Ansys有限元分析从入门到精通.ppt

第1章  有限元方法与ANSYS概述有限单元法概述线弹性力学的基本原理与最小势能原理1.3 里兹法有限单元法解题过程简介简介与基本使用第1章  有限元方法与ANSYS概述有限单元法概述     有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法 第1章  有限元方法与ANSYS概述线弹性力学的基本原理与最小势能原理1.2.1 弹性力学的基本原理1）平衡方程2）几何方程3）本构方程4）边界条件 1.2.2 最小势能原理第1章  有限元方法与ANSYS概述1.3 里兹法      里兹法是从一族假定解中寻求满足泛函变分的“最好的”解显然，近似解的精度与试探函数的选择有关如果我们知道所求解的一般性质，那么可以通过选择反映此特性的试探函数来改进近似解，提高近似解的精度若精确解恰巧包含在试探函数族中，则里兹法将得到精确解。

 第1章  有限元方法与ANSYS概述有限单元法解题过程简介1）建立积分方程 2）区域单元剖分 3）确定单元基函数 4）单元分析 5）总体合成 6）边界条件的处理 7）求解有限元方程 第1章  有限元方法与ANSYS概述简介与基本使用1.5.1 软件功能简介前处理模块PREP7求解模块SOLUTION1.5.4 后处理模块POST1和POST26新特征第2章  ANSYS坐标系和工作平面2.1 ANSYS 坐标系简介2.2  ANSYS工作平面第2章  ANSYS坐标系和工作平面2.1 ANSYS 坐标系简介2.1.1 全局坐标系2.1.2 局部坐标系   全局坐标系统被认为是一个绝对的参考系ANSYS程序提供了三种总体坐标系：笛卡尔坐标、柱坐标和球坐标系所有这三种系统都是右手系且由定义可知它们有共同的原点它们由其坐标系号来识别：0是笛卡尔坐标，1是柱坐标，2是球坐标      在许多情况下，有必要建立自己的坐标系其原点与总体坐标系的原点偏移一定的距离或其方位不同于先前定义的总体坐标系 第2章  ANSYS坐标系和工作平面2.1 ANSYS 坐标系简介2.1.3 结果坐标系  在求解的过程中，计算的结果数据有位移（UX，UY，ROTX等），梯度（TGX，TGY等），应力（SX，SY，SZ等），应变（EPPLX，EPPLXY等）等等。

这些数据存贮在数据库和结果文件中，要么是在节点坐标系（初始或节点数据）要么是单元坐标系（导出或单元数据）但是，结果数据通常是旋转到激活的结果坐标系（默认为总体坐标系）中显示、列表和单元表数据存贮（ETABLE命令）第2章  ANSYS坐标系和工作平面2.2  ANSYS工作平面2.2.1 建立工作平面2.2.2 移动工作平面2.2.3 工作平面性能的增强第3章 建模及模型导入3.1 ANSYS建模3.2 CAD模型的导入3.3 三维建模软件与ANSYS的接口第3章 建模及模型导入3.1 ANSYS建模3.1.1 ANSYS的建模步骤3.1.2 实体建模方法3.1.3 自底向上的建模方法3.1.4 自上向下的建模方法3.1.5 模型的复制、移动与缩放第3章 建模及模型导入3.2 CAD模型的导入3.2.1  引言3.2.2  以iges格式导入cad模型 3.2.3  以x_t格式导入cad模型3.2.4  以sat格式导入cad模型第3章 建模及模型导入3.3 三维建模软件与ANSYS的接口3.3.1  ANSYS与PRO/E的无缝连接1）设置ANSYS与Pro/E的接口选择“程序” 一ANSYS Release11.0—Utilities—Ans ADMIN。

打开ANSYS管理器，点击“OK”确定，在配置选项对话框中选择与Pro/E的连接确定后再随之打开的对话框中将图形显示设备设置为 “3D”最后在Pro/E安装信息对话框中输入Pro/E在本计算机中的安装路径，点击“OK”完成ANSYS与Pro/E的接口设置2）打开Pro/E，在菜单管理器中这时多出了两个选项“ANSConconfig”和“ANSYS Geom”，这表明己经将ANSYS集成在Pro/E中了3） 在Pro/E中完成建模后直接点击“ANSYS Geom”，系统会自动将ANSYS打开，将当前模型导人到ANSYS中去，只要使用“Plot"菜单中的“Volume，”选项，就可以将实体模型显示 出来值得一提的是，由于导入的是实体模型而非有限元模型，故“Plot”菜单下的“Elements”选项不可用4）在ANSYS中设置模型材料、 选择单元、添加约束和载荷、分网，最后进行分析和显示分析结果由于这个方法是将ANSYS直接集成在Pro/E之中，所以模型的整个转换过程可以在不脱 离Pro/E和ANSYS这两个软件的情况下进行从而实现了无缝连接，真正做到了CAD/CAE的一体化 第3章 建模及模型导入3.3 三维建模软件与ANSYS的接口3.3.2  ANSYS与SOLIDWORKS间的数据交互3.3.3  ANSYS与CATIA的数据交互 通过这种方法，可以实现ansys与catia的数据交互  方法如下：  1 ）把catia文件另存为model形式。

  2）然后在ansys中，file>import>catia  3 ）plotctrls>style>solid model facets  ，选择normal faceting第4章  模型的布尔运算4.1 引言4.2 布尔操作后图元的编号在布尔运算中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理ANSYS程序也允许用户对实体模型进行同样的布尔运算这样修改实体模型就更加容易了几乎可以对任何实模型进行布尔运算操作，无论是自上向下还是自下向上构造的实体模型例外的是通过搭接生成的图元对布尔运算无效，对退化的图元也不能进行某些布尔运算如果用布尔运算修改了已有的模型，应该注意的是重新进行单元属性和加载的定义     编号程序对布尔运算输出图元依据其拓扑结构和几何形状进行编号例如，面的拓扑信息包括定义的边数，组成面的线数（即三边形面或四边形面等），面中任何原始线（在布尔操作之前存在的线）的线号，任意原始关键点的关键点号等等 第4章  模型的布尔运算4.3 交运算4.4 两两相交    交运算的结果是由每个初始图元的共同部分形成一个新图元也就是说，交表示二个或多个图元的重复区域这个新的图元可能与原始的图元有相同的维数，也可能低于原始图元的维数。

