ANSYS 各种类型分析方法与步骤
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].
得到三维应力图：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axi-Symmetric.
！轴对称问题有限元可以采用三维空间单元模型求解。 –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
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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I.J.K.Lnodes的厚度。
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。Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Freq and Substps在“HARFRQ”输入“0”、“100”，在“NSUBST”输入“100”，在“KBC”选择“Stepped”,OK.
3.结果分析：①模态分析结果：Main Menu>General Postproc>Results Summary给出自振频率值。②谐响应分析结果：Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables,单击add选择“Nodal DOF Data”,OK.弹出对话框，在图形选择分析的结点，OK.弹出对话框，选择方向，OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Store Data,弹出对话框，在“Lab”选择“Merge w/existing”,OK. OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables,
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第二空中填2，OK.
温度场问题有限元（设置）
不同点：
1.分析模块Preference选择“Thermal”.
2.选择单元：选择单元，对称的要在[Options]在“Element behavior”选择“Axisymmetric”。对不同的材料设置不同的材料属性， 〉 〉 设置材料的热导率。
3.定义材料：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh
Attributes>Defines>Picked Areas,定义材料。
4.施加约束载荷：Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Themal>Convection>On lines对不同的边界，选择对流系数、温度。OK.
非线性问题有限元分析（设置）
不同点：材料属性设置：对于非线性分析，除了常规设计，还需要设置材料的应力应变曲线。例如：采用“Multilinear Elastic”模式，输入一对应变、应力值之后，点[Add Point]，直至数据输入完毕。有大变形的要打开大变形选项（Sloution Controls>Anslysis Options）。不同的载荷步可以加载，可以设置载荷步选项。时间长度不设置为1。
选项：新的分析〔ANTYPE〕 一般情况下会使用New Analysis(新的分析）。
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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。
• 程序选择（NROPT，ANTO）：程序基于你模型中存在的非线性种类选择用这些选项中的一个。在需要时牛顿－拉普森方法将自动激活自适应下降。
修正的（NROPT，MODI）：程序使用修正的牛顿－拉普森方法，在这种方法中正切刚度矩阵在每一子步中都被修正。在一个子步的平衡迭 代期间矩阵不被改变。这个选项不适用于大变形分析。自适应下降是不可用的
• 初始刚度（NROPT，INIT）：程序在每一次平衡迭代中都使用初始刚度矩阵这一选项比完全选项似乎较不易发散，但它经常要求更多次的迭代来得到收敛。它不适用于大变形分析。自适应下降是不可用的。
选项：方程求解器
对于非线性分析，使用前面的求解器（缺省选项）。
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ANSYS实体建模
1.Select>’‘entitys’用于在图形窗口选择实体。
2.对于线面一般合并关键点，之后再add。
3.copy图形时，要注意直角坐标与圆柱坐标。
4.去掉模一块实体可以用divide>delete
5.Extrude可以有面挤出体，就是相当于扫描特征。可以由线挤出面，就是一根线绕轴旋转得到，轴是两点定义。
6. 选择相邻的两个面倒角，divide>delete
7.布尔操作失败：①退化，退化由几何形状或拓扑结构所引起。显示退化：Main Menu>
Preprocessor>Operate>Show Degenaracy ②不连续，不连续是实体图元中尖的转折点，是由具有不同切线的合并线或从IGES输入引起的。避免布尔失败方法:a.尽可能地使用几何体素来生成实体模型.b.如果退化发生在可能相交的曲线上,尽量避免生成包含退化的几何体.c.尽量避免对相切的图元执行布尔运算.d.布尔运算包括两个以上输入图元,将操作分解为一系列的对更少图元的操作.e.如果一系列布尔运算失败,尝试改变操作的次序.f.如果布尔运算失败,会得到一个建议用户放宽默认的1.0×10-4公差值得错误信息.有时简单的改变公差并重新执行布尔运算命令就可以了. Main Menu>Preprocessor>Operate>Setting.重新执行布尔运算后,应将公差变为默认值,可保证后继布尔运算的精度.
