有限元总结_有限元学习总结

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动力学分析

1、模态分析用来确定结构的振动特性；

2、瞬态动力学分析用来计算结构对随时间变化载荷的响应。

3、谐分析用来确定结构对稳态简谐载荷的响应

4、谱分析用来确定结构在多种频率的瞬态激励下的响应。

5、随机振动分析用来确定结构对随机振动的影响。

[C]u[K]uF6、运动方程:[M]uM-结构质量矩阵；u”’-节点加速度矢量；C-结构阻尼矩阵；u’-节点速度矢量；K-结构刚度矩阵；u-节点位移矢量；F-随时间变化的载荷函数。

7、对于瞬态分析使用时间积分在离散的时间点上计算系统方程，求解之间时间的变化成为时间积分步长ITS，通常ITS越小，计算结果越精确。

8、在ANSYS中有以下6种提取模态的方法

（1）Block Lanczos法（2）子空间法（3）Power Dynamic法（4）缩减法（5）不对称法（6）阻尼法

9、求解谐响应和瞬态响应-模态叠加法

10、瞬态分析：如果需要知道系统随时间变化（或不变）的载荷和边界条件时的响应，就需要需要进行瞬态分析。

11、稳态分析和瞬态分析最明显的区别在于加载和求解的过程不同。

12、ATS（自动时间步长）可以简化ITS（时间积分步长）的选择。

13、求解接触非线性问题常用方法：

（1）罚函数法-允许侵入-用一个弹簧施加接触条件（2）拉格朗日乘子法-不允许侵入-增加一个附加自由度

14、阻尼是一种能量耗散机制，它使振动随时间减弱并最终停止。可分类：脸型阻尼、滞后或固体阻尼、库伦或干摩擦阻尼。

15、求解简写运动方程的三种方法：完整发、缩减法、模态叠加法。16随机振动分析的输入值：（1）结构的自然频率及模态（2）功率谱密度曲线

17、随机振动分析的输出值：以1σ位移和应力表示最可能出现的结构响应

热学分析

1、热传递的三种基本类型：（1）热传导

傅里叶定律：q*km（2）对流

牛顿准则：q*hf(TSTB)（3）辐射

44史蒂芬-波斯曼定律：QAFiij(TiTj)T n2、温度偏移：是指绝对零度和所使用温度系统的零度之间的差值

3、ANSYS有两个后处理器

（1）通用后处理器（POST1）-只能看整个模型在某一时刻的结果

（2）时间历程后处理器（POST26）-可看模型在不同时间的结果，但是只能用于处理瞬态和（或）动力学分析的结果。

4、有限元方法求解的基本步骤：（1）对求解区域离散化（2）选择插值函数（3）分析单元特性（4）组建整体刚度矩阵（5）求解系统的总体方程组（6）根据需要进行附加计算

5、ANSYS分析过程中的三个主要步骤：（1）创建或读入几何模型（2）定义材料

（3）选择单元，划分网格（4）施加载荷及设置载荷选项，（5）求解（5）查看分析结果（6）检验结果是否正确

6、接触热阻：两个平面（不同温度）在接触时，接触处温度会有降低。降低是由两个平面不完全接触引起的。不完全接触也叫接触热阻。可以由以下许多原因造成影响：

（1）平面光整度（2）平面光洁度（3）氧化（4）气泡（5）接触压力（6）平面温度（7）润滑剂的使用

7、在绝大多数热分析中，密度单位是不重要的。但是密度和比热的乘积的单位是重要的。

8、因子由相互辐射的两个表面（i和j）定义，是由于从一个平面（i）发射的辐射能偶然施加到另一个表面（j）上而得到：

Fij表面j从表面i接受的辐射能

表面i辐射出的辐射能

9、ANSYS中有三种单元类型用于建立辐射模型：

（1）表面效应单元 SURF 151/152（点-面；面-空气）（2）辐射连接单元 LINK31（点-点）（3）辐射矩阵单元（两个或多个平面）

功能性介绍

1、APDL是“ANSYS参数化设计语言”的缩写，它是一种允许使用参数进行有限元设计的语言。

2、结构分析的类型：

（1）静力学分析：用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性行为。（2）模态分析：计算线性结构的自振频率及振型

（3）谱分析：是模态分析的拓展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变（4）谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。（5）瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。（6）特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状。

