发布时间 : 星期二 文章Ansys复合材料结构分析操作指导书更新完毕开始阅读296a89661ed9ad51f01df258
3、 Ansys结构分析采取的一般步骤
本节介绍Ansys结构分析的典型步骤，实际应用中不一定要严格遵照这些步骤。一般结构分析的流程图如图7所示。
选取单元类型，设置单元实常数定义材料属性建立(或导入)模型，划分网格设定边界条件，加载求解处理计算结果，导出结果文件图7 Ansys 结构分析流程图
步骤一：Ansys对每一个有限元分析都默认以’file.ext’的形式创建相关文件，’ext’代表扩展名，而且文件的存放路径默认为【安装盘】/【Documents and Settings 】/【User】。因而，在开始一个新的结构分析前，有必要修改文件的存放路径和文件名，以防止将以前的文件覆盖。指定新的存放路径的操作方法：【File】|【Change Directory…】。更改文件名操作方法：【File】|【Change Jobname…】，此时会弹出对话框，输入新的文件名，注意输入框下面有个’New log and error files ?’，笔者建议勾选这一选项，这样就会创建新的日志文件和错误记录文件，便于将来找出出错原因。
步骤二：选取单元类型（Element Type）并设定单元实常数（Real Constants），定义单元类型：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Element Type】；设定单元实常数：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Real Constants】。Ansys中提供的单元类型多达200多种，每种单元都有各自的特点和适用范围，不可随便选择。总的来说所有单元可以分为三大类：杆单元类（一维 BEAM）、平面单元类（二维 PLANE）、体单元类（三维 SOLID），每种单元都有各自的名字，名字由单元类 + 数字编号组成。例如：PLANE42，PLANE表示该单元属于平面类单元，由于平面类单元中还包含其他很多种单元，所以用42来标识此特定单元。实际上每种单元的数字编号都是独一无二的。单元实常数主要用来进一步描述单元特性，比如你选择梁分析单元BEAM23，Real可以定义其梁的面积、惯性矩和截面高度，如果你选择的是应用于复合材料层合板分析的SHELL91单元，Real可以指定铺层数、铺层方向角、每层的厚度等参数。至于单元类型如何选择，这与分析问题的类型和材料特性有关，后面的章节将详细讲解。
步骤三：定义材料属性，菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Material Props】|【Material Models】，弹出Define Material Model Behavior对话框，在对话框左侧窗口选择合适的材料模型。对于复合材料结构分析而言，通常选择Structural里面的材料模型，需要设定的材料参数一般包括弹性模量、剪切模量、泊松比。
步骤四：建立（导入）模型和划分网格。对于形状复杂的模型建议采用专门的建模软件，建立模型菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Modeling】，划分网格菜单路径：【Main Menu】|【Preprocessor 】|【Meshing】。模型的建立可以采用自下向上的建模方法或者自上向下的建模方法，这里不做详述，有兴趣的读者可以参考相关Ansys建模书籍。模型建好剩下的就是划分网格了，划分网格前需要先对网格尺寸进行设置，然后将步骤二选好的单元类型应用到需要划分网格的模型上，程序就会自动将网格划分好，如果对划分的网格不满意还可以对局部网格进行优化。
步骤五：设定边界条件和加载，菜单路径：【Main Menu】|【Solution 】|【Define Loads】。边界条件的设定主要包括对需要限定位移的节点的位移(DOF) 进行设置，Ansys中认为边界约束也是一种载荷。载荷包括集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷和耦合场载荷。载荷可以施加在实体模型上也可以施加在有限元模型上。当载荷施加在实体模型上，ANSYS求解时会自动将这些荷载转换到相应的节点和单元上，当改变模型的单元网格划分时，在实体模型上所施加的荷载不受影响，相比较而言，这种方法施加载荷更容易些。
步骤六：求解，菜单路径：【Main Menu】|【Solution】|【Solve】。在执行求解之前一般需要先指定求解类型，指定的方法路径【Main Menu】【|Solution】
|【Analysis Type】|【New Analysis】，求解类型包括Static、Model、Harmonic、Transient、Spectrum、Eigen Buckling、Substructuring。
步骤七：后处理，【Main Menu】|【General Postproc】。在后处理模块，需要先读入计算的结果，然后就可以查看节点计算结果(Nodal Solution)，一般以云图的方式显示应力、应变、位移等信息，还可以将结果以图片的形式保存下来。有时为了更精确地查看信息，需要将结果以文件的形式输出，这时可以采用【Main Menu】|【General Postproc】|【Write Results】的方法输出结果到文件。
4、 Anysis有限元分析中产生的文件
Ansys分析过程中可能产生的文件有10种之多，各种扩展名所包含的意义如下：
.db是数据库文件，里面存储着当前模型数据，以及单元属性、材料性质等信息，是Ansys最重要的文件之一；
.dbb是ANSYS自动生成的当前database的备份。比如你已经有一个file.db，
当你点击save时，ANSYS先把原来的file.db另命名为file.dbb后，新生成一个file.db。db文件中可以包含部分结果； .log是日志文件，以追加时记录所有执行过的命令； .emat是单元矩阵文件，记录有限元单元矩阵数据； .esav是单元数据存储文件，保存单元求解数据； .err是出错记录文件，记录所有运行中的警告错误信息； .rst是结果文件，记录一般结构分析的结果数据； .rth是结果文件，记录一般热分析的结果数据； .rmg是结果文件，记录一般磁场分析的结果数据； .snn是载荷步文件，记录载荷步的载荷信息； .out是输出文件，记录命令执行情况；
第三章 Ansys 复合材料结构分析专题
复合材料结构分析包括复合材料层合板结构和复合材料夹芯结构分析。与一般各向同性材料（isotropic material）相比，复合材料的建模过程要复杂些，复合材料各层为正交各向异性材料（orthotropic material），材料的性能与材料主轴的取向有关， 因而在开始复合材料分析之前，笔者认为非常有必要对相关的单元类型及如何选择单元、模型建立、划分网格、施加载荷等基本知识有所认识。建议读者在后面实战过程中能经常返回本章节参考相应的说明，从而加深理解，做到融会贯通。
3.1 适用于复合材料结构分析的单元类型
针对复合材料结构分析，Ansys程序中提供了7种单元类型，分别是SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLSH190、SOLID46、SOLID186、SOLID191单元。单元类型的选择主要依据分析类型和所需的计算结果来确定。下面详细介绍每个单元类型及其应用范围。
1、 SHELL99单元
SHELL99单元为3D线性结构壳单元，包含8个节点，每个节点有6个自由度。该单元适用于薄到中等厚度的板和壳体结构，要求结构的宽（长）厚比大于10（目的使得平面应力假设能够成立）。对于宽（长）厚比小于10的结构则应考虑使用SOLID46单元建模（生成有限元模型）。SHELL99允许多达250层的等厚度材料层，或者是125层厚度在单元面内成双线性变化的不等厚材料层。如果材料层大于250层，用户可以通过设置keyopt(2)=3or4来定义材料矩阵。
2、SHELL91单元
SHELL91单元与SHELL99单元类似，不同之处在于它允许的复合材料最多100层，用户不能输入自定义的材料矩阵，另外，SHELL91单元支持塑性、大应变等大变形情况，并可以模拟“三明治”结构。
3、SHELL181单元
SHELL181单元是一种4节点3D壳单元，每个节点有6个自由度。该单元具有包含大应变的完全非线性性能，最多允许255层复合材料，各层的信息可以通过截面相关命令输入。