作者：邹正刚
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
CAE分析大系 ANSYS疑难问题实例详解试读：
前言
近年来，有限元仿真在广大工程领域的应用得到了迅速的发展。ANSYS 软件是众多 CAE 软件中一个著名的多物理场分析软件，在多个工程领域中都得到了广泛的应用，并涌现出大量有关 ANSYS 的资料和图书。这些资料和图书或者重在对 ANSYS 的全面介绍和提供少量实例供用户模仿，或者粗略介绍一些成功的案例，但大多都缺乏对实例细节的说明和完成实例过程中遇到的问题以及相应的解决办法的介绍。而实际工程问题种类繁多，有时难以解决，而一般的图书资料又较少提供解决的办法。
本书作者 2010 年 7 月开始在网上开通博客，专门介绍关于 CAE方面的资料和使用经验，并承诺为网友解答结构分析(结构的建模，静力、动力和热分析等) 中遇到的问题，此后陆续收到很多网友提出的问题，自己也在力所能及的范围内尽力给予答复。主要内容
近来，作者对这些问题以及在国内一些 CAD/CAE 网站上答复网友的问题进行了归纳整理，从中选择了一些有关ANSYS 应用且有普遍性或启发性的问题，进行完善后作为本书的内容，以期能为网友解决一些一般图书资料中较少涉及的问题，帮助网友更快更好地掌握 ANSYS 的应用。
本书的内容分为 6 部分，分别是：
● 几何建模中的问题；
● 有限元模型中的问题；
● 分析与求解；
● 后处理中的问题；
● 接触问题；
● 其他问题。
所有内容均来自作者对网友的提问或 CAD/CAE 网站上问题的答复，希望能够有利于 ANSYS 软件初学者的不断提高，以及供对使用 ANSYS 软件已有一定经验的用户参考。统一技术支持
读者在学习过程中遇到困难，可以通过我们的立体化服务平台（微信公众服务号：iCAX）联系，我们会尽量帮助读者解答问题。此外，在这个平台上，我们还会分享更多的相关资源。微信扫描下面二维码就可以查看相关内容。
微信公众服务号：iCAX
读者如果无法通过微信访问，也可以给我们发邮件：iCAX@dozan.cn。
此外，还可以访问博客，地址：http://htbbzzg.blog.163.com。致谢
本书完稿后经邵仁兴博士进行了认真的审核并提出修改意见，特在此表示衷心的感谢。同时感谢成都道然科技有限责任公司编辑的邀请及Simwe论坛各位网友的鼎力相助。特别感谢编者家人和公司同仁一贯的支持。谨以本书献给所有关心、关怀、关爱我们的人！
虽然编者已对本书仔细检查多遍，力求无误，但由于时间仓促、水平有限，书中欠妥之处在所难免，还请读者和同仁及时指正，共同促进本书下一版质量的提高。邹正刚 于上海
第1章 几何建模中的问题
1．弹塑性分析中如何确定材料的弹塑性参数
问题：在进行弹塑性分析时，如何根据拉伸试验的应力-应变曲线来确定分析所需的材料参数。答复：
进行弹塑性分析时需要提供材料的弹塑性数据，经常使用的是双线性或多线性参数。
在ANSYS中，除了需要先输入弹性数据（弹性模量和泊松比），对于双线性参数，只需提供屈服应力和切线模量（割线模量），而对于多线性参数，需要屈服应力和应力-应变曲线数据。
下面是一个例子：
已知某铝合金的材料拉伸曲线如图1-1所示。（1）按照双线性假设确定切线模量。
根据双线性假设，材料在进入屈服后，应力-应变曲线为一条直线，其斜率即为切线模量（割线模量）。上述铝合金的拉伸应力-应变曲线可以简化为图1-2所示的形式。图1-1 某铝合金的拉伸曲线图1-2 按照双线性假设确定切线模量（2）多线性假设。
此时只需要输入应力-应变曲线数据。对上述拉伸曲线，可以提供表1-1所示的应力-应变数据输入到ANSYS的非线性材料参数中。表1-1 应力-应变数据示例
其中第一列应该是屈服时的应力和应变，其比值应该近似等于材料的弹性模量（70000 MPa）：
E=120/0.1714%=70012–误差约0.02%。
输入数据时，注意应变数据的单位是%（百分之一），因此需要将表1-1中应变数据乘以0.01再输入。
2．在ANSYS中导入的模型不能显示体，如何解决
问题：在ANSYS中，导入的CAD模型只显示框架，没有显示体，该怎么办？答复：
