【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程的前處理、求解及后處理3個(gè)階段，ANSYS由如下3個(gè)模塊組成。1前處理模塊ANSYS的前處理模塊主要包括參數(shù)定義和建立有限元模型。ANSYS程序在建立有限元模型的過(guò)程中，首先需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的定義，主要包括定義單位制、定義單元類型、定義單元實(shí)常數(shù)、定義材料模型和材料特性參數(shù)以及定義幾何參數(shù)等。通過(guò)運(yùn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)模塊，用戶還可以預(yù)測(cè)求解過(guò)程所需要的文件大小及內(nèi)存。ANSYS程序提供了4種建立有限元模型的方法：直接建模、實(shí)體建模、輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）中創(chuàng)建的實(shí)體模型以及輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）中創(chuàng)建的有限元模型。當(dāng)然，有的把建模直接分為兩種情況的，即直接建模和在CAD軟件中建模。同時(shí)，ANSYS提供了廣泛的模型生成功能，使用戶可快捷地建立實(shí)際工程系統(tǒng)的有限元模型。2求解模塊在前處理階段完成建模后，用戶在求解階段通過(guò)求解器獲得分析結(jié)果。ANSYS的求解子模塊包括結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、電磁場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析、疲勞、斷裂及復(fù)合材料分析。在求解階段用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步等選項(xiàng)，然后開(kāi)始有限元求解。用戶需要根據(jù)所施加的載荷條件和所要計(jì)算的響應(yīng)選擇分析類型。ANSYS程序提供的分析類型為：靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）分析、瞬態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波分析、譜分析、撓度和子結(jié)構(gòu)[2]。ANSYS程序的載荷分為位移載荷、力或力矩、面載荷、體積載荷、慣性載荷、耦合場(chǎng)載荷。3后處理模塊該模塊可以通過(guò)友好的用戶界面獲得求解過(guò)程的計(jì)算結(jié)果并對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。在求解階段，分析結(jié)果寫(xiě)入ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)及結(jié)果文件中。單個(gè)子步的結(jié)果作為數(shù)據(jù)集保存，每個(gè)數(shù)據(jù)集可用的數(shù)據(jù)量和類型由所完成的分析類型及求解階段設(shè)置的選項(xiàng)來(lái)控制。對(duì)于某個(gè)分析的每一載荷步，用戶可指定每個(gè)子步、最終子步或最終子步和中間子步的組合寫(xiě)數(shù)據(jù)集，可以選擇寫(xiě)數(shù)據(jù)組的范圍，如位移、應(yīng)力及反作用力。 模型在ANSYS中的分析過(guò)程和流程概述采用ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析的過(guò)程分為前處理、求解和后處理分析三個(gè)步驟。前處理包括參數(shù)的定義、實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。參數(shù)定義就是對(duì)所要建的模型材料進(jìn)行定義。其中網(wǎng)格劃分是這一部分是重點(diǎn)，因?yàn)榫W(wǎng)格劃分的大小和方法直接影響到分析出來(lái)的結(jié)果的精確度，以及需要的計(jì)算機(jī)的資源和計(jì)算的時(shí)間。對(duì)所分析產(chǎn)品進(jìn)行造型，可以在ANSYS中建，但比較復(fù)雜的模型在SolidWorks、UG等軟件中建。由前面的敘述知道本文研究的模型是在SolidWorks中創(chuàng)建的，創(chuàng)建之后再導(dǎo)入ANSYS中。求解部分中對(duì)載荷的施加也是重要的部分。本文分析中分析的類型是靜力分析，施加的載荷是面載荷。對(duì)模型施加一個(gè)方向向下的均勻的面載荷，大小為2000Mpa,分析過(guò)程是按照線性分析的，同時(shí)為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，我把整個(gè)瓦楞紙板的材料設(shè)成是同樣的。