第一篇：ansys分析的一些心得

做了布爾運算后要重畫圖形（刪除實體）時：需拾取Utility Menu>Plot>Replot 標點的輸入是在英文狀態下，“,”。

線段中點的建立：Modling>Creat>Keypoints>Fill between kps 還不會環形陣列。

所謂桿系結構指的是長度遠遠大于其他方向尺寸（10：1）的構件組成的結構，如連續梁，桁架，鋼架等。靜力學分析的結果包括結構的位移，應變，應力和反作用力等，一般是使用POST1處理（普通后處理器）和查看這些結果。干系結構的靜力學分析—平面桁架的建模，用NODE（節點），ELEMENT(元素)創建。復雜體積的建模一般用KPS(關鍵點)，LINE（Straight line—直線），再生成面，再生成體。8 如果輸入的數據單位是國際單位制單位，則輸出的數據單位也是國際制單位。9 創建正六邊形：Creat>Areas>Polygon>Hexagon.指定中心和半徑。10 由面沿線擠出體：Modling>Operate>Extrude>Areas>Along Lines.11 Ansys中沒有Undo命令.需及時保存數據庫文件.12 Def Shape Only:只顯示變形圖.Def + Undeformed:顯示未變形的圖.Def + Udef egde:顯示未變形的圖形的邊界.13 用等高線顯示：Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu.14 模態分析用于分析結構的振動特性，即確定結構的固有頻率和振型，它也是諧響應分析，瞬態動力學分析以及譜分析等其他動力學分析的基礎。Ansys的模態分析是線型分析。任何非線型分析，例如，塑性，接觸單元等，即使被定義了也將被忽略。平面桁架：Beam(2D elastic 3)厚壁圓筒：Solid(8 node 13)>Options(K3—Plane strain)17 一般材料的彈性模量（EX）：2e11.泊松比(PRXY)：0.3.密度：7800 18 做完靜力學分析后，再做模態分析時，要再次求解，同時預應力效果也應該打開（PSTRES,on）.可以在命令行中輸入：pstres,on 也可以用菜單路徑：Solution>Analysis Type>Analysis Options.19 彈簧阻尼器單元：Combination-Spring damper 14.20 接觸問題屬于狀態非線性問題，是一種高度非線性行為，需要較多的計算資源。接觸問題有兩個基本類型：剛體-柔體的接觸，柔體-柔體的接觸（許多金屬成型的接觸問題）。在剛體-柔體的接觸問題中，有的接觸面與它接觸的變形體相比，有較大的剛度而被當做剛體。而柔體-柔體的接觸，是一種更普遍的類型，此時兩個接觸體具有近似的剛度，都為變形體。Ansys的接觸方式： 點-點接觸：過盈裝配問題是用點點接觸單元模擬面面接觸的典型例子。點-面接觸：不必預先知道準確的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的網格，并且允許有較大的變形和相對滑動。典型實例：模擬插頭插入插座里。3 面-面接觸：剛性面作為目標面，柔性面作為接觸面。打開自動時間步長：Solution>Load Step Opts>Time Frequenc>Time And Substps.23 屈曲分析是一種用于確定結構開始變得不穩定時的臨界載荷和屈曲模態形狀分析的技術。打開預應力效果：Solution> Analysis Type>Analysis Options.在彈出的對話框中的sstif pstres下拉列表框中選擇Prestress ON.單擊OK.25 交疊面：Modling>Opreat>Boolearns>Overlap>Areas.黏結體：：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Volums.27 黏結面：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Areas.28 殼體有厚度：shell63(八節點)，SHELL93(八節點)29（用關鍵點）直接建模，不需要智能化網格功能 過關鍵點定義面的命令中，關鍵點個數最多可以有18個，最少當然是3個 31 為了消除應力集中，可設置倒圓

面相加時的面號排序：如AADD,A1,A2,A3,A4，則最后得到A5號面

命令流支持混合運算，在處理三角函數時，必須化作弧度，三角函數符號用小寫 29 建實體模型時，一定要用關鍵點，再連線，到面，到體。只用單元模擬時用節點 30 “C***”表示該行的內容是一個注釋行，感嘆號“!”也是注釋行的標志 31 ANSYS中的數據“0”是可以省略的

為了減少分析的總自由度數，可以利用主自由度（Master）概念。這里“M,3,UY,5”就是利用主自由度定義命令，將第3個節點到第5個節點的Y方向的自由度UY設置為主自由度，這樣在計算中，只有這些位移自由度才被計算和處理 33 ANSYS提供一百多種單元

ANSYS中的單元都有類型名稱和編號組成，編號是該單元在ANSYS中惟一的總編號。這里的單元名稱也可以只用編號，但是一般為了便于記憶和別人閱讀，盡可能使用類型＋編號的名稱，如“LINK1”，“BEAM3”等等

這是正常的，有限元在計算頻率時，一般總是偏大的。所以在高階模態分析，單元的網格應該更密一些

ANSYS中使用最多的實體單元是Solid45，它有8個結點，每個結點有3個線位移 37 建模時可以對集合尺寸進行賦值

做柔性體一定要定義密度，否則不能做出。即使能畫網格，也得定義密度，才能做柔性體

在前處理模塊設置工程選項、分析類型、單元類型和材料參數 22 模態分析

模態分析過程包括建模，施加載荷和求解，擴展模態和查看結果等幾個步驟 1 必須定義材料的彈性模量和密度。模態分析的結果包括結構的頻率，振型，相應應力和力等。3 模態分析的步驟：

①指定分析類型：Solution>Analysis Type>New Analysis在彈出的對話框中的Type of Analysis選項中選擇Modal.②指定分析選項：Solution>Analysis Type>Analysis Options.在彈出的對話框中的No.of modes to extract文本框中輸入10（十階模態）。彈出Block Lanczos method對話框，單擊OK.③指定要擴展的模態數：Solution>Load Step Opts Expansionpass>Single Expand Expand Modes在彈出的對話框中的NMODE文本框中輸入10（擴展的模態數）。單擊OK.④施加約束。⑤求解。

⑥列表固有頻率：General Postproc>Results Summary ⑦從結果文件讀出結果：General Postproc>Read Results>First Set ⑧用動畫觀察模型的一階模態PlotCtrls>Animate>Mode Shape在彈出的對話框

中單擊OK.⑨觀察其余各階模態：General Postproc>Read Results>Next Set.4 0階模態（MODE = 0）是軸對稱振動模態，而MODE = 2是它的第2階振動頻率。在0階模態情況下，需要選擇半徑方向的自由度作為主自由度。對于MODE=2的情況，半徑方向和環向自由度都必須指定為主自由度 23 結構動力學分析（諧響應分析）

諧響應分析主要用于確定線性結構承受隨時間按正弦規律變化的載荷時的穩態響應。主要采用縮減發（reduced）,模態疊加法（Mode Superposition）,完全發（Full）。24 單元選擇

初學ANSYS的人，通常會被ANSYS所提供的眾多紛繁復雜的單元類型弄花了眼，如何選擇正確的單元類型，也是新手學習時很頭疼的問題。

單元類型的選擇，跟你要解決的問題本身密切相關。在選擇單元類型前，首先你要對問題本身有非常明確的認識，然后，對于每一種單元類型，每個節點有多少個自由度，它包含哪些特性，能夠在哪些條件下使用，在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細的描述，要結合自己的問題，對照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當的單元類型。1.該選桿單元（Link）還是梁單元(Beam)？

這個比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩，這是桿單元的基本特點。

梁單元則既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果你的結構中要承受彎矩，肯定不能選桿單元。

對于梁單元，常用的有beam3,beam4,beam188這三種，他們的區別在于：

1)beam3是2D的梁單元，只能解決2維的問題。Beam3是一個具有張緊，壓縮和彎曲能力的單向元素。它有三個自由度，分別是x方向和y方向的移動和沿z軸的旋轉（UX,UY,ROTZ）。該元素由兩個節點，兩個橫截面，轉動慣量，高和材料性能來定義。2)beam4是3D的梁單元，可以解決3維的空間梁問題。3)beam188是3D梁單元，可以根據需要自定義梁的截面形狀。2.對于薄壁結構，是選實體單元還是殼單元？