     两两相交是由图元集叠加而形成的一个新的图元集就是说，两两相交表示至少任意两个源图元的相交区域比如，线集的两两相交可能是一个关键点（或关键点的集合），或是一条线（或线的集合） 第4章  模型的布尔运算4.5 加运算4.6 减运算    加运算的结果是得到一个包含各个原始图元所有部分的新图元这种运算也可称为并、连接或和）这样形成的新图元是一个单一的整体，没有接缝    如果从某个图元（E1）减去另一个图元（E2），其结果可能有两种情况：一是生成一个或多个新图元E3（E1－E2=>E3），E3与E1有同样的维数，且与E2无搭接部分另一种情况是E1与E2的搭接部分是个低维的实体 第4章  模型的布尔运算4.7 搭接运算4.8 分割运算     搭接命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多个新的图元的集合搭接命令除了在搭接域周围生成了多个边界外，与加运算非常类似也就是说，搭接操作生成的是多个相对简单的区域，加运算生成一个相对复杂的区域因而，搭接生成的图元比加运算生成的图元更容易划分网格    分割命令用于连接两个或多个图元，以生成三个或更多新图元的集合如果搭接区域与原始图元有相同的维数，那么互分结果与搭接结果相同。

 第4章  模型的布尔运算4.9 粘接运算4.10 布尔运算的替代    粘接命令与搭接命令类似，只是图元之间仅在公共边界处相关，且公共边界的维数低于原始图元一维这些图元间仍然相互独立，只在边界上连接（它们相互对话）     布尔运算有时比较慢且代价高昂有些情况下，可用一些其它命令来代替布尔运算下面列出一些可以替代布尔运算的操作第4章  模型的布尔运算4.11 布尔运算后的更新4.12 布尔运算失败时建议采取的一些措施    有些布尔运算命令在对附属的低级图元进行了布尔运算之后自动地更新图元     如果布尔运算失败，可用下列方法对此问题做修正但是在建立模型时不必总是遵循这些指导，可用任何用户想要的方法来建立模型，而不会遇到布尔运算失败 第5章  网格划分5.1  网格类型简介5.2  定义单元属性5.3 网格划分控制 5.4  自由网格和映射网格控制5.5  改变网格5.6  网格质量的评价第5章  网格划分5.1  网格类型简介    在对模型进行网格划分之前，正确的选择网格划分方法对于分析十分重要通常的网格划分方法包括自由网格划分和映射网格划分自由网格对于单元形状无限制，并且没有特定的准则。

与自由网格相比，映射网格对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元而且，映射网格典型具有规则形状，明显成排的单元如果想要生成这种网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映射网格划分第5章  网格划分5.2  定义单元属性 在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性即必须设定：单元类型（如：BEAM3，SHELL61 等）定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）定义材料特性（如杨氏模量、热传导率等）单元坐标系截面号（只对BEAM44，BEAM188 和BEAM189 单元有效）5.2.1 为模型分配单元属性 5.2.2  默认单元属性5.2.3  常用单元属性简介第5章  网格划分5.3  定义单元属性 5.3.1 ANSYS网格划分工具5.3.2 单元形状5.3.3 单元形状与计算结果的关系5.3.4 控制中间节点的位置5.3.5 局部网格划分控制第5章  网格划分5.3  定义单元属性 5.3.6 内部网格划分控制5.3.7 生成过渡的金字塔单元5.3.8 将退化的四面体单元转化为非退化形式第5章  网格划分5.4  自由网格和映射网格控制5.4.1 自由网格划分1 自由网格划分中单元的智能单元尺寸2 扇形网格划分和TARGE170单元第5章  网格划分5.5  改变网格5.4.2 映射网格划分1 面映射网格划分2 将线分割以进行映射网格划分3 连接线4 简化面映射网格划分5 过渡映射四面体网格的划分6 过渡三角形映射网格划分7 体映射网格划分第5章  网格划分5.5  改变网格5.5.1 对模型重新划分网格5.5.2 利用网格Accept/Reject 提示5.5.3 清除网格5.5.4 细化局部网格5.5.5 改进网格（只针对四面体单元网格）5.6  网格质量的评价第6章  加载和求解6.1  载荷的概念6.2  载荷的施加6.3  耦合及约束方程6.4  求解第6章  加载和求解6.1  载荷的概念6.2  载荷的施加6.1.1  载荷的分类6.1.2  关于载荷步和子步6.2.1  实体模型载荷与有限元模型载荷的优缺点6.2.2  施加载荷第6章  加载和求解6.2  载荷的施加6.2.2  施加载荷1 位移约束2施加对称或反对称边界条件3 表面载荷4 施加均布体积载荷5 惯性载荷6 轴对称载荷和反作用力7 用表格型矩阵参数施加载荷 第6章  加载和求解6.2  载荷的施加6.2.3  载荷步选项1 通用选项2 动力学分析选项3 非线性选项4 输出控制6.2.4  创建多载荷步第6章  加载和求解6.3  耦合及约束方程6.3.1 概述6.3.2 何谓耦合 6.3.3 如何生成耦合自由度集6.3.4 耦合的其它条件6.3.5 什么是约束方程 6.3.6 如何生成约束方程6.3.7 约束方程的其它注意事项第6章  加载和求解6.4  求解6.4.1  定义分析类型6.4.2  求解控制6.4.3 求解第7章 通用后处理7.1  后处理简介7.2  读入结果数据7.3  图形显示7.4  单元表7.5  列出结果7.6  路径操作7.7  载荷工况第7章 通用后处理7.1  后处理简介     使用POST1通用后处理器可观察整个模型或模型的一部分在某一时间点（或频率）上针对指定载荷组合时的结果。

