ansys结构分析单元

为初学ansys非线性的学者提供基础知识和实例

目 录

非线性结构分析的定义 1

非线性行为的原因 1

非线性分析的重要信息 3

非线性分析中使用的命令 8

非线性分析步骤综述 8

第一步：建模 9

第二步：加载且得到解 9

第三步：考察结果 16

非线性分析例题（GUI方法） 20

第一步：设置分析标题 21

第二步：定义单元类型 21

第三步：定义材料性质 22

第四步：定义双线性各向同性强化数据表 22

第五步：产生矩形 22

第六步：设置单元尺寸 23

第七步：划分网格 23

第八步：定义分析类型和选项 2

1.1 什么是结构非线性

在日常生活中，经常会遇到结构非线性。例如，当用钉书针钉书时，金属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状( 图1-1a )。如果你在一个木架上放置重物，随着时间的推移木架将越来越下垂( 图1-1b )。当在汽车或卡车上装载货物时，它的轮胎和下面路面间接触面将随货物重量而变化( 图1-1c )。如果将上述例子的载荷变形曲线画出来，用户将发现它们都显示了非线性结构的基本特征—结构刚度改变。

图1-1 结构非线性行为的常见例子

引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：状态改变、几何非线性、材料非线性。 1.1.1 状态变化(包括接触)

许多普通结构表现出一种与状态相关的非线性行为。例如，一根只能拉伸的电缆可能是松的，也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的，也可能是不接触的。冻土可能是冻结的，也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变而变化。状态改变也许和载荷直接有关(如在电缆情况中)， 也可能由某种外部原因引起(如在冻土中的紊乱热力学条件)。

接触是一种很普遍的非线性行为。接触是状态变化非线性中一个特殊而重要的子集。参见第五章。 1.1.2 几何非线性

如果结构经受大

桥梁结构仿真分析

湖南大学土木学院2005年5月May 25, 2005

湖南大学·土木·桥梁

1-1

《桥梁结构仿真分析》主要讲述内容一、结构分析及程序 两种分析方法(解析法和数值解法) 有限元分析的一般过程 各种有限元分析软件的介绍二、ANSYS介绍 ANSYS的一般介绍 ANSYS的图形界面 ANSYS的功能介绍三、ANSYS的详细介绍(建立模型、计算、后处理三大过程)四、桥梁结构单元类型选择及怎样建模(梁、板、块三种结构)五、建模技巧六、几个专题的分析过程梁单元专题几何非线性分析屈曲分析(线性屈曲、非线性屈曲)动力分析(模态分析、动力时程分析)单元生死七、二次开发(APDL)介绍八、典型例题May 25, 2005

湖南大学·土木·桥梁

1-2

课程目的及要求 目的、目标–熟悉、精通ANSYS、使用GUI、命令流方式操作ANSYS软件–描述ANSYS的功能以及如何使用这些功能–策划及进行基本的分析 (线性、静态的结构分析)–目标：桥梁结构分析的中、高级水平

教材-ANSYS学习资料一本； -张立明：ALGOR、ANSYS在桥梁结构中的应用方法及实例 -赫文化：ANSYS土木工程应用实例

May 25, 20

ANSYS结构分析基础篇

一、总体介绍

进行有限元分析的基本流程： 1.分析前的思考

1) 采用哪种分析(静态，模态，动态...）

2) 模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件，有时为了划分六

面体网格采用零件，但零件间需定义bond接触) 3) 单元类型选择(线单元，面单元还是实体单元) 4) 是否可以简化模型(如镜像对称，轴对称) 2.预处理 1) 建立模型 2) 定义材料 3) 划分网格

4) 施加载荷及边界条件 3.求解 4.后处理

1) 查看结果(位移，应力，应变，支反力) 2) 根据标准规范评估结构的可靠性 3) 优化结构设计

高阶篇：

一、结构的离散化

将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元，并通过有限个节点相互连接的离散系统。 这一步要解决以下几个方面的问题:

1、选择一个适当的参考系，既要考虑到工程设计习惯，又要照顾到建立模型的方便。 2、根据结构的特点，选择不同类型的单元。对复合结构可能同时用到多种类型的单元，此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。

3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求，合理确定单元的尺寸和阶次。 4、根据工程需要，确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况

第一题（平面问题）：

如图所示零件，所受均布力载荷为q,分析在该作用力下的零件的形变和应力状况，本题简化为二维平面问题进行静力分析，零件材料为Q235。求出材料最大应力值。

班内序号 A 43 243 数据（长度单位mm，分布力单位N/cm） B 50 C 94 D q 243 Ф54 厚度为5mm

（1）选择单元类型

运行Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出Element Types对话框，单击Add，弹出Library of Element Types窗口，选择Structural Solid，输入82，单击OK。

在Element Types对话框中，单击Options，在弹出的对话框中，设置K3选项栏为Plane strs w/thk，设置K5选项栏为Nodal stress，设置K6选项栏为No extra output。表示单元是应用于平面应力问题，且单元是有厚度的。

（2）定义实常数

运行Preprocessor>Real Constants>Add /Edit/Delete，弹出Real Constants对话框，点击Add，在弹出的对话框中点击OK