對于薄壁結構，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計算量，如果你非要用實體單元，也是可以的，但是這樣計算量就大大增加了。而且，如果選實體單元，薄壁結構承受彎矩的時候，如果在厚度方向的單元層數太少，有時候計算結果誤差比較大，反而不如shell單元計算準確。

實際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節點的shell單元(可以退化為三角形)，shell93是帶中間節點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節點，計算精度比shell63更高，但是由于節點數目比shell63多，計算量會增大。對于一般的問題，選用shell63就足夠了。

除了shell63,shell93之外，還有很多其他的shell單元，譬如shell91,shell131，shell163等等，這些單元有的是用于多層鋪層材料的，有的是用于結構顯示動力學分析的，一般新手很少涉及到。通常情況下，shell63單元就夠用了。

3.實體單元的選擇。

實體單元類型也比較多，實體單元也是實際工程中使用最多的單元類型。常用的實體單元類型有solid45, solid92,solid185,solid187這幾種。

其中把solid45,solid185可以歸為第一類，他們都是六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱體，單元的主要功能基本相同,(SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料)。Solid92, solid187可以歸為第二類，他們都是帶中間節點的四面體單元，單元的主要功能基本相同。

實際選用單元類型的時候，到底是選擇第一類還是選擇第二類呢？也就是到底是選用六面體還是帶中間節點的四面體呢？

如果所分析的結構比較簡單，可以很方便的全部劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時，應該選用第一類單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結構比較復雜，難以劃分出六面體，應該選用第二類單元，也就是帶中間節點的四面體單元。

新手最容易犯的一個錯誤就是選用了第一類單元類型(六面體單元)，但是，在劃分網格的時候，由于結構比較復雜，六面體劃分不出來，單元全部被劃分成了四面體，也就是退化的六面體單元，這種情況，計算出來的結果的精度是非常糟糕的，有時候即使你把單元劃分的很細，計算精度也很差，這種情況是絕對要避免的。

六面體單元和帶中間節點的四面體單元的計算精度都是很高的，他們的區別在于：一個六面體單元只有8個節點，計算規模小，但是復雜的結構很難劃分出好的六面體單元，帶中間節點的四面體單元恰好相反，不管結構多么復雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個單元有10個節點，總節點數比較多，計算量會增大很多。

前面把常用的實體單元類型歸為2類了，對于同一類型中的單元，應該選哪一種呢？通常情況下，同一個類型中，各種不同的單元，計算精度幾乎沒有什么明顯的差別。選取的基本原則是優先選用編號高的單元。比如第一類中，應該優先選用solid185。第二類里面應該優先選用solid187。ANSYS的單元類型是在不斷發展和改進的，同樣功能的單元，編號大的往往意味著在某些方面有優化或者增強。

對于實體單元，總結起來就一句話：復雜的結構用帶中間節點的四面體，優選solid187，簡單的結構用六面體單元，優選solid185。25 命令書寫

/FILNAM,EX3-1定義文件名/TITLE, 定義分析的標題 /UNITS,SI！定義單位制

/PREP7！進入前置處理

ET,1,3！定義元素類型為beam3 6 MP,EX,1,200E9!定義楊氏模量 R,1,3E-4,2.5E-9,0.01！定義實常數 26 當使用單元LINK1時：

創建了節點后，節點用ELEMENT連接，即：E,1,2 27 根據模型的對成型性，計算時只需要一半模型即可。28 PRXY與NUXY的區別：

在材料參數泊松比的定義中可以使用“PRXY”或者“NUXY”，對于各種異性材料它們分別表示最大泊松比和最小泊松比。對于一般的各向同性材料，兩者的意義是等價的。29合并重合的關鍵點：

–Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items.將Label 設置為 “Keypoints”, 單擊 [OK] 30.繪等效應力(von Mises)圖.Main Menu: General Postproc-> Plot Results-> Contour Plot-Nodal Solu 1.選擇 stress 2.選擇 von Mises 3.OK 31.應力動畫Utility Menu: PlotCtrls-> Animate-> Deformed Results...1.選擇 stress 2.選擇 von Mises 3.OK 播放變形動畫, 拾取MediaPlayer的 “>” 鍵。32.Exit.Toolbar: QUIT 1.Save Everything 2.OK 33 做柔性體時，建立剛性區域時，主從節點要分清，不能重復約束自由度（先加了約束，如：D,ALL,UX，后面建立剛性區域時不能再重復約束）34 模型幾何形狀非常規則時，易于用節點和單元直接建模來實現

如果需要了解其他模態的情況，需要在命令行輸入“Set,1,N”來指定選擇第N階模態，然后利用PLDISP命令就可以顯示模態了。再執行“ANMODE,10,0.05”就可以生成該模態的動畫文件了。需要說明的是，動畫生成之前，需要選擇哪一階模態，并使用PLDISP顯示靜態的模態后，才可以執行動畫生成命令ANMODE。

利用殼單元的好處在于可以提取到單元的薄膜力和彎矩，以及這兩項內力所對應的中面薄膜力和內外表面的彎曲應力。

第二篇：ansys錯誤分析

關于ANSYS錯誤小結

1、把體用面分割的時候出現的錯誤提示： Boolean operation failed.try adjusting the tolerance value on the BTOL commmand to some fraction of the minimum keypoint distance.Model Size(current problem)1.183933e+000,BTOL setting 1.00000e-005,minmum KPT distance

4.308365e-006

先在要分割的地方設置一個工作平面，用布爾運算“divided--volumeby working plane”進行分割的時候，出現上述錯誤，主要原因可能是設置的公差太小，當時試了幾次都么有成功，最后干脆把體重新建立了一個，又畫了一個很大的面，終于成功了。

2、一個常見的代表性錯誤！

原來我的虛擬內存設置為“無分頁文件”，現在改為“系統管理”，就不在出現計算內存不夠的情況了。

Error!

Element type 1 is Solid95,which can not be used with the AMES command, meshing of area 2 aborted.剛開始學習的人經常出這種錯誤，這是因為不同單元類型對應不同的劃分網格操作。上面的錯誤是說單元類型為Solid95（實體類型），不能用AMES命令劃分面網格。

3、Meshing of volume 5 has been aborted because of a lack of memory.Closed down other processes and/or choose a larger element size, then try the VMESH command again.Minimum additional memory required=853MB（by kitty_zoe）

說你的內存空間不夠，可能因為你的計算單元太多，增加mesh尺寸，減少數量或者增加最小內存設定（ansys10中在customization preferences菜單存儲欄 可以修改）

你劃分的網格太細了，內存不足。建議將模型劃分為幾個部分，分部分進行劃分，可以減少內存使用，試一下！

4、The input volumes do not meet the conditions required for the VGLU operation.No new entities were created.The VOVLAP operation is a possible alternative

VGLU 是將兩個或多個體粘到一塊，體之間的交集應該是面，幫助里的說法，This operation is only valid if the intersections of the input volumes are areas along the boundaries of those volumes。你粘結glue的體可能有重疊，所以后面提示了一個VOVLAP命令，該命令是將兩個或多個體的重疊部分拿出來作為結果

VMESH劃分時，精度不同，單元數量差別太大了，如果是自由網格劃分，那么嘗試幾個SMRT等級看看。還有就是單元形狀不同，產生的網格質量也差別很大，我前幾天才重新劃了一次網格，印象很深。shape,0,3d和shape,1,3d就是劃分體時控制單元形狀的5、clear is not a recognized GEGIN command,abbreviation,or macro.this command will be ingored.那是因為打開了前處理，求解或者后處理，先用FINISH命令，再用CLEAR就可以了

6、約束不足，產生剛性漂移

我覺得這個不一定就是約束不足造成的剛性漂移。另外一個可能的原因是網格劃分的不好。在曲線變化劇烈的區域，如果網格劃的太疏，也可能產生這樣的錯誤。

7、AN error occured during sweeping while meshing arer 39.change element sizing parameters(RSIZE,LESIZE,etc).or mesh this arer manually(AMESH or AMAP).then try the VSME command again.The VSWE command is ignored.在對一個規則的體進行掃略劃分的時候，出現了這個命令，原因是邊的尺寸，或者單元的個數設置不合理，對應不上，就行變數核對皆可解決問題！

8、Volume 1 cannot be meshed.208 location(s)found where non-adjacent boundary triangles touch.Geometry configuration may not be valid or smaller element size definition may be required.提示就是告訴你需要更小的單元

