July 30, 1999             硕士研究生学位课程讲义（2008） 通用有限元程序ANSYS及应用 (一) 1.有限元法理论及结构分析通用软件简介 1.1 结构分析有限元法基础     结构分析的基本目的：     ■  结构的变形状态     ■  结构内部的受力（应力）状态     基本求解方法：     ■  精确方法     ■  近似方法 1.1 结构分析有限元法基础（续） 有限元法产生的历史： ■ 1943，数学家 Courant 用三角域内分片连续函数    结合最小势能原理解St. Venant扭转问题 ■ 1960，力学家Clough等首次提出 Finite Element    概念，并正确求解了平面弹性问题 ■ 1960以后，对经典的里兹(Ritz)法、伽辽金法    (Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权    余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定    律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法 1.1 结构分析有限元法基础（续） 结构分析有限元法典型步骤 ■ 根据问题的物理特性确定基本的未知变量、解题类别； ■ 在累计系统总能量时，将问题的求解区域分割成便于计    算的子区域 — 划分单元； ■ 在子区域中假设基本物理场的分布形式，使计算求解成    为可能 — 选择单元类型（即位移模式）； ■ 计算每个子区域的能量 — 形成单元刚度矩阵； ■ 累计系统的总能量 — 组装总刚度矩阵； ■ 施加边界约束和外载荷 — 建立离散体系的代数方程； ■ 求解代数方程 — 得到基本未知变量（位移）数值结果； ■ 由节点位移解求单元内的应变、应力； 1.2 常见的结构分析通用有限元程序  ■ 1990前，SAP4、5（线性），ADINA（非线性分析）； ■ 目前，MSC/NASTRAN 系列（PATRAN、DYTRAN等）          — 基于美国 NASA 计划；    ABAQUS — 据称具有最强大的非线性求解功能；    MARC  — 据称最适于求解耦合场问题（热力耦合），                            已被 MSC 公司收购；    ADINA — for Windows 版 1.3 ANSYS 程序的发展及功能简介 ■ 第一个通过 ISO9001 质量体系认证的分析设类软件； ■  首个在我国压力容器标准化技术委员会认证的分析软件； 程序分析功能： ■ 结构分析 ■ 热分析 ■ 高度非线性瞬态动力分析（LS－DYNAN） ■ 流体静力学和动力学分析（FLOTRAN） ■ 电磁场分析 ■ 声学分析 ■ 压电分析 ■ 多场耦合分析 ■ 设计灵敏度及优化分析 2. 图形用户界面（GUI）简介 ANSYS 8.0 图形用户界面的八个分区 ■ Utility Menu — 通用菜单 ■ 快捷工具栏 ■ 显示隐藏对话框 ■ Main Menu — 主菜单 ■ Tool Bar — 工具条 ■ Input Window — 输入窗口 ■ Graphics Window — 图形窗口 ■ 状态栏 其中，1、4、6是最常用的。通常，主菜单是需要顺序操作的；而通用菜单则为非顺序操作，即：可以在任意时刻、任意状态下实施其中的某些命令。 另有一输出窗口 — Output Window 隐于图形用户界面背后 启动 ANSYS 后出现以下窗口 主菜单交互操作 主菜单交互操作 (续) 应用菜单交互操作（之三）  ANSYS 的帮助系统(续) 输入窗口交互操作 2. ANSYS图形用户界面（GUI）简介 2.1 通用菜单 2.1 通用菜单（续） 2. ANSYS图形用户界面（GUI）简介 2.5 主菜单 2.5 主菜单 max.book118.com 优选项 max.book118.com 预处理器 max.book118.com 求解器 max.book118.com 通用后处理器  max.book118.com 时间历程后处理器  3. 直接生成法建模过程（示例） 用来观察某点结果随时间或频率的变化，包含图形显示、列表、微积分操作、响应频谱等功能。一个典型的应用是在瞬态分析中绘制结果项与时间的关系，或者在非线性结构分析中画出力与变形的关系  ■ 所有的操作都是基于变量的，此时，变量代表了与时间（频率）    相对应的结果项数据。 ■ 每个变量都被赋予一个参考号，该参考号大于等于2，参考号1赋    给了时间（或频率）。 ■ 显示、列表或者数学运算都是通过变量参考号进行的   3. 直接生成法建模过程   3.1 方案规划   3.2 创建属性列表   3.3 定义节点及单元  3.1 方案规划  ■ 建立有限元计算模型的实质就是选定被研究对象的某些    特定点（节点）作为计算结果的考察点，用某种有限元    单元体表征被研究对象的受力与变形。 ■ 方案规划就是根据被研究对象的受力与变形特点，确定    用哪种有限元单元体来替代实际研究对象，并确定合适    的单元数量以保证计算结果具有足够的精准度。  3.2 创建属性列表 ■ 由于实际工程问题计算模型的建立过程中，可能会涉及多    种材料、多种截面尺寸，也可能需要选用多种单元体，为    了建模过程中的清楚、方便起见，事先将实际构件与有限    元单元类型、材料类别、截面参数之间的对应关系建立一    个数据表——属性列表  3.3 定义节点及单元 ■ 建立有限元计算模型的过程就是根据方案规划、对照属性    列表生成节点、单元的过程  谢谢各位！ 1. 有限元法理论及结构分析通用程序简介   1.1 结构分析有限元法基础   1.2 常见的结构分析通用有限元程序   1.3 ANSYS 软件的发展及功能简介  2. ANSYS 图形用户界面简介   2.1 通用菜单   2.2 主菜单   2.3 工具条   2.4 输入窗口   2.5 图形窗口   2.6 输出窗口   2.7 快捷工具栏   2.8 状态栏 3. 直接生成法建模过程   3.1 方案规划   3.2 创建属性列表   3.3 定义节点及单元 4. 实体建模的基本过程示例  4.1 问题概述  4.2 定义材料、几何参数和单元类型  4.3 创建几何模型  4.4 划分网格  4.5 加载与求解  4.6 查看结果  4.7 命令流输入 5. 实体建模的基本GUI操作   5.1 坐标系和工作平面的设定   5.2 图元及基本图元的生成   5.3 图元的修改   5.4 实体建模的基本途径   5.5 布尔运算   5.6 实体建模练习 6. 网格划分   6.1 分网要点   6.2 模型修改 7. 基本的加载及求解过程   7.1 荷载概述   7.2 荷载施加及修改   7.3 荷载步及时间选项   7.4 求解器选择   7.5 多步求解及重启动 8. 数据后处理   8.1 创建列表及计算结果的列表输出   8.2 计算结果的图形显示   8.3 时间历程的图形显示   8.4 组合工况的结果输出   8.5 动画显示 9. 结构分析常用单元性能简介   9.1 空间杆单元   9.2 空间梁单元   9.3 平面单元   9.4 板壳单元   9.5 实体单元   9.6 钢筋混凝土单元  10. ANSYS 动力分

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