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8.有限元模型与实体模型的分离: Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Model Checking>对Model/FEA checking选择detach.
杆系结构问题有限元分析（平面架）
特点：单元类型—Beam—2D elastic3 等；定义实常数—主要截面积。
建模：创建节点—创建单元（Element-Auto Numbered-Thru Nodes）
定义单元表：General Postproc>Element table>define table>add写标贴(注意：力选“by sequence num”、“SMISC”在下面文本框输入SMISC，1。即1节点力。位移选“by sequence num”、“LS”在下面文本框输入LS，1。即1节点位移。)
列表单元表数据：General Postproc>Element table>List elme table
平面问题有限元分析
结构为均匀薄板，作用在板上的所有面力和体力方向军平行于板面，不沿厚度方向变化。
对称性结构可取一半分析，约束对称面上垂直方向的位移。
单元类型（solid 8node 183等）
定义路径显示结果：General Postproc>path operations>define path 7 模态分析（固有频率分析） 模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型。ANSYS模态分析是线性分析，非线性特征被忽略。 步骤： ①建模： 注意：模态分析是线性分析，非线性特征将被忽略；必须定义材料的弹性模量和密度。 ②施加载荷和求解： 指定分析类型，Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择modal。 指定分析选项，Modal. Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法)，确定阶数NO of modes to extract， ，设置模态提取数量MXPAND。定义主自由度，紧缩减法使用。 施加约束, Main Menu>Solution>Define loads>apply>structural>displacement。约束施加的正确与否，对结构模态分析影响十分显著。 求解，Current LS ③扩展模态： 8 如果要在POST1中观察结果，要扩展模态，即将振型写入结果。激活扩展处理及其选项，Main Menu>Solution>Load Step opts>Expansionpass>Single Expand>Expand modes。在“NMODE”中指定要扩展的模态数。 ④查看结果：Results Summary 有预应力模态分析（固有频率分析如弦的横向振动） 有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和振型。除了首先要通过进行静力学分析把预应力施加到结构上外，有预应力模态分析的过程与普通的模态分析基本一致。 ①建模并进行静力学分析 进行静力学分析时，施加载荷后预应力效果选项必须打开。打开预应力效果：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options,“pstres,on”如果该菜单未显示在界面上，拾取菜单Main Menu>Solution>Unabridged Menu。关于集中质量的设置（LUMPM）必须与随后进行的有预应力模态分析一致。静力学分析过程与普通的静力学分析一致。要有求解Solve LS步骤。 ②进行模态分析（除了打开预应力效果选项其他和模态分析一样） 指定分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择modal。 指定分析选项，Modal. Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法)，确定阶数NO of modes to extract， ，设置模态提取数量MXPAND。定义主自由度，紧缩减法使用。打开预应力选项，选择“PSTRES”为 9 “YES”,OK。 施加约束, Main Menu>Solution>Define loads>apply>structural>displacement。约束施加的正确与否，对结构模态分析影响十分显著。 求解，Current LS ③扩展模态： 如果要在POST1中观察结果，要扩展模态，即将振型写入结果。激活扩展处理及其选项，Main Menu>Solution>Load Step opts>Expansionpass>Single Expand>Expand modes。 在“NMODE”中指定要扩展的模态数。 ④查看结果：Results Summary 用动画观察一阶模态，读入结果：General Postproc>Read Results〉First Set (观察其余各阶模态Next Set) 。