第一篇：ANSYS分析實(shí)例詳解

ANSYS分析實(shí)例詳解

姓名：XXX 學(xué)號(hào)：XXX 專(zhuān)業(yè)：XXX 內(nèi)容：空調(diào)支架的有限元分析

本次作業(yè)為對(duì)一空調(diào)支架的有限元分析，其主要內(nèi)容包括空調(diào)支架的建模、有限元分析、強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。下圖為空調(diào)支架一側(cè)的實(shí)物圖片：

1、空調(diào)支架的特點(diǎn)分析

由于空調(diào)支架為一個(gè)完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，空調(diào)的重量均勻分部在兩側(cè)對(duì)稱(chēng)支架上，因此只要對(duì)空調(diào)支架的一側(cè)進(jìn)行分析即可達(dá)到對(duì)整體空調(diào)支架的分析，同時(shí)也達(dá)到了簡(jiǎn)化空調(diào)支架分析的目的。本次作業(yè)可以分三部分來(lái)完成：一，空調(diào)支架一側(cè)的建模；二，利用商業(yè)化有限元分析軟件對(duì)建好的空調(diào)支架模型進(jìn)行有限元分析；三，根據(jù)空調(diào)支架模型有限元分析的結(jié)果對(duì)支架進(jìn)行強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2、空調(diào)支架的建模

空調(diào)支架的具體尺寸圖如下圖所示：

考慮到空調(diào)支架模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在此沒(méi)有利用三維軟件建模而是直接在有限元分析軟件中進(jìn)行建模，本次作業(yè)采用的有限元分析軟件為美國(guó)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(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題，定義單元類(lèi)型、定義材料屬性、建立三維模型、劃分有限元網(wǎng)格。2.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題

打開(kāi)ANSYS軟件進(jìn)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(shí)用菜單中選擇【Change Jobname】命令，將文件名修改為Ktiao2，從實(shí)用菜單中選擇【Change Title】命令，將標(biāo)題修改為Ktiao2。如下圖所示：

2.2定義單元類(lèi)型

在進(jìn)行有限元分析時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)分析問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu)、分析類(lèi)型和所分析的問(wèn)題精度要求等，選定適合具體分析的單元類(lèi)型。本文中選用8節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid185。如下圖所示：

2.3定義材料屬性

由于空調(diào)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(kāi)定義材料模型屬性窗口，對(duì)材料彈性模量和泊松比進(jìn)行設(shè)置。

2.4建立空調(diào)支架的三維實(shí)體模型

從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS命令，創(chuàng)建四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，坐標(biāo)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(chuàng)建的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)實(shí)體。由于340mm長(zhǎng)度區(qū)域才為空調(diào)重量的加載區(qū)間，因此對(duì)空調(diào)支架的加載面分三部分來(lái)創(chuàng)建。根據(jù)上述同樣的方法創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，生成面然后拉伸成實(shí)體。最后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes命令，將四個(gè)實(shí)體進(jìn)行布爾加運(yùn)算，至此空調(diào)支架的三維實(shí)體模型創(chuàng)建完畢。如下圖所示：

2.5實(shí)體模型網(wǎng)格劃分

從主菜單中選擇Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，打開(kāi)“Mesh Tool”（網(wǎng)格工具），勾選“Smart Size”滑標(biāo)值默認(rèn)設(shè)置為6，“Mesh”的對(duì)象選擇“Volumes”，“Shape”選擇“Tet”“Free”，然后單擊【Mesh】，打開(kāi)實(shí)體選擇對(duì)話框，單擊【Pick All】按鈕對(duì)空調(diào)支架模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。如下圖所示：

3、空調(diào)支架模型的有限元分析

空調(diào)支架模型網(wǎng)格劃分完之后，接下來(lái)將對(duì)其進(jìn)行有限元分析，其內(nèi)容包括定義載荷及邊界條件、求解、查看結(jié)果等。3.1定義載荷及邊界條件并求解

由于在這只對(duì)空調(diào)支架的一側(cè)進(jìn)行分析，即一側(cè)支架承受空調(diào)重量一半的載荷，因此就可以算出加載到長(zhǎng)為340mm寬為50mm長(zhǎng)方形面上的面載荷。即：

P?（40?9.8）?11529.4Pa

2?0.34?0.05根據(jù)空調(diào)支架的特點(diǎn)，在這對(duì)支架的邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，將支架靠近墻壁一側(cè)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(duì)話框，拾取所需加載面，輸入上文計(jì)算出的壓力值。接著對(duì)支架靠近墻壁一側(cè)的端面進(jìn)行約束，從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas彈出拾取對(duì)話框，拾取支架靠近墻壁一側(cè)的端面對(duì)自由度全部約束。

然后對(duì)其進(jìn)行求解，從主菜單中選擇Solution>Solve>Current LS命令，打開(kāi)一個(gè)確認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)表，查看列表中的信息確認(rèn)無(wú)誤后，單擊【OK】按鈕，開(kāi)始求解。求解完成后打開(kāi)求解結(jié)束對(duì)話框，單擊【Close】按鈕，關(guān)閉提示求解結(jié)束對(duì)話框。如下圖所示：

3.2查看結(jié)果

1）查看總變形

2）Y方向上的應(yīng)力

3）第一主應(yīng)力

4、強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于空調(diào)支架所用材料為45#鋼，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得其抗拉強(qiáng)度?b為600MPa。從上面的有限元分析結(jié)果可以看到支架在Y方向上的最大應(yīng)力?ymax為1.58MPa，第一主應(yīng)力最大值為?max為3.95MPa，兩者均遠(yuǎn)小于其許可應(yīng)力。因此空調(diào)支架滿(mǎn)足支撐強(qiáng)度要求，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

5、學(xué)習(xí)心得體會(huì)

通過(guò)此次數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造作業(yè)的練習(xí)，讓我初步了解和掌握了有限元分析的基本理論基礎(chǔ)，了解有限元商業(yè)化軟件ANSYA的基本使用，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單問(wèn)題的計(jì)算和分析。但是這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從具體試驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)ANSYS的功能是十分強(qiáng)大的，目前也僅僅是了解了僅有的幾個(gè)基本功能，能給計(jì)算分析的也是最為簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在三維建模、劃分網(wǎng)格以及對(duì)特定面的加載等還有待改善。另外，本次作業(yè)還也有一些不足，有限元的軟件所計(jì)算結(jié)果的正確性也是需要驗(yàn)證的。在某些情況下，計(jì)算機(jī)所計(jì)算出的結(jié)果并不一定是正確的，應(yīng)當(dāng)在分析完后，對(duì)所做出的結(jié)果進(jìn)行正確分析，和理論相比較，為自己所做的結(jié)果做強(qiáng)有力的支撐。

第二篇：ansys錯(cuò)誤分析

關(guān)于ANSYS錯(cuò)誤小結(jié)

1、把體用面分割的時(shí)候出現(xiàn)的錯(cuò)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(shè)置一個(gè)工作平面，用布爾運(yùn)算“divided--volumeby working plane”進(jìn)行分割的時(shí)候，出現(xiàn)上述錯(cuò)誤，主要原因可能是設(shè)置的公差太小，當(dāng)時(shí)試了幾次都么有成功，最后干脆把體重新建立了一個(gè)，又畫(huà)了一個(gè)很大的面，終于成功了。

