ANSYS结构分析指南(上)

第一章  结构分析概述     1.1  结构分析定义       结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构如桥梁和建筑物，汽车结构如车身骨架，海洋结构如船舶结构，航空结构如飞机机身，还包括机械零部件如活塞、传动轴等。     1.2  结构分析的类型     在 ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量(节点自由度)是位移。其他的一些未知量，如应变、应力和反力可通过节点位移导出。     包含结构分析功能的ANSYS产品有：ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical, ANSYS/Structural和ANSYS/Professional。     下面简单列出了这七种类型的结构分析：       静力分析--用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。包括线性和非线性分析。非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变等。       模态分析--用于计算结构的固有频率和模态。提供了不同的模态提取方法。       谐波分析--用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。       瞬态动力分析--用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述静力分析中提到的所有的非线性特性。       谱分析--是模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或 PSD 输入(随机振动)引起的应力和应变。       屈曲分析--用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS 可进行线性(特征值)屈曲和非线性曲屈分析。       显式动力分析--ANSYS/LS-DYNA 可用于计算高度非线性动力学问题和复杂的接触问题。       此外，除前面提到的七种分析类型外，还可以进行如下的特殊分析：       断裂力学       复合材料       疲劳分析       p-Method       梁分析     1.3  结构分析所使用的单元       从简单的杆单元和梁单元，一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元，绝大多数的 ANSYS 单元类型都可用于结构分析。。       注意--显式动力分析只能采用显式动力单元(LINK160、BEAM161、PLANE162、SHELL163、SOLID164、COMBI165、MASS166、LINK167)。 表1-1  结构单元类型 分类 单元名 说明 杆 LINK1,LINK8,LINK180 LINK10 梁 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189 管 PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 PIPE20,PIPE60 2-D实体 PLANE42,PLANE82,PLANE182,PLANE183 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISCO106,VISCO108 PLANE83,PLANE25 PLANE145,PLANE146 p-单元,§6 3-D实体 SOLID45,SOLID95,SOLID185,SOLID186 SOLID92,SOLID187 SOLID46,SOLID191 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISCO89 VISCO107 SOLID147,SOLID148 p-单元,§6 壳 SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 SHELL28 SHELL150 p-单元,§6 接触 CONTAC48,CONTAC49,CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174 CONTAC12,CONTAC52 CONTAC26 TARGE169,TARGE170 耦合场 FLUID29,FLUID30,FLUID129,FLUID130,INFIN110,INFIN111 PLANE13,SOLID5,SOLID98 PLANE13,SOLID5,SOLID98 PLANE13,SOLID5,SOLID62,SOLID98 FLUID38,FLUID79,FLUID80,FLUID81 FLUID116 特殊 COMBIN14,COMBIN40,COMBIN39 MASS21 COMBIN37 SURF153,SURF154 COMBIN7 LINK11 MATRIX27,MATRIX50 显式动力分析 LINK160 BEAM161 PLANE162 SHELL163 SOLID164 COMBI165 MASS166 LINK167           1.4  材料模式界面       对于本 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 论述的分析，如果采用GUI交互式操作，用户可以通过直观的“材料模式交互界面”来定义材料特性。这种方法采用树状结构的材料分类，使用户在分析中选择合适的材料模式变得更加简单。具体方法见《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2.4.4。对于显式动力分析(ANSYS/LS-DYNA)，材料定义见《ANSYS /LS-DYNA User‘s Guide》§7.1。     