ansys基本操作完整指南2

单元类型：LINK1

ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作；施加集中载荷；显示变形后形状和应力等值线图，通过定义单元列表显示轴向应力；基本的结果验证技巧。

ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis分析知识，在ANSYS Elements Reference部分了解LINK1单元的详细资料。

现实生活中，经常可以看到很多完全由杆构成的桁架，如电力传送塔台等。图3-10为一个简单桁架模型。通过ANSYS分析，要得到节点的位移、反

作用力和桁架系统的应力。

图3-10桥梁桁架模型

几何参数及载荷如图3-10所示，杆的弹性模量E为200Gpa，横截面面积A为3250mm2。

3．建立有限元模型

对于桁架建模，通常的做法是通过关键点（构件/杆的端点）定义桁架。具体分析步骤如下所示：

1．添加标题（区别与ANSYS启动时候默认的标题）

GUI：Utility menu > File > Change Title

在弹出Change Title对话框（如图3-11所示）的新标题栏键入文件名“Bridge Truss Tutorial”后

，单击OK按钮。

图3-11 添加标题

2．定义关键点

对于桁架结构通常以关键点来定义的模型，关键点为每个杆/梁的端点。具体数据值均从模型图3-10取得。通过7个关键点来定义简化后桁架结构。各个关键点坐标如表3-3所示。

表3-3关键点坐标

关键点坐标轴第三章静力分析

68

X Y

1 0 0

2

1800 3118

3 3600 0

4 5400 3118

5 7200 0

6 9000 3118

7 10800

定义关键点首先激活当前坐标系，在ANSYS Main Menu（如图3-12所示）中选择：GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

图3-12 激活当前坐标系

弹出Create Keypoints in Active Coordinate System对话框（如图3-13所示）。定义（0,0）

点为第一个点。在当前对话框关键点序号栏键入“1”，在对应的X轴和Y轴坐标对话框中键入“0”，然后单击Apply按钮ANSYS接受键入数据。其他关键点定义方式相同。

图3-13 定义关键点

第三章 静力分析 69

69

注意： （1）数据键入完毕后，单击OK 按钮表明完成全部数据的键入工作。如果单击Apply 按钮 然后单击 OK ，则将此点定义了两次!如果，完成了最后一个数据键入，单击Apply 按钮，那么只需要单击Cancel 关闭对话框。

（2）在定义关键点、线、面、体、单元、约束和载荷的时候，很容易出现错误，可以通过与Creat 菜单对于

的Delete 菜单修改的键入。

3．定义直线

通过已经键入的关键点来定义直线，具体定义过程如下：

首先进入直线拾取对话框，操作如下：

GUI ：Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > In Active Coord

弹出Lines in Active Coord 对话框（如图3-14所示）。

图3-14 拾取对话框

首先选择1＃关键点，在关键点1＃上出现一个黄色的小方框标记。然后选择2＃关键点，图形窗口中出现一条直线连接屏幕上的两个点。依上边的办法，依次连接剩余的关键点。完成操作后，单击Lines in Active Coord 对话框中OK 按钮，最小化Line 菜单和Create 菜单。图3-15所示为实体模型图。

注意：

在ANSYS 分析过程中，生成的任何线都可能“消失“，但是，需要注意的是，这些线并没有被删除。如果出现生成的线消失的情况，可以在Utility Menu 中通过GUI ：Plot > Lines 来重新显示。

静力分析

70

图3-15 实体模型

4．选择单元

选择合理的单元之前，需要了解问题分析需要那种类型的单元。一般桁架常用Spar单元，

下面介绍选择单元的具体操作：

首先进入单元类型库对话框，操作如下：

GUI：Element Type > Add/Edit/Delete

单击得到Element Types对话框（如图3-16所示）。单击Add 按钮，出现Library of Element Types 对话框（如图3-17所示）。本例结构为二维桁架结构，建议采用2D spar 单元。选择相应的单元类型，单击OK按钮。Type 1 LINK1显示在Element Types 对话框中。单元Close，关闭Element Types 对话框，完

成单元类型选择。

图3-16添加单元第三章

静力分析71 71

图3-17 选择单元

5．定义实常数

选择单元后，定义实常数，对于Spar 单元而言，需要定义单元横截面面积，具体操作如下：

首先进入实常数设定对话框，操作如下：

GUI：Real Constants > Add/Edit/Delete

弹出实常数设定（Real Constants）对话框（如

图3-18所示）。

图3-18 添加实常数

单击Add按钮，选择Type 1 LINK1（由于仅有一种单元类型，ANSYS默认已选定）。单击OK按钮。图3-19为弹出的对话框。在Real Constant 设置对话框中键入杆单元的横截面面积A=3250mm2 ，单击OK按钮，完成单元几何参数设定。“Set 1”出现在对话框中，单元Close，关闭Real Constant对话对话框。

