### ANSYS 5.7 线性和非线性结构静力分析指南
#### 一、结构分析概述
##### 1.1 结构分析定义
结构分析是指通过数学模型来研究结构在各种外力作用下的行为表现，包括但不限于应力、应变、位移等关键指标。这种分析对于确保建筑结构、机械设备以及其他工程系统的安全性和可靠性至关重要。
##### 1.2 结构分析的类型
结构分析可以大致分为以下几类：
- **线性静态分析**：用于计算在恒定载荷作用下结构的响应，假设材料为线弹性且变形较小。
- **非线性静态分析**：考虑材料非线性、几何非线性等因素，能够处理大变形或非比例加载条件下的结构响应。
- **动力学分析**：研究结构在动态载荷作用下的响应，如振动分析。
- **热力学分析**：研究温度变化对结构的影响。
##### 1.3 结构分析所应用的单元
ANSYS软件支持多种类型的单元，每种单元都有其特定的应用场景：
- **实体单元**：用于模拟三维实体结构，如混凝土梁、板等。
- **壳单元**：适用于薄壁结构，如飞机蒙皮、容器等。
- **梁单元**：模拟长细比大的结构，如桥梁、桁架等。
- **弹簧单元**：模拟连接不同部分的弹性元件。
- **接触单元**：用于模拟两个表面之间的接触行为。
##### 1.4 材料模式界面
在ANSYS中，可以通过定义不同的材料属性来模拟各种实际材料的行为，这些属性包括但不限于弹性模量、泊松比、密度等。
##### 1.5 求解方法
ANSYS提供了多种求解方法，包括直接法、迭代法等，以适应不同规模和复杂度的问题。
#### 二、结构线性静力分析
##### 2.1 静力分析的定义
静力分析是一种常见的结构分析方法，主要用于研究在恒定载荷作用下结构的平衡状态。这类分析通常假设材料为线弹性，即在载荷范围内，应力与应变成正比关系。
##### 2.2 线性静力分析与非线性静力分析
- **线性静力分析**：适用于材料性质和几何形状变化不大的情况。
- **非线性静力分析**：适用于材料性质随应力水平变化、几何形状发生显著改变的情况。
##### 2.3 静力分析的例子
例如，桥梁在恒定载荷（如自身重量）作用下的响应分析就是一个典型的线性静力分析案例。
##### 2.4 静力分析的求解步骤
###### 2.4.1 建模
首先需要建立一个准确反映实际结构的模型，这一步骤通常涉及以下几个方面：
- **选择合适的单元类型**：根据结构的特点选择最合适的单元类型。
- **网格划分**：确定合适的网格大小和分布，以确保计算精度和效率。
- **边界条件设定**：确定结构的固定端和支持方式。
###### 2.4.2 设置求解控制
- **求解器选择**：选择适合问题规模和特性的求解器。
- **收敛准则设定**：设定迭代求解过程中所需的收敛标准。
###### 2.4.3 设置其他求解选项
- **求解精度**：根据问题的需求调整求解精度。
- **输出控制**：设定需要输出的结果类型和格式。
###### 2.4.4 施加荷载
- **荷载类型**：确定施加的荷载类型（如集中荷载、均布荷载等）。
- **荷载方向**：指定荷载的作用方向。
###### 2.4.5 求解
启动求解过程，软件将自动进行计算并给出解决方案。
###### 2.4.6 检查分析结果
- **结果验证**：检查计算结果是否合理，是否符合预期。
- **误差分析**：如果结果与实际情况有较大偏差，则需重新检查模型和输入数据。
##### 2.5 静力分析示例(GUI方法)
###### 2.5.1 问题描述
假设需要分析一个简单的梁结构在恒定载荷作用下的响应。
###### 2.5.2 几何和材料特性
- **几何尺寸**：长度、宽度和高度。
- **材料属性**：弹性模量、泊松比等。
通过以上概述，可以看出ANSYS 5.7线性和非线性结构静力分析是工程设计中不可或缺的重要工具。它不仅能够帮助工程师们准确地评估结构的安全性和可靠性，还能为优化设计提供有力的数据支持。随着计算机技术的发展，此类分析软件的功能也在不断扩展和完善，为现代工程技术的进步做出了巨大贡献。
