ANSYS是一款广泛应用于工程领域的计算机辅助工程(CAE)软件,它能够进行包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析等多种工程问题的仿真和求解。虽然ANSYS功能强大,但是完全掌握其所有功能对于普通用户而言并不实际,也非必要。用户更应该专注于在自己的研究领域内如何高效地使用ANSYS来解决问题。本章将通过一个建筑结构实例,介绍如何应用ANSYS进行有限元分析的基本过程。
要了解ANSYS的基本操作流程,这包括启动ANSYS程序,设置工作目录和工作文件名,定义分析类型,设置分析标题,定义单元类型和实常数等。在启动ANSYS程序之后,用户需要设置工作目录和工作文件名,这一点至关重要,因为工作目录不能使用中文路径,否则可能会导致程序出错。
定义分析类型时,用户可以选择进行结构分析、热分析、流体动力学分析等不同类型的工作。在本例中,我们选择了结构分析,这样做可以为后续的选择带来方便。接着,用户需要设置一个分析标题,这样做有助于在后续工作中辨识和管理不同的分析任务。
单元类型定义是有限元分析中的核心步骤,不同的单元类型适用于不同的物理场景和问题。例如,在本例中,Beam*单元被用来模拟框架柱和外环梁,而Shell**单元则用来模拟楼面板。实常数是与单元类型相关联的特定参数,比如截面面积、惯性矩等,这些参数对于准确模拟物理行为至关重要。
在材料特性方面,对于本例中的三层框架结构,需要定义混凝土C30和型钢钢材的弹性模量、泊松比和密度。这些参数是材料在受到外力作用时所表现出的物理特性,它们将直接影响到结构分析的结果。
当所有的准备步骤完成之后,就可以开始进行有限元分析了。这个过程包括网格划分、施加边界条件和载荷、求解和后处理等步骤。网格划分是将连续的结构划分为有限数量的单元,每个单元都有自己的节点。网格的密度和质量直接影响到分析的精度和效率。在本例中,用户需要对三层框架结构进行适当的网格划分,并确保施加的边界条件和载荷能准确反映实际情况。在结构受到0.15g水平惯性力和自重作用下的情况下,用户可以计算出结构的变形情况,这有助于评估结构的稳定性和安全性。
有限元分析的结果通常包括位移、应力、应变和自振频率等信息。通过结果分析,工程师能够判断结构在实际工作状况下是否会出现问题,是否需要对结构设计进行修改。
ANSYS程序应用的核心在于如何根据实际工程问题的需求,选择合适的分析类型,定义正确的材料属性、几何参数和单元类型,然后通过合理的网格划分、准确施加边界条件和载荷,进行有效的求解并解释结果。用户需要通过大量的实践和学习,来不断提高自己在特定研究领域中使用ANSYS的能力。