ANSYS高级分析技术指南：4第四章 子结构
第四章子结构
什么是子结构？
子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。这个单一的矩阵单元称为超单元。在ANSYS分析中，超单元可以象其他单元类型一样使用。唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。子结构可以在ANSYS/Mutiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。
使用子结构主要是为了节省机时，并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。在非线性分析中，可以将模型线性部分作成子结构，这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。在有重复几何结构的模型中（如有四条腿的桌子），可以对于重复的部分生成超单元，然后将它拷贝到不同的位置，这样做可以节省大量的机时。
子结构还用于模型有大转动的情况下。对于这些模型，ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。在三维情况下，子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。在大转动模型中，用户在使用部分之前无须对子结构施加约束，因为每个子结构都是作为一个单元进行处理，是允许刚体位移的。
另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算机系统太庞大了。这样，用户可以通过子结构将问题分块进行分析，每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。
如何使用子结构
子结构分析有以下三个步骤：
●生成部分
●使用部分
●扩展部分
生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界，提取模型的动力学特性。图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。由于接触单元需要迭代计算，将板状构件形成子结构将显著地节省机时。本例中，主自由度是板与接触单元相连的自由度。
图4-1 子结构使用示例
使用部分就是将超单元与模型整体相连进行分析的部分。整个模型可以是一个超单元，也可以象上例一样是超单元与非超单元相连的。使用部分的计算只
是超单元的凝聚（自由度计算仅限于主自由度）和非超单元的全部计算。
扩展部分就是从凝聚计算结果开始计算整个超单元中所有的自由度。如果在使用部分有多个超单元，那么每个超单元都需要有单独的扩展过程。
图4-2示出了整个子结构分析的数据流向和所用的文件。三个步骤的详细解释见以后的叙述。
图4-2 典型子结构分析中的数据流向
生成部分：生成超单元
本部分主要有两步：
1．建立模型。
2．施加边界条件，生成超单元矩阵。
第一步：建立模型
在这一步中，指定文件名和分析名称，用PREP7定义单元类型，单元实参，材料特性和模型几何结构。这些任务在ANSYS绝大多数分析中都是通用的，在ANSYS Basic Analysis Procedures Guide有所叙述。在生成部分，需要记住以下几点：
文件名——在子结构分析中很有用处。有效地使用文件名，在三部分分析中可以省略很多文件处理操作。
用以下方法指定文件名：
Command: /FILENAME
GUI: Utility Menu>File>Change Jobname
如：/FILENAME,GEN
将生成过程中所有文件名都定义为GEN。缺省的文件名是FILE（或file）或在进入ANSYS 后定义的任意文件名。
单元类型——ANSYS提供的绝大多数单元都可以用来生成超单元。唯一的限制是单元必须是线性的。如果生成超单元时有双线性单元的话，ANSYS将自动作为线性单元处理。
注意：在直接耦合中带载荷向量的耦合单元是不能做子结构分析的。可以用同种形状的单元来替代。细节参看ANSYS Coupled-Field Analysis Guide。
材料特性——定义所有必须的材料特性。例如，如果生成质量矩阵，就必须定义密度或其他形式的质量；如果要生成热传导矩阵，就要定义比热。同样，超单元是线性的，非线性材料将被忽略。
模型生成——在生成部分，主要生成模型的超单元部分。非超单元部分是在以后的使用部分生成的。但是，在建模的开始就需要对模型的两个部分有所规划，主要是确定超单元部分和非超单元部分如何连接。为了保证连接正确，应该保证接触部分结点号一致。（其他可以方便用户的方法在本章“使用部分”一节还有介绍。）
要生成整体模型应该这样做：将模型存储在数据库文件中，选择子结构部分进行生成计算。在以后的使用部分，RESUME（Utility Menu>File>Resume from）数据库文件，不选（unselect）子结构，用超单元矩阵代替。
第二步：施加边界条件，生成超单元矩阵。
生成部分的结果包含超单元矩阵。象其他分析一样，用户要定义分析类型和分析设置，施加边界条件，定义载荷步，开始计算。如何完成这些工作见下面的叙述：
1．进入求解器：
Command: /SOLU
GUI: Main Menu>Solution
2．定义分析类型和分析设置：
分析类型——选择生成超单元使用下列方法：
Command: ANTYPE
GUI: Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis
新的分析或重启动——如果是开始一个新的分析时，只要指定分析类型（如上所述）即可。如果是重启动计算，必须在ANTYPE命令中设定STATUS=REST （Main Menu>Solution>-Analysis Type-Restart）。如果要另外施加载荷时，可以用重启动。（重启动时，初始运算后的Jobname.EMAT，Jobname.ESA V和Jobname.DB文件要存在。）
超单元矩阵文件名——指定超单元矩阵文件名（Sename）。程序将自动添加后缀.SUB，因此完整的文件名是Sename.SUB。缺省是使用工作文件名[/FILENAME]定义超单元矩阵文件名，可以使用以下命令：
Command: SEOPT
GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options
要生成的矩阵——可以指定仅生成刚度矩阵（或传导矩阵，电磁系数矩阵）；生成刚度和质量矩阵（或热传导矩阵等）；生成刚度，质量和阻尼矩阵。质量矩阵用于结构动力学分析和在使用部分有惯性载荷的情况下。在热分析中，只有瞬态热分析才用到热传导矩阵。对于其他分析和阻尼矩阵也大同小异。用SEOPT 命令或其GUI路径来定义。
输出矩阵——这个选项允许输出超单元矩阵。可以指定输出矩阵和载荷向量，也可以只输出载荷向量。缺省值是不输出任何矩阵。要输出矩阵，用SEOPT 命令或其相应的GUI路径。
质量矩阵形成——只在想生成质量矩阵时使用。用户可以选择缺省生成（取决于所用单元类型）或集中质量近似。对于绝大多数情况，推荐使用缺省生成的方式。但是，在极薄构件的分析中，如细长杆或极薄壳体，集中质量近似将得到
更好的结果。用下列方法指定集中质量近似：
Command: LUMPM
GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options
3．用下列方法定义主自由度：
Command: M
GUI: Main Menu>Solution>Master DOFs>Define
在子结构中，主自由度有四种作用：
a．它们作为超单元与非超单元的边界。应保证将超单元与非超单元接触的结点自由度都定义为超单元（在M命令中Lab=ALL），如图4-1所示。当模型中只有超单元时同样要定义主自由度。
b．如果在动力学分析中使用超单元，那么主自由度规定了结果的动力学特性。在ANSYS Structural Analysis Guide 第三章的“Matrix Reduction”中有所说明。
c．如果在使用部分要施加约束[D]或集中力[F]时，这些位置结点的自由度也要定义为主自由度。
d．在大位移情况下[NLGEOM，ON]（Main Mene>Solution>Analysis Options）的使用部分需要主自由度，或者在使用SETRAN命令（Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By CS Tranfer）时。在这些时候，所有主自由度的结点都要定义6个方向的自由度（UX，UY，UX，ROTX，ROTY，ROTZ）。
4．施加边界条件。在生成部分可以施加所有的载荷类型，但有以下几点情况需要注意：
●程序将生成一个包括所有施加的载荷的等效载荷向量。每个载荷步一个载荷向量将写入超单元矩阵文件中。载荷向量的最大允许值是31个。
●在生成部分可以使用非零的自由度约束并作为载荷向量的一部分。（在扩展部分，如果被扩展的载荷步中有非零的自由度约束时，数据库中必须有相应的自由度数值。如果没有的话，自由度约束就要在扩展部分重新定义。
●自由度约束和集中载荷的施加可以推迟到使用部分，但在这些位置的主自由度一定要先定义好。
●同样，线或角加速度的施加也可以推迟到使用部分，但只有在生成质量矩阵时。如果在使用部分要旋转超单元时，推荐使用这种作法，因为此时载荷向量的方向是“冻结”的，它随着超单元旋转。
●Maxwell力的标志通常用于电磁分析中，用来标记计算哪个单元面上的电磁力分布。这个标志在电磁子结构分析中无效，因此不要使用。
注——如果生成质量矩阵，建议在使用部分对主自由度（在生成部分定义）施加约束。这样就保证所有的质量都包含在子结构中。
5．定义载荷步选项。子结构生成部分只能使用动力选项（阻尼）。
阻尼（动力选项）——只在生成阻尼矩阵时可用。
指定质量(alpha)阻尼使用下列方法：
Command: ALPHAD
GUI: Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Damping
指定刚度(beta)阻尼使用下列方法：
Command: BETAD
GUI: Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Damping
指定与材料有关的beta阻尼使用下列方法：
