内容发布更新时间 : 2024/11/17 4:47:40星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

ANSYS结构分析指南（上） 第一章 结构分析概述

1.1 结构分析定义

结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构如桥梁和建筑物，汽车结构如车身骨架，海洋结构如船舶结构，航空结构如飞机机身，还包括机械零部件如活塞、传动轴等。

1.2 结构分析的类型

在 ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量(节点自由度)是位移。其他的一些未知量，如应变、应力和反力可通过节点位移导出。

包含结构分析功能的ANSYS产品有：ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical, ANSYS/Structural和ANSYS/Professional。

下面简单列出了这七种类型的结构分析：

静力分析--用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。包括线性和非线性分析。非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变等。

模态分析--用于计算结构的固有频率和模态。提供了不同的模态提取方法。 谐波分析--用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析--用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述静力分析中提到的所有的非线性特性。

谱分析--是模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或 PSD 输入(随机振动)引起的应力和应变。

屈曲分析--用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS 可进行线性(特征值)屈曲和非线性曲屈分析。

显式动力分析--ANSYS/LS-DYNA 可用于计算高度非线性动力学问题和复杂的接触问题。

此外，除前面提到的七种分析类型外，还可以进行如下的特殊分析： 断裂力学 复合材料 疲劳分析 p-Method 梁分析

1.3 结构分析所使用的单元

从简单的杆单元和梁单元，一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元，绝大多数的 ANSYS 单元类型都可用于结构分析。

注意--显式动力分析只能采用显式动力单元(LINK160、BEAM161、PLANE162、SHELL163、SOLID164、COMBI165、MASS166、LINK167)。

表1-1 结构单元类型

分类 杆 LINK1,LINK8,LINK180 LINK10 BEAM3,BEAM4 梁 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 单元名 说明 分类 BEAM188,BEAM189 PIPE16,PIPE17,PIPE18 管 PIPE59 PIPE20,PIPE60 单元名 说明 PLANE42,PLANE82,PLANE182,PLANE183 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 2-D实体 VISCO88 VISCO106,VISCO108 PLANE83,PLANE25 PLANE145,PLANE146 SOLID45,SOLID95,SOLID185,SOLID186 SOLID92,SOLID187 SOLID46,SOLID191 3-D实体 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISCO89 VISCO107 SOLID147,SOLID148 SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 壳 SHELL91,SHELL99 SHELL28 SHELL150 p-单元,§6 p-单元,§6 p-单元,§6 接触 耦合场 特殊 CONTAC48,CONTAC49,CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174 CONTAC12,CONTAC52 CONTAC26 TARGE169,TARGE170 FLUID29,FLUID30,FLUID129,FLUID130,INFIN110,INFIN111 PLANE13,SOLID5,SOLID98 PLANE13,SOLID5,SOLID98 PLANE13,SOLID5,SOLID62,SOLID98 FLUID38,FLUID79,FLUID80,FLUID81 FLUID116 COMBIN14,COMBIN40,COMBIN39 MASS21 COMBIN37 分类 SURF153,SURF154 COMBIN7 LINK11 MATRIX27,MATRIX50 LINK160 BEAM161 PLANE162 SHELL163 显式动力分析 SOLID164 COMBI165 MASS166 LINK167 单元名 说明 1.4 材料模式界面 对于本书论述的分析，如果采用GUI交互式操作，用户可以通过直观的“材料模式交互界面”来定义材料特性。这种方法采用树状结构的材料分类，使用户在分析中选择合适的材料模式变得更加简单。具体方法见《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2.4.4。对于显式动力分析(ANSYS/LS-DYNA)，材料定义见《ANSYS /LS-DYNA User‘s Guide》§7.1。

1.5 求解方法

在 ANSYS 产品中，求解结构问题有两种方法：h-方法和p-方法。h-方法可用于任何类型的结构分析，而p-方法只能用于线性结构静力分析。根据所求的问题，h-方法通常需要比p-方法更密的网格。p-方法在应用较粗糙的网格时，提供了求得适当精度的一种很好的途径。本书主要讨论h-方法，而§6 则专门研究 p-方法。

第二章 结构线性静力分析

2.1 静力分析的定义

静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。

静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：

外部施加的作用力和压力

稳态的惯性力(如重力和离心力) 强迫位移

温度载荷(对于温度应变) 能流(对于核能膨胀)

关于载荷，还可参见§2.3.4。

2.2 线性静力分析与非线性静力分析

静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。本章主要讨论线性静力