ANSYS入门教程，开始使用ANSYS

1.1完成典型的ANSYS分析

ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。在ANSYS分析指南手册中有关于它开展不同工程应用领域分析的具体过程。本章下面几节中描述了对绝大多数分析皆适用的一般步骤。

一个典型的ANSYS分析过程可分为三个步骤：

·建立模型

·加载并求解

·查看分析结果

1.2建立模型

与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费ANSYS用户更多时间。首先必须指定作业名和分析标题，然后使用PREP7前处理器定义单元类型、单元实常数、材料特性和几何模型。

1.2.1指定作业名和分析标题

该项工作不是强制要求的，但ANSYS推荐使用作业名和分析标题。

1.2.1.1定义作业名

作业名是用来识别ANSYS作业。当为某项分析定义了作业名，作业名就成为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。（这些文件的扩展名是文件类型的标识，如 .DB）通过为每一次分析给定作业名，可确保文件不被覆盖。如果没有指定作业名，所有文件的文件名均为FILE或file（取决于所使用的操作系统）。可按下面方法改变作业名。

·进入ANSYS程序时通过入口选项修改作业名。可通过启动器或ANSYS执行命令。详见ANSYS操作指南。

·进入ANSYS程序后，可通过如下方法实现：

命令行方式：/FILENAME

菜单方式：Utility Menu>File>Change Jobname

/FILENAME命令仅在Begin level（开始级)才有效，即使在入口选项中给定了作业名， ANSYS仍允许改变作业名。然而该作业名仅适用于使用/FILNAME后打开的文件。使用/FILNAME命令前打开的文件，如记录文件Jobname.LOG、出错文件Jobname.ERR等仍然是原来的作业名。

1.2.1.2定义分析标题

/TITLE命令 (Utility Menu>File>Change Title)可用来定义分析标题。ANSYS系统将在所有的图形显示、所有的求解输出中包含该标题。可使用//STITLE命令加副标题，副标题将出现在输出结果里，而在图形中不显示。

1.2.1.3定义单位

ANSYS软件没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用任意一种单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位（对所有输入数据单位必须一致）。

对尺寸按照微米规则的微电子力学系统（MEMS），参见ANSYS藕合场分析指南中的单位制的转换规则。

使用/UNITS命令，可在ANSYS数据库中设置标记指定正在使用的单位制，该命令不能将一个单位制的数据转换到另一单位制，它仅仅为后续的分析作一个记录。

1.2.2定义单元的类型

在ANSYS单元库中有超过150种的不同单元类型，每个单元类型有一个特定的编号和一个标识单元类别的前缀，如BEAM4, PLANE77, SOLID96等，下面一些单元类型可用：

单元类型决定了单元的：

·自由度数（又代表了分析领域—结构、热、磁场、电场、四边形、六面体等）

·单元位于二维空间还是三维空间

如BEAM4有6个结构自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)，是一个线性单元，可在3D空间建模。PLANE77有一个温度自由度（TEMP），是8节点的四边形单元，只能在2D空间建模。

必须在通用前处理器PREP7内定义单元类型，使用ET命令族(ET, ETCHG等)或基于GUI的等效命令来实现。详见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。通过单元名并给定一个单元参考号定义单元。例如，下面的两个命令分别定义了两种单元类型：BEAM4和SHELL63，并给它们分配了相应的参考号1和2：

ET,1,BEAM4

ET,2,SHELL63

与单元名对应的类型参考号表称为单元类型表。在定义实际单元时，可通过TYPE（Main Menu>Preprocessor> Create>Elements>Elem Attributes）命令指向恰当的类型参考号。

许多单元类型有称为KEYOPTs的另外选项，称之为KEYOPT（1），KEYOPT（2）等。例如对于BEAM4的KEYOPT(9)允许选择在每个单元的中间位置处计算结果。对于SHELL63的KEYOPT(3)允许抑制过度的位移变形。可通过ET命令、KEYOPT命令（Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete) 指定KEYOPTs。

1.2.3定义单元实常数

单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例如2D梁单元BEAM3的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切变形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和附加的单位长度质量（ADDMAS）。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元可以有不同的实常数值。