2、一個(gè)常見(jiàn)的代表性錯(cuò)誤！

原來(lái)我的虛擬內(nèi)存設(shè)置為“無(wú)分頁(yè)文件”，現(xiàn)在改為“系統(tǒng)管理”，就不在出現(xiàn)計(jì)算內(nèi)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(kāi)始學(xué)習(xí)的人經(jīng)常出這種錯(cuò)誤，這是因?yàn)椴煌瑔卧?lèi)型對(duì)應(yīng)不同的劃分網(wǎng)格操作。上面的錯(cuò)誤是說(shuō)單元類(lèi)型為Solid95（實(shí)體類(lèi)型），不能用AMES命令劃分面網(wǎng)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(shuō)你的內(nèi)存空間不夠，可能因?yàn)槟愕挠?jì)算單元太多，增加mesh尺寸，減少數(shù)量或者增加最小內(nèi)存設(shè)定（ansys10中在customization preferences菜單存儲(chǔ)欄 可以修改）

你劃分的網(wǎng)格太細(xì)了，內(nèi)存不足。建議將模型劃分為幾個(gè)部分，分部分進(jìn)行劃分，可以減少內(nèi)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(gè)或多個(gè)體粘到一塊，體之間的交集應(yīng)該是面，幫助里的說(shuō)法，This operation is only valid if the intersections of the input volumes are areas along the boundaries of those volumes。你粘結(jié)glue的體可能有重疊，所以后面提示了一個(gè)VOVLAP命令，該命令是將兩個(gè)或多個(gè)體的重疊部分拿出來(lái)作為結(jié)果

VMESH劃分時(shí)，精度不同，單元數(shù)量差別太大了，如果是自由網(wǎng)格劃分，那么嘗試幾個(gè)SMRT等級(jí)看看。還有就是單元形狀不同，產(chǎn)生的網(wǎng)格質(zhì)量也差別很大，我前幾天才重新劃了一次網(wǎng)格，印象很深。shape,0,3d和shape,1,3d就是劃分體時(shí)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?yàn)榇蜷_(kāi)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(chǎn)生剛性漂移

我覺(jué)得這個(gè)不一定就是約束不足造成的剛性漂移。另外一個(gè)可能的原因是網(wǎng)格劃分的不好。在曲線變化劇烈的區(qū)域，如果網(wǎng)格劃的太疏，也可能產(chǎn)生這樣的錯(cuò)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(duì)一個(gè)規(guī)則的體進(jìn)行掃略劃分的時(shí)候，出現(xiàn)了這個(gè)命令，原因是邊的尺寸，或者單元的個(gè)數(shù)設(shè)置不合理，對(duì)應(yīng)不上，就行變數(shù)核對(duì)皆可解決問(wèn)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(shí)候出現(xiàn)的網(wǎng)格有有問(wèn)題，比如狹長(zhǎng)的網(wǎng)格，計(jì)算的時(shí)候集中應(yīng)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(wǎng)格檢查，這說(shuō)明你的網(wǎng)格尺寸有問(wèn)題，重新劃分

10、劃分solid45單元的時(shí)候出現(xiàn)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(jié)點(diǎn)的單元進(jìn)行計(jì)算。但是solid45六面體網(wǎng)格精度一般夠了，不需要理會(huì)。

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(guī)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(shè)備口錯(cuò)誤，I/O=26，錯(cuò)誤，告訴你磁盤(pán)已滿(mǎn)，讓你清理磁盤(pán)。但是實(shí)際問(wèn)題的解決不是這樣，是你的磁盤(pán)格式不對(duì)，將你的磁盤(pán)格式從FAT26改稱(chēng) NTFS的就可以了。因?yàn)镕AT26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(tài)或者是諧相應(yīng)的時(shí)候都很容易超過(guò)這個(gè)數(shù)，所以系統(tǒng)抱錯(cuò)。

b、I/O設(shè)備口錯(cuò)誤，I/O=9,錯(cuò)誤，和上一個(gè)一樣告訴你磁盤(pán)已滿(mǎn)，讓你清理磁盤(pán)。但是實(shí)際問(wèn)題是由于你的磁盤(pán)太碎了造成的，你只要進(jìn)行磁盤(pán)碎片整理就可以了，這個(gè)問(wèn)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(rèn)公差值是1e-5,每次擴(kuò)大10倍，即1e-4,1e-3,.....慢慢試試，如果不行，就得檢查模型

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

一.轉(zhuǎn)化格式（先確定你D盤(pán)為fat格式后）點(diǎn)“開(kāi)始->運(yùn)行”輸入:covert D:/FS:NTFS 就可以將D盤(pán)轉(zhuǎn)換成NTFS格式了,不過(guò)轉(zhuǎn)換后不可以恢復(fù)成FAT32格式了.（本人沒(méi)有試過(guò)！）二.在開(kāi)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(diào)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(cuò)誤經(jīng)常出現(xiàn)的。一般與單元形狀有關(guān)。

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

SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively low stress gradients.第一個(gè)問(wèn)題我自己覺(jué)得是在建立contact時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，但自己還沒(méi)有改正過(guò)來(lái)；第二個(gè)也不知道是什么原因。

還有一個(gè)：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(xiàn)的，也還沒(méi)有接近。唉，郁悶中！

第一個(gè)問(wèn)題：There are 21 small equation solver pivot terms.;

不是建立接觸對(duì)的錯(cuò)誤，一般是單元形狀質(zhì)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(gè)問(wèn)題:SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively lowstress gradients.這只是一個(gè)警告，它告訴你：推薦SOLID45單元只用在應(yīng)力梯度較低的區(qū)域。它只是告訴你注意這個(gè)問(wèn)題，如果應(yīng)力梯度較高，則可能計(jì)算結(jié)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(shù)有問(wèn)題，總之這個(gè)問(wèn)題你就不斷的換個(gè)方式建立模型，trial and error，往往就解決了這個(gè)問(wèn)題

第一個(gè)問(wèn)題：說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度矩陣出現(xiàn)小主元。如果矩陣D 的所有主元都是正的，這時(shí)結(jié)構(gòu)的切線剛度矩陣正定，結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果矩陣D 的 主元有小于0 的，則切線剛度矩陣非正定，結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

如果出現(xiàn)的小主元不多，說(shuō)明可能是達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)，以后還可以繼續(xù)求下去；如果出現(xiàn)的小主元很多，而且越來(lái)越多，說(shuō)明這個(gè)結(jié)構(gòu)即將破壞，比如出現(xiàn)大面積的塑性區(qū)，形成多個(gè)塑性鉸等。

當(dāng)|D |=0時(shí)，矩陣D 為奇異矩陣，非線性方程會(huì)產(chǎn)生奇異解，奇異解出現(xiàn)于可能產(chǎn)生不定解或非唯一解的分析中，求解方程的主元為負(fù)或零會(huì)產(chǎn)生這樣的奇異解。有些情況下，盡管遇到主元為負(fù)或零，仍需繼續(xù)進(jìn)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(huì)引起求解過(guò)程出現(xiàn)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(dòng)元、鉸鏈元、纜束員等。結(jié)構(gòu)的一部分可能已經(jīng)塌陷或分散了 ·材料特性為負(fù)：如在瞬態(tài)熱分析中規(guī)定的密度或溫度 ·連接點(diǎn)無(wú)約束，單元排列可能會(huì)引起奇異性。例如：兩個(gè)水平梁?jiǎn)卧谶B接點(diǎn)的垂直方向存在無(wú)約束自由度，在線性分析中，將會(huì)忽略加在該連接點(diǎn)的垂直載荷。另外，考慮一個(gè)與梁?jiǎn)卧蚬軉卧怪毕噙B的無(wú)板面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)剛度的殼單元，在連接點(diǎn)處不存在板面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)剛度。在線性分析中，將會(huì)