POST1有许多功能，包括从简单的图象显示到针对更为复杂数据操作的列表，如载荷工况的组合 第7章 通用后处理7.2  读入结果数据 POST1中第一步是将数据从结果文件读入数据库要这样做，数据库中首先要有模型数据（节点，单元等）若数据库中没有模型数据，输入RESUME命令(Utility Menu>File>Resume )读入数据文件数据库包含的模型数据应该与计算模型相同，包括单元类型、节点、单元、单元实常数、材料特性和节点坐标系第7章 通用后处理7.3  图形显示云图显示7.3.2 矢量显示7.3.3 反作用力显示7.3.4 破碎图第7章 通用后处理7.4  单元表填上按名字来识别变量的单元表填充按序号识别变量的单元表7.4.3 定义单元表的注释第7章 通用后处理7.5  列出结果 POST1中有几个选项用于列出反作用载荷及作用载荷PRRSOL命令（Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu）列出了选择设置中约束节点处的反作用力命令FORCE陈述了哪一种反作用载荷数据被列出:合力（默认值）、静力、阻尼力或惯性力。

PRNLD(Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Loads)列出所选节点处的总的单元节点力，值为零的除外列出反作用载荷及作用载荷是检查平衡的一种好方法在求解后检查模型的平衡状况总是好的做法也就是说，在给定方向上所加的作用力应总等于该方向上的反力（若反力不是所期望的，检查加载情况，看加载是否恰当） 第7章 通用后处理7.6  路径操作7.6.1 定义路径7.6.2 沿路径插值数据7.6.3 映射路径数据7.6.4.观察路径项7.6.5 在路径项中执行算术运算将路径数据从一文件中存档或恢复7.6.7 删除路径第7章 通用后处理7.7  载荷工况7.7.1 存储组合载荷工况7.3.2 可求和数、不可求和数及常数第8章  时间历程响应后处理8.1 时间历程变量观察器8.2 时间历程后处理器的使用8.3 变量的评价 第8章  时间历程响应后处理8.1 时间历程变量观察器进入时间-历程处理器来解决时间和频率相关的结果数据一旦你已完成了分析，ANSYS利用结果数据来生成一个结果文件在你进入处理器时，当前激活的结果文件自动载入(*.RST,*.RFL,*.RTH,*.RMG,等)。

若当前的分析中没有任何结果文件，你可以请求装载进一个文件你也可以利用文件命令选项来装载任何一个结果文件进入处理器第8章  时间历程响应后处理8.2 时间历程后处理器的使用8.2.1 定义变量      POST26的所有操作都是对变量而言的，是结果项与时间（或频率）的简表结果项可以是节点处的UX位移、单元的热流量、节点处产生的力、单元的应力、单元的磁通量等用户对每个POST26变量任意指定大于或等于2的参考号，参考号1用于时间（或频率） 8.2.2 处理变量并进行计算  通常，通过对从结果文件得到的指定分析数据进行处理，可产生能提供更有价值的附加变量集例如，在一个瞬态分析中定义一个位移变量，可通过求它对时间的导数来得到速度和加速度，这样做，将产生一个全新的变量，我们在以后的分析中可结合其它数据来使用该变量第8章  时间历程响应后处理8.3 变量的评价 图形显示结果8.3.2 列表显示结果8.3.3 数据的平滑第9章  自适应网格划分9.1  自适应网格简介9.2  自适应网格的先决条件9.3  支持自适应网格的单元类型9.4  自适应网格划分的一般步骤9.5  用用户子程序定制ADAPT宏第9章  自适应网格划分9.1  自适应网格简介 ANSYS程序提供了近似的技术自动估计特定分析类型中因为网格划分带来的误差。

通过这种误差估计，程序可以确定网格是否足够细如果不够的话，程序将自动细化网格以减少误差这一自动估计网格划分误差并细化网格的过程就叫做自适应网格划分，然后通过一系列的求解过程使得误差低于用户指定的数值（或直到用户指定的最大求解次数）第9章  自适应网格划分9.2  自适应网格的先决条件 ANSYS软件中包含一个预先写好的宏，，用来完成自适应网格划分的功能用户的模型在使用这个宏之前必须满足一些特定的条件在一些情况下，不满足要求的模型也可以用修正的过程完成自适应网格划分，下面还要讨论 9.3  支持自适应网格的单元类型9.4 自适应网格划分的一般步骤第9章  自适应网格划分9.5  用用户子程序定制ADAPT宏     标准的ADAPT宏并不总能总满足特定的分析需要例如，用户可能想同时对面和体进行网格划分，这在标准宏当中是不可以的对于这种或其他一些类似情况，可以对ADAPT宏进行修改使之适用于特定的分析ANSYS程序用宏这种方式完成自适应网格划分，本身就使得用户可以对其进行相应的修改以适应不同的要求 生成用户网格划分子程序（）9.5.2 生成用户边界条件子程序（）9.5.3 关于用户子程序的一些其他说明第10章子模型子模型简介 n子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。

在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了如图10-1所示图10-1 轮毂和轮辐的子模型 a)粗糙模型，b)叠加的子模型除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有如下几个优点：n它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域n它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析n它帮助用户证明网格划分是否足够细n值得注意的是，使用子模型也有一些限制条件具体如下：n只对体单元和壳单元有效n子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域用户必须验证是否满足这个要求10.2 子模型分析的一般步骤子模型分析的过程一般包括以下步骤：n生成并分析较粗糙的模型n生成子模型n提供切割边界插值n分析子模型n验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远第一步：生成并分析较粗糙的模型第一个步骤是对整体建模并分析注:为了方便区分这个原始模型，我们将其称为粗糙模型这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的，而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的分析类型可以是静态或瞬态的，其操作、分析的步骤与一般分析相同。

下面列出了其它的一些要特别注意的方面：n文件名——粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名这样既可以保证文件不被覆盖，而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件n单元类型——子模型技术只能使用体单元和壳单元分析模型中可以有其他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过体和壳单元n建模——在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等但是，有限元网格必须细化到足以得到较准确的位移解这一点很重要，因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的n文件——结果文件（等）和数据库文件（,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的在生成子模型前应存储数据库文件 第二步：生成子模型子模型是完全依靠粗糙模型的因此在初始分析后的第一步就是在初始状态清除数据库（另一种方法是退出并重新进入ANSYS） 然后进入PREP7并建立子模型需要记住下列几点：n使用与粗糙模型中同样的单元类型同时应指定相同的单元实参（如壳厚）和材料特性另一种子模型技术——壳到体技术——允许从粗糙模型的壳单元转换为体单元n子模型的位置（相对全局坐标原点）应与粗糙模型的相应部分相同n指定合适的节点旋转位移切割边界结点的旋转角在插值步骤一一写入结点文件时不应改变（见第三步：生成切割边界插值）。