拾取菜单：PlotCtrls>Animate>Mode Shape。OK. 瞬态动力学分析（凸轮从动件） 瞬态动力学分析，又称时间历程分析。主要用于确定结构承受随时间按任意规律变化的载荷时的响应。可以确定结构在静载荷、瞬态载荷、和正弦载荷的任意组合作用下随时间变化的位移、应力和应变。 分析步骤： 10 (1)建模：和静力学一样。必须定义材料的弹性模量和密度。 (2)施加载荷求解 瞬态动力学可以施加随时间变化的载荷。要指定这些载荷，需要把载荷对时间的关系曲线划分成适当的载荷步。在载荷—时间曲线上每一个拐角都应作为一个载荷步。 施加载荷的第一步通常是建立初始条件，即零时刻的初始位移和初始速度。如果没有设置，两者将被置0。然后，指定后继的载荷步和载荷步选项。即指定每一个载荷步的时间值、载荷值、是跃阶载荷还是坡度载荷及其他载荷步选项。并将每一个载荷步写入文件并一次求解所有载荷步。 具体分析： 1.施加约束（包含）以前步骤和静力学一致。 2.指定分析类型：拾取菜单Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择“type of Analysis”为“Transient”。 3.确定数据库和结果文件中包含的内容：拾取菜单Main Menu>Solution>Load Step opts>Output Ctrls>DB/Results File。选择列表框“Item”为“All Items”,选中“Every substep”。 4.施加载荷：拾取菜单Main Menu>Solution>Define loads>apply>structural> Force/Moment>On Keypoints。弹出拾取框，拾取关键点（模型顶面的中心）。选择 11 “Lab”为“FY”，在“VALUE”文本框中输入-1000。（可以施加不同载荷） （1）确定第一个载荷步时间和时间步长 拾取菜单：Main Menu>Solution>Load Step opts>Time/requenc>Time>Time Step。在“TIME”文本框输入10,在“DELTIM Time Step size”文本框输入0.5，选择“KBC”为“Ramped斜度载荷”stepped阶跃载荷即突变载荷(stepped时写入载荷步名称与前移载荷步一个名称)，选择“AUTOTS”为“ON”,在“DELTIM Minimum Time Step size”文本框输入0.2，在“DELTIM Maximum Time Step size” 文本框输入1。 ①. 施加第一个载荷步的位移载荷（或其它载荷） 拾取菜单Main Menu>Solution>Define loads>apply>structural>displacement>On Keypoints。拾取关键点（模型顶点）。在列表中选“UY”，在“VALUE”文本框中输入0.02。 ②写第一个载荷步文件 拾取菜单Main Menu>Solution>Load Step opts>>write LS File。在“LSNUM”文本框输入1。 （2）确定下一步载荷步时间和时间步长 和以上相同，注意在“TIME”文本框输入值,有连续性。在“LSNUM”文本框输入2,有连续性。好读取。 12 5.求解: Main Menu>Solution>Solution>Solve>From LS File 在“LSMIN”文本框中输入1，在“LSMAX”文本框输入4。“LSMAX”为载荷步数。 6. 定义变量：拾取菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。单击“add”,选择“Type of Variable”为“Nodal DOF Result”拾取位于模型尖点出的节点。在“Name ”中输入UY,在右边选择“UY”定义变量2，他表示从动件位移S。 7. 对变量进行数学操作: 把变量2对时间t微分，得到从动件的速度v,把速度v对时间t微分，得到从动件加速度a。拾取菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Math Operations>Derivative。在“IR”中输入3，在“IY”中输入2，在“IX”中输入1。“Apply”。在“IR”中输入4，在“IY”中输入3，在“IX”中输入1。 1. 用曲线图显示: 拾取菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables。在“NVAR1”中输入2，在“NVAR2”中输入3。2.3代表输出什么曲线。 2. 修改输出图坐标轴内容：PlotCtrls>style>graphs>modify axes 接触分析 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； 判断模型在变形时那些地方发生接触。接触区可以任意定义，我们尽量定义更小的局部化的接触区域。