Ansys10.0 复合材料操作知识(一)

以前搜集的一些资料,并非我原创但是没找到出处,很多年以前的资料,可能版本比较古老,仅给大家做个参考。


在这一章中,读者将会对Ansys10.0的界面、各个功能模块的作用、Ansys在进行结构分析所采用的一般流程和Ansys在求解过程中产生的具有不同扩展名的文件,共四个方面有全面的了解。在这章的学习过程中读者不必深究每个细节,只需要知道Ansys中都有哪些功能,这些功能在哪里可以找到即可,在后面的章节将详细讲述这些功能的使用。

1、Ansys10.0 图形用户界面

推荐启动路径:【开始】|【所有程序】|【Ansys】,启动后的界面如图1所示。

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应用菜单(Utility Menu):包含文件管理、选择、列表显示、单项显示、显示控制、参数设置、宏设置以及帮助查询等功能;

主菜单(Main Menu):该菜单下包含了有限元分析所有的模块,分为前处理、求解、后处理、优化设计等Ansys主要功能,是操作最频繁的区域;

命令流输入窗口:该窗口为Ansys命令的输入区域,在输入命令的同时,会显示相应的提示,点击右边的倒三角可以浏览之前已经输入的命令;

图形窗口:该窗口用于显示几何模型以及处理的结果,比如云图显示变形、应力、应变等;

快捷按钮:为用户提供快捷的图形显示提供辅助,包括快速调整视角、左右上下移动显示模型、放大缩小模型等。小技巧:用Ctrl键+鼠标左中右建组合也能实现这些快捷操作。

2、Ansys各功能模块介绍

Ansys软件的主菜单(Main Menu)中按照一般分析的顺序将各个模块从上到下排列,即,前处理、求解、后处理的顺序。当然在实际求解的过程中没有必要严格按照这一顺序进行,但对于初学者而言,推荐按照这个顺序来进行结构分析,这样有助于在日后进行复杂的有限元分析中仍能保持良好的条理性。下面就各个模块进行分别介绍。

⑴、前处理模块(Preprocessor):在这个模块中用户可以完成定义单元类型(Element Type)、设定单元实常数(Real Constants)、定义材料属性(Material Props)、建立模型(Modeling)、划分网格(Meshing)等操作,如图2所示。正如第一章所述,Ansys在建模方面不擅长,往往需要借助其它CAD建模软件,将建好的模型导入Ansys中,导入的操作为:【Utility Menu】|【File】|【Import…】,选择合适的格式,然后选择要导入的文件即可。

⑵、求解模块(Solution):在这个模块中用户可以指定分析类型(Analysis Type)、定义载荷(Define Loads)、对载荷步进行设置(Load Step Opts)、激活求解(Solve),见图3所示。小提示:点击Unabridged Menu/Abridged Menu可以控制该模块下功能项是以精简模式还是以全部模式显示。

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⑶、一般后处理模块(General Postproc):用于显示(Plot)、查看、输出整个模型在某个子载荷步(Sub Load Step)、或者特定时间或频率下的结果,也可以将计算和分析结果以文件的形式输出(Write Results),见图4所示。操作中需首先读入计算结果(Read Results),例如查看结构分析中某个时刻模型各个位置的变形、应力、应变等信息,图5显示的是某个时刻玻璃钢板在均布压力下的变形云图。

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⑷、时间历程后处理器(TimeHist Postpro):用于分析处理指定某个时间范围内模型指定节点上某个结果(比如应力、应变等)随时间或频率变化的情况,对应的菜单项如图6所示。对比两种后处理器可以发现,一般后处理器固定某个时间,查看模型各个节点或单元的结果,时间历程后处理器则是固定某个节点或单元,查看指定物理量随时间的变化情况。

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当然,Main Menu中还有其他一些模块,但对于复合材料结构分析,主要用到的模块就是这些,当需要有其他特殊处理时,相信到那时大家已经拥有相当丰富的经验了,读者完全可以参考Ansys帮助文档或其他资料作进一步学习。 

3、Ansys结构分析采取的一般步骤

本节介绍Ansys结构分析的典型步骤,实际应用中不一定要严格遵照这些步骤。一般结构分析的流程图如图7所示。

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步骤一:Ansys对每一个有限元分析都默认以’file.ext’的形式创建相关文件,’ext’代表扩展名,而且文件的存放路径默认为【安装盘】/【Documents and Settings 】/【User】。因而,在开始一个新的结构分析前,有必要修改文件的存放路径和文件名,以防止将以前的文件覆盖。指定新的存放路径的操作方法:【File】|【Change Directory…】。更改文件名操作方法:【File】|【Change Jobname…】,此时会弹出对话框,输入新的文件名,注意输入框下面有个’New log and error files ?’,笔者建议勾选这一选项,这样就会创建新的日志文件和错误记录文件,便于将来找出出错原因。

步骤二:选取单元类型(Element Type)并设定单元实常数(Real Constants),定义单元类型:【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Element Type】;设定单元实常数:【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Real Constants】。Ansys中提供的单元类型多达200多种,每种单元都有各自的特点和适用范围,不可随便选择。总的来说所有单元可以分为三大类:杆单元类(一维 BEAM)、平面单元类(二维 PLANE)、体单元类(三维 SOLID),每种单元都有各自的名字,名字由单元类 + 数字编号组成。例如:PLANE42,PLANE表示该单元属于平面类单元,由于平面类单元中还包含其他很多种单元,所以用42来标识此特定单元。实际上每种单元的数字编号都是独一无二的。单元实常数主要用来进一步描述单元特性,比如你选择梁分析单元BEAM23,Real可以定义其梁的面积、惯性矩和截面高度,如果你选择的是应用于复合材料层合板分析的SHELL91单元,Real可以指定铺层数、铺层方向角、每层的厚度等参数。至于单元类型如何选择,这与分析问题的类型和材料特性有关,后面的章节将详细讲解。