忽略加在該點(diǎn)處的板面內(nèi)力矩。·屈曲。當(dāng)應(yīng)力剛化效果為負(fù)（壓縮）時(shí)，結(jié)構(gòu)受載后變?nèi)酢Ｈ艚Y(jié)構(gòu)變?nèi)醯絼偠葴p小到零或?yàn)樨?fù)值，就會(huì)出現(xiàn)奇異解，且結(jié)構(gòu)已經(jīng)屈曲。會(huì)打印出“主元值為負(fù)”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(huì)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(lái)我的虛擬內(nèi)存設(shè)置為“無(wú)分頁(yè)文件”，現(xiàn)在改為“系統(tǒng)管理”，就不在出現(xiàn)計(jì)算內(nèi)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(lèi)問(wèn)題,引起這種問(wèn)題的可能性有:

1.ANSYS的工作目錄磁盤(pán)空間已滿(mǎn).(可能性很大)

2.ANSYS的虛擬內(nèi)存不夠

3.磁盤(pán)存在壞道.(可能性也很大,常見(jiàn)的是在一臺(tái)機(jī)器上不可以計(jì)算,但是放到別的機(jī)器上就可以計(jì)算了,這時(shí)就要考慮你的機(jī)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(cuò)誤的可能：

1.出現(xiàn)了剛體位移，要增加約束

2.求解之前先merge或者壓縮一下節(jié)點(diǎn)

3.有沒(méi)有接觸，如果接觸定義不當(dāng)，也會(huì)出現(xiàn)這樣類(lèi)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(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤很可能的原因是約束不夠！

遇到了一個(gè)問(wèn)題

開(kāi)始求解后出現(xiàn)以下提示，Solid model data is contaminated

后來(lái)終于找到原因了

有限元網(wǎng)格里包含一些未被劃分網(wǎng)格的線，一般來(lái)說(shuō)出現(xiàn)在面于面之間有重合的線，導(dǎo)致雖然面被劃分了網(wǎng)格，卻包含未被劃分網(wǎng)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(dǎo)入IGES文件時(shí)老出現(xiàn)

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

對(duì)于稍微復(fù)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(xué)習(xí)ansys workbench

它的接口做的比ansys強(qiáng)很多

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計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)某個(gè)點(diǎn)的位移很大，比如說(shuō)達(dá)到1E13。

這個(gè)錯(cuò)誤的原因有幾個(gè)：

A、模型中存在重節(jié)點(diǎn)，即同一個(gè)位置有兩個(gè)不同編號(hào)的節(jié)點(diǎn)，這些重節(jié)點(diǎn)不是你預(yù)先設(shè)定的，而是沒(méi)有注意到它們的存在，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)這些節(jié)點(diǎn)飛了！有時(shí)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(shí)，會(huì)在鏡像處生成重節(jié)點(diǎn)，重單元。

B、整個(gè)模型的約束不夠，應(yīng)該檢查約束；

C、也有可能是模型中的某個(gè)局部出現(xiàn)屈服，破壞，導(dǎo)致位移過(guò)大。即使模型正確，但是在過(guò)大的荷載作用下，也會(huì)出現(xiàn)這種情況。

第三篇：ansys分析的一些心得

做了布爾運(yùn)算后要重畫(huà)圖形（刪除實(shí)體）時(shí)：需拾取Utility Menu>Plot>Replot 標(biāo)點(diǎn)的輸入是在英文狀態(tài)下，“,”。

線段中點(diǎn)的建立：Modling>Creat>Keypoints>Fill between kps 還不會(huì)環(huán)形陣列。

所謂桿系結(jié)構(gòu)指的是長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他方向尺寸（10：1）的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，如連續(xù)梁，桁架，鋼架等。靜力學(xué)分析的結(jié)果包括結(jié)構(gòu)的位移，應(yīng)變，應(yīng)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(jié)果。干系結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析—平面桁架的建模，用NODE（節(jié)點(diǎn)），ELEMENT(元素)創(chuàng)建。復(fù)雜體積的建模一般用KPS(關(guān)鍵點(diǎn))，LINE（Straight line—直線），再生成面，再生成體。8 如果輸入的數(shù)據(jù)單位是國(guó)際單位制單位，則輸出的數(shù)據(jù)單位也是國(guó)際制單位。9 創(chuàng)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(méi)有Undo命令.需及時(shí)保存數(shù)據(jù)庫(kù)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(tài)分析用于分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，即確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它也是諧響應(yīng)分析，瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析以及譜分析等其他動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。Ansys的模態(tài)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(xué)分析后，再做模態(tài)分析時(shí)，要再次求解，同時(shí)預(yù)應(yīng)力效果也應(yīng)該打開(kāi)（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(wèn)題屬于狀態(tài)非線性問(wèn)題，是一種高度非線性行為，需要較多的計(jì)算資源。接觸問(wèn)題有兩個(gè)基本類(lèi)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(wèn)題）。在剛體-柔體的接觸問(wèn)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(dāng)做剛體。而柔體-柔體的接觸，是一種更普遍的類(lèi)型，此時(shí)兩個(gè)接觸體具有近似的剛度，都為變形體。Ansys的接觸方式： 點(diǎn)-點(diǎn)接觸：過(guò)盈裝配問(wèn)題是用點(diǎn)點(diǎn)接觸單元模擬面面接觸的典型例子。點(diǎn)-面接觸：不必預(yù)先知道準(zhǔn)確的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的網(wǎng)格，并且允許有較大的變形和相對(duì)滑動(dòng)。典型實(shí)例：模擬插頭插入插座里。3 面-面接觸：剛性面作為目標(biāo)面，柔性面作為接觸面。打開(kāi)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)：Solution>Load Step Opts>Time Frequenc>Time And Substps.23 屈曲分析是一種用于確定結(jié)構(gòu)開(kāi)始變得不穩(wěn)定時(shí)的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀分析的技術(shù)。打開(kāi)預(yù)應(yīng)力效果：Solution> Analysis Type>Analysis Options.在彈出的對(duì)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(jié)體：：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Volums.27 黏結(jié)面：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Areas.28 殼體有厚度：shell63(八節(jié)點(diǎn))，SHELL93(八節(jié)點(diǎn))29（用關(guān)鍵點(diǎn)）直接建模，不需要智能化網(wǎng)格功能 過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)定義面的命令中，關(guān)鍵點(diǎn)個(gè)數(shù)最多可以有18個(gè)，最少當(dāng)然是3個(gè) 31 為了消除應(yīng)力集中，可設(shè)置倒圓

面相加時(shí)的面號(hào)排序：如AADD,A1,A2,A3,A4，則最后得到A5號(hào)面

命令流支持混合運(yùn)算，在處理三角函數(shù)時(shí)，必須化作弧度，三角函數(shù)符號(hào)用小寫(xiě) 29 建實(shí)體模型時(shí)，一定要用關(guān)鍵點(diǎn)，再連線，到面，到體。只用單元模擬時(shí)用節(jié)點(diǎn) 30 “C***”表示該行的內(nèi)容是一個(gè)注釋行，感嘆號(hào)“!”也是注釋行的標(biāo)志 31 ANSYS中的數(shù)據(jù)“0”是可以省略的