Command: MP，DAMP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constan-Isotropic
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Polynomial
表4-1 子结构中可以施加的载荷
6．存储数据库的备份文件。
注——这样做的目的是需要在扩展部分使用同样的数据库文件。用下列方法完成本步操作：
Command: SA VE
GUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db
7．开始计算：
Command: SOLVE
GUI: Main Menu>Solution>Current LS
计算结果包括超单元矩阵文件，Sename.SUB，Sename是通过[SEOPT]指定的文件名或是工作文件名[/FILENAME]。矩阵文件包括根据施加的载荷计算出的载荷向量。（如果没有施加载荷，载荷向量将为零。）
8．如有另外的载荷步，重复步骤7来生成其他的载荷向量。载荷向量的号码是递增的，并添加到同一个超单元矩阵文件内。关于多载荷步的其他方法见ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。
9．退出SOLUTION：
Command: FINISH
GUI: Main Menu>Finish
使用部分：使用超单元
使用部分可以是任何ANSYS分析类型（FLOTRAN和显式动力分析除外）。和普通分析的区别就是一个或几个单元是前面生成的超单元。每个单独的分析指南中都有做不同分析的详细介绍。在这一部分，我们主要介绍如何将超单元变成模型的一部分。这个过程有以下几个步骤：
1．清除数据库并指定一个新的工作文件名。
2．建立模型。
3．施加边界条件并求解。
第一步：清除数据库并指定一个新的工作文件名。
使用部分包含新的模型和新的边界条件。因此，第一步是清除现存的数据库。这与退出并重新进入ANSYS的效果是一样的。清除数据库用下列方法：Command: /CLEAR
GUI: Utility Menu>File>Clear&Start New
缺省情况下，清除数据库就会重新读入START.ANS文件。（可以改变这个设置）
注：如果通过命令行输入来清除数据库时，在/CLEAR命令行中不能有其他的命令。
新定义的文件名要与生成部分使用的文件名不同。这样，生成部分的文件就不会被覆盖。用下列方式之一定义新的工作文件名：
Command: /FILNAME
GUI: Utility Menu>File>Change Jobname
第二步：建立模型
本步是在PREP7中实现的。主要完成以下任务：
1．定义MATRIX50（超单元）为一种单元。用以下方法：
Command: ET
GUI: Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
2．定义其他非超单元的单元类型。非线性可以使用，取决于进行分析的类型。
3．定义非超单元的单元实参和材料特性。非线性可以使用，取决于进行分析的类型。
4．定义非超单元的几何形状。在定义与超单元接触部分时应非常注意。其结点位置要精确重合。（见图4-3）
图4-3 超单元与非超单元的接触处结点应与主自由度精确重合
共有三种方法保证结点重合：
●使用与生成部分同样的结点号码。
●在生成部分的接触部分结点和使用部分的接触结点使用相同的结点号码增值（或平移）。（使用SETRAN，在第五步中说明）
●将这两部分结点所有的自由度固连起来。（用CP系列命令）在不能使用前两种方法时，这种方法是有效的。定义自由度固连可以用下列方法：Command: CP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs
如果超单元与其他单元不相连时，在使用部分可以不定义任何单元。
5．用正确的单元类型定义超单元，读入超单元矩阵。
选择正确的单元类型：
Command: TYPE
GUI: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>Elem Attributes 用下列方法读入超单元矩阵(可能要先用其他命令修改矩阵，见后)：
Command: SE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superlements->From .SUB File
a．如果模型中不包含非超单元，或是包含非超单元但接触处的结点号与主自由度结点号一致，那么可以用SE命令直接读入超单元：
TYPE,… ！单元类型号
SE，GEN ！从文件GEN.SUB中读入超单元
SE命令的文件名域表示超单元矩阵的文件名。扩展名.SUB是给定的，因此整个文件名就是Sename.SUB(GEN.SUB如上例)。超单元就给定下一个可用的单元号。
b．如果模型中有非超单元存在，并且接触处的结点号与主自由度的结点号是有一个偏移量的话，就必须先用新的结点号生成一个新的超单元矩阵，然后读入新的矩阵。
用下列方法生成新的超单元矩阵：
Command: SETRAN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By CS Transfer
Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By Geom Offset 用下列方法读入新的矩阵：
Command: SE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Supreelements-From .SUB File
例如，给出超单元矩阵文件GEN.SUB和新的结点偏移量为2000，命令如下：SETTRAN,GEN,,2000,GEN2,SUB !生成新的超单元GEN2.SUB，偏移
量为2000
TYPE,… !单元类型号
SE,GEN2 !读入新的超单元文件GEN2.SUB
c．如果模型中包含非超单元而且接触处结点与主自由度结点无任何关系（一般是结点自由生成的情况），那么先看下面的注意事项：
注意：生成部分的主自由度的结点号往往会覆盖使用部分的模型结点号。这样，读入超单元将覆盖使用部分的模型结点。为了避免这种覆盖，在读入超单
元前使用结点号偏移。在这种情况下，在使用SE命令前先存储数据库文件。
因此，应该先存储数据库文件[SA VE]，再用SETRAN命令用新的结点偏移量生成新的超单元矩阵，最后用SE命令读入新的矩阵。用CRINTF命令（Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Coincident Nodes）将接触处的结点连接。例如，给出超单元矩阵文件GEN.SUB：
*GET,MAXNOD,NODE,,NUM,MAX !MAXNOD=最大结点号
SETRAN,GEN,,MAXNOD,GEN2,SUB!生成新的超单元，结点偏移量为
MAXNOD，文件名为GEN2.SUB SE,GEN2 !读入新的超单元
NSEL,… !选择接触处的所有结点
CPINTF,ALL !固连所有结点的所有自由度
NSEL,ALL
d．如果要对超单元进行移动或拷贝到不同的位置，或进行镜向操作，必须用SETRAN命令SESYMM命令（Main Menu>Preprocessor>Create>Elements> By Reflection），并给出正确的结点偏移量，生成新的超单元矩阵文件，然后用SE命令读入新的矩阵。连接超单元与非超单元同样用上面的方法——用相同的结点号，结点偏移量，或用CPINTF命令。
注——如果用SETRAN命令将超单元传递到不同的坐标系中，缺省是超单元的主自由度随之旋转。这一点在初始的超单元主自由度发生旋转时很有用，比如旋转到柱坐标系中。（在这种情况下，传递不影响超单元刚度矩阵。）如果初始超单元没有结点发生旋转，那么传递的超单元也无须旋转结点。用户可以通过设定SETRAN命令的NOROT域为1来防止结点旋转。（在这种传递中，超单元的刚度矩阵和载荷向量由程序自动修改）。
6．用图形显示和列表功能验证超单元的位置是否正确。超单元用轮廓线表示，数据在生成部分写到矩阵文件中。
要生成图形显示，用下列命令：
Command: EPLOT
GUI: Utility Menu>Plot>Elements
要生成列表，用下列命令：
Command: SELIST
GUI: Utility Menu>List>Other>Superelem Data
7．存储整个模型文件：
Command: SA VE
GUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db
退出PREP7：
Command: FINISH
GUI: Main Menu>Finish
第三步：施加边界条件并求解。
本步在求解器中完成。取得使用部分结果的过程取决于所做的分析类型。以上提到，可以在绝大多数分析中使用超单元。用户应当有相应的通过生成部分生成的矩阵。例如，如果要做结构动力学分析，必须有质量矩阵。具体过程如下：1．进入SOLUTION。
Command: /SOLU
GUI: Main Menu>Solution
2．定义分析类型和分析选项。
对于大转动分析，打开大位移效果[NLGEOM，ON]，并正确定义非线性分析的子步数。
3．在非超单元上施加边界条件。主要包括自由度约束和对称边界，集中载荷，平面载荷，体载荷，和惯性载荷。注意惯性载荷只有在通过生成部分生成了质量矩阵时才生效。
注——对大转动分析，在本步中要施加正确的约束条件。
4．用以下方法施加超单元载荷向量：
Command: SFE
GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Load Vector>For Superelement
在超单元矩阵文件中，每个载荷步对应一个载荷向量，用参考号来区别。如，
SFE，63，1，SELV，，0.75
在63号单元上施加载荷向量，号为1，比例系数为0.75。因此，ELEM域代表超单元的单元号，LKEY域代表载荷向量号（缺省为1），Lab是SELV，V AL1代表比例系数（缺省为0）。（参看SFE命令）
