第3章 有限单元法.ppt

ANSYS热分析概览 热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能: 相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等) 三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射) ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等. ANSYS电磁分析概览 磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等. 磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生. 磁场分析 用于计算磁场. ANSYS电磁分析概览(续) 磁场分析的类型: 静磁场分析 - 计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场. 交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场. 瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场. ANSYS电磁分析概览(续) 电场分析 用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等. 高频电磁场分析 用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析. ANSYS 流体分析 概览 流体分析 用于确定流体的流动及热行为. 流体分析分以下几类: CFD - ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等. 声学分析 - 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分析等. 容器内流体 分析 - 考虑容器内的非流动流体的影响. 可以确定由于晃动引起的静水压力. 流体动力学耦合分析 - 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元. ANSYS 耦合场分析概览 耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。 例如： 在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）. 其他需要耦合场分析的典型情况有： 热—应力分析 流体—结构相互作用 感应加热（电磁—热）, 感应振荡 两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热后的变形. 真实系统 有限元模型 有限元模型 是真实系统理想化的数学抽象。 定义 §3.6 有限单元法建模事项及实例 节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由 度和存在相互物理作用。 单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。 有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 载荷 载荷 几何体 载荷 物理系统 结构 热 电磁 分析目标 力？ 位移？ 温度？ 还是其他？ 充分利用结构的对称性 P P P P P 1、建立模型 ANSYS的分析方法 2、输入材料特性 3、选择单元，进行网格划分 4、施加载荷和边界条件 5、定义接触（根据分析需要） 难点！ 6、制订分析类型和输出要求 7、选择适当的求解器进行求解 8、查看结果 实例分析 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面： 圆截面： 工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114， t3=0.007 例1：梁的有限元建模与变形分析 梁的计算分析模型 实例分析 例2：超静定梁的有限元分析 矩形截面:ID=1,B=0.01,H=0.1 例：直角支架结构问题 左侧孔沿圆周完全固定，一个成锥形的压力施加在下面右端孔的下半圆处，大小为0.35MPa到1MPa。杨氏弹性模量E=2.1×1011Pa，泊松比μ=0.27。 网格划分 应力场分布图 变形图 例：厚壁圆筒承受压力问题 某厚壁圆筒承受压力载荷，压力P=10MPa，圆筒内径R1=1400mm，圆筒外径R0=1500mm，材料的弹性模量 E=2.1×105MPa，泊松比μ=0.3。 网格划分 位移数值云图 第一主应力云图 例：圆杆的模态分析 方法 第一阶(Hz) 第二阶(Hz) 第三阶(Hz) 第四阶(Hz) 第五阶(Hz) 第六阶(