為了減少分析的總自由度數(shù)，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(gè)節(jié)點(diǎn)到第5個(gè)節(jié)點(diǎn)的Y方向的自由度UY設(shè)置為主自由度，這樣在計(jì)算中，只有這些位移自由度才被計(jì)算和處理 33 ANSYS提供一百多種單元

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

這是正常的，有限元在計(jì)算頻率時(shí)，一般總是偏大的。所以在高階模態(tài)分析，單元的網(wǎng)格應(yīng)該更密一些

ANSYS中使用最多的實(shí)體單元是Solid45，它有8個(gè)結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)有3個(gè)線位移 37 建模時(shí)可以對(duì)集合尺寸進(jìn)行賦值

做柔性體一定要定義密度，否則不能做出。即使能畫(huà)網(wǎng)格，也得定義密度，才能做柔性體

在前處理模塊設(shè)置工程選項(xiàng)、分析類(lèi)型、單元類(lèi)型和材料參數(shù) 22 模態(tài)分析

模態(tài)分析過(guò)程包括建模，施加載荷和求解，擴(kuò)展模態(tài)和查看結(jié)果等幾個(gè)步驟 1 必須定義材料的彈性模量和密度。模態(tài)分析的結(jié)果包括結(jié)構(gòu)的頻率，振型，相應(yīng)應(yīng)力和力等。3 模態(tài)分析的步驟：

①指定分析類(lèi)型：Solution>Analysis Type>New Analysis在彈出的對(duì)話框中的Type of Analysis選項(xiàng)中選擇Modal.②指定分析選項(xiàng)：Solution>Analysis Type>Analysis Options.在彈出的對(duì)話框中的No.of modes to extract文本框中輸入10（十階模態(tài)）。彈出Block Lanczos method對(duì)話框，單擊OK.③指定要擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)：Solution>Load Step Opts Expansionpass>Single Expand Expand Modes在彈出的對(duì)話框中的NMODE文本框中輸入10（擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)）。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(jié)果文件讀出結(jié)果：General Postproc>Read Results>First Set ⑧用動(dòng)畫(huà)觀察模型的一階模態(tài)PlotCtrls>Animate>Mode Shape在彈出的對(duì)話框

中單擊OK.⑨觀察其余各階模態(tài)：General Postproc>Read Results>Next Set.4 0階模態(tài)（MODE = 0）是軸對(duì)稱(chēng)振動(dòng)模態(tài)，而MODE = 2是它的第2階振動(dòng)頻率。在0階模態(tài)情況下，需要選擇半徑方向的自由度作為主自由度。對(duì)于MODE=2的情況，半徑方向和環(huán)向自由度都必須指定為主自由度 23 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析（諧響應(yīng)分析）

諧響應(yīng)分析主要用于確定線性結(jié)構(gòu)承受隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。主要采用縮減發(fā)（reduced）,模態(tài)疊加法（Mode Superposition）,完全發(fā)（Full）。24 單元選擇

初學(xué)ANSYS的人，通常會(huì)被ANSYS所提供的眾多紛繁復(fù)雜的單元類(lèi)型弄花了眼，如何選擇正確的單元類(lèi)型，也是新手學(xué)習(xí)時(shí)很頭疼的問(wèn)題。

單元類(lèi)型的選擇，跟你要解決的問(wèn)題本身密切相關(guān)。在選擇單元類(lèi)型前，首先你要對(duì)問(wèn)題本身有非常明確的認(rèn)識(shí)，然后，對(duì)于每一種單元類(lèi)型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)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(xì)的描述，要結(jié)合自己的問(wèn)題，對(duì)照幫助文檔里面的單元描述來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)膯卧?lèi)型。1.該選桿單元（Link）還是梁?jiǎn)卧?Beam)？

這個(gè)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(diǎn)。

梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)t既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果你的結(jié)構(gòu)中要承受彎矩，肯定不能選桿單元。

對(duì)于梁?jiǎn)卧Ｓ玫挠衎eam3,beam4,beam188這三種，他們的區(qū)別在于：

1)beam3是2D的梁?jiǎn)卧荒芙鉀Q2維的問(wèn)題。Beam3是一個(gè)具有張緊，壓縮和彎曲能力的單向元素。它有三個(gè)自由度，分別是x方向和y方向的移動(dòng)和沿z軸的旋轉(zhuǎn)（UX,UY,ROTZ）。該元素由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)橫截面，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，高和材料性能來(lái)定義。2)beam4是3D的梁?jiǎn)卧梢越鉀Q3維的空間梁?jiǎn)栴}。3)beam188是3D梁?jiǎn)卧梢愿鶕?jù)需要自定義梁的截面形狀。2.對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，是選實(shí)體單元還是殼單元？

對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計(jì)算量，如果你非要用實(shí)體單元，也是可以的，但是這樣計(jì)算量就大大增加了。而且，如果選實(shí)體單元，薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時(shí)候，如果在厚度方向的單元層數(shù)太少，有時(shí)候計(jì)算結(jié)果誤差比較大，反而不如shell單元計(jì)算準(zhǔn)確。

實(shí)際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點(diǎn)的shell單元(可以退化為三角形)，shell93是帶中間節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)，計(jì)算精度比shell63更高，但是由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目比shell63多，計(jì)算量會(huì)增大。對(duì)于一般的問(wèn)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(jié)構(gòu)顯示動(dòng)力學(xué)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(shí)體單元的選擇。

實(shí)體單元類(lèi)型也比較多，實(shí)體單元也是實(shí)際工程中使用最多的單元類(lèi)型。常用的實(shí)體單元類(lèi)型有solid45, solid92,solid185,solid187這幾種。

其中把solid45,solid185可以歸為第一類(lèi)，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(lèi)，他們都是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元，單元的主要功能基本相同。

實(shí)際選用單元類(lèi)型的時(shí)候，到底是選擇第一類(lèi)還是選擇第二類(lèi)呢？也就是到底是選用六面體還是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體呢？

如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(shí)，應(yīng)該選用第一類(lèi)單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以劃分出六面體，應(yīng)該選用第二類(lèi)單元，也就是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元。

新手最容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是選用了第一類(lèi)單元類(lèi)型(六面體單元)，但是，在劃分網(wǎng)格的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，六面體劃分不出來(lái)，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(jì)算出來(lái)的結(jié)果的精度是非常糟糕的，有時(shí)候即使你把單元?jiǎng)澐值暮芗?xì)，計(jì)算精度也很差，這種情況是絕對(duì)要避免的。

六面體單元和帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元的計(jì)算精度都是很高的，他們的區(qū)別在于：一個(gè)六面體單元只有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個(gè)單元有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，總節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，計(jì)算量會(huì)增大很多。