注——载荷向量的方向是固定在超单元上的，因此如果超单元旋转了，载荷向量就随之旋转。对于自由度方向也是如此（UX，UY，ROTY等），它们同样随着超单元的旋转而旋转（除非SETRAN命令中NOROT=1，此时结点坐标系不旋转）。
5．定义与分析类型相适应的载荷步选项。
注——用MATRIX50超单元时不要用PCG求解器。
6．开始计算：
Command: SOLVE
GUI: Main Menu>Solution>Current LS
本步计算包括非超单元的完整解和超单元的凝聚解——主自由度解。非超单元的完整解记录在结果文件中（Jobname.RST,RTH或RMG），可以进行普通的后处理操作。
凝聚解记录在文件Jobname.DSUB中。可以通过如下方法查看这个文件：Command: SEDLIST
GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Superelem DOF
Utility Menu>List>Results>Superelem DOF Solu
如果想得到超单元中所有自由度的解，就要用到扩展部分。下面还会说明。
7．退出SOLUTION。
Command: FINISH
GUI: Main Menu>Finish
扩展部分：在超单元中扩展求解结果
扩展部分从使用部分的凝聚解计算出整个超单元的完整解。下面说明扩展部分的过程。本部分要求生成部分的.EMAT,.ESA V,.SUB,.TRI,.DB和.SELD文件，使用部分的.DSUB文件存在。如果在使用部分中使用了结点偏移，在扩展部分中将自动计入。
1．清除数据库。相当于退出并重新进入ANSYS。用下列方法：
Command: /CLEAR
GUI: Utility Menu>File>Clear&Start New
2．将文件名切换到生成部分的文件名。这样，程序就可以识别扩展部分所用的文件。用下列方法：
Command: /FILENAME
GUI: Utility Menu>File>Change Jobname
3．读入生成部分的数据库文件。用下列方法：
Command: RESUME
GUI: Utility Menu>File>Resume Jobname.db
4．进入SOLUTION。用下列方法：
Command: /SOLU
GUI: Main Menu>Solution
5．激活扩展部分及其选项。
扩展部分开关——选为ON。
Command: EXPASS
GUI: Main Menu>Solution>ExpasionPass
被扩展的超单元名——指定SENAME。
Command: SEEXP
GUI: Main Menu>Solution>ExpasionPass>Expand Superelem
(完整的文件名假定为Sename.SUB)
使用部分生成的凝聚解文件。用SEEXP命令（或其相应的GUI路径）指定该文件名。完整的文件名假定为Usefil.DSUB。
位移的实部或虚部——只有在使用部分是谐波分析时使用。用SEEXP命令（或其相应的GUI路径）。
被扩展的解——指定被扩展的使用部分结果。可以通过给出载荷步和子步，也可以通过给出时间或频率来指定结果。用下列方法：
Command: EXPSOL
GUI: Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Load Step
Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Time/Freq
注——如果被扩展的载荷步中包含非零自由度约束时，数据库中应该有相应的自由度数值。如果没有，那么自由度约束必须在扩展部分中重新声明[D]。
6．指定载荷步选项。对于子结构扩展部分，只有输出控制选项是可用的：
输出控制——这些选项控制打印输出，数据库和结果文件输出和结果的插值。
如果在打印输出文件(Jobname.OUT)中包含某些内容，使用下列方法：
Command: OUTPR
GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File
如果控制结果文件(Jobname.RST)中的数据，使用下列方法：
Command: OUTRES
GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File
如果想用将单元积分点上的数据拷贝到结点的方法代替插值方法（缺省）时，用下列命令：
Command: ERESX
GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>Integration Pt
7．开始扩展部分：
Command: SOLVE
GUI: Main Menu>Solution>Current LS
8．重复步骤5到7对其他使用部分结果进行扩展。如果要扩展不同超单元的解，需要退出并重新进入SOLUTION。
9．最后，退出SOLUTION。
Command: FINISH
GUI: Main Menu>Finish
10．用通用方法对超单元扩展结果进行后处理。
注——扩展部分不适用于功率谱密度分析。
输入示例
下面给出一个子结构分析的命令流文件示例。本例假定一个超单元与非超单元连接。
! 生成部分
!建模（超单元部分）
/FILNAME，GEN ！文件名为GEN
/TITLE，…
/PREP7 ！进入PREP7
------ ！生成超单元部分模型
FINISH
！加载并生成超单元矩阵
/SOLU ！进入SOLUTION
ANTYPE，SUBST ！子结构分析
SEOPT，GEN,…！超单元名和其他子结构分析选项
M，…！主自由度
D，… ！载荷。一个载荷向量将产生并写入超单元矩
阵文件
----- ！载荷步选项
SA VE ！存储数据库文件
SOLVE ！开始求解——生成GEN.SUB文件，包含超
单元矩阵载荷向量。
----- ！载荷。生成第二个载荷向量（D和M可以
不变）
SOLVE ！加入第二个载荷向量。
----- ！重复加载和求解生成其他的载荷向量（最多
达到31个）。
FINISH
！使用部分
！建模
/CLEAR ！清除数据库
/FILNAME，USE ！文件名为USE
/PREP7 ！进入PREP7
ET，1，MATRIX50 ！MATRIX50为超单元类型
ET，2，…. !非超单元的单元类型
----- ！生成非超单元部分模型
TYPE，1 ！指向超单元类型
SETRAN，… !结点偏移量
SE，… !读入由SETRAN生成的超单元
EPLOT ！检查超单元位置
NSEL，… ！选择接触处的结点
CPINTF，ALL ！固连接触处结点（在结点号不相等时使用）
NSEL，ALL
FINISH
！加载并求解
/SOLU ！进入求解器
ANTYPE，…！分析类型和分析选项
---
D，… ！非超单元上的载荷
---
SFE，…！施加超单元载荷向量
--- ！载荷步选项
SA VE ！存储数据库文件
SOLVE ！开始求解，计算非超单元完整解和超单元凝聚
解。
FINISH
！查看非超单元结果
！扩展部分
/CLEAR ！清除数据库
/FILNAME，GEN ！文件名切换到生成部分文件名
RESUME ！读入生成部分数据库
/SOLU ！进入求解器
EXPASS，ON ！激活扩展选项
SEEXP，GEN，USE ！要扩展的超单元名
--- ！载荷步选项（主要是输出控制）
SOLVE ！开始扩展部分求解。超单元完整解写入文件
GEN.RST或RTH, RMG中。
FINISH
！查看超单元解
请查阅ANTYPE，SEOPT，M，ET，SETRAN，SE，CPINTF，EXPASS 和SEEXP命令得到更加详细的说明。
自顶而下子结构分析
上述的子结构方法称为自底而上的子结构生成方法，每个超单元是通过独立的生成过程来生成，然后通过使用过程组装。这种方法适用于超大型的模型，分解为小的超单元便于求解。
如果对相对小一些的模型或具有统一的几何外型控制和不同的结构分析的
情况，可以用一种与上述方法有一点细微差别的技术，称之为自顶而下的子结构分析。这种方法适于将非线性模型中线性部分（应相对计算机系统大小比较适中）作成子结构。这种做法的优点是可以在后处理中将几个子结构的结果加以组合。自顶而下子结构分析的步骤如下：
1．首先建立整体模型，包括超单元和非超单元部分。将模型存储在一个命名的数据库文件中。这个整体的数据库在后面扩展部分中还要使用。如果模型中包含非超单元部分，在使用部分中也要用到这个文件。
2．将模型的一部分选出完成生成部分操作。因为整体模型都已经建立了，用户所要做的就是选择要生成超单元部分的单元，施加载荷（目的是生成载荷向量），然后SOLVE命令生成超单元（Main Menu>Solution>-Solve-Current LS）。
3．完成使用部分。进入PREP7，读入整体模型数据库并选择非超单元部分。接下来定义超单元类型[ET，TYPE]，读入相应的超单元矩阵。绝大多数情况下，用户不必担心接触处的结点连接，因为它们是由一个模型生成的。进入SOLUTION，定义分析类型和分析选项。在非超单元上施加载荷，读入载荷向量（如果有的话），指定载荷步选项，并开始使用部分的求解。
4．完成扩展部分。首先读入整体模型，需包含所有结点和单元，然后对每个超单元做扩展，每次应定义不同的文件名，并每次进入和退出SOLUTION。用户可以用通用的后处理过程查看每个超单元的结果。注——使用整个数据库文件，可以读入多个超单元结果：
RESUME,FULL,DB
/POST1
FILE,GEN1
SET,…
FILE,GEN2
SET,… !不清除上一个超单元的结果。
以下给出一个自顶而下子结构分析的输入示例。本例假定模型有一个超单元和其他非超单元部分。
!自顶而下子结构分析的输入示例
!建立整体模型
/FILNAME，FULL ！文件名为FULL
/TITLE，…
/PREP7 ！进入PREP7
------ ！生成整体模型，包括超单元部分和非超单元
部分
SA VE ！存储整体模型，以备（使用部分和）扩展部
分使用
FINISH
! 生成部分
/FILNAME，GEN ！文件名为GEN
/SOLU ！进入SOLUTION
ANTYPE，SUBST ！子结构分析
SEOPT，GEN,…！子结构分析选项
ESEL，… ！选择超单元部分的单元和结点
NSEL
M，…！主自由度
D，… ！载荷。一个载荷向量将产生并写入超单元矩
阵文件
----- ！载荷步选项
SOLVE ！开始求解——生成超单元矩阵文件GEN.SUB ----- ！载荷。生成第二个载荷向量（D和M可以