可能單元太大的時候出現的網格有有問題，比如狹長的網格，計算的時候集中應力太大

9、Shape testing revealed that 3 of the 13 new or modified elementsviolate shape warning limits.To review test results, please see the output file or issue the CHECK command.ansys 里面有自己帶的網格檢查，這說明你的網格尺寸有問題，重新劃分

10、劃分solid45單元的時候出現了 structural elements without mid nodes usually produce much more accurate results in quad or brick shape

提示你采用帶中間節點的單元進行計算。但是solid45六面體網格精度一般夠了，不需要理會。

11、Volume11 could not be swept because a source and a target area could not be determined automatically。please try again...體不符合SWEEP的條件，把體修改成比較規則的形狀，可以分割試試

12、*** WARNING ***SUPPRESSED MESSAGECP =1312.641TIME= 16:51:48

An error has occurred writing to the file = 12 which may imply a fulldisk.The system I/O error = 28.Please refer to your system documentationon I/O errors.a、I/O 設備口錯誤，I/O=26，錯誤，告訴你磁盤已滿，讓你清理磁盤。但是實際問題的解決不是這樣，是你的磁盤格式不對，將你的磁盤格式從FAT26改稱 NTFS的就可以了。因為FAT26格式的要求你的單一文件不能大于4G。但是我們一旦做瞬態或者是諧相應的時候都很容易超過這個數，所以系統抱錯。

b、I/O設備口錯誤，I/O=9,錯誤，和上一個一樣告訴你磁盤已滿，讓你清理磁盤。但是實際問題是由于你的磁盤太碎了造成的，你只要進行磁盤碎片整理就可以了，這個問題就迎刃而解。

13、Topolgical degeneracy detected for ASBA command.Try modifying geometry slightly or loosening the tolerance(BTOL command).If BTOL is relaxed ,be sure to change the tolerance back to the default after operation

公差不能太大，默認公差值是1e-5,每次擴大10倍，即1e-4,1e-3,.....慢慢試試，如果不行，就得檢查模型

14、計算時候出現：Input/output error on unit=9.Possible full disk，在一些論壇看到轉換磁盤格式ntfs，轉換后還是不行，我的ansys11.0安裝在D盤，工作目錄為E盤（30G大小），另外輸出窗口提示for better cpu performace increase memory by 296mb using-m option

一.轉化格式（先確定你D盤為fat格式后）點“開始->運行”輸入:covert D:/FS:NTFS 就可以將D盤轉換成NTFS格式了,不過轉換后不可以恢復成FAT32格式了.（本人沒有試過！）二.在開始——程序——ansys——ansys product launcher——customization，然后選擇memory下面的方框里面打勾，然后調整work spcae 和data base15、Large negative pivot value(-8.419662714E-03)in Eqn.system.May bebecause of a badtemperature-dependent material property used in the model.這種錯誤經常出現的。一般與單元形狀有關。

16、There are 21 small equation solver pivot terms.;

SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively low stress gradients.第一個問題我自己覺得是在建立contact時出現的錯誤，但自己還沒有改正過來；第二個也不知道是什么原因。

還有一個：initial penetration 4.44089×10E-6 was detacted between contact element 53928 and target element 53616;也是建立接觸是出現的，也還沒有接近。唉，郁悶中！

第一個問題：There are 21 small equation solver pivot terms.;

不是建立接觸對的錯誤，一般是單元形狀質量太差（例如有i接近零度的銳角或者接近180度的鈍角）造成small equation solver pivot terms

第二個問題:SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively lowstress gradients.這只是一個警告，它告訴你：推薦SOLID45單元只用在應力梯度較低的區域。它只是告訴你注意這個問題，如果應力梯度較高，則可能計算結果不可信。

17、There are 1 small equation solver pivot terms

ansys,剛度矩陣主元太小，可能是單元畸形，或者材料參數有問題，總之這個問題你就不斷的換個方式建立模型，trial and error，往往就解決了這個問題

第一個問題：說明結構剛度矩陣出現小主元。如果矩陣D 的所有主元都是正的，這時結構的切線剛度矩陣正定，結構處于穩定狀態；如果矩陣D 的 主元有小于0 的，則切線剛度矩陣非正定，結構處于不穩定狀態。

如果出現的小主元不多，說明可能是達到某個臨界點，以后還可以繼續求下去；如果出現的小主元很多，而且越來越多，說明這個結構即將破壞，比如出現大面積的塑性區，形成多個塑性鉸等。

當|D |=0時，矩陣D 為奇異矩陣，非線性方程會產生奇異解，奇異解出現于可能產生不定解或非唯一解的分析中，求解方程的主元為負或零會產生這樣的奇異解。有些情況下，盡管遇到主元為負或零，仍需繼續進行分析（特別是一些非線性分析中）。（since a negative or zero pivot value can occur for a valid analysis.）

下述條件會引起求解過程出現奇異性：（The following conditions may cause singularities in the solution process:）·約束條件不足 ·模型中有非線性單元：如間隙元、滑動元、鉸鏈元、纜束員等。結構的一部分可能已經塌陷或分散了 ·材料特性為負：如在瞬態熱分析中規定的密度或溫度 ·連接點無約束，單元排列可能會引起奇異性。例如：兩個水平梁單元在連接點的垂直方向存在無約束自由度，在線性分析中，將會忽略加在該連接點的垂直載荷。另外，考慮一個與梁單元或管單元垂直相連的無板面內的旋轉剛度的殼單元，在連接點處不存在板面內的旋轉剛度。在線性分析中，將會

忽略加在該點處的板面內力矩。·屈曲。當應力剛化效果為負（壓縮）時，結構受載后變弱。若結構變弱到剛度減小到零或為負值，就會出現奇異解，且結構已經屈曲。會打印出“主元值為負”的消息。·零剛度矩陣（在行或列上）。如果剛度的確為零，線性或非線性分析都會忽略所加的載荷。

18、This model requires more scratch space than available, currently

8026545 words(31 MB).ANSYS was not able to allocate more memory toproceed.Please shut down other applications that may be running or increase the virtual memory on your system and rerun ANSYS.Problem terminated.原來我的虛擬內存設置為“無分頁文件”，現在改為“系統管理”，就不在出現計算內存不夠的情況了。

Input/Output error on unit= 20.Possible full disk.Input/Output error on unit= 9.Possible full disk.這些都是一類問題,引起這種問題的可能性有:

1.ANSYS的工作目錄磁盤空間已滿.(可能性很大)

2.ANSYS的虛擬內存不夠

3.磁盤存在壞道.(可能性也很大,常見的是在一臺機器上不可以計算,但是放到別的機器上就可以計算了,這時就要考慮你的機器是不是存在壞道)

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The value of UY at node 1195 is 449810067.It is greater than the current limit of 1000000.This generally indicates rigid body motion as a result of an unconstrained model.Verifythat your model si properly constrained.錯誤的可能：

1.出現了剛體位移，要增加約束

2.求解之前先merge或者壓縮一下節點

3.有沒有接觸，如果接觸定義不當，也會出現這樣類似的情況

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Large negative pivot value...May be because of a bad temperature-dependent material property used in the model.出現這個錯誤很可能的原因是約束不夠！

遇到了一個問題

開始求解后出現以下提示，Solid model data is contaminated

后來終于找到原因了

有限元網格里包含一些未被劃分網格的線，一般來說出現在面于面之間有重合的線，導致雖然面被劃分了網格，卻包含未被劃分網格的線。

解決辦法，把模型存為.cdb格式（去掉幾何信息），然后再讀取，就可以求解了命令：cdwrite，db，模型名，cdb

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在導入IGES文件時老出現

Because keypoint merging has not been performed,automatic volume creation is suppressed這句警告說明模型里有重合的點，你可以在ansys里合并keypoint

對于稍微復雜的模型都不建議用iges格式，建議用,prt格式或者.x-t格式

另外推薦大家學習ansys workbench

它的接口做的比ansys強很多

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計算過程中出現某個點的位移很大，比如說達到1E13。

這個錯誤的原因有幾個：

A、模型中存在重節點，即同一個位置有兩個不同編號的節點，這些重節點不是你預先設定的，而是沒有注意到它們的存在，導致計算時這些節點飛了！有時候甚至存在重單元。主要是由于建模粗心大意。特別是，如果用體和線的鏡像命令時，會在鏡像處生成重節點，重單元。

