Ansys 10.0复合材料操作技巧与知识

1、Ansys10.0 图形用户界面

推荐启动路径：【开始】|【所有程序】|【Ansys】，启动后的界面如图1所示。

应用菜单(Utility Menu)：包含文件管理、选择、列表显示、单项显示、显示控制、参数设置、宏设置以及帮助查询等功能；

主菜单(Main Menu)：该菜单下包含了有限元分析所有的模块，分为前处理、求解、后处理、优化设计等Ansys主要功能，是操作最频繁的区域；

命令流输入窗口：该窗口为Ansys命令的输入区域，在输入命令的同时，会显示相应的提示，点击右边的倒三角可以浏览之前已经输入的命令；

图形窗口：该窗口用于显示几何模型以及处理的结果，比如云图显示变形、应力、应变等；

快捷按钮：为用户提供快捷的图形显示提供辅助，包括快速调整视角、左右上下移动显示模型、放大缩小模型等。小技巧：用Ctrl键+鼠标左中右建组合也能实现这些快捷操作。

2、Ansys各功能模块介绍

Ansys软件的主菜单(Main Menu)中按照一般分析的顺序将各个模块从上到下排列，即，前处理、求解、后处理的顺序。当然在实际求解的过程中没有必要严格按照这一顺序进行，但对于初学者而言，推荐按照这个顺序来进行结构分析，这样有助于在日后进行复杂的有限元分析中仍能保持良好的条理性。下面就各个模块进行分别介绍。

⑴、前处理模块(Preprocessor)：在这个模块中用户可以完成定义单元类型（Element Type）、设定单元实常数（Real Constants）、定义材料属性（Material Props）、建立模型（Modeling）、划分网格（Meshing）等操作，如图2所示。正如第一章所述，Ansys在建模方面不擅长，往往需要借助其它CAD建模软件，将建好的模型导入Ansys中，导入的操作为：【Utility Menu】|【File】|【Import…】，选择合适的格式，然后选择要导入的文件即可。

⑵、求解模块(Solution)：在这个模块中用户可以指定分析类型(Analysis Type)、定义载荷(Define Loads)、对载荷步进行设置(Load Step Opts)、激活求解(Solve)，见图3所示。小提示：点击Unabridged Menu/Abridged Menu可以控制该模块下功能项是以精简模式还是以全部模式显示。

⑶、一般后处理模块(General Postproc)：用于显示(Plot)、查看、输出整个模型在某个子载荷步(Sub Load Step)、或者特定时间或频率下的结果，也可以将计算和分析结果以文件的形式输出(Write Results)，见图4所示。操作中需首先读入计算结果(Read Results)，例如查看结构分析中某个时刻模型各个位置的变形、应力、应变等信息，图5显示的是某个时刻玻璃钢板在均布压力下的变形云图。

⑷、时间历程后处理器(TimeHist Postpro)：用于分析处理指定某个时间范围内模型指定节点上某个结果（比如应力、应变等）随时间或频率变化的情况，对应的菜单项如图6所示。对比两种后处理器可以发现，一般后处理器固定某个时间，查看模型各个节点或单元的结果，时间历程后处理器则是固定某个节点或单元，查看指定物理量随时间的变化情况。

当然，Main Menu中还有其他一些模块，但对于复合材料结构分析，主要用到的模块就是这些，当需要有其他特殊处理时，相信到那时大家已经拥有相当丰富的经验了，读者完全可以参考Ansys帮助文档或其他资料作进一步学习。

3、Ansys结构分析采取的一般步骤

本节介绍Ansys结构分析的典型步骤，实际应用中不一定要严格遵照这些步骤。一般结构分析的流程图如图7所示。

步骤一：Ansys对每一个有限元分析都默认以’file.ext’的形式创建相关文件，’ext’代表扩展名，而且文件的存放路径默认为【安装盘】/【Documents and Settings 】/【User】。因而，在开始一个新的结构分析前，有必要修改文件的存放路径和文件名，以防止将以前的文件覆盖。指定新的存放路径的操作方法：【File】|【Change Directory…】。更改文件名操作方法：【File】|【Change Jobname…】，此时会弹出对话框，输入新的文件名，注意输入框下面有个’New log and error files ?’，笔者建议勾选这一选项，这样就会创建新的日志文件和错误记录文件，便于将来找出出错原因。