在ANSYS中，体积可以用框架（Wireframe）方式或实体方式 （Solid）显示。导入CAD模型时只显示框架，一个可能是体积的显示方式没有设置为Solid方式；另一个可能是导入的数据有问题，其中根本没有体积数据。
请按图2-1所示操作，然后绘制体，如果还是没有体，那就说明模型中确实没有体。图2-1 以实体形式显示面和体
3．在ANSYS中如何通过极坐标创建关键点
问题：知道一些点的极坐标，如何在ANSYS中画出这些点？答复：
首先使用csys命令将激活坐标系转换为圆柱坐标系（其x-y平面是你所需要的极坐标系），比如csys,1转换到以总体z轴为轴线的总体圆柱坐标系。
然后输入各个关键点的极坐标（z值均为零）即可。再问：
我试过了，不可以，还是和直角坐标系下的结果一样！答复：
应该是你的操作有误，请输入下面的命令流，看一下各关键点的坐标值：
fini
/clear
/filname, test_csys
!*
WPSTYLE,,,,,,,,0
/PREP7
k,1,10 ! 在 csys,0 中定义 K1 : 10,0,0
k,2,,10 ! 在 csys,0 中定义 K2 : 0,10,0
csys,1 ! 转换为圆柱坐标系 1
k,3,20,90 ! 在 csys,1 中定义 K3 : 0,20,90；
! 在 csys,0 中: 0, 20,0
k,4,10,180 ! 在 csys,1 中定义 K4: 0,10,180；
! 在 csys,0 中为: -10, 0,0
!*
klist,all,,,coord
!*
所列出的关键点坐标值如下（在总体直角坐标系，即DSYS,0中的坐标值）：
LIST ALL SELECTED KEYPOINTS. DSYS= 0
! 列表坐标值时的坐标系由 DSYS 确定，这里是总体直角坐标系
NO. X,Y,Z LOCATION THXY,THYZ,THZX ANGLES
1 10.00000 0.000000 0.000000 0.0000 0.0000 0.0000
2 0.000000 10.00000 0.000000 0.0000 0.0000 0.0000
3 0.000000 20.00000 0.000000 0.0000 0.0000 0.0000
4 -10.00000 0.000000 0.000000 0.0000 0.0000 0.0000
由此可见，输入坐标值时是以当前坐标系（csys命令）为准的，但是显示坐标值时却是由显示坐标系（DSYS命令）确定的。
图3-1所示为所输入的4个关键点，在DSYS=0时的显示结果。图3-1 所定义的关键点
4．在ANSYS中如何旋转模型
问题：在ANSYS中如何使模型绕指定轴线旋转一个角度。答复：
办法有多种，基本方法是：首先选择（或创建）一个圆柱坐标系（可以是总体圆柱坐标系、局部圆柱坐标系或极坐标形式的工作平面坐标系），其z轴与指定轴线重合，然后对模型执行移动（MOVE）操作，“移动”方向为该圆柱坐标系的y轴，单位是角度（“度”或“弧度”，由角度单位确定 – *afun命令）。
下面通过几个简单的例子来说明这一点。例1
一个圆筒，其轴线与总体直角坐标系的x轴一致，现要求将模型旋转，使其轴线与总体直角坐标系的z轴一致，如图4-1所示。图4-1 圆筒模型
为使圆筒的轴线与总体的z轴一致，需要将整个圆筒绕总体直角坐标系的y轴旋转90°。具体操作过程如下：
首先将当前坐标系设置为总体圆柱坐标系，在ANSYS中有两个总体圆柱坐标系，一个以z轴为轴线，坐标系编号为1，称为总体圆柱坐标系z；另一个以y轴为轴线，坐标系编号为5，称为总体圆柱坐标系y。
这里需要绕总体直角坐标系的y轴进行旋转，故应该将当前坐标系设置为以y轴为轴线的圆柱坐标系。在圆柱坐标系中，沿y方向的移动（Move），实际上就是绕坐标系轴线的旋转。所输入的移动距离即为旋转的角度，默认单位为“度”。
为此可以直接在命令小窗口输入：
csys, 5
或者执行如下GUI操作（见图4-2）：
Utility Menu > Workplane > Change Active CS to > Global Cylindrical Y图4-2 将当前坐标系设置为总体圆柱坐标系y（csys,5）