步骤三:定义材料属性,菜单路径:【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Material Props】|【Material Models】,弹出Define Material Model Behavior对话框,在对话框左侧窗口选择合适的材料模型。对于复合材料结构分析而言,通常选择Structural里面的材料模型,需要设定的材料参数一般包括弹性模量、剪切模量、泊松比。

步骤四:建立(导入)模型和划分网格。对于形状复杂的模型建议采用专门的建模软件,建立模型菜单路径:【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Modeling】,划分网格菜单路径:【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Meshing】。模型的建立可以采用自下向上的建模方法或者自上向下的建模方法,这里不做详述,有兴趣的读者可以参考相关Ansys建模书籍。模型建好剩下的就是划分网格了,划分网格前需要先对网格尺寸进行设置,然后将步骤二选好的单元类型应用到需要划分网格的模型上,程序就会自动将网格划分好,如果对划分的网格不满意还可以对局部网格进行优化。

步骤五:设定边界条件和加载,菜单路径:【Main Menu】|【Solution 】|【Define Loads】。边界条件的设定主要包括对需要限定位移的节点的位移(DOF) 进行设置,Ansys中认为边界约束也是一种载荷。载荷包括集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷和耦合场载荷。载荷可以施加在实体模型上也可以施加在有限元模型上。当载荷施加在实体模型上,ANSYS求解时会自动将这些荷载转换到相应的节点和单元上,当改变模型的单元网格划分时,在实体模型上所施加的荷载不受影响,相比较而言,这种方法施加载荷更容易些。

步骤六:求解,菜单路径:【Main Menu】|【Solution】|【Solve】。在执行求解之前一般需要先指定求解类型,指定的方法路径【Main Menu】|【Solution】|【Analysis Type】|【New Analysis】,求解类型包括Static、Model、Harmonic、Transient、Spectrum、Eigen Buckling、Substructuring。

步骤七:后处理,【Main Menu】|【General Postproc】。在后处理模块,需要先读入计算的结果,然后就可以查看节点计算结果(Nodal Solution),一般以云图的方式显示应力、应变、位移等信息,还可以将结果以图片的形式保存下来。有时为了更精确地查看信息,需要将结果以文件的形式输出,这时可以采用【Main Menu】|【General Postproc】|【Write Results】的方法输出结果到文件。

3、Anysis有限元分析中产生的文件

Ansys分析过程中可能产生的文件有10种之多,各种扩展名所包含的意义如下:

.db是数据库文件,里面存储着当前模型数据,以及单元属性、材料性质等信息,是Ansys最重要的文件之一;

.dbb是ANSYS自动生成的当前database的备份。比如你已经有一个file.db,当你点击save时,ANSYS先把原来的file.db另命名为file.dbb后,新生成一个file.db。db文件中可以包含部分结果;

.log是日志文件,以追加时记录所有执行过的命令;

.emat是单元矩阵文件,记录有限元单元矩阵数据;

.esav是单元数据存储文件,保存单元求解数据;

.err是出错记录文件,记录所有运行中的警告错误信息;

.rst是结果文件,记录一般结构分析的结果数据;

.rth是结果文件,记录一般热分析的结果数据;

.rmg是结果文件,记录一般磁场分析的结果数据;

.snn是载荷步文件,记录载荷步的载荷信息;

.out是输出文件,记录命令执行情况;


Ansys10.0 复合材料操作知识(一)的图6

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ANSYS复合材料

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建立如图所示轴承座的实体结构(三维模型),并对其进行ANSYS的应力应变分析。已知下方基座的4个圆柱孔(孔径D=0.75mm),支撑小圆柱孔的下表面承受25MPa的重力载荷,支撑台阶面上承受4MPa的推力载荷,材料的弹性模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3。 打开软件,开始 -> ANSYS 17.0 -> Mechanical APDL 17.0。 #1 初始设置 1.1 设置工作路径 Uti
问题分析: (1)进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序------ANSYS ------ANSYS Interactive ------Working directory (设置工作目录) ------Initial jobname(设置工作 文件名): beam3------Run ------ OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu:Preferences--
1,项目概述 LSDYNA重启动技术在实际工程中应用较广,重启动包括简单重启动、小型重启动和完全重启动。其中小型重启动可以接着求解,用于将分析延长至比用户最初指定的时间更长的终止时间或对模型进行细小修改的情况;如删除模型。而如果需要增加模型,就必须用到完全重启动技术,完全重启动有如下特点:可以增加或删除部分模型,允许材料和载荷变化,Jobname 自动变成 Jobname_nn (nn=01, …
接下来我们看一下GUI操作: (1) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences ------ Structural ------OK (2)选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor ------Element Type------Add/Edit/Delete… ------Add… ------Link:3D 180------ OK
1 启动Ansys,选择结构分析类型 2 选择单元类型,设置实常数 选择Preprocessor>>Element type>>Add/Edit/Delete 命令,在弹出的Element Types对话框中单击Add按钮;打开Library of Element Types对话框,选择Shell 63,单击OK按钮确认;返回Element Types对话框,单击Close按钮退出。 选择Prep
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