不变）
SOLVE ！加入第二个载荷向量。
----- ！重复加载和求解生成其他的载荷向量（最多
达到31个）。
FINISH
！使用部分
/CLEAR ！清除数据库
/FILNAME，USE ！文件名为USE
RESUME，FFULL，DB ！读入整体模型数据库
ESEL，… ！选择非超单元部分的单元和结点
NSEL
/PREP7
ET，…，MATRIX50 ！MATRIX50为超单元类型
TYPE，…！指向超单元类型
SE，GEN !读入超单元矩阵
EPLOT
FINISH
/SOLU ！进入求解器
ANTYPE，…！分析类型和分析选项
---
D，… ！非超单元上的载荷
---
SFE，…！施加超单元载荷向量
--- ！载荷步选项
SOLVE ！开始求解，计算非超单元完整解和超单元凝聚解。FINISH
！扩展部分
/CLEAR ！清除数据库
/FILNAME，GEN ！文件名切换到生成部分文件名
RESUME，FULL，DB ！读入整体模型数据库
/SOLU ！进入求解器
ANTYPE，SUBSTR
EXPASS，ON ！激活扩展选项
EXPSOL，…！指定要扩展的解
SEEXP，GEN，USE ！要扩展的超单元名
--- ！载荷步选项（主要是输出控制）
SOLVE ！开始扩展部分求解。超单元完整解写入文件
GEN.RST或RTH,RMG中。
FINISH
！查看超单元解
请查阅ANTYPE，SEOPT，M，ET，SETRAN，SE，EXPASS和SEEXP 命令得到更加详细的说明。
超单元嵌套
在ANSYS中一个强有力的子结构特性就是允许嵌套：允许一个子结构中包含另一个子结构。也就是说，在生成超单元时，生成部分的其中一个单元可以是以前生成的超单元。
例如，有一个超单元名为PISTON，可以在生成一个名为CYLINDER的超单元，其中包含超单元PISTON。为了完成柱体及其内部的活塞的分析，就要进行一个使用部分计算和两个扩展部分的计算。使用部分计算超单元CYLINDER 的主自由度凝聚解，第一个扩展部分计算CYLINDER的完整解和超单元PISTON 的凝聚解，第二个扩展部分计算PISTON的完整解。
有预应力的子结构
在建模中正确的描述系统特性，很重要的一点就是考虑其应力情况。应力情况会影响刚度矩阵项的数值。前一步结构分析的应力情况在超单元生成部分形成刚度矩阵时会被计入。应力刚化使得一般不能承受某种载荷的结构加强。比如说，拉紧的绳索能够承受法向力而松弛的绳索就不能。应力刚化同样可以影响同时有模态和瞬态动力问题时系统的响应频率。
有两种不同的方法能够生成有预应力的子结构。以下用方法A和方法B列出：
方法A：
1．建立模型，定义分析类型为静力分析（ANTYPE，Main Menu>Solution>New Analysis），施加刚化载荷。
2．指定计算预应力效果（PSTRES或Main Menu>Solution>Analysis Options）。
3．开始静力计算（SOLVE或Main Menu>Solution>-Solve-Current LS）。
4．完成生成部分。用PSTRES命令或其等效的GUI路径计入静力分析的预应力效果。（注——在静力分析和生成部分一定要打开预应力效果。）5．完成使用部分和扩展部分。
6．查看结果。
方法B：
注——本方法不需进行整体模型的静力计算。
1．建模并完成生成部分。要通过将SEOPT(Main Menu>Solution> Analysis Options)命令选项SESST设为1为应力刚度矩阵保留空间。
2．加载并完成静力的使用部分。
3．完成扩展部分并用PSTRES(Main Menu>Solution>Analysis Options)计入预应力效果。
4．保持预应力效果打开进行其他的生成部分以生成新的超单元。
5．求解新的生成部分并完成使用部分。
6．完成扩展部分并查看结果。
子结构分析实例（命令行格式）
问题描述
圆盘承受沿垂直方向的对称载荷，材料特性和几何特征如下，求其应力应变情况。
/PREP7
smrt,off
/DEVICE,VECTOR,ON
/TITLE, DIAMETRAL COMPRESSION OF A DISK
ANTYPE,STATIC ! 静力分析
ET,1,PLANE2,,,3,,,,1
ET,2,PLANE82,,,3,,,,1
ET,3,PLANE82,,,3,,2 ! 选择结点应力输出
R,1,.2 ! 厚度
MP,EX,1,30E6
MP,NUXY,1,0.3
CSYS,1 ! 柱坐标系
K,1,1,90
K,2,.5,90
K,4,1
K,5,1,50
LESIZE,1,,,7,5
L,5,4
LESIZE,2,,,4,2
CSYS,0 ! 笛卡儿坐标系
K,3
L,3,4
LESIZE,3,,,5
L,2,3
LESIZE,4,,,4,2
L,2,5
LESIZE,5,,,5
L,1,2
LESIZE,6,,,7,5
A,1,2,5,5
A,2,3,4,5
TYPE,2
MSHK,1
MSHA,0,2D
AMESH,2
EPLOT
TYPE,1
MSHK,0
MSHA,1,2D
AMESH,1
EPLOT
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
ESLN
TYPE,3
EMODIF,ALL
SAVE,VM141,DB
NSEL,S,LOC,Y,0
DSYM,SYMM,Y ! 沿X轴对称
NSEL,S,LOC,X,0
DSYM,SYMM,X ! 沿Y轴对称
NSEL,ALL
ESEL,ALL
OUTPR,NSOL,NONE ! 结点位移和支反力解输出 OUTPR,ESOL,ALL ! 单元解输出
FK,1,FY,-1000 ! 施加载荷值的一半（对称） FINISH
/SOLU
SOLVE
/POST1
NSEL,S,LOC,X,0 !选择感兴趣的结点
NSEL,A,LOC,X,0.1
NSEL,R,LOC,Y,0
PRNSOL,S,COMP
NSEL,R,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,0.2
NSEL,R,LOC,Y,0
*GET,SNOD,NODE,,NUM,MIN ! 选择路径起点结点(X=0) *GET,FNOD,NODE,,NUM,MAX ! 选择路径终点结点(X=0.2) NSEL,ALL
ESEL,ALL
PATH,STRESS1,2,,48 ! 定义路径名为‘STRESS1’ PPATH,1,SNOD ! 用结点定义路径点
PPATH,2,FNOD
PDEF,SY,S,Y
PRANGE,24
PRPATH,SY !显示路径的SY应力
*GET,S1,PATH,0,MIN,SY
NSEL,R,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,0.1
NSEL,R,LOC,Y,0
*GET,FNOD,NODE,,NUM,MAX
PATH,STRESS2,2,,48 ! 定义路径名为‘STRESS2’ PPATH,1,SNOD
PPATH,2,FNOD
PDEF,SY,S,Y
PRANGE,24
PRPATH,SY ! 显示路径的SY应力
*GET,S2,PATH,0,MAX,SY
*DIM,LABEL,CHAR,2,2
*DIM,VALUE,,2,3
LABEL(1,1) = 'P (psi)','P (psi)'
LABEL(1,2) = ' X=0 ',' X=.1'
*VFILL,VALUE(1,1),DATA,-9549,-9298
*VFILL,VALUE(1,2),DATA,S1,S2
*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(S1/9549),ABS(S2/9298)
SAVE,TABLE_1
FINISH
/CLEAR, NOSTART
/FILNAM,GEN
/PREP7
smrt,off
! 生成部分(SHELL ELEMENTS ,SHELL93)
RESUME,VM141,DB
ANTYPE,SUBST ! 子结构生成部分
SEOPT,GEN
! 注：因为PLANE2和SHELL93结点顺序不同，删除原来的网格 ACLEAR,1,2
ETDELE,1,3
ET,1,SHELL93,,,,,,,1
ET,2,SHELL93,,,,,,,1
ET,3,SHELL93,,,,,2
/OUTPUT,SCRATCH
NUMCMP,NODE ! 将结点号压缩
/OUTPUT
TYPE,2
MSHK,1
MSHA,0,2D
AMESH,2
EPLOT
TYPE,1
MSHK,0
MSHA,1,2D
AMESH,1
EPLOT
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
ESLN
TYPE,3
EMODIF,ALL
NSEL,S,LOC,Y,0
DSYM,SYMM,Y
NSEL,S,LOC,X,0
DSYM,SYMM,X
NSEL,ALL
ESEL,ALL
D,ALL,UZ,,,,,ROTX,ROTY ! 约束不用的结点自由度
NSEL,S,LOC,X
NSEL,R,LOC,Y,1
*GET,NDOF,NODE,,NUM,MAX ! 主自由度的结点号
M,NDOF,UY !选择载荷施加点的主自由度
NSEL,ALL
FINISH
/SOLU
SOLVE
SAVE ! 存储子结构数据库用于扩展部分
PARSAV,SCALAR,GEN,PARM
FINISH
/CLEAR, NOSTART
/FILNAM,USE
PARRES,,GEN,PARM
/PREP7
smrt,off
/TITLE, DIAMETRAL COMPRESSION OF A DISK (S.E. USE PASS)
ET,1,MATRIX50
SE,GEN
F,NDOF,FY,-1000
FINISH
/SOLU
SOLVE
FINISH
/CLEAR, NOSTART
/FILNAM,GEN
RESUME
/SOLU
EXPASS,ON,YES
SEEXP,GEN,USE
/TITLE, DIAMETRAL COMPRESSION OF A DISK (S.E. EXPANSION PASS) OUTPR,NSOL,NONE ! 控制位移输出
OUTPR,ESOL,ALL
EXPSOL,1,1
SOLVE
FINISH
/POST1