 第三步：生成切割边界插值本步是子模型的关键步骤在切割边界插值中有如下几步操作：n指定子模型切割边界的结点并将其写入一个文件（缺省为）中 n重新选择所有结点并将数据库存入中，然后退出PREP7 n要进行切割边界插值（和温度插值），数据库中必须包含粗糙模型的几何特征 n进入POST1，即通用处理器（/POST1或Main Menu>General Postproc） n指向粗糙模型结果文件（FILE或Main Menu>General Postproc>Data & File Opts） n读入结果文件中相应的数据（SET或Main Menu>General Postproc>-Read Results-option）n开始切割边界插值 n至此，所有的插值任务完成，退出POST1[FINISH]并读入子模型数据库 10.2.4 第四步：分析子模型n在本步中，用户指定分析类型和分析选项，加入插值的DOF数值（和温度数值），施加其他的载荷和边界条件，指定载荷步选项，并对子模型求解n首先进入求解器（/SOLU或Main Menu>Solution）n然后定义分析类型（一般为静态）和分析选项。

 n如果数据有实部和虚部，先读入实部数据文件，指定自由度约束数值和（/或）结点体载荷是否计算，然后读入虚部数据文件n注意在执行DCUM和BFCUM命令时要先将其初始状态设为初始值n重要的一点是要将粗糙模型上所有其他载荷和边界条件复制到子模型上比如对称边界条件，面力，惯性载荷（如重量），集中力等n然后指定载荷步选项（如输出控制）并开始计算 第五步：验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够n最后一步是验证子模型切割边界是否远离应力集中部分可以通过比较切割边界上的结果（应力，磁通密度等）与粗糙模型相应位置的结果是否一致来验证如果结果符合得很好，证明切割边界的选取是正确的如果不符合的话，就要重新定义离感兴趣部分更远一些的切割边界重新生成和计算子模型n一个比较结果的有效方法是使用云图显示和路径显示第11章单元死活11.1 单元死活简介n如果模型中加入（或删除）材料，模型中相应的单元就“存在”（或消亡）单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元可用的单元类型在表11－1中列出本选项主要用于钻孔（如开矿和模拟隧道开挖等），建筑物施工过程（如桥的建筑过程），顺序组装（如分层的计算机芯片组装）和另外一些用户可以根据单元位置来方便的激活和不激活它们的一些应用中。

单元生死功能只适用于ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural产品n在一些情况下，单元的生死状态可以根据ANSYS的计算结果决定，如温度，应力，应变等可以用ETABLE命令（Main Menu>General Postproc>Element Table>Define  Table） 和 ESEL命 令 （ Utility Menu>Select>Entities）来确定选择的单元的相关数据，也可以改变单元的状态（溶化，凝固，断裂等）本过程对于由相变引起的模型效应（如焊接过程中原不生效的熔融材料变为生效的模型体的一部分），失效扩展和另外一些分析过程中的单元变化是有效的11.2 支持单元死活单元类型11.3 单元死活分析的一般步骤n要激活“单元死”的效果，ANSYS并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度（或传导，或其他分析特性）矩阵乘以一个很小的因子[ESTIF]因子缺省值为，可以赋为其他数值（详见“施加载荷并求解”部分）死单元的单元载荷将为0，从而不对载荷向量生效（但仍然在单元载荷的列表中出现）同样，死单元的质量，阻尼，比热和其他类似效果也设为0值。

 死单元的质量和能量将不包括在模型求解结果中单元的应变在“杀死”的同时也将设为0n与上面的过程相似，如果单元“出生”，并不是将其加到模型中，而是重新激活它们用户必须在PREP7 中生成所有单元，包括后面要被激活的单元在求解器中不能生成新的单元要“加入”一个单元，先杀死它，然后在合适的载荷步中重新激活它n可以在大多数静态和非线性瞬态分析中使用单元生死，其基本过程与相应的分析过程是一致的对于其他分析来说，这一过程主要包括以下三步：n建模n施加载荷并求解n查看结果n修改基本分析步骤如下包括单元生死特征：11.3 单元死活分析的一般步骤n建模     在PREP7 中，生成所有单元，包括那些只有在以后载荷步中才激活的单元在PREP7外不能生成新的单元n施加载荷并求解 在SOLUTION中完成以下操作：定义第一个载荷步后继载荷步n查看结果 使用ANSYS结果控制单元生死进一步的说明第12章使用APDL、UIDL进行二次开发12.1 APDL概述n什 么 是 APDL？APDL是ANSYS Parametric  Design  Language的缩写，即ANSYS参数化设计语言它是一种可用来自动完成常规有限元分析操作或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言，是完成优化设计和自适应网格划分的最主要的基础。

nAPDL的功能        APDL允许复杂的数据输入，使用户实际上对任何设计或分析都有控制权，如模        型尺寸、材料属性、网格密度、载荷边界条件等      APDL具有下列功能，用户可根据需要进行组合使用或单独使用：n标量参数n数组参数n表达式和函数n分支和循环n重复功能和缩写n宏n用户子程序使用APDL语言的优点：n可以减少大量的重复工作，节省大量时间；n便于保存和携带；n不受ANSYS软件的系统操作平台的限制；n不受ANSYS软件版本的限制，个别命令除外；n在进行优化设计和自适应网格分析时，必须使用APDL语言；nANSYS某些高级功能的实现必须使用APDL;n利用APDL，用户很容易建立参数化的零件库；n可以编写常用命令集即宏命令，制作快捷按钮；n可以利用APDL从事二次开发12.2 APDL 基础n定义参数用以下格式定义参数： Name=Value需要注意的是：n可以在输入窗口或标量参数对话框中输入 (Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters...)，如图12-1所示n参数名不能超过8个字符n值可以是一个数值，一个以前定义过的参数，一个函数，一个参数表达式，或者一个字符串（用单引号括住）。

