【正文】 ANSYS教程 第一章 ANSYS主要功能與模塊 ANSYS是世界上著名的大型通用有限元計(jì)算軟件 ，它包括熱 、 電 、 磁 、 流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊 ， 具有強(qiáng)大的求解器和前 、 后處理功能 ， 為我們解決復(fù)雜 、 龐大的工程項(xiàng)目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個(gè)優(yōu)良的工作環(huán)境 ， 更使我們從繁瑣 、 單調(diào)的常規(guī)有限元編程中解脫出來 。 ANSYS本身不僅具有較為完善的分析功能 ，同時(shí)也為用戶自己進(jìn)行二次開發(fā)提供了友好的開發(fā)環(huán)境 。 ANSYS程序自身有著較為強(qiáng)大三維建模能力 ， 僅靠ANSYS的 GUI(圖形界面 )就可建立各種復(fù)雜的幾何模型；此外 ， ANSYS還提供較為靈活的圖形接口及數(shù)據(jù)接口 。因而 ， 利用這些功能 ， 可以實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換 。 一、主要功能簡(jiǎn)介 1. 結(jié)構(gòu)分析 1） 靜力分析 用于靜態(tài)載荷 . 可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為 。 ● 線性結(jié)構(gòu)靜力分析 ● 非線性結(jié)構(gòu)靜力分析 ? 幾何非線性：大變形 、 大應(yīng)變 、 應(yīng)力強(qiáng)化 、 旋轉(zhuǎn)軟化 ? 材料非線性：塑性 、 粘彈性 、 粘塑性 、 超彈性 、多線性彈性 、 蠕變 、 腫脹等 ? 接觸非線性：面面 /點(diǎn)面 /點(diǎn)點(diǎn)接觸 、 柔體 /柔體剛體接觸 、 熱接觸 ? 單元非線性：死 /活單元 、 鋼筋混凝土單元 、 非線性阻尼 /彈簧元 、 預(yù)緊力單元等 2） 模態(tài)分析 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形 . 譜分析 是模態(tài)分析的擴(kuò)展 ， 用于計(jì)算由于隨機(jī)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變 (也叫作 響應(yīng)譜或 PSD). 3） 諧響應(yīng)分析 確定線性結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng) . 4） 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng) . 可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為 . 5） 譜分析 6） 隨機(jī)振動(dòng)分析等 7） 特征屈曲分析 用于計(jì)算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀 . (結(jié)合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以實(shí)現(xiàn)非線性屈曲分析 .) 8） 專項(xiàng)分析 : 斷裂分析 , 復(fù)合材料分析 ， 疲勞分析 2. 高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析 （ ANSYS/LSDYNA） ● 全自動(dòng)接觸分析 ， 四十多種接觸類型 ● 任意拉格郎日－歐拉 （ ALE） 分析 ● 多物質(zhì)歐拉 、 單物質(zhì)歐拉 ● 適應(yīng)網(wǎng)格 、 網(wǎng)格重劃分 、 重啟動(dòng) ● 100多種非線性材料模式 ● 多物理場(chǎng)耦合分析：結(jié)構(gòu) 、 熱 、 流體 、 聲學(xué) ● 爆炸模擬 ， 起爆效果及應(yīng)力波的傳播分析 ● 侵徹穿甲仿真 ， 鳥撞及葉片包容性分析 ， 跌落分析 ● 失效分析 ， 裂紋擴(kuò)展分析 ● 剛體運(yùn)動(dòng) 、 剛體－柔體運(yùn)動(dòng)分析 ● 實(shí)時(shí)聲場(chǎng)分析 ● BEM邊界元方法 ， 邊界元 、 有限元耦合分析 ● 光順質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力 （ SPH） 算法 3. 熱分析 ● 穩(wěn)態(tài) 、 瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析 ● 熱傳導(dǎo) 、 熱對(duì)流 、 熱輻射分析 ● 相變分析 ● 材料性質(zhì) 、 邊界條件隨溫度變化 4. 電磁分析 ● 靜磁場(chǎng)分析－計(jì)算直流電 （ DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng) ● 交變磁場(chǎng)分析－ 計(jì)算由于交流電 (AC)產(chǎn)生的磁場(chǎng) ● 瞬態(tài)磁場(chǎng)分析－計(jì)算隨時(shí)間隨機(jī)變化的電流或外界引起的磁場(chǎng) ● 電場(chǎng)分析－用于計(jì)算電阻或電容系統(tǒng)的電場(chǎng) . 典型的物理量有電流密度 、 電荷密度 、 電場(chǎng)及電阻熱等 。 ● 高頻電磁場(chǎng)分析－用于微波及 RF無源組件 ， 波導(dǎo) 、雷達(dá)系統(tǒng) 、 同軸連接器等分析 。 5. 流體動(dòng)力學(xué)分析 ● 定常 /非定常分析 ● 層流 /湍流分析 ● 自由對(duì)流 /強(qiáng)迫對(duì)流 /混合對(duì)流分析 ● 可壓縮流 /不可壓縮流分析 ● 亞音速 /跨音速 /超音速流動(dòng)分析 ● 任意拉格郎日－歐拉分析 （ ALE） ● 多組份流動(dòng)分析 （ 多達(dá) 6組份 ） ● 牛頓流與非牛頓流體分析 ● 內(nèi)流和外流分析 ● 共軛傳熱及熱輻射邊界 ● 分布阻尼和風(fēng)扇模型 ● 移動(dòng)壁面及自由界面分析 6. 