可通过R族命令（R, RMODIF等）或相应的等效菜单路径来指定实常数，进一步信息见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。对应于单元类型，每组实常数有一个参考号，与实常数组对应的参考号表称为实常数表。在定义单元时可通过REAL命令(Main Menu> Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes)来指定它对应的实常数号。

在定义实常数时，必须牢记以下规则：

·当使用R族命令时，必须按照ANSYS Elements Reference（ANSYS单元参考手册）中表4.n.1所示的顺序为每个单元类型输入实常数。

·当用多种单元类型建模时，每种单元类型使用独自的实常数组（即不同的实常数参考号）。如果多个单元类型参考相同的实常数号，ANSYS会发出一个警告信息，然而每个单元类型可以参考多个实常数组。

·使用RLIST和ELIST命令可以校验输入的实常数。RKEY=1（如下所示）时，RLIST列出所有实常数组的实常数值，ELIST,,,,,1命令产生一个简单易读的列表，包括每个单元、实常数号和它们的值。

·对于一维和面单元需要几何数据（截面积、厚度、直径等），这些数据都被作为常数。可以通过下列命令查看输入值。

Command(s):

/ESHAPEandEPLOT

GUI:

Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape

Utility Menu>Plot>Elements

ANSYS 采用实体单元显示单元，对于Link 和壳单元使用矩形截面显示。管单元使用圆形截面显示。截面特性取决于实常数值。

1.2.3.1创建横截面

如果使用BEAM188或BEAM189创建模型，可以在建模时使用截面命令（SECTYPE, SECDATA等（Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Common Sects））来定义或使用横截面。关于如果使用Beam Tool创建截面请参阅ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide中的梁分析和横截面（《ANSYS高级分析技术指南》）。

1.2.4定义材料特性

绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可以是线性（见线性材料特性）或非线性（见非线性材料特性）。

与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。与材料特性组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能有多个材料特性组（对应的模型中有多种材料）。ANSYS通过独特的参考号来识别每个材料特性组。

当定义单元时，可以通过MAT命令来指定合适的材料参考号。

1.2.4.1线性材料特性

线性材料特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异性的，用下列方式定义常数材料特性（各向同性或正交异性）

Command(s):

MP

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Material Props > Material Models

（详见GUI中的材料模型界面）

同样要指定恰当的材料特性标号，如EX, EY, EZ 表示弹性模量，KXX, KYY, KZZ表示热传导性等。对各向同性材料，只要定义X方向的特性，其它方向的特性缺省值与X方向同，如：

MP,EX,1,2E11! 材料参考号1的弹性模量为2E11

MP,DENS,1,7800! 材料参考号1的密度为 7800

MP,KXX,1,43! 材料参考号1的热传导系数为 43

除了Y方向和Z方向特性的缺省值（缺省值取X方向的特性），可采用其它的材料特性缺省值来减少输入量。如泊松比（NUXY）缺省值取0.3，剪切模量（GXY）的缺省值取EX/2(1+NUXY))，发散率缺省值取1.0。详见ANSYS单元参考手册。

同样可通过GUI从材料库中选择常数，各向同性，线性材料特性。对10种材料的四种单位制有弹性模量、密度、热膨胀系数、泊松比、热传导系数及特定的热供选择。

注意：

材料库中的特性值是为了方便而提供的，这些数值是材料的典型值，供用户进行基本分析及一般应用场合，用户必须自己对输入数据负责。

要定义温度相关的材料特性，可使用MP命令并结合MPTEMP或MPTGEN，同样可使用MPTEMP和MPDATA命令。MP命令允许定义以多项式的形式定义温度函数的材料特性，多项式可以是线性、二次的、立方形式的或四次的。

特性 = C0 + C1T + C2T2 + C3T3 + C4T4

Cn为系数、T为温度。可通过MP命令的变元C0、C1、C2、C3、C4输入系数，如果仅指定C0，则材料特征为常量。如果指定C0和C1，则材料特征随温度线性变化；等等。当按上述方法定义温度相关的特性时，程序用点间线性插值方法（即：分段线性表达式）计算离散温度点的多项式值，而在端点外则使用等值外插值方法。在MP命令之前，必须使用MPTEMP或MPTGEN命令为二次或更高次特性定义合适的温度步长。

