關于ANSYS有限元分析基礎操作及兩個簡單執行個體

後續希望自己可以試試用程式設計的方法（如指令流等）來解決有限元相關的一系列問題，感受一下工科程式設計的難度

是以在csdn上寫了一筆（就當立一個flag吧~）

有限元分析基礎操作（ANSYS）

寫下這篇文章的目的其實是在前段時間做（車輛輔修）有限元作業時，使用的有限元分析軟體ANSYS難搜尋到教程，幸好有老師的錄屏才得以順利完成實驗。是以對作業過程做一個記錄。後面課程大作業的論文打算挑戰一下自己再用ANSYS做一個車架分析（做完再更新補充）……

其實任何一門學科在上機實戰過程中都會覺得軟體好難之類的，然鵝往往自己動手操作學會了一些基礎上機步驟以後，才發現學科的核心知識更難。

不說了~上一下整理内容：

目錄

• 有限元分析基礎操作（ANSYS）
• • 一 ANSYS安裝/解除安裝/初始化
  • 二 平面問題的有限元解法——帶孔薄闆
  • 三 闆殼問題的有限元解法——槽型懸臂梁
• 總結

一 ANSYS安裝/解除安裝/初始化

這裡我想強調一下，因為吃過虧。

ANSYSY軟體分為現在的APDL版本（經典版）和Workbench（新版）兩種，我的操作過程都是在APDL裡完成的，然而現在B站等教程往往是用的新版，界面要美觀很多。在安裝完成後，開始菜單欄裡兩個版本都有。可以選擇自己熟悉的版本。 ANSYSAPDL界面還很原始，除了GUI界面外還有一個DOS視窗，使用中一定不要關閉。除此之外，每次使用之前最好指定一下檔案夾（工作空間），否則會預設使用上次的工作空間發生閃退現象，如果實在不行重新開機一下電腦再開也可以解決。

指明工作空間，用Product Lanucher，命名後Run就可。

需要注意的是，APDL沒有撤銷（或者預設麼有激活撤銷！），注意随時儲存！

關于解除安裝過程，僅僅Uninstall是解除安裝不幹淨的！再次安裝會很麻煩。一定要在解除安裝之後去清系統資料庫，和安裝目錄下的垃圾檔案。

二 平面問題的有限元解法——帶孔薄闆

題目要求如下：

一方闆，邊長為140mm，闆厚10mm，闆中心孔直徑為20mm，兩端受均勻拉伸分布力1E10Pa，材料彈性模量為2E11Pa，泊松比為0.3.如圖所示，計算結構應力和變形。

分析：由于闆厚隻有10mm，中間有個圓孔，且關于闆的中心前後對稱，沒有面内力，是以使用平面應力問題進行計算。

上下左右皆對稱，受力集中于闆兩端，可以簡化為1/4結構。取出來進行有限元分析計算。

1. 建立幾何模型，在前處理子產品下，Preprocesser->Modeling->Creat畫一個方形和圓形，再通過布爾運算，Operate->Boolean->Substract減去這個孔。
2. 定義單元類型。ElementType->Add，添加PLANT 183号單元，再在options裡修改為帶闆厚。
3. 定義其他參數，闆厚（Real Constants->Add）和泊松比（Material Props->Material Models）。

4. 開始劃分網格，采用Meshing->Mesh Tool。包括定義單元的尺寸類型，Global Size，這裡根據實際問題用的撒種子的方法。

   可以用refine調整細節處，如孔洞周圍，分成更細小的網格。

5. 施加邊界條件

   靜力學問題，Solution->AnalysisType->NewAnalysis->Static.

   位移限制，DefineLoads->Apply->Displacement->online。左側邊需要限制x方向位移，下側邊需要限制y方向位移。

   壓力，DefineLoads->Apply->Pressure->online，右側邊需要施加一個拉力，注意壓力為+拉力為﹣。

6. 求解計算。Solution->Slove->Current LS.

7. 檢視分析結果。

   變形情況，GeneralPostproc->PlotResults->DeformedShape

   應力和應變雲圖，PlotResults->ContourPlot->ElementSolu->Strss/Strain

   下圖為應力雲圖。

   

三 闆殼問題的有限元解法——槽型懸臂梁

題目要求如下：

橫截面為槽形的懸臂梁如圖1所示，梁長1.，闆厚5mm，其彈性模量為E=2.1e11N/m2，集中載荷的分布長度為500mm，集度為q=1e4N/m2，集中載荷為p=2000N（作用點在上緣中點處），試計算結構的變形與應力。

分析：同樣，因為闆厚相對整個模型來說可以忽略，是以簡化為一個闆殼問題。其實ANSYS提供了标準的一些截面懸臂梁（比如工字梁等，以及下面内個就是我按照B站教程來做的），同樣題目給的形狀也可以自己畫。

參考的一位B站上的up主（連結放下面）：

link.

接下來就是一些參照老師錄屏寫的步驟，這裡就記錄一些重要内容：

1. 建立幾何模型。建一個U型截面。

   可以先建一個矩形截面，再把多餘的面、線删去。

   然後再在畫5個1m外的關鍵點。

   再将畫好的關鍵點連成線，然後拉伸一下（Operate->Extrude->Lines->Along Lines）這樣就建立了一個長度為1m的懸臂梁。

   然後再接再厲，畫一個拐子，通過copy點（沿x軸0.5m，沿z軸﹣0.08m）

   

   再接着畫線，給連上，

   再沿着畫好的線、面拉伸，就得到了拐（雛形）。

   然後做一個幾何清理（NumberingCtrls->MergeItems），才算完成。

   是以……可見這個幾何體是真的難畫！！沒有老師給的錄屏我根本束手無策……

2. 建好幾何模型後，就賦予單元屬性，劃分網格單元，施加限制條件，進行受力分析。過程和上面那個例子是一樣的，非常流暢的做出來：

   闆殼問題——SHELL281單元

   别的都差不多。

   下圖為應力/應變雲圖。

   

   從這個方向看變形挺明顯的~

   

   以及，檢視節點的應力/應變、位移情況（QueryResults->SubgridSolu）

   以及，過濾掉應力大/小的部分，顯示自己感興趣的部位——下圖為0~1e5（PlotCtrls->Stytle->Contours->UniformConturs）

   

總結

ANSYS在有限元中的基本操作就是上面那些了，和所學的有限元分析方法一樣，隻是借助計算機實作了龐大的計算。

當然有限元方法還可以應用在更廣泛的領域裡，我也不是工科專業的。但是我覺得，從軟體本身來看，ANSYS這個軟體更新了我對現代軟體的認知：一方面，專業的軟體不僅有日進完善的友好GUI界面，還保留着能夠實作DOS指令流窗體，以面向不同的使用者群體；另一方面，軟體的優化更新維護更新一定是必要的，否則一個普通軟體的解除安裝還需要使用者自己清理系統資料庫，還需要借助激活操作獲得諸如撤銷的基本功能，這真的是難以想象。

以及，寫在最後的話其實說實話在IT社群CSDN上發ANSYS的操作執行個體，就好像坐在星巴克裡用ThinkPad一樣充滿違和（題外話：怕稽核不過把圖檔都删掉了嗚嗚嗚 其實我原本圖文并茂很舒服的）~

但是對無意中發現它的人，希望可以幫到你的忙。

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