聲學(xué)分析 ● 定常分析 ● 模態(tài)分析 ● 動(dòng)力響應(yīng)分析 7. 壓電分析 ● 穩(wěn)態(tài) 、 瞬態(tài)分析 ● 模態(tài)分析 ● 諧響應(yīng)分析 8. 多場(chǎng)耦合分析 ● 熱－結(jié)構(gòu) ● 磁－熱 ● 磁－結(jié)構(gòu) ● 流體－熱 ● 流體－結(jié)構(gòu) ● 熱－電 ● 電－磁－熱－流體－結(jié)構(gòu) 9. 優(yōu)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)靈敏度分析 ● 單一物理場(chǎng)優(yōu)化 ● 耦合場(chǎng)優(yōu)化 ● 參數(shù)設(shè)計(jì)語言 ● 用戶可編程特性 ● 用戶自定義界面語言 ● 外部命令 11. ANSYS土木工程專用包 ANSYS的土木工程專用包 ANSYS/CivilFEM用來研究鋼結(jié)構(gòu) 、 鋼筋混凝土及巖土結(jié)構(gòu)的特性 ， 如房屋建筑 、橋梁 、 大壩 、 硐室與隧道 、 地下建筑物等的受力 、 變形 、 穩(wěn)定性及地震響應(yīng)等情況 ， 從力學(xué)計(jì)算 、 組合分析及規(guī)范驗(yàn)算與設(shè)計(jì)提出了全面的解決方案 ， 為建筑及巖土工程師提供了功能強(qiáng)大且方便易用的分析手段 。 二、主要模塊簡(jiǎn)介 ANSYS/ FLOTRAN? ANSYS/ Emag? ANSYS/ Structural? ANSYS/ Multiphysics ANSYS/ LSDYNA? ANSYS/ Mechanical? ANSYS/ LinearPlus? ANSYS/ Thermal? 1. ANSYS/Mechanical：該模塊提供了范圍廣泛的工程設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化功能 ， 這些功能包括完整的結(jié)構(gòu) 、 熱 、壓電及聲學(xué)分析 。 是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)校驗(yàn)工具 ，可用來確定位移 、 應(yīng)力 、 作用力 、 溫度 、 壓力分布以及其它重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 。 2. ANSYS/Structural：通過利用其先進(jìn)的非線性功能 ，該模塊可進(jìn)行高目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分析 ， 具體包括：幾何非線性 、 材料非線性 、 單元非線性及屈曲分析 。 該模塊可以使用戶精確模擬大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性能 。 3. ANSYS/Linear plus：該模塊是從 ANSYS/Structural派生出來的 ， 一個(gè)線性結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng) ， 可用于線性的靜態(tài) 、 動(dòng)態(tài)及屈曲分析 ， 非線性分析僅包括間隙元和板 /梁大變形分析 。 4. ANSYS/Thermal：該模塊同樣是從 ANSYS/Mechanical中派生出來的 ， 是一個(gè)可單獨(dú)運(yùn)行的熱分析程序 ， 可用于穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)熱分析 。 5. ANSYS/Flotran：該程序是個(gè)靈活的 CFD軟件 ， 可求解各種流體流動(dòng)問題 ， 具體包括：層流 、 紊流 、 可壓縮流及不可壓縮流等 。 通過與 ANSYS/Mechanical耦合 ，ANSYS/FLOTRAN是唯一一個(gè)具有設(shè)計(jì)優(yōu)化能力的CFD軟件 ， 并且能提供復(fù)雜的多物理場(chǎng)功能 。 6. ANSYS/Emag：該程序是一個(gè)獨(dú)立的電磁分析軟件包 ，可模擬電磁場(chǎng) 、 靜電學(xué) 、 電路及電流傳導(dǎo)分析 。 當(dāng)該程序與其它 ANSYS模塊聯(lián)合使用時(shí) ， 則具有了多物理場(chǎng)分析功能 ， 能夠研究流場(chǎng) 、 電磁場(chǎng)及結(jié)構(gòu)力學(xué)間的相互影響 。 7. ANSYS/Preppost：該模塊為用戶在前處理階段提供了強(qiáng)大的功能 ， 使用戶能夠便捷地建立有限元模型 。 其后處理器能夠使用戶檢查所有 ANSYS分析的計(jì)算結(jié)果 。 8. ANSYS/ED：該模塊是一個(gè)功能完整的設(shè)計(jì)模擬程序 ，它擁有 ANSYS隱式產(chǎn)品的全部功能 ， 只是解題規(guī)模受到了限制 （ 目前節(jié)點(diǎn)數(shù) 1000） 。 該軟件可獨(dú)立運(yùn)行 ，是理想的培訓(xùn)教學(xué)軟件 。 9. ANSYS/LSDYNA：該程序是一個(gè)顯示求解軟件 ， 可解決高度非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力問題 。 該程序可模擬板料成形 、 碰撞分析 、 涉及大變形的沖擊 、 非線性材料性能以及多物體接觸分析 ， 它可以加入第一類軟件包中運(yùn)行 ， 也可以單獨(dú)運(yùn)行 。 ： 該 程 序 具 有 所 有 的ANSYS/LSDYNA的前后處理功能 ， 具體包括：實(shí)體建模 、 網(wǎng)格剖分 、 加載 、 邊界條件 、 等值線顯示 、 計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)以及動(dòng)畫 ， 但沒有求解功能 。