第三章静力分析

72

图3-19 定义横截面面积

6．定义材料属性

定义单元属性后，定义材料属性，具体操作如下所示：

首先进入定义材料属性对话框，操作如下：

GUI：Material Props > Material Models

弹出到定义材料参数的对话框（如图3-20所示）。由于所用材料为各向同性、线弹性材

料，依次双击：

GUI：Structural > Linear > Elastic > Isotropic

在弹出对话框的EX栏键入钢材的弹性模量Ex=200000，单击

OK按钮。

图3-20 定义材料属性对话框

7．设定网格尺寸

划分网格之前，需要告诉ANSYS选择多大的单元。定义单元的尺寸有不同的方法，这里仅介绍一种，其他的方法将在后续实例中介绍。定义线模型的网格尺寸操作如下所示：首先，进入Element Size on All selected Lines对话框，操作如下：

GUI：Processor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines

注意：

由于实体属于线性结构，因此定网格尺寸参数的时进入手工设置（Manual Size）的Lines 栏。

第三章

静力分析73 73

图3-21设定每个构件的网格份数

在NDIV栏中，键入每条线所需份数。对于桁架结构，杆当作一个的单元，保留每个杆的完整性，在NDIV栏键入“1”（如图3-21所示）。

注意：

虽然设定了单元尺寸，但没有划分网格。

8．划分网格

ANSYS知道网格尺寸后，现在将要划分网格。划分线性实体网格，操作如下：

GUI：Meshing > Mesh > Lines

单击Mesh Lines对话框中Pick All按钮，完成网格划分。图3-22所示为

模型网格图。

图3-22 有限元模型

为了方便定义载荷，显示关键点和节点编号。显示关键点和节点编号，操作如下：GUI：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering

在弹出对话框中将关键点KP选项和节点NODE选项设定为“on”，在Elem/Attrib Numbering下拉列表栏中选择“Element numbers”。单击OK按钮，完成设定（如图3-23所示）。

第三章 静力分析

74

图3-23 显示关键点、节点及单元序号

9．保存数据库

保存数据库防止出错，操作如下：

GUI ：Utility Menu > File > Save as....

选择一个合适的目录并按照进行到的步骤取一个文件名，这里选择文件名为“Mesh ”。 注意： 及时保存数据库，并根据进度选择不同文件名。尽量减少由于错误操作造成的重复性劳动。

4．施加载荷并求解

有限元模型创建完毕，现在施加载荷求解。首先在打开Solution 菜单，进入求解器，然后选项分析类型并设置分析选项，具体分析步骤如下：

1．选择分析类型

首先根据问题类型选择分析类型（

如图3-24所示），操作如下：

GUI ：Solution > Analysis Type > New Analysis > Static 或者Dynamic analysis 。

图3-24 选择分析类型

2．定义约束

约束是求解必须的，如果没有约束，那求解得到的结果是任意的（存在刚体位移）。一般在机械结构中，典型的约束有fixed 、pinned 、roller-type connection 等。本例桁架结构的左支

点是Fix约束（All DOFs），右端支点是roller链接（只允许其沿着X轴方向滑动），下面介绍约束的定义过程。

首先进入约束设置对话框，操作如下：

GUI：Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints

弹出拾取对话框（如

图3-25所示）。

图3-25 拾取对话框

（1）定义左侧支点约束

选择桥左端点（1#关键点），fix约束意味在XOY面的所有自由度均被，单击选择“All DOF”，在VALUE栏中键入“0”，单击OK按钮（如图3-26所示）。在图形对话框中可以看到桥的左端点出现蓝色小

三角约束符号。

图3-26 定义左侧支点约束

（2）定义右侧支点约束第三章静力分析

76 重复上述操作，定义右侧支点约束（UY方向约束）。

注意：

V ALUE栏不键入“0”也可以，ANSYS在没有键入的情况下默认数值为0。

3．施加载荷

依照模型图中的载荷情况，分别在1＃、3＃、5＃、7＃关键点上施加沿Y轴反方向的载

荷280kN、210kN、280kN和360kN。施加载荷操作如下所示。

首先进入施加载荷对话框，操作如下：

GUI：Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > on Keypoints

（1）施加1＃关键点处载荷

选择关键点1＃（桁架最左端的点），在“Apply F/M on KPs”对话框的载荷方向选项中选择FY，在载荷数值栏键入载荷数值-280000，然后单击OK按钮（如图3-27所示）。键入的载荷在图形对话框上以带箭头红线显示，箭头方向表