B、整個模型的約束不夠，應該檢查約束；

C、也有可能是模型中的某個局部出現屈服，破壞，導致位移過大。即使模型正確，但是在過大的荷載作用下，也會出現這種情況。

第三篇：ansys綜合心得

材料單元的選擇以及個材料的彈性模量和楊氏模量的選擇？

起因是，最近老有人問我一些，論壇上自己的提問，和回答，而這些回答我現在卻想不起來了；

同時，工作中也經常遇到一些自己曾經解決了的問題，而再次遇到的時候，又忘記了

因而，搜集了一些自己在論壇上的東西，整理一下，希望同仁兄臺相互討論，更益求精~！

希望，各位朋友能就文中的不足提出意見

更希望，各位朋友能拿出自己的心得體會，共同交流，共同進步

希望，更多的朋友能提出建議

分享個人的一些經驗，或者就一些問題討論！

一、求解分析（結構分析）

（一）求解設置

（二）邊界條件 ??對稱與反對稱邊界條件——實體和單元

1）針對對稱邊界條件下實體結構的分析，可利用ANSYS對稱邊界條件設置，求解半個或者1/4實體結構，將所得結果對稱/循環，得到整體結果分析；

2）針對反對稱邊界條件下實體結構的分析，可利用ANSYS反對稱邊界條件設置，求解半個實體結構，將所得結果按180度CYCLIC循環對稱定義，注意反對稱要求如下因素亦滿足反對稱條件：材料、約束方程、載荷、外形。??位移邊界條件——實體和單元 1.位移約束與強制位移

位移約束（displacement constraint）是在節點、或關鍵點（自由點）上施加某種條件以限制其沿某一自由度方向的運動

強制位移（enforced displacement）是在約束點（節點或關鍵點）上施加某種條件以促使其沿某一自由度方向運動。2.限制剛體位移

問題一：分析中有時會遇到這樣一種情況：即外加載荷是整體平衡的，從理論上來說不會引起剛體位移，只會引起結構變形。但在進行靜力分析時，如果不施加任何約束卻會由于剛度矩陣的奇異無法計算，這是怎么回事？這種情況下約束應該如何施加？

答1：這種情況叫做Pure Neumann boundary value problem。這種情況下所得到的位移都是相對位移加上一個常數，常數即為剛體位移。一個很簡單的例子就是一根一維桿兩端加大小相等方向相反的力，桿內任意兩點之間有相對位移，但每一點的絕對位移卻是整個桿的剛體位移加上相對位移。但是固定桿上的一個點，就會使這個常數即剛體位移為零。

對于Pure Neumann boundary value problem，討論位移或者溫度沒有意義，有意義的量是位移和溫度的導數的函數。梁，桿，殼單元可以通過固定任意一個節點，如固定剛體，剛體轉動。對于體單元或者二維平面單元，固定一個點，會導致應力奇異。應該固定一個面或一條線，這樣就不會發生應力奇異了。

答2：這種情況下仍然必須施加約束，但要求這種約束只約束剛體位移，而不能約束任何的結構變形。要想達到這樣的目的，我們可以找出模型中的任意三個點（不共線）來約束其剛體位移。如下圖所示，這樣的約束在載荷自身平衡的情況下只約束結構的剛體位移，而不會約束變形，即不會產生支反力。

這種約束也可以這么描述，找出不共線的三點1、2、3，三點組成一個平面，點1約束三個平動自由度，點2約束垂直于點1/2連線的兩個線外平動自由度，點3約束垂直于點1/2/3連線平面的一個面外平動自由度。問題二：按照問題一解法所做，發現在約束點處出現應力奇異的現象，怎么解決？ 檢查一下支反力，如果有較大的約束反力，則說明約束點取得不合適，或者看其和是否為零，特別是所有支反力是否會構成非零彎矩。平衡力系中也應該包括彎矩平衡，而這一點往往容易出問題。

或者，也可以這樣驗算一下：六個約束剛體運動的自由度，施加位移約束：依次取其中一個為非零值(可以取大一點)，其余為零，計算后看是否有應力和約束反力存在，如果有應力和約束反力，則說明該約束自由度取的不合適。如果都沒有問題，則毛病肯定出在模型本身或載荷不平衡上。??載荷邊界條件——實體和單元 面壓力命令的比較：SF和SFA

命令1：SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2，節點

命令2：SFA, AREA, LKEY, Lab, VALUE, VALUE2，幾何實體面

這兩個命令SF和SFA中，VALUE都等于力F除以面積A；SF命令中，要求節點組必須能形成一個面。

二、后處理與結果分析

（一）后處理操作 ??路徑操作

常見錯誤1：

***** PATH DATA STATUS ***** USE UNIFORM LINE DIVISIONS

DIRECTION MAX MIN

X

0.40400 0.40400

Y 0.88500E-01 0.88500E-0

1Z

7.9150 0.75100

TOTAL PATH LENGTH 21.445

上面數據中，路徑線兩端Z坐標的差值為（7.915-0.715），相應的路徑線實際長度也應該是（7.915-0.715）；而數據顯示總的路徑長度為21.445？這是由于節點選取的時候，沒有按順序從一端依次選到另一端，造成節點路徑線往返多次。??*.out文件

Batch方式下，自動放置到求解文件夾里

GUI方式下，采用命令：/OUTPUT, filename, out，打印到屏幕

（二）結果分析 ??應力奇異（結構奇異和單元/數值奇異）與應力集中（結構和人為）

很經典的問題，也討論過多次，一直沒有得到合理的解釋，有興趣的話，可以開個專欄。

三、專項討論與分析

（一）子結構 ??主自由度和載荷向量

(1)與非超單元部分接觸的節點，需要處理為主自由度/節點；

(2)超單元部分本身的（非零）約束條件和載荷邊界條件，需要處理為載荷向量，或者可以把所有約束條件和載荷條件在GEN部分處理為主自由度，在USE部分添加為邊界條件。

注1：在做載荷向量時，在一個/SOLU ~ FINISH里好像只能做一個載荷向量計算；如果有多個載荷向量，就只能用多個/SOLU ~ FINISH，待繼續驗證。注2：作用在超單元上的載荷，必須重新做自由度縮減，因為形成超單元時不僅要縮減剛度陣和質量陣，還有載荷向量。Error and Warning：

<1>第一個單元的第九個節點一定是內節點——先導入超單元/子結構模型，在導入非超單元模型

<2>超單元上節點不可以改變節點坐標系 <3> Super-element does not have a complete degree of freedom set as required by large deflection analysis——子結構/超單元部分只能用于線性小變形分析 <4> There are no degree of freedom active.??fds

（二）實體裝配

連接裝配：剛性連接——焊接、螺接

柔性連接——鉸接 1.焊接

焊縫類型——點焊、面焊

線/角焊（單/雙面），焊縫為等邊直角三角形，直邊長度等于板厚 考慮焊縫的建模方法有多種，各有一定的優缺點。常用方法是： 1)采用三維實體單元模擬焊縫幾何；

2)采用變厚度板殼單元模擬焊縫處厚度的變化；缺點：對豎板靠近焊縫部位采用了變厚度，可以反映焊縫材料對豎板的作用；但是，將焊縫材料加到豎板后，橫板仍為基本厚度，不能反映焊縫材料對橫板的加強作用；如果在橫板上也采用變厚度來模擬焊縫材料，則焊縫材料將被重復考慮； 3)采用梁單元模擬焊縫對殼的加強。

注：粗略簡化，即忽略焊縫效應，很容易引發應力奇異，因為引入了結構奇異：直角邊、直角尖點；即使考慮細節，適當圓角過渡，也難避免應力/數值奇異；若引入裝配連接，也會引入應力集中，人為因素、網格的敏感性。2.螺接——這個專題很大，有興趣的話，也可開個專題 3.鉸接——MPC184單元的應用，即multibody analysis部分

（三）非線性分析 1.幾何非線性 2.材料非線性 橡膠/超彈材料 ??Error and Warning：

1)u-p element do not satisfy the volumetric compatibility—— 3.狀態非線性——接觸/單元 ??接觸分析結果不收斂大致應該有如下幾種原因：(1)載荷子步(2)材料屬性(3)網格質量(4)接觸對設置(5)邊界條件優化(6)約束耦合條件 ??Warning and Error：