ANSYS单元手册摘要

一、 单元分类

DY - ANSYS/LS-Dyna3D PR - ANSYS/Professional EM - ANSYS/Emag 3D 说明 结构单元 LINK1 PLANE2 BEAM3 BEAM4 COMBIN7 LINK8 LINK10 LINK11 CONTAC12 COMBIN14 PIPE16 PIPE17 PIPE18 PIPE20 MASS21 BEAM23 BEAM24 PLANE25 CONTAC26 MATRIX27 SHELL28 COMBIN37 FLUID38 COMBIN39 COMBIN40 SHELL41 PLANE42 SHELL43 BEAM44 SOLID45 SOLID46 CONTAC48 CONTAC49 MATRIX50 SHELL51 CONTAC52 二维杆 二维六节点三角形结构实体 二维弹性梁 三维弹性梁 铰接连结单元 三维杆 仅承拉或仅承压的杆 线形调节器 二维点-点接触单元 弹簧-阻尼单元 弹性直管 弹性T形管 弹性弯管 (Elbow) 塑性直管 结构质量元 二维塑性梁 三维薄壁梁 四节点轴对称-谐分析结构实体 二维点-地面接触单元 刚度、阻尼和质量阵

ansys 3D实体结构分析

第8章 3D实体结构分析 195

第8章

3D实体结构分析

Analysis of 3D Structural Solids

真实世界中的问题都是3D的，但是很多问题可以简化成2D或甚至于1D的问题。不过这种简化的过程需要具备较多的背景知识及经验。如果你把一个问题model成3D的问题来解，往往是最简单、最方便的（但是却是最耗计算时间的），因为分析模型会最接近真实世界中的模型，这就是为什么我们从3D的问题来着手。但是原则上一个问题如果能做适当的精简（譬如简化成2D的问题，或者利用其对称性），则你最好尽量做精简的工作。这种精简工作是分析工程师的训练重点之一，不只是可以有效率地利用计算机计算资源，更重要的是，通常比较能够抓住问题的本质。

第1节我们要介绍一个最简单、最常用的3D实体结构元素，在ANSYS中的编号叫做SOLID45。当我们使用「3D实体结构」这个名词时，是为了区别于如「3D梁结构」、「3D版壳结构」等名词。这些可以认为是1D（梁元素）或2D（板壳元素）的元素布置在3D的空间上，而3D实体结构是指3D元素布置在3D空间上。

第2节以一个实例来应用这个元素。除了作为元素的应用练习外，这个实例也是作为前几章所介绍的命令的

ANSYS 中的超单元 － 模态分析 (1) 2 使用超单元进行模态分析

使用超单元进行模态分析的过程同样分为三个阶段：生成超单元模型、使用超单元数据和扩展超单元模型。

使用静力分析的同一模型，约束条件与静力情况相同。首先对整个结构进行分析，相应的模态计算结果如下：

使用超单元，按照上述步骤操作如下： (1) 生成超单元

操作方法与静力分析相同，先建立整个模型，然后选择后半段作为超单元，前半段作为非超单元，分别存为 se_m1.db (超单元部分) 和 se_m2.db (非超单元部分) 两个文件，然后分别处理。

对于 se_m1.db 模型，按照超单元方式进行处理，现在要做的只需删除前半段 area 上的网格，结果就是建立超单元所需的模型。

然后直接进入创建超单元矩阵的操作，具体步骤如下：

A 进入求解模块：

命令：/Solu

GUI：Main menu -> Solution

B 设置分析类型为 “子结构或部件模态综合 “ 命令：ANTYPE GUI ：Main menu -> Solution -> Analysis Type -> New Analysis 选择 Substructuring/CMS (子结构或部

ansys 3D实体结构分析

第8章 3D实体结构分析 195

第8章

3D实体结构分析

Analysis of 3D Structural Solids

真实世界中的问题都是3D的，但是很多问题可以简化成2D或甚至于1D的问题。不过这种简化的过程需要具备较多的背景知识及经验。如果你把一个问题model成3D的问题来解，往往是最简单、最方便的（但是却是最耗计算时间的），因为分析模型会最接近真实世界中的模型，这就是为什么我们从3D的问题来着手。但是原则上一个问题如果能做适当的精简（譬如简化成2D的问题，或者利用其对称性），则你最好尽量做精简的工作。这种精简工作是分析工程师的训练重点之一，不只是可以有效率地利用计算机计算资源，更重要的是，通常比较能够抓住问题的本质。

第1节我们要介绍一个最简单、最常用的3D实体结构元素，在ANSYS中的编号叫做SOLID45。当我们使用「3D实体结构」这个名词时，是为了区别于如「3D梁结构」、「3D版壳结构」等名词。这些可以认为是1D（梁元素）或2D（板壳元素）的元素布置在3D的空间上，而3D实体结构是指3D元素布置在3D空间上。

第2节以一个实例来应用这个元素。除了作为元素的应用练习外，这个实例也是作为前几章所介绍的命令的

三维实体结构的ANSYS分析

（建筑与土木工程 二班----唐争兵）

指导老师：燕乐玮

工字钢梁两端均为固定端，l?1.0m,a?0.16m,b?0.2m,c?0.02m,d?0.02m，建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：

弹性模量 E= 200GPa；泊松比u?0.3；

材料密度??7800kg/m3；重力加速度g?9.8m/s2；

作用力Fy作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000KN

结构示意图

ANSYS操作主要步骤：

1、定义单元类型、材料属性 2、建立实体模型（关键点—线—面—体）、（亦可用3D图素加布尔操作、有点难） 3、网格划分、生成有限元模型

4、施加荷载（位移约束、分布力、重力荷载（惯性力还是自重应力？另外自重应力怎么不算初应力？）） 5、求解

6、结构以图形、列表方式展示、分析

一、定义单元类型、材料属性

1、定义单元类型。点击主菜单中的“Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete”

弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框，选中该对话框中的“Solid”和“Brick 8