示载荷的方向。

图3-27 施加1＃关键点处载荷

注意：

在这里力的单位是N，而且载荷沿Y轴负方向，因此数值前边加上“-”号。

（2）施加其他关键点处载荷

操作过程与1＃关键点出载荷定义过程相同，这里不再祥述。图3-28所示为施加载荷和约束后的

模型图。

图3-28 模型载荷及约束

4．求解

第三章 静力分析 77

77

求解所需条件定义完毕，下面介绍求解过程：

开始求解，操作如下：

GUI ：Solution > Solve > Current LS

操作告诉ANSYS 求解当前加载（current Load Step （LS ））。单击OK 按钮后，读者应确保弹出的对话框（如图3-29所示）中求解选项与图3-28设定一致。关闭/STA

TUS Command 对话框。

图3-29 求解选项信息 注意：

按照例中步骤操作不会在/STA TUS Command 出现错误情况，所有，可以在求解开始时关闭/STATUS Command 对话框，不影响求解。

5．查看分析结果

为验证ANSYS 分析结果是否正确，首先需要得到参考数据，然后在查看ANSYS 分析结果并校验结果是否可以接受。计算参考数据及查看分析结果的分析过程如下所示：

1．计算参考数据

本例分析最感谢的数据是单元的轴向应力及轴向力，为了验证分析结果首先计算1＃单元的轴向受力和轴向应力：

第三章

静力分析

78

2．查看ANSYS 分析结果

下面依次查验ANSYS 分析结果。首先受反作用力，然后是变形后图形。

（1）查看反作用力（Reaction Forces ）列表

对于线性单元，可以通过单元得到反作用力列表。首先进入List Reaction Solution 对话框，操作如下：

GUI ：Main Menu > General Postproc > List Results > Reaction Solu

弹出List Reaction Solution 对话框（如图

3-30所示）。

图3-30 选择结构受力

在出现的List Reaction Solution 对话框中选择“All struc force F ”然后单击OK 按钮，得到节点应力列表（如图3-31所示）。从表中可以出ANSYS 计算结果和解

析解相吻合。

图3-31 反作用力列表

（2）查看变形（Deformation ）等值线图

第三章静力分析79 79

查看结构形变，首先进入Plote Deformed Shape对话框，操作如下：

GUI：General Postproc > Plot Results > Deformed Shape

弹出Plote Deformed Shape对话框（如图

3-32所示）。

图3-32 选择变形前后图形

选择Def + undef edge然后单击OK按钮，得到变形前后的图形（如图

3-33所示）。

图3-33 变形前后对比

从图3-33可以看到，最大扭转出现在左上角（DMX=7.409）。另外注意到左端约束节点处转角为0°，与期望值相吻合。

（3）查看位移（Deflection）等值线图

首先显示位移分析结果，操作如下：

GUI：General Postproc > Plot results > Contour Plot > Nodal Solution

弹出Contour Nodal Solution Data对话框（如图3-34所示）。选择“DOF solution”和“USUM”。单击OK按钮。图3-35所示为位移图。合理的显示比例能体现更多信息，调整显示比例，操作如下：

Utility Menu > Plot Controls > Style > Contours > Uniform Contours...

弹出的Uniform Contours对话框（如图3-36所示）中，显示比例调整操作如图3-36所示。单击OK按钮。

第三章静力分析

80 图3-34

选择位移数据图3-35 模型位移图第三章

静力分析81 81

图3-36 调整显示比例

图3-37所示为

调整比例后视图。

图3-37 位移图（新比例）

（4）查看节点位移列表

位移数据以列表的形式显示出来，操作如下：

GUI：General Postproc > List Results > Nodal Solution

在弹出的List Nodal Solution 对话框中选择“DOF Solution”和“All NOFs”。单击OK按钮得到所有想要的所有自由度上的结果（如图3-38所示）。

在所有的数据中那些是感兴趣的？约束自由度为零的关键点1＃和UY方向位移约束为0的关键点7＃，与预计相吻合，证明位移数据可靠。如果，想把得到的列表保存在一个文件中，可以选择结果显示对话框File菜单（在列表对话框的左上角）中选择“Save as”。