ANSYS的后處理功能十分強(qiáng)大，可以方便直觀的顯示應(yīng)力和應(yīng)變分布圖，可以通過(guò)等色圖或精確量化的形式得到,還可以得到位移、速度、加速度等的時(shí)間歷程曲線。 具體的分析過(guò)程結(jié)果分析討論1定義工作文件名將文件名定義為Graduation design 將工作標(biāo)題改為An analysis of corrugated cardboard2定義單元類型與材料屬性在劃分網(wǎng)格之前需要定義單元屬性。單元屬性是指在劃分網(wǎng)格之前必須指定的要分析的對(duì)象的特征，其特征包括3個(gè)方面：材料屬性、單元類型、實(shí)常數(shù)。a. 定義單元類型ANSYS單元庫(kù)中有190多種單元，其數(shù)目隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料的發(fā)展不斷地增大。對(duì)于大多數(shù)用戶而言，需要根據(jù)分析類型選擇單元類型。在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)及分析狀態(tài)決定單元類型的選擇。通常，選擇單元的原則時(shí)盡量選用維數(shù)比較少的單元來(lái)達(dá)到預(yù)期目的。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)甚至更多不同復(fù)雜程度的模型作對(duì)比分析，盡量獲取最佳分析效果。殼單元（Shell單元）用于薄平板或曲面模型。選擇殼單元的基本原則是板的邊長(zhǎng)不小于其厚度的10倍，而且比值越大越精確。三維實(shí)體單元對(duì)于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成的無(wú)法采用簡(jiǎn)單單元解析的建模的結(jié)構(gòu)只能采用三維實(shí)體單元。本文在研究分析的模型中選取最為常用的SOLID45單元類型,具體的操作步驟如下:在ansys中執(zhí)行下面的命令main menupreprocessorelement typeadd/edit/delet 分析結(jié)構(gòu)類型選擇stuctural solid單元類型選擇brick 8 node 45。b. 定義材料特性ANSYS分析中所有材料必須定義材料屬性，如本文結(jié)構(gòu)分析需要定義材料的彈性模量、泊松比。彈性模量即在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律，即變形與受力成正比。縱向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的比例常數(shù)就是材料的彈性模量E，也叫楊氏模量；泊松比即在材料的比例極限內(nèi)，由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對(duì)值了解材料屬性的參數(shù)后，定義材料屬性其具體操作步驟如下:執(zhí)行命令 main menupreprocessormaterial propsmaterial models 在出現(xiàn)的對(duì)話框中一次雙擊 stuctural ,linear, elastic, isotropic, 在彈出的對(duì)話框中輸入瓦楞紙板模型的彈性模量和泊松比,分別為3100Mpa, .[余本農(nóng) .]3導(dǎo)入分析幾何模型定義完單元類型和材料屬性后就開(kāi)始導(dǎo)入模型,ANSYS程序提供兩種無(wú)何圖形傳遞工具，同時(shí)提供幾何模型修復(fù)工具對(duì)讀入的實(shí)體模型進(jìn)行修復(fù)，保證能成功地進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通常的修復(fù)包括是否忽略細(xì)小的幾何特征，消除模型的不連續(xù)特征，如微小間隙、重疊以及穿透等，自動(dòng)進(jìn)行圖元合并和創(chuàng)建幾何體。導(dǎo)入模型后，還可以進(jìn)行簡(jiǎn)化模型工作，進(jìn)一步提高網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，減少劃分的單元模型。ANSYS提供兩種圖像接口：第一種是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IEGS文件導(dǎo)入。該方法一般要經(jīng)過(guò)從CAD－IGES—ANSYS的轉(zhuǎn)換過(guò)程，如圖41所示：操作簡(jiǎn)單，理論上講，任何CAD軟件的輸出格式都可以通過(guò)IGES格式導(dǎo)入到ANSYS中，但I(xiàn)GES格式存在一些不足，以IGES格式的轉(zhuǎn)換是以犧牲圖形文件的諸多信息為代價(jià)的。