NSEL,R,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,0.2
NSEL,R,LOC,Y,0
*GET,SNOD,NODE,,NUM,MIN ! 路径起点结点号(X=0)
*GET,FNOD,NODE,,NUM,MAX ! 路径终点结点号(X=0.2)
NSEL,ALL
ESEL,ALL
PATH,STRESS3,2,,48 !定义路径名为‘STRESS3’
PPATH,1,SNOD
PPATH,2,FNOD
PDEF,SY,S,Y
PRANGE,24
PRPATH,SY ! 输出路径上的SY应力
*GET,S1,PATH,0,MIN,SY
NSEL,R,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,0.1
ANSYS框架结构分析
有限元分析大作业报告 一、结构形式及参数 1、结构基本参数 某框架结构如下图所示，为两榀、三跨七层框架。结构由梁板柱组成，梁板柱之间刚结。材料为C35混凝土，弹性模量为3.15e10N/m2，泊松比取0.25，质量密度为2500kg/m3，梁截面为300mm×700 mm，柱截面为500mm×500mm，楼板厚度为120mm。梁和柱采用beam44 单元，板采用shell 63单元。单位采用国际单位制。 二、静力分析及结果 1、荷载详情 荷载包括自重荷载，采用命令acel,0,0,9.8施加；以及垂直板面向下的均布恒荷载0.35 kN/m2和活荷载0.15 kN/m，两者合并后采用命令*do,mm,204,245,1 sfe,mm,2,pres,,500,500,500,500 *end do施加。 2、结构变形：最大变形发生在91号节点，数值为1.573mm，方向竖直向下（-Z方向）。
3、位移云图 4、等效应力云图：最大等效应力发生在78号节点，数值为175064Pa。
5、支座反力(保留两位小数，单位如表中所示) 节点编码FX(kN) FY(kN) FZ(kN) MX(kN﹒m) MY(kN﹒m) MZ(kN﹒m) 1 -3.87 5.33 514.15 -5.19 -3.74 0.00 2 -6.36 0.09 774.5 3 -0.12 -6.13 0.00 3 -6.36 -0.09 774.53 0.12 -6.13 0.00 4 -3.87 -5.33 514.1 5 5.19 -3.74 0.00 5 0.00 8.2 6 693.8 7 -8.00 0.00 0.00 6 0.00 0.06 107.28 -0.08 0.00 0.00 7 0.00 -0.06 107.28 0.08 0.00 0.00 8 0.00 -8.26 693.87 8.00 0.00 0.00 9 3.87 5.33 514.15 -5.19 3.74 0.00 10 6.36 0.09 774.53 -0.12 6.13 0.00 11 6.36 -0.09 774.53 0.12 6.13 0.00 12 3.87 -5.33 514.15 5.19 3.74 0.00 三、模态分析结果 1、各阶振型频率及类型 振型阶次自振频率（Hz）振动形式 1 1.838 2 弯曲振型 2 1.8627 弯曲振型 3 2.2773 扭转振型 4 5.6636 弯曲振型 5 5.7097 弯曲振型
用ANSYS进行桥梁结构分析
用ANSYS进行桥梁结构分析 谢宝来华龙海 引言：我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS，这两种软件均以平面杆系为计算内核，多用来解决平面问题。近来偶然接触到ANSYS，发现其结构分析功能强大，现将一些研究心得写出来，并用一个很好的学习例子（空间钢管拱斜拉桥）作为引玉之砖，和同事们共同研究讨论，共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。 【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发，重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析，最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法，同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。 【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型 一、基本概念 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。 真实系统有限元模型 自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。
节点和单元 荷载 1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。 2、作为一个整体，单元形成了整体结构的数学模型。 3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。 4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。 单元形函数 1、FEA仅仅求解节点处的DOF值。 2、单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。 3、因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。 4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。 5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。 6、DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。 7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的（如，结构应力，热梯度）。 8、如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs，就不能很好地得到导出数据，因为这些导出数
ANSYS动力学分析
第5章动力学分析 结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析（谐响应分析）：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，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析：是模态分析的应用拓广，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。 显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 本章重点介绍前三种。 【本章重点】 ?区分各种动力学问题； ?各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。 5.1 动力学分析的过程与步骤 模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。三者具体分析过程与步骤有明显区别。 5.1.1 模态分析 1.模态分析应用 用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。 2.模态分析的步骤
ANSYS分析指南精华：子结构
第四章子结构 什么是子结构？ 子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。这个单一的矩阵单元称为超单元。在ANSYS分析中，超单元可以象其他单元类型一样使用。唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。子结构可以在ANSYS/Mutiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。 使用子结构主要是为了节省机时，并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。在非线性分析中，可以将模型线性部分作成子结构，这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。在有重复几何结构的模型中（如有四条腿的桌子），可以对于重复的部分生成超单元，然后将它拷贝到不同的位置，这样做可以节省大量的机时。 子结构还用于模型有大转动的情况下。对于这些模型，ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。在三维情况下，子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。在大转动模型中，用户在使用部分之前无须对子结构施加约束，因为每个子结构都是作为一个单元进行处理，是允许刚体位移的。 另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算 1
机系统太庞大了。这样，用户可以通过子结构将问题分块进行分析，每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。 如何使用子结构 子结构分析有以下三个步骤： ●生成部分 ●使用部分 ●扩展部分 生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界，提取模型的动力学特性。图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。由于接触单元需要迭代计算，将板状构件形成子结构将显著地节省机时。本例中，主自由度是板与接触单元相连的自由度。 图4-1 子结构使用示例 2
ANSYS工程分析 基础与观念Chapter04