不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义。当一个接触面的同一区域可能与多个目标面产生接触关系，应该定义多个接触对，每个接触对有不 13 同的实常数。 3. 指定接触面和目标面； 接触单元被限制不得穿透目标面，目标单元可以穿透接触面。对于刚体柔体接触，目标面总是刚体表面，而接触面柔体表面。对于柔体-柔体接触，选择哪个面作为接触面或目标面可能引起穿透量的不同，从而影响求解结果。 4. 定义目标面；目标面可以是2D或3D的刚体或柔体的面，对于柔体目标面，一般应用ESURF命令来沿现有网格的边界生成目标单元。也可以按相同的方法生成柔体接触面。用户不应当应用下列刚性目标面作为柔体接触面：ARC,CARC,CIRC,CYL1,CONE,SPHE,PILO。在2D刚性目标面可以用TARGE169单元来表示。在3D情况下，可以用TARGE170单元来表示。 5. 定义接触面； 6. 设置单元关键选项和实常数； 在生成目标单元之前，首先必须定义单元类型（2D的TARGE169单元，或3D的TARGE170单元）对于TARGE169， TARGE170仅需设置实常数R1,R2。注意：只有在使用直接生成法建立目标单元时，才需要指定实常数R1,R2。 7. 定义/控制刚性目标面的运动（仅适用于刚体-柔体接触） 8. 施加必要的边界条件； 9. 定义求解选项和载荷步； 10. 求解接触问题； 14 11. 察看结果。 接触问题分两类：刚体-柔体接触，柔体-柔体的接触。ANSYS支持三种接触方式：点-点，点-面，面-面接触。 ANSYS点对点接触单元功能 接触单元 CONTAC12 CONTAC52 CONTAC178 点对点接触 是 是 是 2D 是 是 3D 是 是 滑动 小 小 小 圆柱间隙 是 是 纯拉格朗日乘子 是 增强的拉格朗日乘子 是 接触刚度 用户定义 用户定义 半自动 自动网格划分工具 EINIF EINIF EINIF 低阶 是 是 是 钢对柔 是 是 是 柔对柔 是 是 是 ANSYS点对面接触单元功能 接触单元 CONTAC26 CONTAC48 CONTAC49 CONTAC175 点对面接触 是 是 是 是 面对面接触 是 是 是 2D 是 是 是 3D 是 是 是 滑动 大 大 大 大 增强的拉格朗日乘子 是 是 是 内部多点约束（MPC） 是 接触刚度 用户定义 用户定义 用户定义 半自动15 16 自动网格划分工具 NONE GCGEN GCGEN ESURF 低阶 是 是 是 是 高阶 是 使（2D） 钢对柔 是 是 是 是 柔对柔 是 是 热接触 是 是 磁接触 是 ANSYS面对面接触单元功能 接触单元 CONTA171，172 TARGET169 CONTA173,174 TARGET170 面对面接触 是 是 2D 是 3D 是 滑动 大 大 17 面对面接触单元 面对面接触单元 增强的拉格朗日乘子 是 是 内部多点约束（MPC） 是 是 接触刚度 半自动自动网格划分工具 ESURF ESURF 低阶 是 是 高阶 是 是 钢对柔 是 是 柔对柔 是 是 热接触 是 是 磁接触 是 是 电接触 是 是 疲劳分析 半自动 18 导致疲劳破坏的主要因素：⑴载荷的循环次数⑵每一个循环的应力幅⑶每一个循环的平均应力⑷存在局部应力集中现象。 基本术语： 位置（locatiom）：在模型上储存疲劳应力的节点。这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。 事件（event）:是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态。 载荷（loading）:是事件的一部分，是其中的一个应力状态。 应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。程序不考虑应力平均值对结果的影响。 疲劳计算： 完成应力计算后，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： ⑴进入后处理POST1，恢复数据库；→ a.进入Main Menu>General Postproc； b.把数据库文件（aaa.DB）读入到内存中。结果文件（aaa.RST）必须已经存在并将其读入到内存。File>Resume from 19 ⑵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； a.定义位置、事件和载荷的最大数目：默认疲劳计算最多包括5个节点位置，10个事件，每个事件中3个载荷。可通过下列设置。General Postproc>Fatigue>Size Settings b.定义材料的疲劳性质：为了计算各种耗用系数，以及为了包含简化弹塑性效应，必须定义材料的疲劳性质。S-N曲线。应力幅[（Smax-Smin）/2]—疲劳循环次数的关系曲线。General Postproc>Fatigue>S-N Table Sm-T曲线。设计应力强度值—温度曲线。如果考虑应力范围是否进入塑性，就必须定义该曲线。