1.5  求解方法       在 ANSYS 产品中，求解结构问题有两种方法：h-方法和p-方法。h-方法可用于任何类型的结构分析，而p-方法只能用于线性结构静力分析。根据所求的问题，h-方法通常需要比p-方法更密的网格。p-方法在应用较粗糙的网格时，提供了求得适当精度的一种很好的途径。本书主要讨论h-方法，而§6 则专门研究 p-方法。 第二章  结构线性静力分析     2.1  静力分析的定义        静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。       静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：       外部施加的作用力和压力       稳态的惯性力(如重力和离心力)       强迫位移       温度载荷(对于温度应变)       能流(对于核能膨胀)       关于载荷，还可参见§2.3.4。     2.2  线性静力分析与非线性静力分析       静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。本章主要讨论线性静力分析。对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。     2.3  静力分析的求解步骤     2.3.1  建模       首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过 PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述。有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。     2.3.1.1  注意事项       在进行静力分析时，要注意如下内容：             1、可以采用线性或非线性结构单元。             2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：       必须按某种形式定义刚度(如弹性模量 EX，超弹性系数等)。       对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS。       对于温度载荷，必须定义热膨胀系数 ALPX。             3、对于网格密度，要注意：       应力或应变急剧变化的区域(通常是用户感兴趣的区域)，需要比应力或应变近乎常数的区域较密的网格：       在考虑非线性的影响时，要用足够的网格来得到非线性效应。如塑性分析需要相当的积分点密度，因而在高塑性变形梯度区需要较密的网格。     2.3.2  设置求解控制     设置求解控制包括定义分析类型、设置一般分析选项、指定载荷步选项等。当进行结构静力分析时，可以通过“求解控制对话框”来设置这些选项。该对话框对于大多数结构静力分析都已设置有合适的缺省值，用户只需作很少的设置就可以了。我们推荐采用该对话框进行设置。     如用户不喜欢采用求解控制对话框，则可应用 ANSYS 的标准求解命令集和相应的菜单(Main Menu>Solution>Unabridged Menu>option)来设置求解控制选项。关于求解控制对话框的总体情况，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.11。     2.3.2.1  进入求解控制对话框       用户可通过选择(Main Menu>Solution> -Analysis Type- Sol‘n Control)进入求解控制对话框。下面诸小节简要论述该对话框中各标签的选项。关于如何设置这些选项，可在按该标签的 Help 按钮进入帮助系统，得到详细介绍。     2.3.2.2　Basic标签     在求解控制对话框中共有五个标签，这些标签按从基本到高级的顺序排列。根据这种排列方式，可使求解设置较为平顺。在进入求解控制对话框时，缺省激活的是Basic标签。     Basic标签中的设置，提供了分析中所需的最少数据。一旦在Basic标签中的设置满足以后，就不需要设置其他标签中的选项，除非因为要进行高级控制而修改其他缺省设置。按 OK 按钮以后，设置存储到ANSYS数据库，并关闭对话框。     用户可以在Basic标签中设置的选项如 表2-1 所示。有关详细说明见该标签的Help帮助系统。 表2-1 选项 详细信息 指定分析类型[ANTYPE,NLGEOM] 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§1.2.6.1《ANSYSStructuralAnalysisGuide》§8《ANSYSBasicAnalysisGuide》§3.16 控制时间设置，包括载荷步结束的时间[TIME],自动时间步[AUTOTS],在一个载荷步中的子步数[NSUBST或[DELTIM] 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.4《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.7.1 设置写到数据库中的结果数据[OUTRES] 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.7.4     在静力分析中需要特别注意的选项主要有：       在设置 ANTYPE 和 NLGEOM 时，如进行一个新的分析并忽略大变形效应(如大挠度、大转角、大应变)时，请选择“Small Displacement Static”项。如预期有大挠度(如弯曲的长细杆)或大应变(如金属成形问题)，则选择“Large Displacement Static”。如想重启动一个失败的非线性分析，或者用户已进行了完整的静力分析，而想指定其他载荷，则选择“Restart Current Analysis”项。       