第三章

静力分析

82

图3-38 阶段位移数据列表

（5）查看轴向应力（Axial Stress ）

线单元（如LINK 、BEAM 、SPAR 、PIPE 单元），需要使用Element Table 来得到所需要的数据（应力、应变值）。在本例中，需要轴向应力数据和解析解进行比较。因为，每种单元列表和每种单元是一一对应的。必要时，需要先看ANSYS Help 文件中有关LINK1 （获取帮助很简单，只要在Input Lindow 中键入Help Link 就可以了）。在帮助文件中得知，使用“LS ，1”命令可以得到轴向应力单元列表。下面介绍通过列表显示结果数据的操作过程。

首先进入定义单元列表对话框，操作如下：

GUI ：General Postpro > Element Table > Define Table

弹出Define Additional Element Table Items 对话框（如图3-39所示）。单击Add 按钮，弹出的Define Additional Element Tabel Items 对话框。在Lab 栏中键入“SAXL ”（这是需要定义的项目名称），在Item Comp 下拉列表框轴选择“By sequence number ”和“LS ”，在LS 后，键入“1”，中间用“，”隔开。单击OK 按钮，关闭”

Element Table Data “对话框。

图3-39 定义单元列表

1）显示轴向应力图

首先进入显示单元列表数据对话框，操作如下：

Element Table > Plot Elem Table

在弹出的Contour Plot of Element Table Data 对话框（如图3-40所示）中确保“SAXL “被

选上，单击OK按钮结束。

因为改变了显示比例，所以对位移图显示来说，需要改变用户定义（User Specified）设置，将设置改成“Auto calculated“，使可以得到VMIN/VMAX（最小/最大等效应力），操作如下：

GUI：Utility Menu > PlotCtrls > Style > Contours > Uniform Contours ...

图3-41

所示为单元轴向应力。

图3-40 显示单元列表

图3-41 单元轴向应力图

2）显示轴向应力列表

在“Element Table菜单中选择List Elem Table。在List Element Table Data“话框中确保选择为“SAXL”，单击OK按钮结束操作。得到节点数据列表，如图3-42。从表中可以看到，在1＃单元中轴向应力为82.9MPa，与解析解相吻合。

第三章静力分析

84

图3-42 轴向应力列表

6．命令流求解

上面分析过程中混和使用了图形用户界面操作和命令键入。此过程可以完全使用命令完

成。下面是ANSYS的命令流。

注意：

通过ANSYS 的.log文件获取自己操作流程的命令流。.log文件中的命令流可以用文本编辑，修改参数，然后通过File > Read input from...方式读取，减少重复性劳动!ANSYS command file to perform 2D Truss

/title, Bridge Truss Tutorial

/PREP7 !进入前处理器

!define parameters (mm)

height = 3118

width = 3600

!define keypoints

K,1, 0, 0 !关键点, #, x, y

K,2, width/2,height

K,3, width, 0

K,4, 3*width/2, height

K,5, 2*width, 0

K,6, 5*width/2, height

K,7, 3*width, 0

!生成直线

L,1,2 !由1＃和2＃关键点生成线，系统自动赋予编号，为1＃，

L,1,3 !下类推

L,2,3

L,2,4

L,3,4

L,3,5

第三章静力分析85 85

L,4,5

L,4,6

L,5,6

L,5,7

L,6,7

!选择单元

ET,1,LINK1 !单元类型， #1; spring 单元

R,1,3250 !实常数， #1; X截面面积: 3200 mm^2

MP,EX,1,200e3 !材料属性， #1; 弹性模量: 200 GPa

LESIZE,ALL, , ,1,1,1 !每条线划分份数

LMESH,all !划分网格

FINISH !退出前处理器!

/SOLU !enter solution phase !

!apply some constraints

DK,1,ALL,0 !约束1＃关键点

DK,7,UY,0

!施加载荷

FK,1,FY,-280e3 !在关键点上施加集中力

FK,3,FY,-210e3

FK,5,FY,-280e3

FK,7,FY,-360e3

SOLVE !求解

FINISH !退出求解器

/POST1 !进入后处理器

PRRSOL,F !显示反作用力

PLDISP,2 !显示变形图

PLNSOL,U,SUM,0,1 !显示位移图

ETABLE,SAXL,LS, 1 !轴向应力

PRETAB,SAXL !显示单元列表数据

PLETAB,SAXL,NOAV !显示轴向应力

7．实例总结

1．关于建模的总结

熟悉基本的建模操作，了解图元序号的赋予方式。

2．关于施加载荷和求解的总结

掌握施加集中载荷的操作步骤，可以通过节点定义集中载荷。

3．关于查看分析结果的总结

掌握显示变形图形和应力等值线图的操作，知道如何定义单元列表并显示单元列表信息，对于简单的梁结构可以通过单元类别提取梁单元的弯矩及其轴向应力；了解基本的验证技巧，