n注意一些命名规则：n参数名不超过8个字符，并以字母开头n参数名中只能出现字母，数字和下划线n参数名不分大小写，如“RAD” 和 “Rad” 是一样的所有的参数都以大写形式存储n避免使用 ANSYS 标识，如 STAT, DEFA, 和 ALLn使用参数使用参数时，只需在对话框中或通过命令输入参数名就行了n从数据库中获取信息     从数据库中获取信息并给参数赋值, 使用 *GET 命令或 Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data...，对获取大量信息是很有用的，包括模型和结果数据，如图12-4所示具体的请参看 *GET命令的详细资料12.3 数组参数n数组参数定义数组参数是能够容纳多个值的参数，数组参数可以是 1-D, 2-D, or 3-D，如图12-5所示图12-5 数组参数的三种类型 n数组参数的类型有三种数组参数类型：n数值数组n表n字符数组12.4 宏基础APDL（ANSYS参数设计语言）最强有力的特征之一是创建宏的能力宏就是一系列贮存在一个文件中的ANSYS命令，并且能象一个ANSYS命令一样来运行常用宏功能：n它可以如同ANSYS命令一样具有变量。

n分支和循环用来控制一系列命令n交互式特征如图形拾取，提示，以及对话框n宏可以嵌套――一个宏引用第二个宏，第二个宏引用第三个宏，等等一直可嵌套20级12.5 UIDL概述什么是UIDLUIDL是什么?Ansys二次开发语言的一种UIDL的全名是User Interface Design Language，是Ansys中二次开发工具方面的三大金刚之一GUI方面几乎全部的二次开发功能都将由它运筹帷幄功用包括：n组织我们自己强大的菜单系统想象一下我们在Ansys中也能轻松做出可以和VC，VB之类主流GUI开发工具媲美的菜单响应效果，Ansys的世界将是多么的亲切、友好n构建功能繁复的对话框Ansys中美观易用的ContactWizard对话框级联界面一定让你印象很深把，有了它，即使是最菜鸟的门外汉也能构建一流的工程算例，中的DesignSpace应该就是无可争辩的例证之一虽然从UNIX内核上讲（Windows下的东西是Ansys的后期移植，很多技术还不成熟，这里就不加讨论了），它们多构建在繁复的TCL编程基础上，但我们利用强大的UIDL工具，也能轻松架构起我们自己的实用对话框向导n 建立自己的联机帮助。

Ansys中的联机帮助（尤其是UNIX下的搜索引擎）非常实用想构建自己完善的帮助系统吗？UIDL同样是这方面不可或缺的理想开发工具nUIDL控制文件结构UIDL控制文件总结构n一个完整的UIDL控制文件大致如一下结构：n控制文件头n结构块结构……………n说明：任何一个UIDL控制文件开头都是一个控制文件头，其后接一个或多个结构块结构n控制文件头结构n以后的讲解中都将从一些典型结构例子入手，剖析清楚其各个部分的详细结构，当然这里从例子入手的剖析手段只能做到抛砖引玉，要想熟悉的了解各个命令的详细信息，请参阅UIDL手册 第13章优化设计13.1 目标优化什么是优化设计?n优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案n设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等实际上，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计关于ANSYS参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。

nANSYS程序提供了两种优化的方法，这两种方法可以处理绝大多数的优化问题零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析n对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程就是对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止n除了这两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值优化设计的一般步骤 n一般而言有两种方法实现ANSYS优化设计：即批处理方法和通过GUI交互式地完成这两种方法的选择取决于用户对于ANSYS程序的熟悉程度和是否习惯于图形交互方式n如果对于ANSYS程序的命令相当熟悉，就可以选择用命令输入整个优化文件并通过批处理方式来进行优化对于复杂的需用大量机时的分析任务来说（如非线性），这种方法更有效率n而另一方面，交互方式具有更大的灵活性，而且可以实时看到循环过程的结果在用GUI方式进行优化时，首要的是要建立模型的分析文件，然后优化处理器所提供的功能都可以交互式的使用，以确定设计空间，便于后续优化处理的进行。

这些初期交互式的操作可以帮助用户缩小设计空间的大小，使优化过程得到更高的效率78n优化设计通常包括以下几个步骤，这些步骤根据用户所选用优化方法的不同（批处理GUI方式）而有细微的差别ANSYS优化过程数据流向图13-4所示图13-4 优化数据流向n生成循环所用的分析文件该文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件：      参数化建立模型（PREP7）     求解（SOLUTION）     提取并指定状态变量和目标函数（POST1/POST26）n在ANSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数这一步是标准的做   法， 但不是必须的（BEGIN或OPT）n进入OPT，指定分析文件（OPT）n声明优化变量n选择优化工具或优化方法n指定优化循环控制方式n进行优化分析n查看设计序列结果（OPT）和后处理（POST1/POST26）13.2 拓扑优化设计n拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化 拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计n与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。