步骤二：选取单元类型（Element Type）并设定单元实常数（Real Constants），定义单元类型：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Element Type】；设定单元实常数：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Real Constants】。Ansys中提供的单元类型多达200多种，每种单元都有各自的特点和适用范围，不可随便选择。总的来说所有单元可以分为三大类：杆单元类（一维 BEAM）、平面单元类（二维 PLANE）、体单元类（三维 SOLID），每种单元都有各自的名字，名字由单元类 + 数字编号组成。例如：PLANE42，PLANE表示该单元属于平面类单元，由于平面类单元中还包含其他很多种单元，所以用42来标识此特定单元。实际上每种单元的数字编号都是独一无二的。单元实常数主要用来进一步描述单元特性，比如你选择梁分析单元BEAM23，Real可以定义其梁的面积、惯性矩和截面高度，如果你选择的是应用于复合材料层合板分析的SHELL91单元，Real可以指定铺层数、铺层方向角、每层的厚度等参数。至于单元类型如何选择，这与分析问题的类型和材料特性有关，后面的章节将详细讲解。

步骤三：定义材料属性，菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Material Props】|【Material Models】，弹出Define Material Model Behavior对话框，在对话框左侧窗口选择合适的材料模型。对于复合材料结构分析而言，通常选择Structural里面的材料模型，需要设定的材料参数一般包括弹性模量、剪切模量、泊松比。

步骤四：建立（导入）模型和划分网格。对于形状复杂的模型建议采用专门的建模软件，建立模型菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Modeling】，划分网格菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Meshing】。模型的建立可以采用自下向上的建模方法或者自上向下的建模方法，这里不做详述，有兴趣的读者可以参考相关Ansys建模书籍。模型建好剩下的就是划分网格了，划分网格前需要先对网格尺寸进行设置，然后将步骤二选好的单元类型应用到需要划分网格的模型上，程序就会自动将网格划分好，如果对划分的网格不满意还可以对局部网格进行优化。

步骤五：设定边界条件和加载，菜单路径：【Main Menu】|【Solution 】|【Define Loads】。边界条件的设定主要包括对需要限定位移的节点的位移(DOF) 进行设置，Ansys中认为边界约束也是一种载荷。载荷包括集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷和耦合场载荷。载荷可以施加在实体模型上也可以施加在有限元模型上。当载荷施加在实体模型上，ANSYS求解时会自动将这些荷载转换到相应的节点和单元上，当改变模型的单元网格划分时，在实体模型上所施加的荷载不受影响，相比较而言，这种方法施加载荷更容易些。

步骤七：后处理，【Main Menu】|【General Postproc】。在后处理模块，需要先读入计算的结果，然后就可以查看节点计算结果(Nodal Solution)，一般以云图的方式显示应力、应变、位移等信息，还可以将结果以图片的形式保存下来。有时为了更精确地查看信息，需要将结果以文件的形式输出，这时可以采用【Main Menu】|【General Postproc】|【Write Results】的方法输出结果到文件。

3、Anysis有限元分析中产生的文件

Ansys分析过程中可能产生的文件有10种之多，各种扩展名所包含的意义如下：

.db是数据库文件，里面存储着当前模型数据，以及单元属性、材料性质等信息，是Ansys最重要的文件之一；

.dbb是ANSYS自动生成的当前database的备份。比如你已经有一个file.db，当你点击save时，ANSYS先把原来的file.db另命名为file.dbb后，新生成一个file.db。db文件中可以包含部分结果；

.log是日志文件，以追加时记录所有执行过的命令；

.emat是单元矩阵文件，记录有限元单元矩阵数据；

.esav是单元数据存储文件，保存单元求解数据；

.err是出错记录文件，记录所有运行中的警告错误信息；

.rst是结果文件，记录一般结构分析的结果数据；

.rth是结果文件，记录一般热分析的结果数据；

.rmg是结果文件，记录一般磁场分析的结果数据；

.snn是载荷步文件，记录载荷步的载荷信息；