3、线弹性的五个基本假设

（1）连续性假设：物质无空隙，可用连续函数描述（2）均匀性假设：物体内各个位置的物质具有相同特性

（3）各向同性假设：物质内同一位置的物质在各个方向上具有相同特性

（4）线性弹性假设：物体的变形与外力作用是线性的，外力去除后物体可以恢复原状（5）小变形假设：物体变形远小于物体的几何尺寸，在建立方程时可以略去高阶小量。

4、收敛准则

（1）位移函数必须包括常量应变（即线性项）（2）位移函数必须包括单元的刚性位移（即常量项）（3）位移函数在单元内部必须连续（连续性条件）（4）位移函数应使得相邻单元的位移协调（协调性条件）

5、热单元类型有一个自由度，一个结构单元可能有六个自由度

6、控制网格密度的工具：（1）总体控制（2）局部控制

7、两种主要的网格划分 ：（1）自由划分（2）映射划分（3）延伸网格划分（4）自适应网格划分

8、建模方法：直接建模、间接建模（1）自底而上（2）自上而下

9、非线性方程组的解法：（1）增量法（2）迭代法

10、对于三维实体模型，自由度数相对较大，用PCG求解器，其他用Sparse求解器

11、载荷步、子步、平衡迭代步是什么：

（1）载荷步：在ANSYS中，结构上施加的载荷及边界条件由一系列定义的载荷步来描述（2）子步：给定载荷步中的载荷是逐步施加上去的，载荷的每个增量称之为子步（3）平衡迭代步：每个子步中为得到收敛解而进行的迭代步

12、为计算结构的静态力-位移响应，有三种分析技巧：（1）载荷控制；（2）位移控制；（3）弧长法

13、前屈曲分析包括：（1）线性特征值屈曲；（2）非线性屈曲分析

14、后屈曲分析技巧包括：（1）位移控制；（2）动态分析；（3）弧长法

15、增强塑性理论：（1）屈服准则（2）流动准则（3）强化准则

16、偏微分方程的求解方法：

（1）差分法：离散求解域；差分代替微分；解代数方程租，要求规则边界，几何形状复杂时精度低

（2）等效积分法：整体场函数用近似函数代替；微分方程及定解条件的等效积分转化为某个泛函的变分，-求极值问题，适合简单问题，复杂问题很难解决。

（3）有限元法：离散求解域；分片连续函数近似整体未知场函数；解线性方程组，节点可任意配置，边界适应性好，适应任意支撑条件和载荷，计算精度与网格疏密和单元形态有关，精度可控。

17、日志文件（.log）；数据库文件（.db）；结果文件（.rst,.rth）；载荷步文件（.s01,.s02„）；物理文件（.ph1,.ph2,„）

18、每一次分析包括四个主要步骤：

（1）准备工作：什么分析类型？、如何建模？、什么单元类型？（2）前处理：定义材料、建立或输入几何模型、对几何模型划分网格（3）求解：加载、求解

（4）后处理：观察结果、检查解的正确性

19、当使用多载荷步时可以：

（1）“隔离”结构的响应到每一种载荷条件

（2）在后处理中以任何方式合并这些响应，可以研究不同的设想（这称为载荷工况组合只对线性分析有效）

20、两种定义及求解多载荷步的方式：（1）多次求解（2）载荷步文件方法

21、误差估计仅在POST1中有效且仅适用于：G（1）线性静力结构分析和线性稳态热分析（2）实体单元（2-D和3-D）和壳单元（3）全图形模式（非powergraphics）

（4）激活误差估计（General Postproc> Optionsforoutp„）

22、Mechanical是利用ANSYS的求解器进行结构和热分析，网格划分也包括在Mechanical应用中。

23、Mechanical APDL是采用传统的ANSYS用户界面对高级机械和多物理场进行分析。

24、Fluid Flow（CFX）是利用CFX进行CFD分析。

25、Fluid Flow（FLUENT）使用FLUENT 进行CFD分析。

26、Geometry（DesignModeler）创建几何模型和CAD几何模型的修改。

27、Engineering Data定义材料性能。

28、Meshing Application用生成CFD和显示动态网格。

29、Design Exploration优化分析。

30、BladeGen（Blade Geometry）用于创建叶片几何模型。

31、Explicit Dynamics具有非线性动力学特色的模型用于显示动力学模拟。

32、ANSYS Workbench中提供了与ANSYS系统求解器的强大交互功能的方法

基本操作

1、选择命令：XSEL-KSEL,LSEL,ASEL,VSEL,NSEL,ESEL2、By Bum/Pick：通过键入实体号码或用拾取操作进行选择

3、Attachedto：通过相关实体选择。例如，选择与面相关的线。

4、By Location：根据X,Y,Z坐标位置选择。

5、By Attributes：根据材料号，实常数号等选择。不同实体的属性不尽相同。

6、By Resutlt：根据结果选择书库

7、ANSYS中布尔运算包括加、减、相交、叠分、粘接、搭接。（1）加：把两个或多个实体合并成一个

（2）粘接：把两个或多个实体粘合在一起，在其接触面上具有共同的边界；当你想定义两个不同的实体时特别方便。

（3）搭接：类似于粘合运算，但输入的实体有重叠

（4）减：删除“母体”中一块或多块与子体重合的部分；对于建立带孔的实体或准确切除部分实体特别方便。

（5）叠分：把一个实体分割为两个或多个，他们仍通过共同的边界连接在一起。“能够做平面、面线甚至于体；在用块体划分网格时，通过对实体的分割，可以把复杂的实体变成简单的体。