General Postproc>Fatigue>Sm_T Table 弹塑性材料参数M和N（应力强化指数）。只在需要使用简化的弹塑性准则时，才输入M N。General Postproc>Fatigue>Elas-plas Par c.定义应力位置和应力集中系数。用下列命令：General Postproc>Fatigue>Stress Locations 注意: 不是所有的疲劳分析都需要使用该命令.如果使用FS,FSNODE或FSSECT等命令，则疲劳节点位置是自动定义的。 ⑶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；→ 存储应力：为了进行疲劳计算，程序必须知道每一个位置上不同事件和载荷时的应力，以及每一个事件的循环次数。可采用下列选项来存储每一个位置、事件和载荷组合情况下的应力。 A.人工储存应力：在这种情况下，实际并没有将POST1的疲劳模块作为后处理，而是仅仅作为疲劳计算器使用。线单元（如梁单元）的应力必须人工输入，因为疲劳模块不能如 20 体元或壳元那样从结果文件中读取数据。命令FS General Postproc>Fatigue>Store Stresses-Specified Val. B.从结果文件中提取应力：该方法把包括6个分量的节点应力向量直接储存在结果的数据库内。随后可以用FS命令修改存入的应力分量。命令FSNODE General Postproc>Fatigue>Store StressesFrom rst File C.横截面应力：本选项计算和存储截面路径端点的线性化应力。命令FSSECT General Postproc>Fatigue>Store Stresses-At Cross Sect 列表、显示或删除储存的应力： a.列出每一个位置、每一个事件、每一个载荷或每一种应力状态下的储存应力。命令FSLIST General Postproc>Fatigue>Store Stresses-List Stresses b.对某一位置和事件，以载荷号的函数来显示应力项。命令FSPLOT General Postproc>Fatigue>Store Stresses-Plot Stresses c.删除储存在某一位置、事件和载荷下的应力状态。命令FSDELE General Postproc>Fatigue>Store Stresses-Dele Stresses d.删除某一位置上的所有应力。命令FL General Postproc>Fatigue> Stress Locations e.删除在某一事件中各种载荷下的所有应力。命令FE General Postproc>Fatigue> Erase Event Data 21 设定事件重复次数和比例系数 本选项确定时间重复次数，也可以对该事件中构成载荷的所有应力施加比例系数。General Postproc>Fatigue>Assign Events ⑷激活疲劳计算；命令FTCALC General Postproc>Fatigue> Calculate Fatig ⑸察看结果。 可以打开文件察看结果：List>File>Other>Jobname.OUT 优化设计 优化设计的步骤： ⑴创建循环中使用的分析文件。这个文件应表示一个完整地分析过程，而且必须满足以下条件：参数化建立模型；求解；提取并指定状态变量和目标变量。 将ANSYS的LOG文件写出来Jobname.LGW（File>Write DB log file选择Write essential commands only）。应包括：参数化建模；求解；参数化提取结果（这些参数一般为状态变量和目标函数。Parameters>Get Scalar Data提取）。 ⑵定义参数，在ANSYS数据库里定义与分析文件中变量相对应的参数。这一步是标准的做法，但不是必需的（BEGIN或OPT）。 ⑶进入OPT并指定分析文件。Design Opt>Analysis File>Assign 打开Jobname.lgw文件。 22 ⑷声明优化变量。 定义优化设计变量：Design Opt>Design Variables(最小值、最大值、公差)；定义状态变量：Design Opt>State Variables；指定目标函数：Design Opt>Objective存储优化数据库：Design Opt>Opt Database>Save( xxx.OPT)。 ⑸选择优化工具或优化方法。 优化方法一般用：一阶分析法（First-Order）、最优梯度法（Gradient） 优化工具有：单步运行法（Single Run）、随即搜索法（Random Design）、乘子评估法（Factorial）、扫描法（DV Sweep）、子问题近似法（Sub-Problem）。 ⑹指定优化循环控制方式。 Design Opt>Method/Tool ⑺执行优化分析。 ⑻查看设计序列结果和后处理 Design Opt>Design Sets>List 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容