(1)Some contact elements overlap with the other contact element which can cause over constraint——解決1：可能是圖中的元素有重疊，如兩個體有部分面重疊，用OVERLAP命令可以解決；解決2：可能是同一變形體多次應用MPC多點約束算法，適當避免加入太多DOF自由度

（四）優化分析——設計優化、變分優化、拓撲優化

設計優化：可以定義一個包含所關心變量的泛函函數，通過調整所關心變量的變化，使得結構在滿足一定特性的時候，其某個函數（例如質量、體積）達到最優，即最小/最大。

變分優化：可以定義連續變量和離散變量；連續變量可以是幾何尺寸、實常數、截面尺寸、材料特性等，通過調整連續變量，可以查知某個變量對結構體某方面特性的影響；離散變量可以是結構體中的某一個部分組，通過調整離散變量，可以確定結構某一個組件對其的影響。

因而，可以這么認為：變分優化是設計優化的前提和基礎；通過變分優化，確定結構中組件（離散變量）的有無，結構變量（連續變量）影響的深淺，盡量縮減影響結構特性的變量的數目，即希望在設計優化泛函函數中包含盡量少的變量數目，以減少設計優化的計算量。由此看來，設計優化前，進行必要的變分優化是有所幫助的。??優化設計

多工況下結構體的優化設計 問題：一個結構體，分析其在不同工況下的強度和剛度，進而對其進行優化設計，我們該如何著手？例如，如果單以承壓工況，優化設計后，其結構體在承拉工況下未必合理；而在承拉工況下優化得到的結構體，在承壓工況下也未必合理；如何兼顧兩者，同時優化，同時最優合理？

首先，找到不同工況下最大應力值所處的位置

然后，進入時間歷程后處理器，定義這些位置相應的變量，如等效應力，然后繪出時間歷程曲線

再次，在變分優化中尋找對應力結果影響較顯著的變量

最后，在優化設計中，忽略不必要的、影響不大的變量，進行結果優化分析。

（五）復合材料 ??疑惑

1.鋪層與分網

假設一個復合材料殼體，其厚度為120mm，鋪層情況為(45/90/-45/0/45/90/-45/0/45/-45)4，每層3mm，建立實體模型，實體殼體厚度120mm，有兩種正常方法分網：

方法一，SECTYPE定義10層，實體殼體厚度方向分為4層，即沿厚度方向有四個單元

方法二：SECTYPE定義40層，實體殼體厚度方向分為1層，即沿厚度方向有一個單元

問題：方法一和方法二，哪一種好一點，或者說都不好，更好的方法是什么？ 方法三：SECTYPE定義40層，實體殼體厚度方向分為3層，即沿厚度方向有三個單元

問題：方法三，又作如何解釋？按截面定義理解，定義了40層，每層厚度3mm，總120mm；按分網單元理解，分網3層，每層/單元厚度40mm，每個單元內單元分層40層，每層厚度1mm，如此一來不是就矛盾？ 2.鋪層方向

分網前后，可以利用ESYS、EORIENT、VEORIENT三個命令調整鋪層方向，其中ESYS命令效果不太明顯，一般在XATT命令里設置；EORIENT命令調整鋪層，其方法不好掌握；VEORIENT命令，方法簡單，效果明顯，不過需要一個體一個體來調整，如果遇到體很多，操作勢必很麻煩，同時，點線面體等實體的選擇，不利用參數化模型的構建；期待更好的操作。

（六）動力學分析——模態分析、諧波響應分析、瞬態分析和譜分析 模態分析，能分析線性問題，得到線性材料的振動頻率；

瞬態分析，通過做出位移時間曲線，用FFT變換得到頻譜圖；

四、APDL參數化編程與二次開發 1.APDL基本符號

/ ——Commands that begin with a slash(/)usually perform general program control tasks such as entry to routines, file management, and graphics controls.* ——Commands that begin with a star(*)are part of the ANSYS Parametric Design Language(APDL),such as control statement.~ ——圖片導入命令開始符號.$ ——換行符號；

——續行符號，個人認為能換行，就可以續行，但是確實沒有找到 2.調用外部應用程序：/SYS和~eui

例1：/SYS,“C:Program FilesPSPadPSPad.exe” 例2：宏fileexe.mac *create,fileexe.bat

start “" ”C:Program FilesWindows NTAccessorieswordpad.exe“ *END

/sys, ”fileexe.bat" /delete, fileexe,bat

例3：~eui, 'exec notepad &'

~eui, 'exec {C:Program FilesWindows NTAccessorieswordpad.exe} &'

structural mass 結構體 結構質量 structural link 結構件 structural pipe 管結構 structural solid 實體結構 structural shell 板殼結構

structural constraint 結構限制，結構束縛

如何拉伸 ：operate 》 extrude 》……

如何定義約束和邊界條件prefesser》define loads》……

第四篇：ANSYS分析實例詳解

ANSYS分析實例詳解

姓名：XXX 學號：XXX 專業：XXX 內容：空調支架的有限元分析

本次作業為對一空調支架的有限元分析，其主要內容包括空調支架的建模、有限元分析、強度校核以及結構優化等。下圖為空調支架一側的實物圖片：

1、空調支架的特點分析

由于空調支架為一個完全對稱結構，空調的重量均勻分部在兩側對稱支架上，因此只要對空調支架的一側進行分析即可達到對整體空調支架的分析，同時也達到了簡化空調支架分析的目的。本次作業可以分三部分來完成：一，空調支架一側的建模；二，利用商業化有限元分析軟件對建好的空調支架模型進行有限元分析；三，根據空調支架模型有限元分析的結果對支架進行強度校核以及結構優化。

2、空調支架的建模

空調支架的具體尺寸圖如下圖所示：

考慮到空調支架模型結構簡單，故在此沒有利用三維軟件建模而是直接在有限元分析軟件中進行建模，本次作業采用的有限元分析軟件為美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件ANSYS10.0。建立模型包括設定分析作業名和標題，定義單元類型、定義材料屬性、建立三維模型、劃分有限元網格。2.1設定分析作業名和標題

打開ANSYS軟件進入ANSYS操作界面，首先從主菜單中選擇【Preferences】命令，勾選Structural。然后從實用菜單中選擇【Change Jobname】命令，將文件名修改為Ktiao2，從實用菜單中選擇【Change Title】命令，將標題修改為Ktiao2。如下圖所示：

2.2定義單元類型

在進行有限元分析時，首先應根據分析問題的幾何結構、分析類型和所分析的問題精度要求等，選定適合具體分析的單元類型。本文中選用8節點六面體單元Solid185。如下圖所示：

2.3定義材料屬性

由于空調支架所用材料為45#鋼，故可查得45#鋼的彈性模量為210Gpa，泊松比為0.3。從主菜單中選擇Preprocessor>Material Props>Material Models命令，打開定義材料模型屬性窗口，對材料彈性模量和泊松比進行設置。

2.4建立空調支架的三維實體模型

從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS命令，創建四個關鍵點，坐標分別為（0.54，0），（0.54，0.16），（0，0.16），（0，0.11）。接著從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs命令，分別拾取上一步創建的四個關鍵點生成平面。然后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal命令，拾取上一步生成的面將其拉伸成一個實體。由于340mm長度區域才為空調重量的加載區間，因此對空調支架的加載面分三部分來創建。根據上述同樣的方法創建關鍵點，生成面然后拉伸成實體。最后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes命令，將四個實體進行布爾加運算，至此空調支架的三維實體模型創建完畢。如下圖所示：

2.5實體模型網格劃分

從主菜單中選擇Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，打開“Mesh Tool”（網格工具），勾選“Smart Size”滑標值默認設置為6，“Mesh”的對象選擇“Volumes”，“Shape”選擇“Tet”“Free”，然后單擊【Mesh】，打開實體選擇對話框，單擊【Pick All】按鈕對空調支架模型進行網格劃分。如下圖所示：