在设置 TIME 时，记住这个载荷步选项指定该载荷步结束的时间，缺省值为1。对于后续的载荷步，缺省为1加上前一个载荷步指定的时间。虽然在静力分析(除蠕变、粘塑性或其他率相关材料行为外)中，时间没有物理意义，但可以用于追踪时间步和子步，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。       在设置OUTRES时，请记住：缺省时只有1,000个结果集记录到结果文件(Jobname.RST)中，如果超过这一数目(基于用户的 OUTRES 设置)，程序将出错停机。可以通过 /CONFIG,NRES 命令来增大这一限值，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§20。 2.3.2.3　Transient标签     Transient 标签设置瞬态分析控制，只有在 Basic 标签中选择了瞬态分析时才能激活这一标签，如果在 Basic 标签中选择了静态分析，则这一标签不能设置。所以在这里暂不讨论。     2.3.2.4　Sol‘n Options标签     Sol‘n Options 标签用于设置 表2-2 所列的选项。详细说明可从Help按钮进入帮助系统而得到。 表2-2 选项 参见《ANSYSBasicAnalysisGuide》 指定方程求解器[EQSLV] §3.2～§3.10 对于多重启动指定参数[RESCONTROL] §3.16.2           在静力分析中设置 EQSLV 时，选择下列求解器之一：       程序选择求解器(ANSYS 将根据问题的领域自动选择一个求解器)；       稀疏矩阵求解器(对线性和非线性、静力和完全瞬态分析，为缺省项)；       PCG求解器(对于大模型/高波前，巨形结构推荐使用)；       AMG的求解器(其应用与PCG求解器相同，但提供并行算法；在用于多处理器环境时，转向更快)；       DDS求解器，通过网络在多处理器系统中提供并行算法；       迭代求解器(自动选择；只适用于线性静力/完全瞬态结构分析，或稳态温度分析；推荐)；       波前直接求解器。           注意--AMG 和 DDS 求解器，是ANSYS并行算法的一部分，需要单独购买。见《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》§9。     2.3.2.5　Nonlinear标签     Nonlinear 标签用于设置 表2-3 所列的选项。详细内容可通过Help按钮进入帮助系统。 表2-3 选项 参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》 激活线性搜索[LNSRCH] §8.5.2.8.5§8.10.2.3 激活DOF解的预测[PRED] §8.5.2.8.4 指定每个子步的最大迭代次数[NEQIT] §8.5.2.8.3 指明是否包括蠕变计算[RATE] §8.3.1.5§8.5.3.2.1 设置收敛准则[CNVTOL] §8.5.2.8.2 控制二分[CUTCONTROL] §8.5.2.8.6 2.3.2.6　Advanced NL标签     Advanced NL 标签用于设置 表2-4 所列的选项。详细内容见该标签中的Help帮助系统。 表2-4 选项 参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》 指顶分析结束准则[NCNV] §8.5.2.8.3 激活和终止弧长法控制[ARCLEN,ARCTRM] §8.10.2.4       2.3.3　设置其他求解选项     本节讨论求解的其他选项的设置。由于很少用到这些选项，并且一般都采用其缺省设置，因此这些选项没有出现在求解控制对话框中。       本节中许多选项是非线性选项，将在《ANSYS Structural Analysis Guide》§8进一步讨论。     2.3.3.1 应力刚度效应       一些单元，如 18X 族单元，不论 SSTIF 如何，都包括了应力刚度效应。为了确定一个单元是否包括应力刚度，请见《ANSYS Element Reference Manual》说明。       在缺省时，如果 NLGEOM 为 ON 的话，应力刚度效应为 ON。在下面的这些特殊情况下，用户可能会关闭应力刚度效应：       应力刚度仅与非线性分析相关。如果进行线性分析[NLGEOM,OFF]，则可以关闭应力刚度。       在分析之前，用户知道结构不会因屈曲(分叉或跳跃屈曲)而破坏。       通常，包括应力刚度效应时，可以加速非线性分析收敛。请记住上面所述的各点，用户可能对一些看起来收敛困难的特殊问题，选择关闭应力刚度效应，如局部破坏。       命令：SSTIF       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options     2.3.3.2　Newton-Raphson选项       这一选项只能用于非线性分析中，它说明在求解时如何修正切线刚度矩阵。用户可以选下列选项之一：       程序选择；       完全；       修正；       初始刚度；       完全并且非对称矩阵。       命令：NROPT       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options     2.3.3.3　预应力效应计算       通过这一选项在同一模型中执行预应力分析，如预应力模态的分析。缺省值为 OFF。           注意--应力刚度效应和预应力效应计算都控制应力刚度矩阵的生成，因此在一个分析中不能同时采用。如二者都指定，则最后选项将覆盖前者。             命令：PSTRESS       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options     2.3.3.4　质量矩阵公式       通过该选项在结构中施加惯性载荷(如重力或旋转载荷)。