第4章 ANSYS结构分析的基本观念Basic Concepts for ANSYS Structural Analysis 这一章要介绍关于ANSYS结构分析的基本观念，熟悉这些基本观念有助于让你很快地区分你的工程问题的类别，然后依此选择适当的ANSYS分析工具。在第1节中我们会对分析领域（analysis fields）做一个介绍，如结构分析、热传分析等。第2节则对分析类别（analysis types）作一介绍，如静力分析、模态分析、或是瞬时分析等。第3节解释何谓线性分析，何谓非线性分析。第4节要对结构材料模式（material models）作一个讨论并作有系统的分类。第5节讨论结构材料破坏准则。第6、7节分别举两个实例，一个是结构动力分析，一个是非线性分析来总合前面的讨论。这两个例子再加上第3章介绍过的静力分析例子，这三个例子可以说是用来做为正式介绍ANSYS命令（第5、6、7章）之前的准备工作。最后（第8节）我们以两个简单的练习题做本章的结束。
第4.1节学科领域与元素类型 Disciplines and Element Types 4.1.1 学科领域（Disciplines） 我们之前提过，ANSYS提供了五大学科领域的分析能力：结傋分析、热传分析、流场分析、电场分析、磁场分析（电场分析及磁场分析可统称为电磁场分析），此外ANSYS也提供了偶合场分析（coupled-field analysis）的能力。为了能分析横跨多学科领域的偶合场，ANSYS提供了一些偶合场元素（coupled-field elements），但是这些元素还是无法涵盖所有偶合的可能性（举例来说，ANSYS 并没有流场与结构的偶合场元素）。但是在ANSYS的操作环境下，再加上利用APDL [Ref. 20]，理论上可以进行各种偶合场分析（但是计算时间及收敛性常是问题所在）。下一小节将举几个例子来解说偶合场分析的含义，更详细的偶合场分析步骤你必须参阅Ref. 15。 4.1.2 偶合场分析 以下我们举三个例子来说明何谓偶合场分析。 第一个例子是热应力的计算，这是最常会遇到的问题之一。当你进行热应力分析时，通常分成两个阶段：先做热传分析解出温度分布后，再以温度分布作为结构负载来进行结构分析，而解出应力值。在第一个阶段，热边界条件（thermal boundary conditions）是热传分析的负载，我们希望知道在此热边界条件之下，温度是怎么分布的。因为不均匀的温度分布会造成结构的翘曲变形，所以第二个阶段是希望知道在这些温度分布下结构的变形及应力。这是一个很典型的偶合场分析问题，因为结构怎么变形是依温度怎么分布而定，而温度如何分布则与结构如何变形（变形量很大时，几何形状会改变）有关，这种相依的关系就称为偶合（coupling）。严格来说，前述的分析程序（先做热传分析再做结构分析）观念上不是很正确的，较正确的做法应该是热传与结构分析必须同时进行，也就是说温
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析 §模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。后面将详细介绍模态提取方法。 §模态分析中用到的命令 模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。 后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<
ANSYS-结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式
ANSYS 结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式.txt两人之间的感情就像织毛衣，建立 的时候一针一线，小心而漫长，拆除的时候只要轻轻一拉。。。。/FILNAME,Allen-wrench,1 ! Jobname to use for all subsequent files /TITLE,Static analysis of an Allen wrench /UNITS,SI ! Reminder that the SI system of units is used /SHOW ! Specify graphics driver for interactive run; for batch ! run plots are written to pm02.grph ! Define parameters for future use EXX=2.07E11 ! Young's modulus (2.07E11 Pa = 30E6 psi) W_HEX=.01 ! Width of hex across flats (.01m=.39in) *AFUN,DEG ! Units for angular parametric functions定义弧度单位 W_FLAT=W_HEX*TAN(30) ! Width of flat L_SHANK=.075 ! Length of shank (short end) (.075m=3.0in) L_HANDLE=.2 ! Length of handle (long end) (.2m=7.9 in) BENDRAD=.01 ! Bend radius of Allen wrench (.01m=.39 in) L_ELEM=.0075 ! Element length (.0075 m = .30 in) NO_D_HEX=2 ! Number of divisions on hex flat TOL=25E-6 ! Tolerance for selecting nodes (25e-6 m = .001 in) /PREP7 ET,1,SOLID45 ! 3维实体结构单元；Eight-node brick element ET,2,PLANE42 ! 2维平面结构；Four-node quadrilateral (for area mesh) MP,EX,1,EXX ! Young's modulus for material 1；杨氏模量 MP,PRXY,1,0.3 ! Poisson's ratio for material 1；泊松比 RPOLY,6,W_FLAT ! Hexagonal area创建规则的多边形 K,7 ! Keypoint at (0,0,0) K,8,,,-L_SHANK ! Keypoint at shank-handle intersection K,9,,L_HANDLE,-L_SHANK ! Keypoint at end of handle L,4,1 ! Line through middle of hex shape L,7,8 ! Line along middle of shank L,8,9 ! Line along handle LFILLT,8,9,BENDRAD ! Line along bend radius between shank and handle! 产生 一个倒角圆，并生成三个点 /VIEW,,1,1,1 ! Isometric view in window 1 /ANGLE,,90,XM ! Rotates model 90 degrees about X! 不用累积的旋转 /TRIAD,ltop /PNUM,LINE,1 ! Line numbers turned on LPLOT
ANSYS 非线性_结构分析
目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步：建模 (9) 第二步：加载且得到解 (9) 第三步：考察结果 (16) 非线性分析例题（GUI方法） (20) 第一步：设置分析标题 (21) 第二步：定义单元类型 (21) 第三步：定义材料性质 (22) 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步：产生矩形 (22) 1
第六步：设置单元尺寸 (23) 第七步：划分网格 (23) 第八步：定义分析类型和选项 (23) 第九步：定义初始速度 (24) 第十步：施加约束 (24) 第十一步：设置载荷步选项 (24) 第十二步：求解 (25) 第十三步：确定柱体的应变 (25) 第十四步：画等值线 (26) 第十五步：用Post26定义变量 (26) 第十六步：计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题（命令流方法） (27) 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金 2
属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。（看图1─1（a））如果你在一个木架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（看图1─1（b））。当在 汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。（看图1─1（c））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 3
非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型： 状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如，一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关（如在电缆情况中），也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。 接触是一种很普遍的非线性行为，接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。 几何非线性 如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。一个例的垂向刚性）。随着垂向载荷的增加，杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少，导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。 4
ansys结构分析基本原理