ANSYS輸入SolidWorks標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)格式ANSYSCAD輸出圖41 ANSYS與SolidWorks的數(shù)據(jù)交換流程第二種是通過(guò)PARA，它提供了一個(gè)可供相互操作的數(shù)據(jù)管道，使用已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的XT文件格式，允許基于PARA的系統(tǒng)共享和幾何數(shù)據(jù)庫(kù)交換，而不需要進(jìn)行任何的數(shù)據(jù)交換。在本設(shè)計(jì)中，采用了第二種方法導(dǎo)入到ANSYS中，因?yàn)槟Ｐ拖鄬?duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，雖然信息有一點(diǎn)丟失，但不是很?chē)?yán)重。具體的導(dǎo)入步驟如下，另存為 *.x_t格式，即保存類型選擇Parasolid(*.x_t)，文件名必須是英文或數(shù)字。輸出 對(duì)話框鐘，選擇 ⊙所有實(shí)體。*.x_t文件的文件夾。同樣,這個(gè)目錄里也不能出現(xiàn)任何中文。 ，F(xiàn)ile→Import→PARA...→左側(cè)框中就會(huì)看到剛才生成的*.x_t文件,選中OK,導(dǎo)入完成。(顯示控制)→Style→Solid Model Facets→下拉框中選擇Normal Faceting→OK,鼠標(biāo)右鍵選擇Replot重生，即可看到實(shí)體了。導(dǎo)入ANSYS中的三維效果圖如下圖42所示:圖42導(dǎo)入ANSYS后的模型三維效果圖4 對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分可以分為自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分功能是十分強(qiáng)大的，這種網(wǎng)格劃分方法沒(méi)有單元形狀的限制，網(wǎng)格也不遵循任何的模式，因此適合于對(duì)形狀復(fù)雜的面和體網(wǎng)格劃分，這就避免了用戶對(duì)模型各個(gè)部分分別劃分網(wǎng)格后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配的麻煩。對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格可以只由四面形單元組成，或者只由三角形單元組成，或者兩者混合。對(duì)體進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，一般指定網(wǎng)格為四面體單元，六面體單元作為過(guò)渡也可以加入到四面體網(wǎng)格中。映射網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制生成映射網(wǎng)格，映射網(wǎng)格主要適合于規(guī)則的面和體，單元成行并具有明顯的規(guī)則形狀，僅適用于四邊形單元和六面體。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三元網(wǎng)格，主要利用體掃描，從體的某一邊界面掃描貫穿整個(gè)體而生成體單元。在對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，甚至在建立模型之前，對(duì)于確定采用自由網(wǎng)格還是映射網(wǎng)格進(jìn)行分析更為合適是十分重要的。自由網(wǎng)格對(duì)于單元形狀無(wú)限制，并且沒(méi)有特定的準(zhǔn)則。與自由網(wǎng)格相比，映射網(wǎng)格對(duì)包含的單元形狀有限制，而且必須滿足特定的規(guī)則。映射面網(wǎng)格只包含四邊形或三角形單元，而映射體網(wǎng)格只包含六面體單元。而且，映射網(wǎng)格典型具有規(guī)則形狀，明顯成排的單元。如果想要這種網(wǎng)格類型，必須將模型生成具有一系列相當(dāng)規(guī)則的體或面才能接受映射網(wǎng)格劃分。綜上所述我在網(wǎng)格劃分的時(shí)候采用的是自由網(wǎng)格的方法, 因?yàn)樽杂删W(wǎng)格分操作，對(duì)實(shí)體模型無(wú)特殊要求。任何幾何模型，盡管是不規(guī)則的，也可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分。所用單元形狀依賴于是對(duì)面還是對(duì)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格可以只由四邊形單元組成，或只由三角形單元組成，或兩者混合。對(duì)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格一般限定為四面體單元。而我在劃分的過(guò)程中是對(duì)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體操作步驟如下：執(zhí)行命令mian menumeshingsize centrsmanusizegloabsize 。