可以指定下列选项之一：       缺省(与单元类型有关)；       集中质量近似。           注意--对于静力分析，用户所用的质量矩阵并不明显影响求解精度(假设网格密度足够)。然而，如果想在同一模型上作预应力动力分析，选择质量矩阵公式就很重要；参见动力分析的有关章节。             命令：LUMPM       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options     2.3.3.5　参考温度       这个载荷步选项适用于温度应变计算。可用[MP,REFT]命令来设置材料相关的参考温度。       命令：TREF       GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Reference Temp 2.3.3.6　模态数       这个载荷步选项用于轴对称简谐单元。       命令：MODE       GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>For Harmonic Ele     2.3.3.7　蠕变准则       这个非线性载荷步选项为自动时间步指定蠕变准则。       命令：CRPLIM       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Nonlinear       >Creep Criterion     2.3.3.8　输出选项       这个载荷步选项用于指定在输出文件(Jobname.out)中包括任意结果数据。       命令：OUTPR       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output       Ctrls>Solu Printout           [警告]--应用多个 OUTPR 命令时，有时可能会有一些冲突，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2.7.4。     2.3.3.9　外插       应用这个载荷步选项，可以通过把单元积分点结果拷贝到节点上，而不是通过外插(存在材料非线性时，这是缺省设置)。       命令：ERESX       GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output Ctrls>Integration Pt     2.3.4　施加载荷       设置了求解选项以后，就可以对模型施加载荷了。     2.3.4.1　载荷类型       下面列出的所有载荷类型，都可应用于静力分析中。     2.3.4.1.1　位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)       这些自由度约束常施加到模型边界上，用以定义刚性支承点。它们也可以用于指定对称边界条件以及已知运动的点。由标号指定的方向是按照节点座标系定义的。     2.3.4.1.2  力(FX,FY,FZ) 和力矩(MX,MY,MZ)       这些集中力通常在模型的外边界上指定。其方向是按节点座标系定义的。     2.3.4.1.3　压力 (PRES)       这是表面载荷，通常作用于模型的外部。正压力为指向单元面（起到压缩的效果）。     2.3.4.1.4　温度(TEMP)       温度用于研究热膨胀或热收缩(即温度应力)。如果要计算热应变的话，必须定义热膨胀系数。用户可以从热分析[LDREAD]中读入温度，或者直接指定温度(通过 BF 族命令)。     2.3.4.1.5　流(FLUE)       用于研究膨胀(由于中子流或其他原因而引起的材料膨胀)或蠕变的效应。只在输入膨胀或蠕变方程时才能使用。     2.3.4.1.6　重力、旋转等       整个结构的惯性载荷。如果要计算惯性效应，必须定义密度(或某种形式的质量)。     2.3.4.2　在模型上施加载荷       除了与模型无关的惯性载荷以外，用户可以在模型的几何实体(关键点、线、面)或在有限元模型(节点和单元)上定义载荷。用户还可以通过 TABLE 类型的数组参数(见§2.3.4.2.1)施加边界条件或作为函数的边界条件(见§2.6.15)。       表2-5 汇总了静力分析可以使用的载荷。在一个分析中，可以施加、删除、操作或列表载荷。 表2-5 载荷类型 分类 定义这些荷在的命令和菜单 位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ) 约束 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.6.3 力、力矩(FX,FY,FZ,MX,MY,MZ) 力 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.6.6 压力(PRES) 面载荷 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.6.7 温度(TEMP)、流(FLUE) 体载荷 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.6.8 重力、旋转等 惯性载荷 《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.6.9     2.3.4.2.1　应用TABLE类数组参数施加载荷       用户可以通过 TABLE 类数组参数施加载荷。对于应用表格边界条件，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2.6.14。       在结构分析中，有效的初变量有时间(TIME)、温度(TEMP)和位置(X,Y,Z)。定义随时间(TIME)变化的一维表时，时间必须为升序排列。       用户可以通过命令或交互式定义表格数组参数。