前面把常用的實(shí)體單元類(lèi)型歸為2類(lèi)了，對(duì)于同一類(lèi)型中的單元，應(yīng)該選哪一種呢？通常情況下，同一個(gè)類(lèi)型中，各種不同的單元，計(jì)算精度幾乎沒(méi)有什么明顯的差別。選取的基本原則是優(yōu)先選用編號(hào)高的單元。比如第一類(lèi)中，應(yīng)該優(yōu)先選用solid185。第二類(lèi)里面應(yīng)該優(yōu)先選用solid187。ANSYS的單元類(lèi)型是在不斷發(fā)展和改進(jìn)的，同樣功能的單元，編號(hào)大的往往意味著在某些方面有優(yōu)化或者增強(qiáng)。

對(duì)于實(shí)體單元，總結(jié)起來(lái)就一句話：復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體，優(yōu)選solid187，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)用六面體單元，優(yōu)選solid185。25 命令書(shū)寫(xiě)

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

/PREP7！進(jìn)入前置處理

ET,1,3！定義元素類(lèi)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(shí)常數(shù) 26 當(dāng)使用單元LINK1時(shí)：

創(chuàng)建了節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)用ELEMENT連接，即：E,1,2 27 根據(jù)模型的對(duì)成型性，計(jì)算時(shí)只需要一半模型即可。28 PRXY與NUXY的區(qū)別：

在材料參數(shù)泊松比的定義中可以使用“PRXY”或者“NUXY”，對(duì)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(duì)于一般的各向同性材料，兩者的意義是等價(jià)的。29合并重合的關(guān)鍵點(diǎn)：

–Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items.將Label 設(shè)置為 “Keypoints”, 單擊 [OK] 30.繪等效應(yīng)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(yīng)力動(dòng)畫(huà)Utility Menu: PlotCtrls-> Animate-> Deformed Results...1.選擇 stress 2.選擇 von Mises 3.OK 播放變形動(dòng)畫(huà), 拾取MediaPlayer的 “>” 鍵。32.Exit.Toolbar: QUIT 1.Save Everything 2.OK 33 做柔性體時(shí)，建立剛性區(qū)域時(shí)，主從節(jié)點(diǎn)要分清，不能重復(fù)約束自由度（先加了約束，如：D,ALL,UX，后面建立剛性區(qū)域時(shí)不能再重復(fù)約束）34 模型幾何形狀非常規(guī)則時(shí)，易于用節(jié)點(diǎn)和單元直接建模來(lái)實(shí)現(xiàn)

如果需要了解其他模態(tài)的情況，需要在命令行輸入“Set,1,N”來(lái)指定選擇第N階模態(tài)，然后利用PLDISP命令就可以顯示模態(tài)了。再執(zhí)行“ANMODE,10,0.05”就可以生成該模態(tài)的動(dòng)畫(huà)文件了。需要說(shuō)明的是，動(dòng)畫(huà)生成之前，需要選擇哪一階模態(tài)，并使用PLDISP顯示靜態(tài)的模態(tài)后，才可以執(zhí)行動(dòng)畫(huà)生成命令A(yù)NMODE。

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(xiàng)內(nèi)力所對(duì)應(yīng)的中面薄膜力和內(nèi)外表面的彎曲應(yīng)力。

第四篇：Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

說(shuō)明：整理自Simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud，大家要感謝他呀

目錄

1# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

（一）——概述篇 5# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

（二）——建模篇 10# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

（三）——分析篇 13# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

（四）——優(yōu)化篇

做了一年多的復(fù)合材料壓力容器的分析工作，也積累了一些分析經(jīng)驗(yàn)，到了總結(jié)的時(shí)候了，回想起來(lái)，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(shí)有一些東西值得和大家分享，與從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的朋友門(mén)共同探討。

（一）概述篇

復(fù)合材料是由一種以上具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)異的材料性能，在工程應(yīng)用中典型的一種復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，這種材料的特性表現(xiàn)為正交各向異性，對(duì)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(yīng)的處理方法。筆者最初是用I-Deas下建立各項(xiàng)異性材料結(jié)合三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元來(lái)模擬（由于研究對(duì)象是厚壁容器，不宜采用殼單元），分析結(jié)果還是非常好的，而且I-Deas強(qiáng)大的建模功能，但由于課題要求要進(jìn)行壓力容器的優(yōu)化分析，而且必須要自己寫(xiě)優(yōu)化程序，I-Deas的二次開(kāi)發(fā)功能開(kāi)放性不是很強(qiáng)，所以改為MSC.Patran，Patran提供了一種非常好的二次開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)言PCL（以后在MSC的版中專(zhuān)門(mén)給大家貼出這部分內(nèi)容），采用Patran結(jié)合Nastran的分析環(huán)境，建立了基于正交各項(xiàng)異性和各項(xiàng)異性?xún)煞N分析模型，但最終發(fā)現(xiàn)，在得到的最后結(jié)果中，復(fù)合材料層之間的應(yīng)力結(jié)果始終不合理，而模型是沒(méi)有問(wèn)題的（因?yàn)樵贗-Deas中，相同的模型結(jié)果是合理的），于是最后轉(zhuǎn)向Ansys，剛開(kāi)始接觸Ansys，真有相見(jiàn)恨晚的感覺(jué)，豐富的單元庫(kù)，開(kāi)放的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境（APDL語(yǔ)言），下面就重點(diǎn)寫(xiě)Ansys的內(nèi)容。在ANSYS程序中，可以通過(guò)各項(xiàng)異性單元（Solid 64）來(lái)模擬，另外還專(zhuān)門(mén)提供了一類(lèi)層合單元（Layer Elements）來(lái)模擬層合結(jié)構(gòu)（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的復(fù)合材料。

采用ANSYS程序?qū)?fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的主要問(wèn)題如下：（1）選擇單元類(lèi)型

針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)果的要求，選用不同的單元類(lèi)型。

Shell 99 —— 線性結(jié)構(gòu)殼單元，用于較小或中等厚度復(fù)合材料板或殼結(jié)構(gòu)，一般長(zhǎng)度方向和厚度方向的比值大于10；

Shell 91 —— 非線性結(jié)構(gòu)殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應(yīng)變行為； Shell 181—— 有限應(yīng)變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應(yīng)變?cè)趦?nèi)的材料的非線性行為；

Solid 46 —— 三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，用于厚度較大的復(fù)合材料層合殼或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)； Solid 191—— 三維實(shí)體結(jié)構(gòu)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(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)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(zhǔn)則

支持多種失效準(zhǔn)則，不過(guò)我還是沒(méi)有用他，而是自己寫(xiě)了通過(guò)應(yīng)力結(jié)果采用二次蔡胡準(zhǔn)則程序來(lái)判斷的。

（4）其他的一些建模技巧和后處理指導(dǎo)

在我的分析工作中，主要采用了三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元。

關(guān)于Solid 46單元

（1）Solid 46是用于模擬復(fù)合材料厚殼或?qū)嶓w的8節(jié)點(diǎn)三維層合結(jié)構(gòu)單元，單元節(jié)點(diǎn)有x,y和z方向三個(gè)結(jié)構(gòu)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(gè)節(jié)點(diǎn)、各層厚度、各層材料方向角和正交各項(xiàng)異性材料屬性，其中每層可以為面內(nèi)兩個(gè)方向雙線性的不等厚層；

（3）在材料定義時(shí)，只需定義材料主方向和材料坐標(biāo)系（單元坐標(biāo)系）一致的材料參數(shù)，不一致的復(fù)合材料層通過(guò)定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標(biāo)系所成的角度）由程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換；