1 应力-应变关系 本文将介绍结构分析中材料线性理论，在后续再介绍材料非线性的理论。在线弹性理论中应力-应变关系： (1) 其中： {σ}：应力分量，即在ANSYS软件里以S代替σ形式出现。 [D]：弹性矩阵或弹性刚度矩阵或应力-应变矩阵。利用(14)～(19)给出了其具体表达式。(4)给出了其逆矩阵的表达式。通过给出完整的[D]可以定义少数的各向异性单元。在ANSYS中利用命令：TB,ANEL来输入具体数值。 ：弹性应变矢量。在ANSY中以EPEL形式输出。 {ε}：总的应变矢量，即 {εth}：热应变矢量，(3)给出了其定义式，在ANSYS中以EPTH形式给出。 注意： {εel}：是由应力引起的应变。 软件中的剪切应变( εxy、εyz和εxz)是工程应变，他们是拉伸应变的两倍。ε通常用来表示拉伸应变，但为了简化输出而采用此表示。将在材料的非线性分析中说明总应变的分量，以EPTO形式输出。 图1 单元的应力矢量图 如图1给出了单元应力矢量图。ANSYS程序中规定正应力和正应变拉伸是为正，压缩时为负。 (1)式还可以被写作以下形式：
(2) 三维情况下，热应变矢量为： (3) 其中： ：方向的正割热膨胀系数。 ΔT=T-T ref T：问题中节点当前温度。 ：参考温度也就是应变自由时的温度。用TREF或MP命令输入。 T ref 柔度矩阵的定义： (4) 其中： E x: 方向上的杨氏模量，在MP命令中用EX输入。 v xy:主泊松比，在MP命令中用PRXY输入。 :次泊松比，在MP命令中用NUXY输入。 v yx G : 平面上的剪切模量，在MP命令中用GXY输入。 xy 此外，[D]-1是对称矩阵，因此 (5)
ansys子结构分析实例解析
ANSYS中的超单元 从8.0版开始，ANSYS中增加了超单元功能，本文通过一些实际例子，探讨了ANSYS 中超单元的具体使用。 1 使用超单元进行静力分析 根据ANSYS帮助文件，使用超单元的过程可以划分为三个阶段(称为Pass)： (1) 生成超单元模型(Generation Pass) (2) 使用超单元数据(Use Pass) (3) 扩展模型(Expansion Pass) 以下摘自htbbzzg邹老师博客，请勿乱传! 下面以一个例子加以说明： 一块板，尺寸为20×40×2，材料为钢，一端固支，另一端承受法向载荷。 首先生成原始模型se_all.db，即按照整个结构进行分析，以便后面与超单元结果进行比较： 首先生成两个矩形，尺寸各为20×2。然后定义单元类型shell63； 定义实常数1为： 2 (板厚度)。 材料性能：弹性模量E=201000；波松比μ=0.3；密度ρ=7.8e-9； 单位为mm-s-N-MPa。 采用边长1划分单元；一端设置位移约束all，另一端所有(21个)节点各承受Z向力5。计算模型如下图：
静力分析的计算结果如下：
为了后面比较的方便，分别给出两个area上的结果：
超单元部分，按照上述步骤操作如下： (1) 生成超单元 选择后半段作为超单元，前半段作为非超单元(主单元)。 按照ANSYS使用超单元的要求，超单元与非超单元部分的界面节点必须一致(重合)，且最好分别的节点编号也相同，否则需要分别对各节点对建立耦合方程，操作比较麻烦。 实际上，利用ANSYS中提供的mesh200单元，对超单元和非超单元的界面实体，按照同一顺序，先于所有其它实体划分单元，很容易满足界面节点编号相同的要求。对于多级超单元的情况，则还要结合其它操作(如偏移节点号等)以满足这一要求。 对于本例，采用另一办法，即先建立整个模型，然后再划分超单元和非超单元。即：将上述模型分别存为se_1.db (超单元部分)和se_main.db (非超单元部分)两个文件，然后分别处理。 对于se_1.db模型，按照超单元方式进行处理。由于模型及边界条件已建立，只需删除前半段上的划分，结果就是超单元所需的模型。 然后直接进入创建超单元矩阵的操作，首先说明一下创建超单元矩阵的一般步骤： A进入求解模块： 命令：/Solu GUI：Main menu -> Solution B设置分析类型为“子结构或部件模态综合“
ANSYS分析实例详解
ANSYS分析实例详解 姓名：XXX 学号：XXX 专业：XXX 内容：空调支架的有限元分析 本次作业为对一空调支架的有限元分析，其主要内容包括空调支架的建模、有限元分析、强度校核以及结构优化等。下图为空调支架一侧的实物图片： 1、空调支架的特点分析 由于空调支架为一个完全对称结构，空调的重量均匀分部在两侧对称支架上，因此只要对空调支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析，同时也达到了简化空调支架分析的目的。本次作业可以分三部分来完成：一，空调支架一侧的建模；二，利用商业化有限元分析软件对建好的空调支架模型进行有限元分析；三，根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以及结构优化。 2、空调支架的建模 空调支架的具体尺寸图如下图所示：
考虑到空调支架模型结构简单，故在此没有利用三维软件建模而是直接在有限元分析软件中进行建模，本次作业采用的有限元分析软件为美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件ANSYS10.0。建立模型包括设定分析作业名和标题，定义单元类型、定义材料属性、建立三维模型、划分有限元网格。 2.1设定分析作业名和标题 打开ANSYS软件进入ANSYS操作界面，首先从主菜单中选择【Preferences】命令，勾选Structural。然后从实用菜单中选择【Change Jobname】命令，将文件名修改为Ktiao2，从实用菜单中选择【Change Title】命令，将标题修改为Ktiao2。如下图所示： 2.2定义单元类型 在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。本文中选用8节点六面体单元Solid185。如下图所示：
ANSYS结构力分析实例
基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step) 下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3 种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8 段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ，P2 和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图3-23。 图3-22 位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988) 图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半) 表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数 解答以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。 (1) 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory（设置工作目录）→Initial jobname （设置工作文件名）:TrussBridge →Run →OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu：Preferences… →Structural →OK (3) 定义单元类型 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close (4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density (定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口） (6) 构造桁架桥模型 生成桥体几何模型 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格) (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束) →Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束) →OK (8) 施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything (9) 计算分析 ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK (10) 结果显示 ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK（返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))
工字钢-ANSYS实例分析72道(含结果)
2.3 工字钢-ANSYS 实例分析 (三维实体结构) 介绍三维实体结构的有限元分析。 一、问题描述 图1所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为 1.0,0.16,0.2,0.02,0.02l m a m b m c m d m =====。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。 图1 工字钢结构示意图 其他已知参数如下： 弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ； 材料密度3 /7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =； 作用力F y 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小F y =-5000N 。 二、实训步骤 (一) ANSYS10.0的启动与设置 1、启动。点击：开始>所有程序> ANSYS10.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。 2、功能设置(过滤)。点击主菜单中的“Preference”菜单(Main Menu > Preferences)，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural”复选框，点击“OK”按钮，关闭对话框，如图2所示。本步骤的目的是过滤不必要的菜单，仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。
