### ANSYS工程结构数值分析知识点概述
#### 一、引言
随着现代工程技术的发展，对专业人才的要求越来越高，不仅需要具备扎实的理论基础，还要掌握先进的计算工具和技术。在这个背景下，《ANSYS工程结构数值分析》这门课程的重要性不言而喻。本课程旨在教授学生如何利用ANSYS这一强大的商用有限元分析软件来进行结构分析。
#### 二、ANSYS软件介绍
**ANSYS**是一款多功能的商业有限元分析软件，广泛应用于各种行业，如航空航天、汽车制造、土木工程等。其最新版本为10.0，但教材推荐使用8.1版本。ANSYS的特点在于其强大的功能和易于学习的操作界面，使得用户能够高效地进行结构、流体、电磁场、声场和热场等多种物理现象的模拟分析。
#### 三、ANSYS的功能与软件结构
##### 1.1 软件技术特点
- **强大的建模能力**：支持复杂几何模型的构建。
- **强大的求解能力**：能够解决复杂的物理问题。
- **强大的非线性分析能力**：适用于大变形、接触等问题。
- **强大的网格划分能力**：自动生成高质量的网格。
- **良好的优化能力**：支持结构优化设计。
- **多场及多场耦合分析能力**：能够同时考虑多种物理场的相互作用。
- **具有多种接口能力**：与其他软件良好集成。
- **强大的后处理能力**：提供丰富的可视化工具。
- **强大的二次开发能力**：支持用户自定义模块。
- **数据统一能力强**：确保数据的一致性和完整性。
- **支持多种硬件平台和操作系统平台**：跨平台兼容性好。
##### 1.2 软件分析功能
- **结构分析**：包括静力分析、特征屈曲分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析、谱分析和显式动力分析。
- **热分析**：模拟温度分布及其对结构的影响。
- **流体分析**：计算流体流动及其与固体的相互作用。
- **电磁场分析**：分析电磁场分布及其效应。
- **耦合场分析**：综合考虑多个物理场的耦合作用。
#### 四、结构分析类型
1. **静力分析**：主要用于求解静力载荷作用下结构的静态行为。
2. **特征屈曲分析**：计算线性屈曲荷载和屈曲模态。
3. **模态分析**：计算线性结构的固有频率和振型。
4. **谐响应分析**：确定线性结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
5. **瞬态动力分析**：计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应。
6. **谱分析**：模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或PSD输入引起的结构应力和应变。
7. **显式动力分析**：适用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
#### 五、特殊分析类型
除了上述基本分析类型外，ANSYS还支持以下特殊分析：
- **断裂分析**：评估材料的断裂行为。
- **复合材料分析**：研究复合材料的性能。
- **疲劳分析**：预测材料的疲劳寿命。
- **P-方法**：一种改进的有限元分析方法。
#### 六、软件处理器
ANSYS提供了多种处理器来辅助用户完成不同任务：
- **prep7**：用于建立几何模型、赋予材料属性、分网与施加边界条件等。
- **solution**：加载和求解问题。
- **post1**：查看某个时刻的计算结果。
- **post26**：查看时间历程上的计算结果。
- **opt**：优化设计。
- **pds**：概率设计。
- **aux2**：把二进制文件变为可读文件。
- **aux12**：在热分析中计算辐射因子和矩阵。
- **aux15**：从CAD或FEM程序中传递文件。
- **runstat**：估计计算时间和运行状态。
#### 七、文件格式
ANSYS支持多种文件格式，例如：
- **日志文件**（.log）：记录用户的操作过程。
- **错误文件**（.err）：记录执行过程中出现的错误。
- **输出文件**（.out）：显示最终计算结果。
- **数据库文件**（.db）：存储模型信息。
- **结果文件**（.rst/.rth）：保存计算结果。
- **图形文件**（.grph）：可视化结果。
- **三角化刚度矩阵文件**（.tri）：存储三角化后的刚度矩阵。
- **单元刚度矩阵**（.emat）：存储单元刚度信息。
- **组集的整体刚度矩阵和质量矩阵**（.full）：整体矩阵信息。
- **荷载步文件**（.snn）：指定特定步骤的荷载。
#### 八、输入方式
ANSYS支持多种输入方式，包括：
- **菜单方式**：通过菜单选择完成操作。
- **命令方式**：直接输入命令行。
- **宏方式**：批量执行预先编写的命令序列。
- **函数方式**：利用内置函数简化操作。
- **文件方式**：从文件中读取命令。
#### 九、总结
通过本节内容的学习，我们可以了解到ANSYS的强大功能以及其在工程结构分析中的应用。掌握了这些基础知识后，读者可以进一步深入学习具体的应用案例和高级功能，从而更好地利用这一工具解决实际问题。