具体操作参见《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》。     2.3.4.3　计算惯性解除       用户可以通过静力分析来执行惯性解除计算，即计算与施加载荷反向平衡的加速度。用户可以把惯性解除想象成一个等价自由体分析。要在 SOLVE 命令之前应用这一命令作为惯性载荷命令的一部分。       模型应当满足下面的要求：       模型不应当包括轴对称单元、子结构、或非线性。不推荐使用混合2D和3D单元的模型。       对于梁单元(BEAM23、BEAM24、BEAM44和BEAM54)以及分层单元(SHELL91、SHELL99、SOLID46和SOLID191)，忽略偏置和楔形效应。也忽略层状单元的不对称分层效应。把楔形变截面单元分解成数个单元将得出更精确的结果。       必须提供质量计算所需的数据，如密度。       提供所需的最少位移约束，即保证不发生刚体运动即可。对于2D单元需要三个约束(根据单元类型，可能更少)，对于3D单元只需要6个约束(根据单元类型，可能更少)。附加的约束，如对称边界条件也是允许的，但必须对所有约束检查0反力，以确保在惯性解除分析中不出现过约束。       应当指定对于惯性解除计算合适的载荷。       命令：IRLE,1       GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Inertia Relief 2.3.4.3.1　惯性解除的输出       通过 IRLIST 命令来打印惯性解除计算的输出。该输出包括平衡施加载荷所需要的平移和转动加速度，而且可用于其他程序来进行运动学研究。质量和惯性矩列表汇总是精确解(求解时产生)，而不是近似解。约束反力将为0，因为所计算的惯性力与外力平衡。       惯性解除输出存储于数据库，而不是结果文件(Jobname.RST)，在用户执行 IRLIST 命令时，ANSYS 从数据库中提取相关信息，输出数据库中最新保存求解[SOLVE 或PSOLVE]的惯性解除。       命令：IRLIST       GUI：无     2.3.4.3.2　部分惯性解除计算       用户还可以通过部分求解方法[PSLOVE]作部分惯性解除计算，如下面的例子所示：           /PREP7      ...     MP,DENS,...  ! Generate model, define density      ...     FINISH     /SOLU     D,...  ! Specify only minimum no. of constraints     F,...  ! Other loads     SF,...     OUTPR,ALL,ALL  ! Activates printout of all items     IRLF,1  ! Can also be set to -1 for precise mass and       !  load summary only, no inertia relief     PSOLVE,ELFORM  ! Calculates element matrices     PSOLVE,ELPREP  ! Modifies element matrices and calculates       !  inertia relief terms     IRLIST  ! Lists the mass summary and total load summary tables     FINISH           有关 OUTPR,IRLF,IRLIST,PSOLVE 等命令的详细介绍见《ANSYS Commands Reference》。     2.3.4.3.3　通过宏来执行惯性解除计算       如用户经常要执行惯性解除计算，可以写一个包含上述命令的宏。参见《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》。     2.3.5　求解       现在可以进行求解。             1、把数据库保存为一个文件作为备份。在以后需要时，可重新进入 ANSYS 并用 RESUME 命令恢复模型。       命令：SAVE       GUI：Utility Menu>File>Save as       2、开始计算        命令：SOLVE        GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS       3、如果分析中包括其他载荷条件(即多个载荷步)，则应重新施加载荷，指定载荷步选项，保存并求解每一个载荷步。在《ANSYS Basic Analysis Guide》中,还论述了多载荷步的其他操作方法。       4.  退出求解       命令：FINISH       GUI：关闭求解菜单。     2.3.6　检查分析结果       静力分析结果保存于结构分析结果文件(Jobname.RST)中，包括以下内容：             1、基本解        节点位移(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)。       2、导出解       节点和单元应力；       节点和单元应变；       单元力；       节点反力；       等等。 2.3.6.1　后处理       可以用一般后处理器 POST1 和时程后处理器 POST26，来进行后处理，查看结果。       POST1 用于对整个模型在某一子步(时间点)上的结果进行检查，下面会解释一些 POST1 的操作。       POST26 用于非线性静力分析中跟踪整个载荷作用历程上的特定结果，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§8。对于 POST26 的完整说明，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§4。     