载荷
载荷分析：压板整体受力10000N因为由垫片施加载荷所以载荷是在接触面上的均布载荷。
约束：实验时井字架不能运动才能保证实验的准确性，因此井字架与压板必须紧紧接触不能运动，所以约束条件为压板中间与井字架接触的地方位移为零。
正面的受力区域施加100个载荷为100N的分力。
在与井字架接触的部位施加四个约束。
2.5计算结果分析
2.5.1材料的应力分析
材料采用Q235验证材料是否有压溃的现象。
由实验可知应力最大的地方在压板与井字架的接触面上，压板容易发生被左右压断的破坏，最大应力为13.3MPa所以而Q235的屈服极限235MPa所以材料远远安全，不会发生破坏。
2.5.1材料的变形分析
接下来研究材料是否会发生大的变形，由实验结果可知最大变形为0.0618mm所以且发生在左侧。
此值会影响螺栓的预紧力可以根据此值选择合适的预紧力，以保障试验的正确。
另外还可以看出压板左侧变化大于右侧，这是由于划分网格施加力和约束不准确所致。
3 结论
ANSYS是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元软件，机构分析是有限元分析方法最常用的的一个应用领域。
机构分析可分为静力分析、动力学分析（模态分析、諧响应分析、瞬态动力学分析、谱分析）、非线性分析（几何非线性分析、材料非线性分析、状态非线性分析）、优化设计，可靠性分析等几类。
本文利用有限元的思想，通过ANSYS的对零件进行建模分析，得到了在外力载荷作用下零件的位移和应力变化，对零件工作时的载荷分布及位移有了一个直观的了解。
参考文献
[1] 曾攀.有限元分析基础教程[M].北京：清华大学，2008
[2] 张秀辉，胡仁喜，康士廷等.有限元分析从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2012
[3] 谢龙汉，刘新让，刘文超.ANSYS结构及静力学分析[M].北京：电子工业出版社，2012。