用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比n拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能减小结构的变形能相当于提高结构的刚度这个技术通过使用设计变量（i）给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出拓扑优化包括如下主要步骤：n定义拓扑优化问题n选择单元类型n指定要优化和不优化的区域n定义和控制载荷工况n定义和控制优化过程n查看结果第14章结构线性静力分析实例与分析静力分析概述      静力分析计算结构在固定不变载荷下的响应静力分析不考虑结构的惯性和阻尼的影响，但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（例如重力和离心力），以及那些可以近似等价为静力作用的随时间变化的载荷（例如在很多很多建筑规范中所定义的等价静力风载荷和地震载荷）     静力分析用于计算由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、应变和反力等固定不变的载荷和响应是一种理想的假设，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处理的载荷通常包括：n外部施加的作用力（集中力、分布力和体积力等）n稳定的惯性力（重力和离心力等）n强迫位移n温度载荷（对于温度应变）n能流载荷（对于核能膨胀）      静力分析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、弹塑性、蠕变、应力刚化、接触等，这些将在高级篇实例中分别讲述本章只涉及线性情况，即小变形，材料是线弹性的     静力分析的一般步骤通常如下：n建模首先用户应该指定工作目录、文件名和分析标题，然后在前处理中定义模型几何元素、单元类型、实常数、材料参数等这些步骤对大多数ANSYS分析类型是一致的前处理中需要注意以下问题：n可以应用线性或非线性结构单元n材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向同性，常数或与温度相关的：n必须按某种形式定义刚度（如弹性模量EX，超弹性系数等）n对于惯性载荷（如重力，离心力等），必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS等n对于温度载荷，必须定义热膨胀系数ALPXn对于网格密度，要记住：n应力或应变急剧变化的区域（通常是用户感兴趣的区域，如孔边缘、截面突变部位、不同材料结合部位等），需要比应力或应变梯度较平缓区域更密的网格n在考虑非线性影响时，要用足够的网格来得到非线性效应如塑性分析需要相当的积分点密度，因而在高塑性变形梯度区域需要较密的网格n设置求解控制设置求解控制包括定义分析类型、设置一般分析选项、指定载荷步选项等。

用户可以通过Solution Control对话框来设置求解控制选项，其菜单路径为Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Optionsn施加载荷n求解n检查分析结果静力分析结果保存于结构分析结果文件（）中，包括一下内容：n基本解（节点位移 UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,温度temp，电压 volt等）n导出解（节点和单元应力，节点和单元应变，单元力，节点反力等）第15章结构非线性分析实例与分析结构非线性概述    什么是结构非线性n在日常生活中,会经常遇到结构非线性例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状如图15─1（a））如果你在一个木架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂如图15─1（b））当在汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的变化而变化如图15─1（c））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性.图15─1 非线性结构行为的普通例子n引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：状态改变、几何非线性、材料非线性。

      状态变化(包括接触)      几何非线性      材料非线性 15.2  非线性分析的基本知识n方程求解 非线性求解被分成三个操作级别：载荷步、子步、平衡迭代顶层”级别由在一定“时间”范围内你明确定义的载荷步组成假定载荷在载荷步内是线性地变化的在每一个载荷是步内，为了逐步加载可以控制程序来执行多次求解（子步或时间步）在每一个子步内，程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的解    子步     当使用多个子步时，你需要考虑精度和代价之间的平衡；更多的子步（也就是，小的时间步）通常导致较好的精度，但以增多的运行时间为代价ANSYS提供两种方法来控制子步数：n子步数或时间步长我们即可以通过指定实际的子步数也可以通过指定时间步长控制子步数n自动时间步长    ANSYS程序，基于结构的特性和系统的响应，来调整时间步长    如何进行非线性静态分析    非线性静态分析是静态分析的一种特殊形式如同任何静态分析，处理流程主要由三个主要步骤组成：n1、建模n2、加载且得到解n3、考察结果n建模      这一步对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性分析在这一步中可能包括特殊的单元或非线性材料性质，如果模型中包含大应变效应，应力─应变数据必须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。

n加载且得到解      在这一步中，你定义分析类型和选项，指定载荷步选项，开始有限元求解既然非线性求解经常要求多个载荷增量，且总是需要平衡迭代，它不同于线性求解处理过程如下：n1、进入ANSYS求解器n2、定义分析类型及分析选项     选项：新的分析〔ANTYPE〕    一般情况下会使用New Analysis(新的分析）    选项：分析类型：静态〔ANTYPE〕    选择Static（静态）    选项：大变形或大应变选项（GEOM）   并不是所有的非线性分析都将产生大变形参看：“使用几何非线性”对大变型的进一步讨论    选项：应力刚化效应〔SSTIF〕   如果存在应力刚化效应选择ON   选项：牛顿－拉普森选项〔NROPT〕    仅在非线性分析中使用这个选项这个选项指定在求解期间每隔多久修改一 次正   切矩阵你可以指定这些值中的一个n在模型上加载，记住在大变形分析中惯性力和点载荷将保持恒定的方向，但表面力将“跟随”结构而变化 n指定载荷步选项这些选项可以在任何载荷步中改变下列选项对非线性静态分析是可用的：        Time(TIME)      时间步的数目〔NSUBST〕       时间步长〔DELTIM〕      渐进式或阶跃式的加载 (KBC)    自动时间分步〔AUTOTS〕 n非线性选项     收敛准则〔CNVTOL〕     平衡迭代的最大次数〔NEQIT〕      求解终止选项〔NCNV〕      时间步长预测──纠正选项〔PRED〕      线搜索选项〔LNSRCH〕     蠕变准则〔CRPLIM，CRCR 〕      激活和杀死选项n输出控制选项打印输出（OUTPR） 结果文件输出〔OUTRES〕 结果外推〔ERESX〕 n考察结果     来自非线性静态分析的结果主要由位移，应力，应变，以及反作用力组成。

可以用POST1，通用后处理器，或者用POST26，时间历程后处理器，来考察这些结果    记住，用POST1一次仅可以读取一个子步，且来自那个子步的结果应当已被写入载荷步选项命令OUTRES控制哪一个子步的结果被存储入)典型的POST1后处理顺序将在下面描述 第16章结构动力学分析实例与分析16.1 结构动力学概述n定义和目的 什么是动力学分析?动力学分析是用来确定惯性（质量效应）和阻尼起着重要作用时结构或构件动力学特性的技术动力学特性” 可能指的是下面的一种或几种类型:n振动特性 - （结构振动方式和振动频率）n随时间变化载荷的效应（例如：对结构位移和应力的效应）n周期（振动）或随机载荷的效应n动力学分析类型 模态分析  瞬态动力学分析 谐分析 谱分析 随机振动分析 n基本概念和术语 n通用运动方程n通用运动方程如下：n求解方法n两种主要方法：n模态叠加法n直接积分法n模态分析基础理论      模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

     ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析   ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定　义了也将被忽略ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法阻尼法和　QR阻尼法允许在结构中存在阻尼n模态分析过程建模加载及求解扩展模态观察结果n谐响应分析的定义与应用    任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应） 谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力 该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