（4）通過(guò)選擇不同的層直接在單元坐標(biāo)下獲取單元應(yīng)力，包括三個(gè)方向的應(yīng)力和面內(nèi)剪切應(yīng)力，而不需要通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變的轉(zhuǎn)換來(lái)獲取；

論壇問(wèn)答：

Q：ANSYS如何處理失效后的材料退化呢？ A：ANSYS沒(méi)有直接提供材料失效后的退化，但可以自己寫(xiě)程序讓ANSYS執(zhí) 行。ANSYS可以用失效準(zhǔn)則判斷材料是否失效，之后剛度降低可以通過(guò)實(shí)驗(yàn) 測(cè)得。再將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入到ANSYS中，對(duì)失效的單元重新進(jìn)行分析。

共同討論！Ansys確實(shí)沒(méi)有直接提供材料失效后的退化的處理方法。我們?cè)谶M(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析時(shí)，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(shù)全部用一組經(jīng)過(guò)DF因子退化的新值替代，為了考慮壓縮強(qiáng)度的下降，對(duì)單向復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度也要DF因子退化（詳細(xì)信息可以參考蔡為侖的《復(fù)合材料設(shè)計(jì)》一書(shū)），這樣，我們就可以再結(jié)合Ansys的APDL來(lái)處理了。

建模篇

復(fù)合材料是一種各向異性材料，對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候要特別注意的一個(gè)重要的問(wèn)題，就是材料的方向性。下面，就我個(gè)人的分析經(jīng)驗(yàn)，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的建模作一個(gè)總結(jié)。1． 結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系、單元坐標(biāo)系、材料坐標(biāo)系和結(jié)果坐標(biāo)系

建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，存在一個(gè)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，用于確定幾何元素的位置，這個(gè)坐標(biāo)可以是笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系或者是球坐標(biāo)系；單元坐標(biāo)系是每個(gè)單元的局部坐標(biāo)系，一般用來(lái)描述整個(gè)單元；材料坐標(biāo)系是確定材料屬性方向的坐標(biāo)系，一般沒(méi)有專(zhuān)門(mén)建立的材料坐標(biāo)系，而是參考其他坐標(biāo)系，如整體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，或單元坐標(biāo)系，在Ansys程序中，材料坐標(biāo)是由單元坐標(biāo)唯一確定的，要確定材料坐標(biāo)，只要確定單元坐標(biāo)就行了；結(jié)果坐標(biāo)系是在進(jìn)行結(jié)果輸出時(shí)所使用的坐標(biāo)系，也是一般參考其他坐標(biāo)系。在Ansys程序中，關(guān)于坐標(biāo)系有人做過(guò)專(zhuān)門(mén)的總結(jié)。見(jiàn)后。2． 用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的單元

用于復(fù)合材料分析的單元主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是層合單元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一類(lèi)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(gè)單元內(nèi)可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項(xiàng)各向異性單元，在一個(gè)單元內(nèi)，只能包含一種材料信息，而且所得到的計(jì)算結(jié)果還要進(jìn)行一些處理，因此有一定的局限性。

3． 單元坐標(biāo)的一致性問(wèn)題

在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候，有些時(shí)候結(jié)構(gòu)幾何比較復(fù)雜，很難用統(tǒng)一的坐標(biāo)來(lái)確定單元坐標(biāo)系，即使對(duì)一些規(guī)則的幾何（如圓桶），在用旋轉(zhuǎn)方法生成幾何時(shí)，不同的面法向也會(huì)帶來(lái)單元坐標(biāo)的不一致，這就使得材料輸入的時(shí)候存在問(wèn)題并使計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，因此，在幾何建模時(shí)要特別注意這一問(wèn)題，筆者也沒(méi)有得到一些復(fù)雜幾何進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí)保持單元一致的合適方法。

4． 一個(gè)實(shí)例

5． 下面的命令流顯示了不同的幾何生成方法會(huì)產(chǎn)生不同的單元坐標(biāo)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(yùn)行上述命令流，查看一下單元坐標(biāo)，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(biāo)。ANSYS坐標(biāo)系總結(jié)

工作平面（Working Plane）

工作平面是創(chuàng)建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中用來(lái)建模(幾何和網(wǎng)格)總體坐標(biāo)系

在每開(kāi)始進(jìn)行一個(gè)新的ANSYS分析時(shí)，已經(jīng)有三個(gè)坐標(biāo)系預(yù)先定義了。它們位于模型的總體原點(diǎn)。三種類(lèi)型為:

CS,0: 總體笛卡爾坐標(biāo)系 CS,1: 總體柱坐標(biāo)系 CS,2: 總體球坐標(biāo)系

數(shù)據(jù)庫(kù)中節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)總是以總體笛卡爾坐標(biāo)系，無(wú)論節(jié)點(diǎn)是在什么坐標(biāo)系中創(chuàng)建的。

局部坐標(biāo)系

局部坐標(biāo)系是用戶(hù)定義的坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系可以通過(guò)菜單路徑Workplane>Local CS>Create LC來(lái)創(chuàng)建。

激活的坐標(biāo)系是分析中特定時(shí)間的參考系。缺省為總體笛卡爾坐標(biāo)系。當(dāng)創(chuàng)建了一個(gè)新的坐標(biāo)系時(shí)，新坐標(biāo)系變?yōu)榧せ钭鴺?biāo)系。這表明后面的激活坐標(biāo)系的命令。菜單中激活坐標(biāo)系的路徑 Workplane>Change active CS to>。

節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)附著的坐標(biāo)系。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系缺省總是笛卡爾坐標(biāo)系并與總體笛卡爾坐標(biāo)系平行。節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)邊界條件（約束）指的是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的方向。時(shí)間歷程后處理器 /POST26 中的結(jié)果數(shù)據(jù)是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下表達(dá)的。而通用后處理器/POST1中的結(jié)果是按結(jié)果坐標(biāo)系進(jìn)行表達(dá)的。

例如: 模型中任意位置的一個(gè)圓，要施加徑向約束。首先需要在圓的中心創(chuàng)建一個(gè)柱坐標(biāo)系并分配一個(gè)坐標(biāo)系號(hào)碼(例如CS,11)。這個(gè)局部坐標(biāo)系現(xiàn)在成為激活的坐標(biāo)系。然后選擇圓上的所有節(jié)點(diǎn)。通過(guò)使用 “Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS”, 選擇節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的朝向?qū)⒀刂せ钭鴺?biāo)系的方向。未選擇節(jié)點(diǎn)保持不變。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的顯示通過(guò)菜單路徑Pltctrls>Symbols>Nodal CS。這些節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的X方向現(xiàn)在沿徑向。約束這些選擇節(jié)點(diǎn)的X方向，就是施加的徑向約束。

注意：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系總是笛卡爾坐標(biāo)系。可以將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到一個(gè)局部柱坐標(biāo)下。這種情況下，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的X方向指向徑向，Y方向是周向（theta）。可是當(dāng)施加theta方向非零位移時(shí)，ANSYS總是定義它為一個(gè)笛卡爾Y位移而不是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（Y位移不是theta位移）。單元坐標(biāo)系

單元坐標(biāo)系確定材料屬性的方向（例如，復(fù)合材料的鋪層方向）。對(duì)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(biāo)系的朝向在單元類(lèi)型的描述中可以找到。