2.3.6.2　注意事项       为了用 POST1 和 POST26 检查结果，在数据库中必须包括与求解时相同的模型；       结果文件 Jobname.RST 必须存在。     2.3.6.3　检查结果数据       1、从数据库文件中读入数据        命令：RESUME       GUI：Utility Menu>File>Resume from       2、读入适当的结果集。用载荷步、子步或时间来区分结果数据库集。如果用户所指定的时间值不存在相应的结果，则 ANSYS 将根据全部数据通过线性插值得到该时间点上的结果。       命令：SET       GUI：Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Load Step       3.  执行必要的 POST1 操作。下面将讨论典型的静力分析中 POST1 的操作方法。     2.3.6.4　典型的后处理操作       1、显示变形图       应用 PLDISP命令(Main Menu>General Postproc> Plot Results> Deformed Shape)来显示变形图。PLDISP 命令的 KUND 参数给用户可以在原始图上迭加变形图。             2、列出反力和反力矩       通过PRESOL命令(Main Menu>General Postproc>List Results> Reaction Solu)列出约束节点的反力和力矩。为了显示反力，执行 /PBC,RFOR,,1，然后显示所需的节点或单元(NPLOT 或 EPLOT 命令)。如要显示反力矩，则用 RMOM 代替 RFOR。             3、列出节点力和力矩       执行 PRESOL,F(或M) 命令(Main Menu>General Postproc>List Results> Element Solution)列出节点力和力矩。       也可以列出所选择的节点集的所有节点的力和力矩。首先选择节点集，然后列出作用于这些节点上的所有力。       命令：FSUM       GUI：Main Menu>General Postproc>Nodal Calcs>Total Force Sum       用户也可以在每个已选择的节点上检查所有力和力矩。对于处于平衡状态的实体，除载荷作用点和存在反力的节点以外的所有节点上，其总载荷为0：       命令：NFORCE       GUI：Main Menu>General Postproc>Nodal Calcs>Sum @ Each Node       FORCE命令(Main Menu>General Postproc>Options for Outp)指明检查哪个力分量：       全部(缺省)；       静力分量；       阻尼分量；       惯性力分量。       对于处于平衡状态的实体，除载荷作用点或存在反力载荷的节点外，其他所有节点的总载荷为0(应用所有 FORCE 分量)。             4、线单元结果       对于线单元(如梁、杆、管)，通过 ETABLE(Main Menu>General Postproc> Element Table>Define Table)来取得导出数据(如应力、应变等)。结果数据用一个标号和一个序列号的组合，或用元件名来区别。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》POST1中的 ETABLE 命令的说明。             5、误差评估       在实体和壳单元的线性静力分析中，通过 PRERR 命令(Main Menu>General Postproc>List Results>Percent Error)列出网格离散误差的评估值。这个命令按结构能量模(SEPC)计算和列出误差百分比，代表一个特定的网格离散的相对误差。             6、结构能量误差评估       通过 PLESOL,SERR 命令(Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Element Solu)来计算单元-单元之间的结构能量误差(SERR)。在等值线图中，SERR 较大的区域是要进行网格细化的候选区域(用户可用 ADAPT 命令自动激活网格细化，参见《ANSYS Modeling and meshing Guide》)。关于误差评估的更多内容请参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§5.3.5。             7、等值线显示       可通过 PLNSOL和PLESOL 命令(Main Menu>General Postproc>Plot Results> -Contour Plot-Nodal Solu or Element Solu)显示几乎所有结果项的等值线,如应力(SX,SY,SZ等)、应变(EPELX,EPELY,EPELZ等)和位移(UX,UY,UZ等)。PLNSOL 和 PLESOL 命令的 KUND 域使用户可以在原始结构上迭加显示。       通过PLETAB和PLLS命令(Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Element Table 和 Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Line Elem Res)来显示单元表数据和线单元数据。           [警告]---导出数据，如应力、应变，在应用 PLNSOL 命令时为节点上的平均值。这种平均的结果对于不同材料、不同厚度的壳或其他不连续体时，会得出错误的结果。为了避免这一问题，应当用选择命令(见《ANSYS Basic Analysis Guide》§7)来选择相同材料、相同厚度的壳等，然后才能应用 PLNSOL 命令。