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发信人: cba (阿肯), 信区: CAD
标 题: 有限元分析软件ANSYS
发信站: BBS 荔园晨风站 (Tue Jun 1 09:12:51 1999), 转信
有限元分析软件ANSYS
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析
软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件
接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS,
AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
一、软件功能简介
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提
供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算
模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分
析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质
的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线
显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看
到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软
件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不
同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC
，IBM，CRAY等。目前版本为ANSYS5.4版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95或
Windows NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为
1024×768，显示内存为2M以上，硬盘大于350M，推荐使用17英寸显示器。
启动ANSYS，进入欢迎画面以后，程序停留在开始平台。从开始平台（主菜单）可
以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用
后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。ANSYS用户手册的全部内容都可以联
机查阅。用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过
键盘输入。命令一经执行，该命令就会在.LOG文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG
文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG文件中的命令流及其错误提示，
将有助于快速发现问题的根源。.LOG文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，
在以后进行同样工作时，由ANSYS自动读入并执行，这是ANSYS软件的第三种命令输入方
式。这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时，能有效地提高工作速度。
二、 前处理模块PREP7
双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有
两部分内容：
实体建模和网格划分。
●实体建模
ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。
自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基
元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型
，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法
建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程
序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实
体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序
还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包
括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒
角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实体建模时，
用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、
面、体。
●网格划分
ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网
格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二
维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，
然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功
能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组
装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模
型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新
定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达
到用户定义的求解次数。
三、求解模块SOLUTION
前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。
点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘，退出Preprocessor，点
击实用菜单项中的Solution，进入分析求解模块。在该阶段，用户可以定义分析类型、
分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。
ANSYS软件提供的分析类型如下：
1.结构静力分析
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影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进
行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。
2.结构动力学分析
结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不
同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的
结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应
分析。
3.结构非线性分析
结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态
和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。
4.动力学分析
ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用
这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和
变形。
5.热分析
程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进
行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变
分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。
6.电磁场分析
主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力
线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换
器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。
7.流体动力学分析
ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可
以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率
和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构
的流体绕流并包括对流换热效应。
8.声场分析
程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固
体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强
度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。
9.压电分析
用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机
械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电
子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应
分析、瞬态响应分析
四、后处理模块POST1和POST26
ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模
块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显
示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形
显示和数据列表两种。
●通用后处理模块POST1
点击实用菜单项中的“General Postproc”选项即可进入通用后处理模块。这个模
块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的
变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡
图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分
布情况。
●时间历程响应后处理模块POST26
点击实用菜单项中的TimeHist Postpro选项即可进入时间历程响应后处理模块。这
个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些
结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其它量变化的曲线，有
助于形象化地表示分析结果。另外，POST26还可以进行曲线的代数运算。
五、ANSYS软件的质量认证
ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程
师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软
件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推
广使用。ANSYS软件的有关情况可以访问http://www.ansys.com。（王世军）
本文出自：《电脑报》1998年9月14日第35期15版
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