執(zhí)行命令main menu preprocessormeshing mesh volumesfree 在彈出 的對(duì)話框中選擇要?jiǎng)澐值哪Ｐ?, 劃分出的有限元網(wǎng)格圖如圖43所示:圖43有限元模型劃分網(wǎng)格后的三維效果圖5 施加載荷施加載荷有兩種方法一種是將載荷施加到實(shí)體模型上(關(guān)鍵點(diǎn),線或者面),另一種方法是將載荷施加到有限元模型上(節(jié)點(diǎn)和單元上).由于求解期望所有的載荷應(yīng)該依據(jù)有限元模型,因此無(wú)論怎樣制定載荷,在開(kāi)始求解時(shí),軟件都自動(dòng)會(huì)將這些載荷轉(zhuǎn)換到節(jié)點(diǎn)和單元上.但是這兩種施加載荷的方法有各自得優(yōu)缺點(diǎn),具體如下:(1)施加到實(shí)體模型上時(shí),它具有下列的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):a ::。b :與有限元模型相比,實(shí)體模型通常包括較少的實(shí)體。因此選擇實(shí)體模型的實(shí)體，并在這些模型上施加載荷要容易的多，特別是通過(guò)圖形拾取。缺點(diǎn)：a :。b :,載荷施加于主由度(用戶只能在節(jié)點(diǎn)而不能在關(guān)鍵點(diǎn)定義主由度).c :施加關(guān)鍵點(diǎn)約束很棘手,尤其是當(dāng)約束擴(kuò)展選項(xiàng)被使用時(shí)。d : 不能顯示所用的實(shí)體模型載荷.(2) 當(dāng)載荷施加到有限元模型上時(shí),它具有下列的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):a 在簡(jiǎn)化分析中不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題, 因?yàn)榭梢詫⑤d荷直接施加在主節(jié)點(diǎn)上.b 不必?fù)?dān)心約束擴(kuò)展,可簡(jiǎn)單的選擇所有所需的節(jié)點(diǎn),并指定適當(dāng)?shù)募s束.缺點(diǎn):a 任何有限元網(wǎng)格的修改都使載荷無(wú)效, 需要?jiǎng)h除先前的載荷并在新網(wǎng)格上重新施加載荷。b .綜上所述,并結(jié)合我自己研究的內(nèi)容,方法和自己所建模型的特點(diǎn),我在對(duì)載荷施加的時(shí)候選擇的是第二種方法,具體的操作步驟如下:a. 執(zhí)行命令mian menu solutionanalysis tyep new analysis 在彈出的對(duì)話框中選擇static .b. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框. 在第一個(gè)下拉菜單中volumes 在第二個(gè)下拉菜單中選擇by numeber/pick,在第三欄中選擇from full ,單擊ok按鈕,出現(xiàn)select volumes 選擇菜單,選擇要施加約束的體。c. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框. 在第一個(gè)下拉菜單中nodes , 在第二個(gè)下拉菜單中選擇attached to,在第三欄中選擇volumes all ,單擊ok按鈕。d. 執(zhí)行令mainmenusolutiondefine loadapplystructuraldisplacement On nodes,出現(xiàn)一個(gè)選擇菜單單擊pick all,出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框在列表欄中選擇UY下一欄中輸入0單擊ok按鈕。在此要對(duì)瓦楞紙板的底面施加一個(gè)Y方向的約束.f. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框. 在第一個(gè)下拉菜單中volumes 在第二個(gè)下拉菜單中選擇by numeber/pick,在第三欄中選擇from full ,單擊ok按鈕,出現(xiàn)select volumes 選擇菜單,選擇要施加約束和載荷的面。g. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框. 在第一個(gè)下拉菜單中nodes , 在第二個(gè)下拉菜單中選擇attached to,在第三欄中選擇volumes all ,單擊ok按鈕。h. 執(zhí)行令mainmenusolutiondefine loadapplystructuraldisplacement On nodes,出現(xiàn)一個(gè)選擇菜單單擊pick all,出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框在列表欄中選擇UZ下一欄中輸入0單擊ok按鈕。在此要對(duì)瓦楞紙板的底面施加一個(gè)Z方向的約束. 執(zhí)行命令 main menu solution define lo