另一个方法，是应用PowerGraphics及 AVRES 命令(GUI：Main Menu> General Postproc>Options for Outp)以使在不同材料、不同厚度的壳上不产生平均应力。             8、矢量显示       通过 PLVECT 命令(Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Vector Plot- Predefined)来观察矢量的显示，通过 PRVECT 命令(Main Menu> General Postproc>List Results>Vector Data)来观察矢量列表。       对于观察矢量如位移(DISP)、转角(ROT)、主应力(S1，S2，S3)，矢量显示(不要与矢量模态混淆)是一种有效的办法。             9、表格列示       通过下列命令来进行表格列示：       命令：PRNSOL(节点结果)         PRESOL(单元-单元之间结果)       　　PRRSOL(反力)等       GUI：Main Menu>General Postproc>List Results>solution option       在列表前,通过 NSORT 和 ESORT 命令(Main Menu>General Postproc> List Results>-Sorted Listing-Sort Nodes or Sort Elems)进行数据排序。             10、其他后处理功能       在POST1中, 还可以应用许多其他后处理功能，如影射结果到路径上、载荷工况组合等，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§4。  2.4　静力分析示例(GUI方法)     2.4.1  问题描述       一个六角扳手(截面高度10 mm)，在端部作用 100 N 的力，同时还作用向下的力 20 N。分析板手在这两种载荷作用下的应力强度。     2.4.2  几何和材料特性       截面高度 = 10 mm；       形状=六角形；       长度 = 7.5 cm；       把手长度 = 20 cm；       弯曲半径 = 1 cm；       弹性模量 = 2.07E11 Pa；       扭曲载荷 = 100 N；       向下载荷 = 20 N。     2.4.3  求解 图1  六角板手示意图     2.4.3.1  设置分析标题       1、选择“Utility Menu>File>Change Title”。       2、输入“Static Analysis of an Allen Wrench”并按“OK”。     2.4.3.2  设置单位       1、点击“ANSYS Input window”右下角。       2、输入“/UNITS,SI”命令然后按回车。注意在“ANSYS Input window”的输入行上方出现了这个命令。       3、选择“Utility Menu>Parameters>Angular Units”，出现“Angular Units for Parametric Functions”对话框。       4、在其中选择“Degrees DEG”。       5、按“OK”。     2.4.3.3  定义参数       1、选择“Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters”。出现“Scalar Parameters”对话框。       2、输入下表的参数。在定义每个参数后按“Accept”按钮。       参数 值 描述 EXX 2.07E11 Young‘smodulusis2.07E11Pa W_HEX .01 Widthofhexacrossflats=.01m W_FLAT W_HEX*TAN(30) Widthofflat=.0058m L_SHANK .075 Lengthofshank(shortend).075m L_HANDLE .2 Lengthofhandle(longend).2m BENDRAD .01 Bendradius.01m L_ELEM .0075 Elementlength.0075m NO_D_HEX 2 Numberofdivisionsalonghexflat=2 TOL 25E-6 Toleranceforselectingnode=25E-6m 注意--可以用大写或小写字母，但ANSYS总是用大写显示。             3、按“Close”。       4、在ANSYS工具条中按“SAVE_DB”按钮。     2.4.3.4  定义单元类型       1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete”。       2、按“Add”，出现“Library of Element Types”对话框。       3、在左边选择“Structural Solid”。       4、在右边选择“Brick 8node 45”。       5、按“Apply”按钮把它定义为单元类型1。       6、在对话框右边选“Quad 4node 42”。       7、按“OK”把它定义为单元类型2。并关闭对话框。       8、在“Element Types”对话框中按“Close”按钮。     2.4.3.5  定义材料特性       1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”，出现“Define Material Model Behavior”对话框。       2、在“Material Models Available”窗口中，选择“Structural-> Linear->Elastic->Isotropic"，出现一个对话框。       