3、空調支架模型的有限元分析

空調支架模型網格劃分完之后，接下來將對其進行有限元分析，其內容包括定義載荷及邊界條件、求解、查看結果等。3.1定義載荷及邊界條件并求解

由于在這只對空調支架的一側進行分析，即一側支架承受空調重量一半的載荷，因此就可以算出加載到長為340mm寬為50mm長方形面上的面載荷。即：

P?（40?9.8）?11529.4Pa

2?0.34?0.05根據空調支架的特點，在這對支架的邊界條件進行簡化，將支架靠近墻壁一側端面的自由度全部約束。下面為定義載荷及邊界條件的具體操作：

從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas彈出拾取對話框，拾取所需加載面，輸入上文計算出的壓力值。接著對支架靠近墻壁一側的端面進行約束，從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas彈出拾取對話框，拾取支架靠近墻壁一側的端面對自由度全部約束。

然后對其進行求解，從主菜單中選擇Solution>Solve>Current LS命令，打開一個確認對話框和狀態表，查看列表中的信息確認無誤后，單擊【OK】按鈕，開始求解。求解完成后打開求解結束對話框，單擊【Close】按鈕，關閉提示求解結束對話框。如下圖所示：

3.2查看結果

1）查看總變形

2）Y方向上的應力

3）第一主應力

4、強度校核以及結構優化

由于空調支架所用材料為45#鋼，根據《機械設計課程設計手冊》可查得其抗拉強度?b為600MPa。從上面的有限元分析結果可以看到支架在Y方向上的最大應力?ymax為1.58MPa，第一主應力最大值為?max為3.95MPa，兩者均遠小于其許可應力。因此空調支架滿足支撐強度要求，無需對其進行結構優化。

5、學習心得體會

通過此次數字化設計與制造作業的練習，讓我初步了解和掌握了有限元分析的基本理論基礎，了解有限元商業化軟件ANSYA的基本使用，并能夠進行簡單問題的計算和分析。但是這還是遠遠不夠的，從具體試驗中，我發現ANSYS的功能是十分強大的，目前也僅僅是了解了僅有的幾個基本功能，能給計算分析的也是最為簡單的問題，在三維建模、劃分網格以及對特定面的加載等還有待改善。另外，本次作業還也有一些不足，有限元的軟件所計算結果的正確性也是需要驗證的。在某些情況下，計算機所計算出的結果并不一定是正確的，應當在分析完后，對所做出的結果進行正確分析，和理論相比較，為自己所做的結果做強有力的支撐。

第五篇：Ansys復合材料結構分析總結

Ansys復合材料結構分析總結

說明：整理自Simwe論壇，復合材料版塊，原創fea_stud，大家要感謝他呀

目錄

1# 復合材料結構分析總結

（一）——概述篇 5# 復合材料結構分析總結

（二）——建模篇 10# 復合材料結構分析總結

（三）——分析篇 13# 復合材料結構分析總結

（四）——優化篇

做了一年多的復合材料壓力容器的分析工作，也積累了一些分析經驗，到了總結的時候了，回想起來，總最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后選定Ansys為自己的分析工具，確實有一些東西值得和大家分享，與從事復合材料結構分析的朋友門共同探討。

（一）概述篇

復合材料是由一種以上具有不同性質的材料構成，其主要優點是具有優異的材料性能，在工程應用中典型的一種復合材料為纖維增強復合材料，這種材料的特性表現為正交各向異性，對于這種材料的模擬，很多的程序都提供了一些處理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相應的處理方法。筆者最初是用I-Deas下建立各項異性材料結合三維實體結構單元來模擬（由于研究對象是厚壁容器，不宜采用殼單元），分析結果還是非常好的，而且I-Deas強大的建模功能，但由于課題要求要進行壓力容器的優化分析，而且必須要自己寫優化程序，I-Deas的二次開發功能開放性不是很強，所以改為MSC.Patran，Patran提供了一種非常好的二次開發編程語言PCL（以后在MSC的版中專門給大家貼出這部分內容），采用Patran結合Nastran的分析環境，建立了基于正交各項異性和各項異性兩種分析模型，但最終發現，在得到的最后結果中，復合材料層之間的應力結果始終不合理，而模型是沒有問題的（因為在I-Deas中，相同的模型結果是合理的），于是最后轉向Ansys，剛開始接觸Ansys，真有相見恨晚的感覺，豐富的單元庫，開放的二次開發環境（APDL語言），下面就重點寫Ansys的內容。在ANSYS程序中，可以通過各項異性單元（Solid 64）來模擬，另外還專門提供了一類層合單元（Layer Elements）來模擬層合結構（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的復合材料。

采用ANSYS程序對復合材料結構進行處理的主要問題如下：（1）選擇單元類型

針對不同的結構和輸出結果的要求，選用不同的單元類型。

Shell 99 —— 線性結構殼單元，用于較小或中等厚度復合材料板或殼結構，一般長度方向和厚度方向的比值大于10；

Shell 91 —— 非線性結構殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應變行為； Shell 181—— 有限應變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應變在內的材料的非線性行為；

Solid 46 —— 三維實體結構單元，用于厚度較大的復合材料層合殼或實體結構； Solid 191—— 三維實體結構單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。

（2）定義層屬性配置

主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。

（3）定義失效準則

支持多種失效準則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應力結果采用二次蔡胡準則程序來判斷的。

（4）其他的一些建模技巧和后處理指導

在我的分析工作中，主要采用了三維實體結構單元。

關于Solid 46單元

（1）Solid 46是用于模擬復合材料厚殼或實體的8節點三維層合結構單元，單元節點有x,y和z方向三個結構自由度，單元允許最多250層不同的材料；

（2）這種單元的定義包括：8個節點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內兩個方向雙線性的不等厚層；

（3）在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標系（單元坐標系）一致的材料參數，不一致的復合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標系所成的角度）由程序自動轉換；

（4）通過選擇不同的層直接在單元坐標下獲取單元應力，包括三個方向的應力和面內剪切應力，而不需要通過應力應變的轉換來獲取；

論壇問答：

Q：ANSYS如何處理失效后的材料退化呢？ A：ANSYS沒有直接提供材料失效后的退化，但可以自己寫程序讓ANSYS執 行。ANSYS可以用失效準則判斷材料是否失效，之后剛度降低可以通過實驗 測得。再將實驗數據輸入到ANSYS中，對失效的單元重新進行分析。

共同討論！Ansys確實沒有直接提供材料失效后的退化的處理方法。我們在進行復合材料結構分析時，通常采用單層模量退化的估算方法，這種估算方法就是將帶有裂紋層的橫向、剪切模量與泊松系數全部用一組經過DF因子退化的新值替代，為了考慮壓縮強度的下降，對單向復合材料的壓縮強度也要DF因子退化（詳細信息可以參考蔡為侖的《復合材料設計》一書），這樣，我們就可以再結合Ansys的APDL來處理了。

建模篇

復合材料是一種各向異性材料，對于纖維增強復合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進行復合材料結構建模的時候要特別注意的一個重要的問題，就是材料的方向性。下面，就我個人的分析經驗，對復合材料結構的建模作一個總結。1． 結構坐標系、單元坐標系、材料坐標系和結果坐標系

建立復合材料結構模型，存在一個結構坐標系，用于確定幾何元素的位置，這個坐標可以是笛卡爾坐標系、柱坐標系或者是球坐標系；單元坐標系是每個單元的局部坐標系，一般用來描述整個單元；材料坐標系是確定材料屬性方向的坐標系，一般沒有專門建立的材料坐標系，而是參考其他坐標系，如整體結構坐標系，或單元坐標系，在Ansys程序中，材料坐標是由單元坐標唯一確定的，要確定材料坐標，只要確定單元坐標就行了；結果坐標系是在進行結果輸出時所使用的坐標系，也是一般參考其他坐標系。在Ansys程序中，關于坐標系有人做過專門的總結。見后。2． 用于復合材料結構分析的單元

用于復合材料分析的單元主要有兩類，一類是層合單元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一類是各向異性單元，如Solid64；這些材料都有不同的處理方法，層合單元，在一個單元內可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項各向異性單元，在一個單元內，只能包含一種材料信息，而且所得到的計算結果還要進行一些處理，因此有一定的局限性。

3． 單元坐標的一致性問題

在進行復合材料結構建模的時候，有些時候結構幾何比較復雜，很難用統一的坐標來確定單元坐標系，即使對一些規則的幾何（如圓桶），在用旋轉方法生成幾何時，不同的面法向也會帶來單元坐標的不一致，這就使得材料輸入的時候存在問題并使計算結果錯誤，因此，在幾何建模時要特別注意這一問題，筆者也沒有得到一些復雜幾何進行單元劃分時保持單元一致的合適方法。