結(jié)果坐標(biāo)系

/Post1通用后處理器中(位移, 應(yīng)力，支座反力)在結(jié)果坐標(biāo)系中報(bào)告，缺省平行于總體笛卡爾坐標(biāo)系。這意味著缺省情況位移，應(yīng)力和支座反力按照總體笛卡爾在坐標(biāo)系表達(dá)。無(wú)論節(jié)點(diǎn)和單元坐標(biāo)系如何設(shè)定。要恢復(fù)徑向和環(huán)向應(yīng)力，結(jié)果坐標(biāo)系必須旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系下。這可以通過(guò)菜單路徑Post1>Options for output實(shí)現(xiàn)。/POST26時(shí)間歷程后處理器中的結(jié)果總是以節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系表達(dá)。

顯示坐標(biāo)系

顯示坐標(biāo)系對(duì)列表圓柱和球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)非常有用(例如, 徑向，周向坐標(biāo))。建議不要激活這個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行顯示。屏幕上的坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系。顯示坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)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(biāo)系列表節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)之后將顯示坐標(biāo)系恢復(fù)到總體笛卡爾坐標(biāo)系。

分析篇

下面就我對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料壓力容器分析過(guò)程中所做的工作，從復(fù)合材料材料參數(shù)轉(zhuǎn)化、復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析幾方面寫(xiě)些我的心得，與大家共同探討。

1． 復(fù)合材料材料參數(shù)的轉(zhuǎn)化

單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（也稱(chēng)單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復(fù)合材料，是構(gòu)成層合板和殼的基本元素，可認(rèn)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(gè)各向同性面），在進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，必須知道復(fù)合材料的彈性特性參數(shù)，并由彈性特性參數(shù)來(lái)計(jì)算正交各向異性材料的9個(gè)參數(shù)（在ANSYS程序中定義材料時(shí)所需3個(gè)彈性模量、3個(gè)泊松系數(shù)和3個(gè)剪切模量），單向復(fù)合材料特性的計(jì)算有許多種方法，主要的方法有Halpin-Tai的彈性力學(xué)方法，這種方法根據(jù)彈性理論將復(fù)雜的纖維與樹(shù)脂間的關(guān)系用一組方程來(lái)表示，通過(guò)求解方程組，解得彈性參數(shù)，我們使用的9個(gè)彈性參數(shù)的計(jì)算是通過(guò)單向復(fù)合材料的剛度矩陣轉(zhuǎn)化得到，下面是用APDL語(yǔ)言編寫(xiě)的材料轉(zhuǎn)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(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受力及應(yīng)力應(yīng)變情況非常復(fù)雜，并要考慮各種應(yīng)力應(yīng)變的耦合和相互影響，復(fù)合材料強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則基于結(jié)構(gòu)的宏觀破壞，一般來(lái)說(shuō)復(fù)合材料的二次蔡-吳強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學(xué)出版社出版的蔡為侖先生的《復(fù)合材料設(shè)計(jì)》這一本書(shū)。

3． 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析

一般說(shuō)來(lái)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總是受到空間力的作用，其應(yīng)力分布是三維的，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度分析一般不宜采用復(fù)合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內(nèi)的應(yīng)力和橫向剪切應(yīng)力，而忽略法向應(yīng)力），同時(shí)，對(duì)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)（如板、殼），可以得到彈性力學(xué)的一般解，而對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，則必須用數(shù)值的方法計(jì)算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序?qū)?fù)合材料進(jìn)行剛強(qiáng)度分析的步驟如下：

（1）建立結(jié)構(gòu)的幾何模型

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

（2）建立材料模型

根據(jù)復(fù)合材料材料參數(shù)建立單向復(fù)合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(jù)單向復(fù)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(guān)的材料模型，如單向復(fù)合材料則可以建立正交各向異性材料模型

（3）選擇單元類(lèi)型并設(shè)置相關(guān)屬性

根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和計(jì)算要求，選擇不同的單元類(lèi)型并設(shè)置單元屬性（各種單元的選擇依據(jù)請(qǐng)參考概述篇或ANSYS幫助文件）

（4）網(wǎng)格劃分

在建立的幾何實(shí)體上進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)于復(fù)合材料，選擇六面體三維實(shí)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(biāo)一致，運(yùn)用有限元網(wǎng)格生成器進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

（5）定義邊界條件

根據(jù)實(shí)際情況定義邊界條件。

（6）分析設(shè)定并提交計(jì)算

設(shè)定分析類(lèi)型及相關(guān)一些參數(shù)

（7）結(jié)果后處理

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果在進(jìn)行后處理時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是選擇合適的并與計(jì)算時(shí)所用的坐標(biāo)一致的結(jié)果坐標(biāo)系，如對(duì)于回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算時(shí)的柱坐標(biāo)。另外，對(duì)于用各向異性單元（Solid64）來(lái)模擬的計(jì)算結(jié)果在結(jié)果處理時(shí)必須保證應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的一致，主要是在不同種復(fù)合材料層間或者同一種復(fù)合材料不同鋪層方向的層之間界面的應(yīng)力應(yīng)變情況，ANSYS后處理中所得到的結(jié)果不完全是正確的，應(yīng)該根據(jù)法向應(yīng)力聯(lián)系，面內(nèi)應(yīng)變連續(xù)的準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行處理。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

（四）——優(yōu)化篇

與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多層次性為復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性，復(fù)合材料的力學(xué)性能和機(jī)械性能，都可按照結(jié)構(gòu)的使用要求和環(huán)境條件要求，通過(guò)組分材料的選擇匹配、鋪層設(shè)計(jì)及界面控制等材料設(shè)計(jì)手段，最大限度的達(dá)到預(yù)期目的，以滿(mǎn)足工程設(shè)備的使用性能，因此，在工程實(shí)踐中對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，下面以我所研究的復(fù)合材料壓力容器為例，將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及在ANSYS下的實(shí)現(xiàn)過(guò)程給大家作一個(gè)介紹。

1． 問(wèn)題描述

本文所涉及的復(fù)合材料壓力容器是帶有金屬內(nèi)膽外纏碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合容器，優(yōu)化問(wèn)題是：以金屬內(nèi)膽壁厚、復(fù)合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設(shè)計(jì)變量，在滿(mǎn)足壓力容器強(qiáng)度（金屬內(nèi)膽層和復(fù)合材料層均滿(mǎn)足強(qiáng)度要求）和重量要求的條件下，使壓力容器的剛度最大。2． 優(yōu)化模型

根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料特性，壓力容器環(huán)向纏繞復(fù)合材料有利于提高容器剛度，軸向平鋪復(fù)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(nèi)膽為環(huán)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(fù)合材料）和中間纏繞層的角度為優(yōu)化參數(shù)，在壓力容器強(qiáng)度約束的條件下，以壓力容器一階固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)。其數(shù)學(xué)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(fù)合材料壓力容器的一階固有頻率，s1和s2分別為金屬內(nèi)膽的安全系數(shù)和各復(fù)合材料層的強(qiáng)度比，通過(guò)有限元程序求得，?為中間層復(fù)合材料纏繞角，h1、h2 和h3分別為金屬內(nèi)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(dāng)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(fù)合容器重量，c0為全壓力容器重量上限。3． 優(yōu)化算法

基于ANSYS的優(yōu)化，可以直接使用ANSYS提供的優(yōu)化模塊，根據(jù)上述優(yōu)化模型，建立優(yōu)化計(jì)算文件，選擇合適的優(yōu)化算法，進(jìn)行計(jì)算。