第二种定义温度相关的材料特性的方法是：运用MPTEMP和MPDATA命令组合。MPTEMP (或MPTGEN)命令定义一系列温度。通过MPDATA命令定义相应的材料特性值。例如；下列命令定义材料号4与温度有关的焓：

MPTEMP,1,1600,1800,2000,2325,2326,2335 ! 6个温度数据点(temps 1-6)

MPTEMP,7,2345,2355,2365,2374,2375,3000 ! 6个以上的温度数据点(temps 7-12)

MPDATA,ENTH,4,1,53.81,61.23,68.83,81.51,81.55,82.31! 对应的焓值MPDATA,ENTH,4,7,84.48,89.53,99.05,112.12,113.00,137.40!

如果特性数据点的数量与温度数据点数不相等，ANSYS程序仅使用定义特性函数表的具有两类数据点的位置。要为下一个材料特性定义一组不同的温度，首先须通过执行MPTEMP命令（不带任何变元）删除当前的温度表，然后定义新的温度（使用MPTEMP或MPTGEN命令）。MPPLOT命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Graph)显示特性与温度的关系图。图1-1表示上例所定义的热函与温度关系曲线。MMPLIST命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>List)列出材料的特性值。

下面是关于温度相关材料特性的一些注意事项：

· 要修改已存在曲线的特性数据点，只需发出带有相应位置号的MPDATA命令，重新定义所需的数据点。例如，要将上面热焓与温度关系曲线中位置为6的ENTH值从82.31改为83.09，使用的命令为: MPDATA,ENTH,4,6,83.09

· 要修改已存在曲线的温度数据点，需要两个命令：带有相应位置号的MPTEMP命令，指定新温度值；而MPDRES命令(Main Menu>Preprocessor> Material Props>Modify Temps)则将新的温度表与材料特性相关联。如，要将上面热函与温度关系曲线中位置为7的温度从2345改为2340，使用的命令为:

MPTEMP,7,2340! 修改位置7，其他位置不变

MPDRES,ENTH,4! 使材料4的ENTH与新的温度值相关联

使用MPDRES命令的原因是：无论何时定义一个温度相关的特性，温度与特性数据对就被立即存入数据库中。修改温度数据点仅仅影响随后定义的材料特性，而不影响已存储的特性。MPDRES命令强制对已存储的特性进行修改。MPDRES命令的另外两个用途是可以修改已存储特性并将它存储在一个新标识或新材料的参考号下。

MPTRES命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Restore Temps)允许用先前已定义在数据库中的材料特性替换当前的温度表。然后能使用先前的温度数据点定义其他特性。

对于与时间相关的热膨胀系数（ALPX，ALPY，ALPZ），如果定义它们的基准温度（定义温度）与参考温度（热应变为0的温度，是通过MP,REFT或TREF命令定义的）不同，那么，使用MPAMOD命令该数据转换为参考温度。对与该命令等价的GUI路径，参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

ANSYS程序在求解中形成单元矩阵时，考虑温度相关的材料特性。程序首先计算每个单元中心（或每个温度单元的集中点）的温度，通过特性-温度表进行线性插值确定相应的材料特性值。有关ANSYS如何对温度相关材料进行估指，见“线性材料特性”小节。

可以将线性材料特性（不论是温度相关的特性还是常数）存储到一文件或从文本文件调用它们。（关于材料库文件的讨论，参见“使用材料库文件”小节），也可用CDWRITE,MAT将线性或非线性材料特性写入文件。

注意：

如果在任何ANSYS衍生产品(ANSYS/Emag, ANSYS/Thermal, 等.)中使用CDWRITE命令时，必须编辑CDWRITE命令创建的Jobname.CDB文件，去掉衍生产品中不支持的命令。必须在读Jobname.CDB前完成此工作。