    谐响应分析是一种线性分析任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）n三种求解方法   谐响应分析可采用三种方法：完全法（Full）、缩减法（Reduced）、模态叠加法（Mode　Superposition）第四种方法，也是一种开销相对较大的方法，是将简谐载荷指定为有时间历程的载荷函数，进行相应的瞬态动力学分析ANSYS/Linear　Plus中只允许采用模态叠加法 完全法谐响应分析过程:建模加载并求解观察结果n瞬态动力学分析的定义n瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析    瞬态动力学的基本运动方程是：n三种求解方法完全法模态叠加法缩减法n完全法瞬态动力学分析由以下步骤组成： 1.建造模型2.建立初始条件3.设置求解控制4.设置其他求解选项5.施加载荷6.存储当前载荷步的载荷设置7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步8.备份数据库9.开始瞬态分析10.退出求解器11.观察结果n模态叠加法瞬态动力分析由五个主要步骤组成： n1.建造模型；n2.获取模态解；n3.获取模态叠加法瞬态分析解；n4.扩展模态叠加解；n5.观察结果。

n缩减法瞬态动力学分析过程由五个主要步骤组成： 1.建造模型；2.获取缩减解；3.观察缩减法求解结果；4.扩展解（扩展处理）；5.观察已扩展解的结果第17章  疲劳分析17.1 疲劳的定义17.2  疲劳计算第17章  疲劳分析17.1 疲劳的定义疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现象例如一根能够承受 300KN拉力作用的钢杆，在200KN循环载荷作用下，经历1,000,000次循环后亦会破坏导致疲劳破坏的主要因素如下：载荷的循环次数；每一个循环的应力幅；每一个循环的平均应力；存在局部应力集中现象真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的第17章  疲劳分析17.2  疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算一般有五个主要步骤：1）进入后处理 POST1，恢复数据库；2）建立位置、事件和载荷的数目，定义材料疲劳性质，确定应力位置和定义应力集中系数；3）存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力，并指定事件的重复次数和比例系数；4）激活疲劳计算；5）查看结果第17章  疲劳分析17.2  疲劳计算17.2.1 进入POST1和恢复数据库17.2.2 建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置17.2.3 储存应力、指定事件循环次数和比例因子1 储存应力2 列表、显示或删除储存的应力3 设定事件重复次数和比例系数4 获得准确的耗用系数17.2.4  激活疲劳计算 17.2.5  查看计算结果 17.2.6  其它记数方法第18章  接触分析18.1 接触简介18.2  接触分析的一般步骤第18章  接触分析18.1 接触简介接触问题是一种高度非线性行为，需要较多的计算机资源。

为了进行切实有效的计算，理解问题的物理特性和建立合理的模型是非常重要的接触问题存在两个较大的难点：其一，在用户求解问题之前，用户通常不知道接触区域随载荷、材料、边界条件和其它因素的不同，表面之间可以接触或者分开，这往往在很大程度上是难以预料的，并且还可能是突然变化的其二，大多数的接触问题需要考虑摩擦作用，有几种摩擦定律和模型可供挑选，它们都是非线性的摩擦效应可能是无序的，所以摩擦使问题的收敛性成为一个难点18.1.1 点-点接触点─点接触主要用于模拟点─点的接触行为为了使用点─点接触单元，用户需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况(即使在几何非线性情况下)其中一个例子是传统的管道装配模型，其中接触点总是在管端和约束之间第18章  接触分析18.1 接触简介18.1.2  点—面接触    点─面接触主要用于给点─面接触行为建模，例如两根梁的相互接触(梁端或尖角节点)，铆头装配部件的角点如果通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面接触单元来模拟面─面的接触问题 18.1.3  面—面接触 ANSYS支持刚体─柔体和柔体─柔体的面─面的接触分析。

这种接触分析应用“目标”面和“接触”面来形成接触对为了建立一个“接触对”，给目标单元和接触单元必须指定相同的实常数号这些面—面接触单元非常适合于过盈装配安装接触或嵌入接触，锻造，深拉问题  第18章  接触分析18.2  接触分析的一般步骤18.2.1 点-点接触分析的步骤1 建立几何实体及分网2 生成接触单元3 定义接触的法线方向4 选择接触算法5 施加必要的边界条件6 定义求解选项7 求解第18章  接触分析18.2  接触分析的一般步骤18.2.2 点-面接触分析的步骤1 建模和划分网格2识别接触对3 生成接触单元4 设置单元关键选项和实常数5 加上必要的边界条件6 定义求解选项7 求解第18章  接触分析18.2  接触分析的一般步骤18.2.3 面-面接触分析的步骤1 建立几何模型并划分网格2 识别接触对3 指定接触面和目标面4 不对称接触与对称接触5 定义目标面6 定义柔体的接触面7 给柔体单元加必要的边界条件8 定义求解和载荷步选项9 求解10 检查结果第19章弹塑性分析n塑性理论引言      塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。

另外,大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失    由于屈服点和比例极限相差很小，因此在ANSYS中，假定它们相同在应力一应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化部分塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性n塑性理论介绍 塑性的三个主要方面： 屈服准则 流动准则 强化准则nANSYS中的塑性选型     ANSYS程序提供了多种塑性材料选项，在此主要介绍四种典型的材料选项可以通过激活一个数据表来选择这些选项          经典双线性随动强化              BKIN 双线性等向强化                  BISO 多线性随动强化                  MKIN 多线性等向强化                  MISOn使用塑性的一些原则    在这一节中，我们将介绍在程序中怎样使用塑性，重点介绍以下几个方面：1.可 用 的ANSYS 输 入2.ANSYS 输 出 量3.使 用 塑 性 的 一 些 原 则4.加 强 收 敛 性 的 方 法5.查 看 塑 性 分 析 的 结 果第20章计算流体动力学分析n FLOTRAN CFD 分析的概念      ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：1.作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力2.超音速喷管中的流场3.弯管中流体的复杂的三维流动    同时，FLOTRAN还具有如下功能：1.计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布2.研究管路系统中热的层化及分离3.使用混合流研究来估计热冲击的可能性4.用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能5.对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究nFLOTRAN 分析的种类 FLOTRAN可执行如下分析：1.层流或紊流2.传热或绝热3.可压缩或不可压缩4.牛顿流或非牛顿流5.多组份传输     这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。