（6）相交：只保留两个或多个实体重叠的部分；如果输入了多于两个的实体，则有两种选择-公共相交和两两相交

（7）互分：把两个或多个实体分为多个实体，但相互之间仍通过共同的边界连接在一起。

8、用CSYS命令可以选择坐标系转换。直角坐标系[CSYS，0]。。

9、利用已经存在的面快速生成体，如果面已经划分了网格，单元也可以随着面一起拖拉。

10、ANSYS提供了多种不同类型的单元

（1）线单元：梁单元；杆单元、弹簧单元（conbin）

（2）壳单元：用来模拟平面或曲面，厚度和大小取决于实际应用，一般壳单元用于主尺寸不小于10倍厚度的结构。

（3）二维实体单元：用于模拟实体的截面；必须在整体直角坐标系X-Y平面内建立模型；所有载荷作用在X-Y平面内，其响应（位移）也在X-Y平面内；单元特性特能是下边一种：平面应力、平面应变、广义平面应变、轴对称。

（4）三维实体单元：用于几何属性，材料属性，载荷或分析要求考虑细节，而无法采用更简单的单元进行建模的结构。

（5）梁单元通常要指明横截面属性，如面积，惯性矩等实常数。（6）壳单元通常要指明壳的厚度。（7）多数三维单元不需要定义实常数。

习题

1、什么是表面效应单元？SURF152是一种表面效应单元，请说明该单元的特征和功能？ 答：（1）表面效应单元像“皮肤”一样附着在实体单元的表面，经常用来施加载荷；可以在同一区域施加对流和热流两种载荷；它附加在模型上，离开模型表面一定距离的节点，可以用来代表周围流体的介质温度；它还可以用来施加热生成载荷。

（2）SURF152用于施加多种表面载荷到实体单元的表面，或连接到热流单元来提供表面信息（表面温度，面积等），也可以提供热生成载荷。

2、举例说明在哪些情况下，一个热分析问题会变为非线性热分析问题？请 非线性热平衡方程？

答：当比热矩阵、热传导率矩阵和、或等效结点热流向量是温度的函数时，分析就是非线性的，需要迭代求解平衡方程。如果所有三项都是与温度有关的，那么控制方程可以写为如下[K(T)]TQ(T)形式：[C(T)]T下面几项都可以使得分析包括非线性：（1）与温度有关的材料特性（2）与温度有关的对流换热系数（3）使用辐射单元

（4）与温度有关的热源（热流或热流矢量）（5）使用耦合场单元（假设载荷向量耦合）

3、对比ANSYS中实体单元、壳单元、平面单元的区别

答：（1）实体单元：用于哪些几何形状、材料、载荷分析结果要求考虑细节等原因造成无法采用更简单的单元进行建模的结构。

（2）壳单元：用于薄面板或曲面模型，基本原则是主尺寸不低于其厚度的5~10倍的结构。（3）平面单元：X-Y平面单元定义在整体笛卡尔X-Y平面内，分析平面应力应变或轴对称几种受力状态，平面单元假定在Z方向上的应力应变为零

4、什么是模态分析？写出其有限元系统方程，并说明ANSYS中模态分析的一般步骤。答：（1）模态分析是用来确定结构的自然频率、振型、振型参与系数等振动特性的一种技术。

[C]u[K]uF（2）其有限元系统方程为[M]u（3）模态分析的四个主要步骤：

A、建模 B选择分析类型和分析选项 C施加边界条件并求解 D评价结果

5、试说明非线性有限元分析为何不能使用叠加原理。答：非线性有限元不能使用叠加原理是因为：（1）非线性结构的结构刚度随载荷的改变而变化

（2）对于非线性结构，施加的力与其位移的关系是非线性函数（3）非线性结构的应力-应变欢喜是非线性的（4）许多非线性的问题还与当前所处的状态相关（5）非线性结构的响应与路径有关，加载的顺序很重要（6）非线性结构的响应与施加的载荷可能不成比例。