同時(shí)，也可以通過(guò)APDL語(yǔ)言（甚至可以通過(guò)外部編程環(huán)境，如VC++，F(xiàn)ORTRAN等）來(lái)自己編制優(yōu)化算法，本文就是通過(guò)自己編制優(yōu)化算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用的優(yōu)化算法是復(fù)形調(diào)優(yōu)法。算法描述如下：

復(fù)形調(diào)優(yōu)法是求解約束條件下n維極值問(wèn)題的重要方法，通過(guò)構(gòu)造復(fù)合形，計(jì)算各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，并進(jìn)行比較，然后循環(huán)迭代，逐步替代最壞點(diǎn)構(gòu)造新的復(fù)合形，經(jīng)過(guò)多次迭代，進(jìn)行收斂判斷，最終得到最優(yōu)復(fù)合形，并求得最優(yōu)值。其迭代過(guò)程如下：

（1）在n維空間中確定出初始復(fù)合形的2n個(gè)滿(mǎn)足常量約束條件和函數(shù)約束條件的頂點(diǎn)

X(j)??x1j,x2j,?,xnj?T,j?1,2,?,2n；

（2）計(jì)算復(fù)合形的2n個(gè)頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值；f(j)?f(X(j)),j?1,2,?,2n（3）確定所有頂點(diǎn)中的最壞點(diǎn)和次壞點(diǎn)，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(diǎn)，X(G)為次壞點(diǎn)；

（4）計(jì)算最壞點(diǎn)的X(R)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)X(T)

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

其中，XF?12n2n?1i?1?X(i)

i?R?稱(chēng)為反射系數(shù)，一般取1.3左右；

（5）根據(jù)對(duì)稱(chēng)點(diǎn)X(T)確定一個(gè)新的頂點(diǎn)替代最壞點(diǎn)X(R)構(gòu)成新的復(fù)合形，當(dāng)f(X(T))?f(X(G))或X(T)不滿(mǎn)足常量約束條件和函數(shù)約束條件，則修改X(T)；

（6）重復(fù)（3）至（6），當(dāng)復(fù)合形中的各個(gè)頂點(diǎn)距離小于給定精度要求為止。

4． 有限元計(jì)算模型

有限元計(jì)算主要是通過(guò)在ANSYS下建立有限元模型，用來(lái)計(jì)算強(qiáng)度和一階固有頻率，即約束條件和目標(biāo)函數(shù)，其中，強(qiáng)度判斷中，金屬內(nèi)膽部分采用第四強(qiáng)度準(zhǔn)則，復(fù)合材料部分采用二次蔡胡準(zhǔn)則。這部分內(nèi)容在分析篇中已有描述。5． 優(yōu)化過(guò)程 基于建立的優(yōu)化模型和有限元模型，以ANSYS軟件為分析平臺(tái)，并采用其提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言APDL編制計(jì)算程序，程序編制的依據(jù)為復(fù)形調(diào)優(yōu)算法，其計(jì)算過(guò)程示意圖如圖1所示，程序流程圖如圖2所示。

圖1 優(yōu)化過(guò)程示意圖

圖2 程序流程圖

第五篇：五、實(shí)例分析

五、實(shí)例分析某系統(tǒng)集成公司現(xiàn)有員工50多人，業(yè)務(wù)部門(mén)分為銷(xiāo)售部、軟件開(kāi)發(fā)部、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部等。經(jīng)過(guò)近半年的醞釀后，在今年一月份，公司的銷(xiāo)售部直接與某銀行簽訂了一個(gè)銀行前置機(jī)的軟件系統(tǒng)的項(xiàng)目。合同規(guī)定，6月28日之前系統(tǒng)必須投入試運(yùn)行。在合同簽訂后，銷(xiāo)售部將此合同移交給了軟件開(kāi)發(fā)部，進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)施。項(xiàng)目經(jīng)理小丁做過(guò)5年的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)工作，但這是他第一次擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理。小丁兼任系統(tǒng)分析工作，此外項(xiàng)目還有2名有1年工作經(jīng)驗(yàn)的程序員，1名測(cè)試人員，2名負(fù)責(zé)組網(wǎng)和布線的系統(tǒng)工程師。項(xiàng)目組成的成員均全程參加項(xiàng)目。在承擔(dān)項(xiàng)目之后，小丁組織大家制定了項(xiàng)目的WBS，并依照以往的經(jīng)歷制訂了本項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃，如下：

1、應(yīng)用子系統(tǒng)

1）1月5日～2月5日需求分析

2）2月6日～3月26日系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)

3）3月27日～5月10日編碼

4）5月11日～5月30日系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)試

2、綜合布線

2月20日～4月20日完成調(diào)研和布線

3、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

4月21日～5月21日設(shè)備安裝、聯(lián)調(diào)

4、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)試、驗(yàn)收

1）6月1日～6月20日試運(yùn)行

2）6月28日系統(tǒng)驗(yàn)收

春節(jié)后，在2月17日小丁發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)剛剛開(kāi)始，由此推測(cè)3月26日很可能完不成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。請(qǐng)問(wèn)問(wèn)題發(fā)生的可能原因，如何建議小丁應(yīng)該如何做以保證項(xiàng)目整體進(jìn)度不拖延。依星計(jì)劃系統(tǒng)項(xiàng)目管理案例分析

銥星項(xiàng)目是1987年美國(guó)摩特羅拉公司提出并設(shè)計(jì)的第一代全球移動(dòng)通信系統(tǒng)項(xiàng)目。1998年11月1日，當(dāng)66顆仿造銥元素電子軌道的衛(wèi)星全部部署完畢后，全球移動(dòng)通信業(yè)務(wù)正式開(kāi)通。該項(xiàng)目耗資50億美圓。與目前使用的靜止軌道衛(wèi)星相比，銥星系統(tǒng)的特點(diǎn)是由于軌道低而傳輸速度較快，且每部電話可直接與衛(wèi)星聯(lián)絡(luò)，不需要專(zhuān)門(mén)的地面接受站。根據(jù)項(xiàng)目的投資額度和收益分析，銥星公司的盈虧平衡點(diǎn)在65萬(wàn)用戶(hù)。但是由于下列原因，銥星公司達(dá)到的最大用戶(hù)數(shù)目?jī)H為5.5萬(wàn)用戶(hù)。巨大的虧損額使銥星公司在1999年宣布破產(chǎn)，銥星項(xiàng)目以失敗告終。

(1).1990年至2000年地面移動(dòng)通信發(fā)展迅猛，搶奪了銥星公司的市場(chǎng)；

(2).銥星系統(tǒng)手機(jī)笨重，價(jià)格昂貴，不能在室內(nèi)和車(chē)內(nèi)使用；

(3).部分國(guó)家實(shí)施電信市場(chǎng)禁入政策以保護(hù)本國(guó)的電信產(chǎn)業(yè)或由于國(guó)家安全原因不支持銥星項(xiàng)目；

(4).相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不成熟；無(wú)法支持銥星系統(tǒng)；

(5).由于工期延誤和費(fèi)用超支，不能吸引投資人的信心；

(6).用戶(hù)對(duì)新技術(shù)產(chǎn)品使用不當(dāng)，進(jìn)而影響對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)和購(gòu)買(mǎi)意圖。

請(qǐng)分析上述項(xiàng)目失敗的主要原因。