nFLOTRAN边界条件 1.　进口边界/出口边界2.   对称条件3.　固定壁面和移动壁面4.　周期边界5.　恒定温度6.　热流7.　体积热源8.　传热系数9.　辐射nFLOTRAN分析中产生的一些文件1.结果文件， Jobname. RFL，包含节点结果2.打印文件， ，包含各量的收敛记录及进/出口状态(如流量等)3.壁面文件， ，包含壁面剪切应力以及Y-Plus信息4.残差文件， ，包含节点残差5.调试文件， ，包含数学求解器的有关信息6.结果备份文件， ，包含结果文件数据的一个拷贝7.重启动文件， ，包含FLOTRAN的数据结构n FLOTRAN分析的主要步骤 :一个典型的FLOTRAN分析有如下七个主要步骤：1.确定问题的区域2.确定流体的状态3.生成有限元网格4.施加边界条件5.设置FLOTRAN分析参数6.求解7.检查结果第21章热力学分析n热分析的目的:热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等nANSYS 热分析分类:      稳态传热：系统的温度场不随时间变化     瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化n耦合分析:n热－结构耦合n热－流体耦合n热－电耦合n热－磁耦合n热－电－磁－结构耦合等n热传递的方式:1.热传导 2.热对流 3.热辐射 边界条件、初始条件:ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：1.温度2.热流率3.热流密度4.对流5.辐射6.绝热7.生热nANSYS热分析可分为三个步骤：1.前处理：建模2.求解： 施加载荷计算3.后处理：查看结果第22章ANSYS声学分析n声场流体理论基础     在声场的流固耦合问题中，要把结构的动力方程与流体斯托克斯方程中的动量方程和连续性方程综合考虑。

声学基本方程是流体方程在把空气作为特殊流体条件下的简化通过理想流体介质的以下假设： 1、流体是可压缩的，密度随压力变化而变化； 2、流体是非粘性流体，密度粘性引起的能量损耗； 3、流体中没有不规则流动； 4、流体是均质的，各点平均密度和声压相同 第23章ANSYS电磁场分析n电磁场有限元分析简介  ANSYS磁场分析的有限元公式由磁场的Maxwell方程组导出，通过将标量势或矢量势等引入Maxwell方程组中并考虑其电磁性质关系，开发出适合于有限元分析的方程组n ANSYS软件的电场分析功能可用于研究电场三个方面的问题:电流传导、静电分析和电路分析感兴趣的典型物理量包括电流密度、电场强度、电势分布、电通量密度、传导产生的焦耳热、贮能、力、电容、电流以及电势降等等n使用通用ANSYS软件进行电磁场有限元分析的主要优点之一是耦合场分析功能磁场分析的耦合场载荷可被自动耦合到结构上、流体及热单元上此外在对电路耦合器件的电磁场分析时，电路可被直接耦合到导体或电源上，同时也可计及运动的影响nANSYS软件在电磁场分析中计算的量主要有：1.磁通密度2.能量损耗3.磁场强度4.磁漏5.磁力及磁矩6.S-参数7.阻抗8.品质因子Q9.电感10.回波损耗11.涡流12.本征频率nANSYS软件中电磁场分析的类型：n2D静态磁场分析：分析直流电（DC）或永久性磁体所产生的磁场，用矢势法n2D谐波磁场分析：分析低频交流电流（AC）或交流电压所产生的磁场，用矢势法n2D瞬态磁场分析：分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用矢势法n3D静态磁场分析：分析直流电或永久性磁体所产生的磁场，用基于单元边的方法或标势法n3D谐波磁场分析：分析低频交流电所产生的磁场，用基于单元边的方法，这种方法适用于大部分谐波磁场分析n3D瞬态磁场分析：分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用基于单元边的方法，这种方法适用于大部分瞬态磁场分析n3D静态磁场分析：基于节点，用矢势法n3D谐波磁场分析：基于节点，用矢势法n3D瞬态磁场分析：基于节点，用矢势法n电磁场分析中的基本概念:1.自由度2.标势法3.矢势法（MYP）4.基于单元边分析5.高频电磁分析6.电磁场单元概述n电磁场的分析步骤      与其他有限元分析类似，ANSYS软件的电磁场分析主要由以下五个步骤组成：1.创建物理环境2.建立模型、划分网格。

赋予特性3.施加边界条件和载荷（激磁）4.求解5.后处理，查看计算结果用户可查看磁力线、磁力或力矩、线圈电阻或电感等，可以列表显示、图形矢量显示或等值线显示、沿路径显示和单元数据计算等第24章 ANSYS-Workbench仿真技术平台24.1 ANSYS—Workbench简介24.2 DesignModeler模块功能 24.3 Simulation模块功能 第24章 ANSYS-Workbench仿真技术平台24.1 ANSYS—Workbench简介ANSYS Workbench 是用ANSYS求解实际问题的新一代产品，它给ANSYS的求解提供了强大的功能这种环境为CAD系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的CAE 结果ANSYS Workbench 由四个模块组成:DS是用ANSYS的求解器，做结构或热分析DM用来建立CAD几何模型，为分析作准备DX和DXVT用于研究变量的输入（如几何、载荷）对响应（如应力、频率）的影响– FE Modeler用来把Nastran的网格转化到ANSYS中使用第24章 ANSYS-Workbench仿真技术平台24.2 DesignModeler模块功能 DesignModeler是ANSYSWorkbench的一个模块.。

以模型分析为目标，类似主流CAD建模方法的建模工具：模拟时完成独特的几何修改能力:点的粘结；表面分割； 面模型抽取；梁模型包含参数建模功能：通过尺寸驱动和约束来建立2D草图DesignModeler与Design Simulation和ANSYS Workbench实现无缝连接 第24章 ANSYS-Workbench仿真技术平台24.3 Simulation模块功能   在DesignModeler中完成模型建立后，可以把模型直接转换到Simulation中做仿真模拟分析Simulation模块是一个功能强大的分析计算模块，可以做多种分析类型。