3、在“EX域”输入字符EXX，然后按“OK”，现在在左边的“Material Models Defined”窗口中出现“Material Model Number 1”。       4、选择“Material>Exit”退出“Define Material Model Behavior”对话框。     2.4.3.6 建立六角形截面       1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling- Create> -Areas- Polygon >By Side Length”，出现“Polygon by Side Length”对话框。       2、输入“number of sides”6。       3、输入边长W_FLAT。       4、按“OK”。现在图形窗口出现六角形。     2.4.3.7  沿路径建立关键点       1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling- Create> Keypoints>In Active CS”。出现“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框。       2、输入关键点数7。在X，Y，Z域全部输入0。       3、按“Apply”。       4、输入关键点数8。       5、在X，Y，Z域全部输入0,0,-L_SHANK，然后按“ Apply”。       6、输入关键点数9。       7、在X，Y，Z域全部输入0,L_HANDLE,-L_SHANK，然后按“OK”。 2.4.3.8 沿路径建立线       1、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window Options”。出现“Window Options”对话框。       2、在下拉菜单中选“At top left”。       3、按“OK”。       4、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Pan/Zoom/Rotate”，出现“Pan-Zoom-Rotate”对话框。       5、按“Iso”，然后按“Close”。       6、选择“Utility Menu>PlotCtrls>View Settings>Angle of Rotation”。出现“Angle of Rotation”对话框。       7、输入90度。       8、在“Axis of rotation”中选”Global Cartes X“。       9、按”OK“。       10、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Numbering”。出现“Plot Numbering Controls”对话框。       11、按“Keypoint numbers”方框打开它。       12、按“Line numbers”方框打开它。       13、按“OK”。       14、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling- Create> -Lines- Lines>Straight Line”。出现“Create Straight Line”拾取菜单。       15、在关键点4和1上拾取，在这两个点之间建立一根线。       16、在关键点7和8上拾取，在这两个点之间建立一根线。       17、在关键点8和9上拾取，在这两个点之间建立一根线。       18、按“OK”。     2.4.3.9  为板嘴和把手建立线       1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Line Fillet”。出现“Line Fillet”拾取菜单。       2、在线8和9上拾取。       3、按“OK”。出现“Line Fillet”对话框。       4、在“Fillet radius”中输入BENDRAD ，按“OK”。       5、在工具条中按“SAVE_DB”。     2.4.3.10  剪裁六角形截面       在这一步，要把六角形截面剪裁成两个四边形，以满足映射分网的需要。       1、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Numbering”。出现“Plot Numbering Controls”对话框。       2、按“Keypoint numbers”方框关闭之。       3、按“OK”。       4、选择“Utility Menu>Plot>Areas”。       5、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Divide > With Options>Area by Line”出现“Divide Area by Line”拾取菜单。       6、拾取阴影的面，按“OK”。       7、选择“Utility Menu>Plot>Lines”。       8、拾取线 7。       9、按“OK”。出现“Divide Area by Line with Options”对话框。在“Subtracted lines will be drop down”菜单中选“Kept”。按“OK”。       10、选择“Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component”。出现“Create Component”对话框。       11、输入“component name”为 BOTAREA。       12、在“Component is made of”菜单中，选“Areas”。       13、按“OK”。     2.4.3.11  设置网格密度       1、选择“Main Menu>Preproces