第三章 结构静力学分析

    ANSYS进行线性静力学分析一般包括建立模型和划分网格、加载求解和后处理3个基本步骤。

    1.建立模型和划分网格

    有限元模型的建立包括建立几何模型和划分网格。该过程应首先确立所要进行分析工程的文件名和工作标题，并定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数，然后再建立几何模型和划分网格。在实际操作过程中，也可以先建立几何模型，再在划分网格之前定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数。另外，ANSYS也允许直接通过建立节点及单元来创建有限元模型。

    （1）定义工作文件名

    命令格式：/FILNAM

    菜单操作：Utility Menu→File→Change Jobname

    执行上述命令或操作后，ANSYS显示窗口弹出Change Jobname对话框。用户在[/FILNAM]Enter new jobname文本框中可以输入自定义的文件名。ANSYS程序默认的工作文件名是file。

    （2）定义工作标题

    命令格式：/TITLE

    菜单操作：Utility Menu→File→Change Title

    执行上述命令或操作后，ANSYS显示窗口弹出Change Title对话框。用户在[/TITLE]Enter new title文本框中可以输入工作标题。

    （3）定义单元类型

    命令格式：ET

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete

    执行上述命令或操作后，ANSYS显示窗口弹出Element Types对话框，单击其上的“OK”按钮后，弹出Library of Element Types对话框。该对话框中列出了ANSYS相关模块的全部单元，用户可以在此选择需要的单元。

    （4）选择材料模型和定义材料参数

    命令格式：MP

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models

    执行上述命令或操作后，ANSYS显示窗口弹出Define Material Model Behavior对话框。该对话框中列出了ANSYS相关模块的全部材料模型，用户可以选择需要的材料模型并输入相应的材料参数。

    （5）生成实体模型

    1）创建关键点。

    命令格式：K

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS

    2）创建直线段。

    命令格式：LSTR

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→+Lines→Lines→Straight Line

    3）创建面。

    ①通过关键点定义面。

    命令格式：A

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→Through KPs

    ②通过线段定义面。

    命令格式：AL

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines

    4）创建体。

    ①通过关键点生成体。

    命令格式：V

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes Arbitrary→Through KPs

    ②通过面生成体。

    命令格式：VA

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes Arbitrary→By Areas

    ③沿某一路径拖拉面生成体。

    命令格式：VDRAG

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Lines

    （6）网格划分

    1）网格密度控制。

    ①设置线段默认网格划分控制。

    命令格式：ESIZE

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize→Global→Size

    ②对所选线段设置网格划分控制。

    命令格式：LESIZE

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize→Lines→All Lines

    ③对面上线段设置网格划分控制。

    命令格式：AESIZE

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize→Areas→All Areas

    ④设置智能网格划分控制。

    命令格式：SMARTSIZE

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→SmartSize→Adv Opts

    2）用xMESH命令划分网格。

    ①在关键点处生成点单元。

    命令格式：KMESH

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Keypoints

    ②在线段上生成线单元。

    命令格式：LMESH

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Lines

    ③在面上生成面单元。

    命令格式：AMESH

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free

    ④在体上生成体单元。

    命令格式：VMESH

    菜单操作：Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Volumes→Free

    2.加载求解

    加载求解包括7个步骤，即进入求解器、定义分析类型和分析选项、施加载荷、指定载荷步选项、存储文件、开始求解计算和退出求解器。

    （1）进入求解器

    命令格式：/SOLU

    菜单操作：Main Menu→Solution

    （2）定义分析类型和分析选项

    在结构静力学分析中，ANSYS提供的分析类型和分析选项见表3-1。

    表3-1 ANSYS提供的分析类型和分析选项

    （3）施加载荷

    可以在实体（关键点、线、面）上施加载荷，也可以在有限元模型（节点、单元）上施加载荷。表3-2列出了结构静力学分析中可以使用的载荷。

    表3-2 结构静力学分析中可以使用的载荷

    （4）指定载荷步选项

    命令格式：AUTOTS

    菜单操作：

    Main Menu→Preprocessor→Loads→Analysis Type→Sol'n Controls→Basic

    Main Menu→Preprocessor→Loads→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step

    Main Menu→Preprocessor→Loads→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time and Substps

    Main Menu→Solution→Analysis Type→Sol'n Controls→Basic

    Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step

    Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time and Substps

    （5）存储文件

    命令格式：SAVE

    菜单操作：Utility Menu→File→Save as

    （6）开始求解计算

    命令格式：SOLVE

    菜单操作：Main Menu→Solution→Solve→Current LS

    （7）退出求解器

    命令格式：FINISH

    菜单操作：Main Menu→Finish

    3.后处理

    在结构静力学分析中，其计算结果将被写入到结果文件Jobname.RST中，一般结果文件中包含了以下数据：

    基本数据：节点位移信息（UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）。

    导出数据：包括节点和单元应力、节点和单元应变、单元集中力及节点支反力等。