4． 一個實例

5． 下面的命令流顯示了不同的幾何生成方法會產生不同的單元坐標方向：

/PREP7

!******Create Material******* MPTEMP，，，， MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1，2.068e8 MPDATA,PRXY,1，0.29 MPTEMP，，，,，MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1，7.82e-6

!*********Create Element Type********** ET,1,SOLID95 KEYOPT,1,1,1 KEYOPT,1,5,0

KEYOPT,1,6,0 KEYOPT,1,11,0

!*************************** CSYS,1 HS=80

!**create two keypoints along axial K,101,0,0,0, K,102,0,0,400,!**create keypoints K,1,61,0,0, K,2,HS,0,0，K,5,100,0,0, K,11,61,0,178, K,12,HS,0,178, K,15,HS+10,0,178, K,111,61,0,178, K,112,HS,0,178, K,115,HS+10,0,178，K,21,61,0,2450, K,22,HS-4,0,2450, K,25,HS+6,0,2450，!***************************!**create areas by keypoints FLST,2,4,3 FITEM,2,21 FITEM,2,111

FITEM,2,112

FITEM,2,22 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,22 FITEM,2,112 FITEM,2,115 FITEM,2,25 A,P51X

!*************************** FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2 FLST,8,2,3 FITEM,8,101 FITEM,8,102 VROTAT,P51X, , , , , ,P51X, ,90,1, TYPE, 1

MAT, 1 REAL，ESYS, 0

SECNUM, MSHAPE,0,3D MSHKEY,1

FLST,5,2,6,ORDE,2

FITEM,5,1

FITEM,5,-2 CM,_Y,VOLU VSEL, , , ,P51X CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

VMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 運行上述命令流，查看一下單元坐標，再把命令流中下列部分

FLST,2,4,3 FITEM,2,21 FITEM,2,111

FITEM,2,112

FITEM,2,22 A,P51X 改為：

FLST,2,4,3 FITEM,2,22 FITEM,2,21 FITEM,2,111

FITEM,2,112

A,P51X

再看一下單元坐標。ANSYS坐標系總結

工作平面（Working Plane）

工作平面是創建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中用來建模(幾何和網格)總體坐標系

在每開始進行一個新的ANSYS分析時，已經有三個坐標系預先定義了。它們位于模型的總體原點。三種類型為:

CS,0: 總體笛卡爾坐標系 CS,1: 總體柱坐標系 CS,2: 總體球坐標系

數據庫中節點坐標總是以總體笛卡爾坐標系，無論節點是在什么坐標系中創建的。

局部坐標系

局部坐標系是用戶定義的坐標系。局部坐標系可以通過菜單路徑Workplane>Local CS>Create LC來創建。

激活的坐標系是分析中特定時間的參考系。缺省為總體笛卡爾坐標系。當創建了一個新的坐標系時，新坐標系變為激活坐標系。這表明后面的激活坐標系的命令。菜單中激活坐標系的路徑 Workplane>Change active CS to>。

節點坐標系

每一個節點都有一個附著的坐標系。節點坐標系缺省總是笛卡爾坐標系并與總體笛卡爾坐標系平行。節點力和節點邊界條件（約束）指的是節點坐標系的方向。時間歷程后處理器 /POST26 中的結果數據是在節點坐標系下表達的。而通用后處理器/POST1中的結果是按結果坐標系進行表達的。

例如: 模型中任意位置的一個圓，要施加徑向約束。首先需要在圓的中心創建一個柱坐標系并分配一個坐標系號碼(例如CS,11)。這個局部坐標系現在成為激活的坐標系。然后選擇圓上的所有節點。通過使用 “Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS”, 選擇節點的節點坐標系的朝向將沿著激活坐標系的方向。未選擇節點保持不變。節點坐標系的顯示通過菜單路徑Pltctrls>Symbols>Nodal CS。這些節點坐標系的X方向現在沿徑向。約束這些選擇節點的X方向，就是施加的徑向約束。

注意：節點坐標系總是笛卡爾坐標系。可以將節點坐標系旋轉到一個局部柱坐標下。這種情況下，節點坐標系的X方向指向徑向，Y方向是周向（theta）。可是當施加theta方向非零位移時，ANSYS總是定義它為一個笛卡爾Y位移而不是一個轉動（Y位移不是theta位移）。單元坐標系

單元坐標系確定材料屬性的方向（例如，復合材料的鋪層方向）。對后處理也是很有用的，諸如提取梁和殼單元的膜力。單元坐標系的朝向在單元類型的描述中可以找到。

結果坐標系

/Post1通用后處理器中(位移, 應力，支座反力)在結果坐標系中報告，缺省平行于總體笛卡爾坐標系。這意味著缺省情況位移，應力和支座反力按照總體笛卡爾在坐標系表達。無論節點和單元坐標系如何設定。要恢復徑向和環向應力，結果坐標系必須旋轉到適當的坐標系下。這可以通過菜單路徑Post1>Options for output實現。/POST26時間歷程后處理器中的結果總是以節點坐標系表達。

顯示坐標系

顯示坐標系對列表圓柱和球節點坐標非常有用(例如, 徑向，周向坐標)。建議不要激活這個坐標系進行顯示。屏幕上的坐標系是笛卡爾坐標系。顯示坐標系為柱坐標系，圓弧將顯示為直線。這可能引起混亂。因此在以非笛卡爾坐標系列表節點坐標之后將顯示坐標系恢復到總體笛卡爾坐標系。

分析篇

下面就我對碳纖維增強復合材料壓力容器分析過程中所做的工作，從復合材料材料參數轉化、復合材料強度準則、結構剛強度分析幾方面寫些我的心得，與大家共同探討。

1． 復合材料材料參數的轉化

單向纖維增強復合材料（也稱單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復合材料，是構成層合板和殼的基本元素，可認為是一種正交各向異性材料，也是一種橫觀各向同性材料（存在一個各向同性面），在進行有限元計算時，必須知道復合材料的彈性特性參數，并由彈性特性參數來計算正交各向異性材料的9個參數（在ANSYS程序中定義材料時所需3個彈性模量、3個泊松系數和3個剪切模量），單向復合材料特性的計算有許多種方法，主要的方法有Halpin-Tai的彈性力學方法，這種方法根據彈性理論將復雜的纖維與樹脂間的關系用一組方程來表示，通過求解方程組，解得彈性參數，我們使用的9個彈性參數的計算是通過單向復合材料的剛度矩陣轉化得到，下面是用APDL語言編寫的材料轉化程序。

MAT_PAR_COMP

!*****************************************************************!*this macro is used to calculate material parameters of composite

!***************************************************************** E1=1.81E8 E2=1.03E7 V21=0.28

V12=E2*V21/E1 V23=0.5 V32=0.5 G12=7.17E6 RM=COS(ARG1)RN=SIN(ARG1)RM2=RM*RM RM4=RM2*RM2 RN2=RN*RN RN4=RN2*RN2

RMN=RM*RN

RMN2=RMN*RMN

!* caculate stiffness matrice of unidirectional composite material * VV=(1.0+V23)*(1.0-V23-2.0*V21*V12)VV=1.0/VV

Q11=(1.0-V23*V32)*VV*E1 Q22=(1.0-V21*V12)*VV*E2 Q33=Q22

Q12=V21*(1.0+V23)*VV*E2 Q13=Q12

Q23=(V23+V21*V12)*VV*E2

Q44=(1.0-V23-2.0*V21*V12)*VV*E2*0.5 Q55=G12

Q66=Q55

!* calculate equivalent stiffness of composite material * HQ11=Q11*RM4+2.0*(Q12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RN4 HQ12=(Q11+Q22-4.0*Q66)*RMN2+Q12*(RM4+RN4)HQ13=Q13*RM2+Q23*RN2 HQ23=Q13*RN2+Q23*RM2

HQ16=-RMN*RN2*Q22+RM2*RMN*Q11-RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66)HQ22=Q11*RN4+2.0*(Q12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RM4 HQ33=RN2*Q13+RM2*Q23 HQ33=Q33

HQ26=-RMN*RM2*Q22+RMN*RN2*Q11+RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66)HQ36=(Q13-Q23)*RMN HQ44=Q44*RM2+Q55*RN2