查看图形窗口底部，可以看到csys = 5，即当前坐标系已转换为5号坐标系——总体圆柱坐标系（轴线为总体y轴），如图4-3所示。图4-3 检查GUI窗口底部显示的坐标系
然后进行模型的旋转，操作过程如下：
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move / Modify > Areas > Areas > 在选择对话框中点击 All >在 Move … 对话框中，输入 DY 为 -90。
注：上述菜单路径中，Move/Modify之后的三项为选择要实施旋转的实体，本例的圆筒是 Areas，且要旋转整个圆筒，故操作如上。如模型的具体情况不一样，需要根据自己的情况修改上述菜单路径。
GUI方式如图4-4所示。图4-4 设置转动角度
查看旋转后的模型，可以看到：圆筒的轴线与总体直角坐标系的z轴一致，如图4-5所示。图4-5 转动后的模型例2：
圆筒轴线与总体直角坐标系的y轴一致，要求将其旋转到轴线与总体z轴一致。
首先输入以下命令流，创建所需的实体模型：
fini
/clear
/prep7
!*
k,1 ! 圆筒轴线上点 1
k,2,,100 ! 圆筒轴线上点 2
l,1,2 ! 生成圆筒的轴线
!*
WPSTYLE,,,,,,,,1
wpro,,90.0,
CYL4, , ,20
VDRAG, 1, , , , , , 1
wpro,, -90.0,
WPSTYLE,,,,,,,,0
Ldele, 1, , , 1
lplot
!*
所生成实体模型如图4-6所示，其轴线与总体坐标系的y轴一致。图4-6 初始模型
可以看到，为了将模型旋转为轴线与总体直角坐标系的z轴一致，需要将模型绕总体x轴旋转90°。
由于总体圆柱坐标系只有以总体z轴和总体y轴为轴线的圆柱坐标系，无法满足绕总体x轴旋转的要求。
为此，可以创建一个以总体x轴为局部z轴的局部圆柱坐标系，创建过程如下。
Utility Menu > Workplane > Local Coodinate System > Create Local CS > By 3 Keypoints
菜单路径如图4-7所示。图4-7 准备创建局部坐标系
对于实体选择对话框，选择如下3个KP点来生成一个局部坐标系，该坐标系的z轴与总体直角坐标系的x轴一致，如图4-8所示。图4-8 使用3个关键点创建局部坐标系
在创建局部坐标系的对话框中，坐标系编号取默认值11，坐标系类型设置为Cylindrical（圆柱坐标系），如图4-9所示。图4-9 设置局部坐标系的参数
然后，在局部坐标系11中对圆筒进行旋转（见图4-10）。
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Volumes > 选择圆筒 > OK >弹出修改对话框图4-10 在局部坐标系11中对圆筒进行旋转
在Move Volumes对话框中，输入DY为90（旋转90°，见图4-11）。图4-11 设置旋转角度
旋转结果，圆筒的轴线与总体z轴一致（见图4-12）。例3
模型同例2（见图4-13），换一种做法 ——使用工作平面（WP）坐标系。图4-12 旋转后的结构图4-13 原始模型
首先调出工作平面工具条（见图4-14）。
显示工作平面坐标系：初始状态，工作平面坐标系是与总体直角坐标系一致的，如图4-15所示。图4-14 调出工作平面工具条图4-15 显示工作平面坐标系
旋转工作平面坐标系，使其wz轴与总体x轴一致，如图4-16所示。
为了看得清楚，可以修改窗口布局，将总体坐标系标志移到屏幕左下角，如图4-17所示。图4-16 旋转工作平面坐标系图4-17 将总体坐标系标志移到屏幕左下角
执行Replot，可以清楚地看到wz与总体x轴一致，如图4-18所示。
为了在WP坐标系中进行模型的旋转，需要将WP坐标系改为极坐标系（对应三维情况为圆柱坐标系），如图4-19所示。图4-18 重新显示工作平面坐标系图4-19 将WP坐标系改为极坐标系
将WP坐标系设置为当前坐标系，如图4-20所示。
在WP坐标系中，选择圆筒进行旋转，如图4-21所示。图4-20 将WP坐标系设置为当前坐标系
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]