图2 Preference参数设置对话框 3、系统单位设置。由于ANSYS软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。在命令输入栏中键入“/UNITS，SI”，然后回车即可(系统一般看不出反应，但可以在Output Window 中查看到结果，如图3所示)。（注：SI表示国际公制单位） 设置完成后按主菜单中前处理器(在ANSYS中称为PREP7)设定的先后顺序进行，具体如图4所示。
ANSYS结构分析教程篇
ANSYS结构分析基础篇 一、总体介绍 进行有限元分析的基本流程： 1.分析前的思考 1)采用哪种分析(静态，模态，动态...） 2)模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件，有时为了划分六 面体网格采用零件，但零件间需定义bond接触) 3)单元类型选择(线单元，面单元还是实体单元) 4)是否可以简化模型(如镜像对称，轴对称) 2.预处理 1)建立模型 2)定义材料 3)划分网格 4)施加载荷及边界条件 3.求解 4.后处理 1)查看结果(位移，应力，应变，支反力) 2)根据标准规范评估结构的可靠性 3)优化结构设计 高阶篇： 一、结构的离散化 将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元，并通过有限个节点相互连接的离散系统。 这一步要解决以下几个方面的问题: 1、选择一个适当的参考系，既要考虑到工程设计习惯，又要照顾到建立模型的方便。 2、根据结构的特点，选择不同类型的单元。对复合结构可能同时用到多种类型的单元，此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。 3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求，合理确定单元的尺寸和阶次。 4、根据工程需要，确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。 5、根据结构的实际支撑情况及受载状态，确定各工况的边界约束和有效计算载荷。 二、选择位移插值函数 1、位移插值函数的要求 在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数，并利用节点处的位移连续性条件，将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。 位移插值函数需要满足相容（协调）条件，采用多项式形式的位移插值函数，这一条件始终可以满足。
ansys子模型介绍与应用实例
第五章子模型 何为子模型？ 子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。见图5-1。 图5-1 轮毂和轮辐的子模型 a)粗糙模型，b)叠加的子模型 要得到这些区域的较精确的解，可以采取两种办法：(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型，或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见，方法a太耗费机时，方法b即为子模型技术。 子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分割开的边界。整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。 子模型基于圣维南原理，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变。这说明只有在载荷集中位置才有应力集中效应，如果子模型的位置远离应力集中位置，则子模型内就可以得到较精确的结果。 ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构（应力）分析。子模型也可以有效地应用于其他分析中。如在电磁分析中，可以用子模型计算感兴趣区域的电磁力。 除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有几个优点： 它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。 它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析。 它帮助用户证明网格划分是否足够细。 使用子模型的一些限制如下： 只对体单元和壳单元有效。 子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这
个要求。 如何作子模型分析 子模型分析的过程包括以下步骤： 1. 生成并分析较粗糙的模型。 2. 生成子模型。 3. 提供切割边界插值。 4. 分析子模型。 5. 验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远。 第一步：生成并分析较粗糙的模型 第一个步骤是对整体建模并分析。（注－为了方便区分这个原始模型，我们将其称为粗糙模型。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的，而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的。） 分析类型可以是静态或瞬态的，其操作与各分析的步骤相同。下面列出了其他的一些要记住的方面。 文件名——粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样就可以保证文件不被覆盖。而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。用下列方法指定文件名： Command: /FILNAME GUI: Utility Menu>File>Change Jobname 单元类型——子模型技术只能使用块单元和壳单元。分析模型中可以有其他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过块和壳单元。 一种特殊的子模型技术，称为壳到体子模型技术，允许用户用壳单元建立粗糙模型而用三维块单元建立子模型。本技术在后面还要讨论。 建模——在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等，见下图。但是，有限元网格必须细化到足以得到较合理的位移解。这一点很重要，因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。 图5-2 粗糙模型可以不包括一些细节部分 文件——结果文件（Jobname.RST,Jobname.RMG等）和数据库文件（Jobname.DB,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应
(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程
均匀直杆的子空间法模态分析 1.模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。 指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度，仅缩减法使用。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
ANSYS动力学分析的几个入门例子
ANSYS动力学分析的几个入门例子 问题一：悬臂梁受重力作用发生大变形，求其固有频率。图片附件: 1.jpg ( 4.85 K ) 基本过程： 1、建模 2、静力分析 NLGEOM,ON STRES,ON 3、求静力解 4、开始新的求解：modal STRES,ON UPCOORD,1,ON 修正坐标 SOLVE... 5、扩展模态解 6、察看结果
/PREP7 ET,1,BEAM189 !使用beam189梁单元MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,210e9 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,DENS,1,,7850 SECTYPE, 1, BEAM, RECT, secA, 0 !定义梁截面secA SECOFFSET, CENT SECDATA,0.005,0.01,0,0,0,0,0,0,0,0 K, ,,,, !建模与分网 K, ,2,,, K, ,2,1,, LSTR, 1, 2 LATT,1, ,1, , 3, ,1 LESIZE,1, , ,20, , , , ,1 LMESH, 1 FINISH /SOL !静力大变形求解 ANTYPE,0 NLGEOM,1 PSTRES,ON !计及预应力效果 DK,1, , , ,0,ALL, , , , , , ACEL,0,9.8,0, !只考虑重力作用 TIME,1 AUTOTS,1 NSUBST,20, , ,1 KBC,0 SOLVE FINISH /SOLUTION ANTYPE,2 !进行模态求解 MSA VE,0 MODOPT,LANB,10 MXPAND,10, , ,0 !取前十阶模态 PSTRES,1 !打开预应力效应MODOPT,LANB,10,0,0, ,OFF UPCOORD,1,ON !修正坐标以得到正确的应力PSOLVE,TRIANG !三角化矩阵 PSOLVE,EIGLANB !提取特征值和特征向量FINISH /SOLU
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