HQ45=(Q55-Q44)*RMN HQ55=Q55*RM2+Q44*RN2

HQ66=(Q11+Q22-2*Q12)*RMN2+Q66*(RM2-RN2)*(RM2-RN2)QQ11=HQ11 QQ12=HQ12 QQ22=HQ22 QQ13=HQ13 QQ23=HQ23 QQ33=HQ33

QQ44=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ55 QQ55=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ44 QQ66=HQ66 Q(1)=QQ11 Q(2)=QQ12 Q(3)=QQ13 Q(4)=QQ22 Q(5)=QQ23 Q(6)=QQ33 Q(7)=QQ66 Q(8)=QQ44 Q(9)=QQ55!*

QQQ=Q(1)*(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5))-Q(2)*(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5))+Q(3)*(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4))S1=(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5))/QQQ S2=-(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5))/QQQ S3=(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4))/QQQ S4=(Q(1)*Q(6)-Q(3)*Q(3))/QQQ S5=-(Q(1)*Q(5)-Q(2)*Q(3))/QQQ S6=(Q(1)*Q(4)-Q(2)*Q(2))/QQQ S7=1/Q(7)S8=1/Q(8)S9=1/Q(9)

EEX=1/S1 EEY=1/S4 EEZ=1/S6 VXY=-S2*EEX VXZ=-S3*EEX VYZ=-S5*EEY

GXY=1/S7 GYZ=1/S8

GXZ=1/S9 /EOF 2． 復合材料強度準則

復合材料結構的受力及應力應變情況非常復雜，并要考慮各種應力應變的耦合和相互影響，復合材料強度破壞準則基于結構的宏觀破壞，一般來說復合材料的二次蔡-吳強度破壞準則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學出版社出版的蔡為侖先生的《復合材料設計》這一本書。

3． 復合材料結構剛強度分析

一般說來，復合材料結構總是受到空間力的作用，其應力分布是三維的，因此，復合材料結構的剛強度分析一般不宜采用復合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內的應力和橫向剪切應力，而忽略法向應力），同時，對于簡單的結構（如板、殼），可以得到彈性力學的一般解，而對于大多數結構來說，則必須用數值的方法計算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序對復合材料進行剛強度分析的步驟如下：

（1）建立結構的幾何模型

由于復合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時要特別考慮到網格劃分的方便。

（2）建立材料模型

根據復合材料材料參數建立單向復合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復合材料，有兩種建立方法。a.若選擇單元為各向異性單元，則根據單向復合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建立各向異性材料模型；

b.若選擇層合單元，則可以建立相關的材料模型，如單向復合材料則可以建立正交各向異性材料模型

（3）選擇單元類型并設置相關屬性

根據結構特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設置單元屬性（各種單元的選擇依據請參考概述篇或ANSYS幫助文件）

（4）網格劃分

在建立的幾何實體上進行網格劃分，對于復合材料，選擇六面體三維實體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標一致，運用有限元網格生成器進行網格劃分。

（5）定義邊界條件

根據實際情況定義邊界條件。

（6）分析設定并提交計算

設定分析類型及相關一些參數

（7）結果后處理

復合材料結構的分析結果在進行后處理時，非常重要的一點是選擇合適的并與計算時所用的坐標一致的結果坐標系，如對于回轉體結構選擇計算時的柱坐標。另外，對于用各向異性單元（Solid64）來模擬的計算結果在結果處理時必須保證應力應變關系的一致，主要是在不同種復合材料層間或者同一種復合材料不同鋪層方向的層之間界面的應力應變情況，ANSYS后處理中所得到的結果不完全是正確的，應該根據法向應力聯系，面內應變連續的準則來進行處理。

復合材料結構分析總結

（四）——優化篇

與傳統材料相比，復合材料具有可設計性，復合材料結構的多層次性為復合材料及其結構設計帶來了極大的靈活性，復合材料的力學性能和機械性能，都可按照結構的使用要求和環境條件要求，通過組分材料的選擇匹配、鋪層設計及界面控制等材料設計手段，最大限度的達到預期目的，以滿足工程設備的使用性能，因此，在工程實踐中對復合材料結構進行優化設計有很重要的現實意義，下面以我所研究的復合材料壓力容器為例，將復合材料結構優化以及在ANSYS下的實現過程給大家作一個介紹。

1． 問題描述

本文所涉及的復合材料壓力容器是帶有金屬內膽外纏碳纖維增強復合材料的復合容器，優化問題是：以金屬內膽壁厚、復合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設計變量，在滿足壓力容器強度（金屬內膽層和復合材料層均滿足強度要求）和重量要求的條件下，使壓力容器的剛度最大。2． 優化模型

根據纖維增強復合材料特性，壓力容器環向纏繞復合材料有利于提高容器剛度，軸向平鋪復合材料有利于提高容器剛度，因此，模型采用3種纏繞角的方案，即靠近金屬內膽為環向（90度）纏繞，中間為??纏繞，外部為軸向平鋪（0度），以各層的厚度（金屬層和三層復合材料）和中間纏繞層的角度為優化參數，在壓力容器強度約束的條件下，以壓力容器一階固有頻率為優化目標。其數學模型如下： Maximize:fSubjectto:?X?,其中X?(x1,x2,x3,x4)?(h1，h2，h3,?)TTh1?h2?h3?H,(h1，h2，h3?0),0???90s1(X)?1.2,s2(X)?1.5,c(X)?c0??

其中，f為復合材料壓力容器的一階固有頻率，s1和s2分別為金屬內膽的安全系數和各復合材料層的強度比，通過有限元程序求得，?為中間層復合材料纏繞角，h1、h2 和h3分別為金屬內膽厚度、90度纏繞層厚度和?度纏繞層厚度，H為h1、h2 和h3的極限值，當總厚度確定后，0度纏繞層厚度由h1、h2、h3及總厚度確定，c為復合容器重量，c0為全壓力容器重量上限。3． 優化算法

基于ANSYS的優化，可以直接使用ANSYS提供的優化模塊，根據上述優化模型，建立優化計算文件，選擇合適的優化算法，進行計算。

同時，也可以通過APDL語言（甚至可以通過外部編程環境，如VC++，FORTRAN等）來自己編制優化算法，本文就是通過自己編制優化算法來實現的，采用的優化算法是復形調優法。算法描述如下：

復形調優法是求解約束條件下n維極值問題的重要方法，通過構造復合形，計算各頂點的目標函數值，并進行比較，然后循環迭代，逐步替代最壞點構造新的復合形，經過多次迭代，進行收斂判斷，最終得到最優復合形，并求得最優值。其迭代過程如下：

（1）在n維空間中確定出初始復合形的2n個滿足常量約束條件和函數約束條件的頂點

X(j)??x1j,x2j,?,xnj?T,j?1,2,?,2n；

（2）計算復合形的2n個頂點的目標函數值；f(j)?f(X(j)),j?1,2,?,2n（3）確定所有頂點中的最壞點和次壞點，即：

f(R)?f(X(R))?minf(i)

1?i?2nf(G)?f(X(G))?minf(i)

1?i?2ni?R

其中X(R)為最壞點，X(G)為次壞點；

（4）計算最壞點的X(R)的對稱點X(T)

X(T)?(1??)XF??X(R)

其中，XF?12n2n?1i?1?X(i)

i?R?稱為反射系數，一般取1.3左右；

（5）根據對稱點X(T)確定一個新的頂點替代最壞點X(R)構成新的復合形，當f(X(T))?f(X(G))或X(T)不滿足常量約束條件和函數約束條件，則修改X(T)；

（6）重復（3）至（6），當復合形中的各個頂點距離小于給定精度要求為止。

4． 有限元計算模型

有限元計算主要是通過在ANSYS下建立有限元模型，用來計算強度和一階固有頻率，即約束條件和目標函數，其中，強度判斷中，金屬內膽部分采用第四強度準則，復合材料部分采用二次蔡胡準則。這部分內容在分析篇中已有描述。5． 優化過程 基于建立的優化模型和有限元模型，以ANSYS軟件為分析平臺，并采用其提供的二次開發語言APDL編制計算程序，程序編制的依據為復形調優算法，其計算過程示意圖如圖1所示，程序流程圖如圖2所示。

圖1 優化過程示意圖

圖2 程序流程圖