第 1章 ANSYS概述
ANSYS是一款有限元分析的工程软件有限元,Finite Element
有限元法,Finite Element Method，简称 FEM
有限元分析,Finite Element Analysis，简称 FEA
1.1有限元几个概念第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据及标准 。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元
采用传统理论方法无法计算或计算量巨大
通过多次试验和仿真后,替代试验,缩短开发周期与成本第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元
危险场合
预测分析第 1章 ANSYS概述（续）
1.3 有限元 发展过程
■ 1943,数学家 Courant 用三角域内分片连续函数结合最小势能原理解 St,Venant扭转问题
■ 1960，力学家 Clough等首次提出 Finite Element
概念，并正确求解了平面弹性问题
■ 1960以后，对经典的里兹 (Ritz)法、伽辽金法
(Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法
■无网格法
ALE (Arbitrary Lagrange-Euler)方法
SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)光滑粒子流体动力学方法第 1章 ANSYS概述（续）
1.4 有限元 研究对象及其方法有限元方法研究对象：任意变形体。
方法：离散化。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.5 常见的结构分析通用有限元软件
■ 1990前,SAP4,5（线性）,ADINA（非线性分析）；
■ 目前,MSC/NASTRAN 系列（ PATRAN,DYTRAN等）
— 基于美国 NASA 计划；
ABAQUS — 据称具有最强大的非线性求解功能；
ADINA — for Windows 版
DYNA — 最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟碰撞、
爆炸等各种复杂问题。
HyperWorks — 优秀的前处理软件，支持 ProE,UG等 CAD软件接口和支持 Ansys,Nastran,Ls-Dyna等 CAE软件
ANSYS
第 1章 ANSYS概述（续）
1.6 ANSYS发展
ANSYS软件是融结构、流体、电磁、声学于一体（多物理场
），以有限元分析为基础的大型通用 CAE软件，
它是由总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡的 ANSYS公司开发的
，该公司于 1970年由 John Swanson博士创建。
ANSYS软件可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、
航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电、生物医疗等一般工业及科学研究。
该软件也是世界上第一个通过 ISO 9000认可的有限元分析软件。
在 30多年的发展过程中,ANSYS不断改进提高，功能不断增强，
目前己发展到 11.0版本。利用 ANSYS强大功能中的 APDL语言，可以来做很多事情。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.7 ANSYS特点
数据统一。 ANSYS使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果
，实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。
强大的建模能力。 ANSYS具备三维建模能力，仅靠 ANSYS的 GUI(图形界面 )就可建立各种复杂的几何模型。
提供与其他程序接口。 ANSYS提供了与多数 CAD软件及有限元分析软件的接口程序，可实现数据共享和交换，如 Pro/Engineer,NASTRAN
,Algor-FEM,I-DEAS,AutoCAD,SolidWorks,Parasolid等。
可实现多场耦合功能。 ANSYS可以实现多物理场耦合分析，研究各物理场间的相互影响。
良好的用户开发环境。 ANSYS开放式的结构使用户可以利用 APDL、
UIDL、和 UPFs对其进行二次开发。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.8 ANSYS主要功能（续）
（ 1）结构分析结构分析用于确定结构在荷载作用下的静、动力行为，研究结构的强度、刚度和稳定。 ANSYS中的结构分析可分为以下几类：
静力分析,用于分析结构的静态行为，可以考虑结构的线性及非线性特性。例如，大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。
模态分析：计算线性结构的自振频率及振形。
谱分析：是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作响应谱或 PSD)。
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。
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，可以考虑与静力分析相同的结构非线性特性。
特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载，并确定屈曲模态形状 (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析 )
第 1章 ANSYS概述（续）
1.8 ANSYS主要功能（续）
专项分析：断裂分析，复合材料分析，疲劳分析。
显示动力分析：它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，
是目前求解这类问题最有效的方法。
（ 2） 热力学分析
（ 5）耦合场分析
（ 3）流体分析
（ 4）电磁场分析
1.9 ANSYS模块在分析过程中为避免其它菜单等内容的干扰，根据需要，用户一般选择一个专用模块，如进行机械结构的应力、应变分析时可选择机械模块（
Mechanical U），当然也可选择多物理模块（ Multiphysics）。
（购买 ANSYS时，也是按模块和节点来论价的）
第 1章 ANSYS概述（续）
1.10 ANSYS运行环境配置
运行。 选择下图所示选项，进行模块、工作目录等的选择，
选 ANSYS则不出现环境配置界面，工作目录为上次定义的目录
。建议按下图选。
模块。一般选 Multiphysics（多物理模块 )
目录。 建议选择自己的专用目录，目录中不要出现字母、数字和下划线以外的字符。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.10 ANSYS运行界面输入显示提示信息，输入 ANSYS命令，
所有输入的命令将在此窗口显示。
主菜单包含 ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、
后处理等。
输出显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。
应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能,
工具条将常用的命令制成工具条，方便调用,
图形显示由 ANSYS创建或传递到
ANSYS的图形,
当前图形状态第 1章 ANSYS概述（续）
1.11 ANSYS分析基本过程例 1：求图示结构的位移和应力情况
F=100N
200
20
第 1章 ANSYS概述（续）
前处理 /prep7
创建实体模型定义单元属性划分网格加载荷和约束求解
求解 /solu
后处理通用后处理 /post1
时间历程后处理 /post26
finish
/clear
/prep7 !进入前处理模块
et,1,plane82 !选择单元
mp,ex,1,2e5 !选择单元
mp,prxy,1,0.3 !选择单元
rectng,,200,,20,!选择单元
lesize,all,4 !选择单元
mshape,0,2d !选择单元
mshkey,0 !选择单元
amesh,1 !选择单元
finish !选择单元
/solu !选择单元
dl,4,,all,0
f,102,fy,-100
allsel,all
solve
finish
/post1
set,last
plnsol,s,eqv,0,1.0
plnsol,s,1,0,1.0
plnsol,s,x,0,1.0
第 1章 ANSYS概述（续）
注：平面应力 和平面应变概念只在平面内有应力，与该面垂直方向的应力可忽略，
例如薄板拉压问题只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略，例如水坝坝体侧向水压问题
平面应变（ plane strain）
源于简化空间问题而设定的概念
平面应力（ plane stress）
ANSYS是一款有限元分析的工程软件有限元,Finite Element
有限元法,Finite Element Method，简称 FEM
有限元分析,Finite Element Analysis，简称 FEA
1.1有限元几个概念第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据及标准 。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元
采用传统理论方法无法计算或计算量巨大
通过多次试验和仿真后,替代试验,缩短开发周期与成本第 1章 ANSYS概述（续）
1.2 为什么学习有限元
危险场合
预测分析第 1章 ANSYS概述（续）
1.3 有限元 发展过程
■ 1943,数学家 Courant 用三角域内分片连续函数结合最小势能原理解 St,Venant扭转问题
■ 1960，力学家 Clough等首次提出 Finite Element
概念，并正确求解了平面弹性问题
■ 1960以后，对经典的里兹 (Ritz)法、伽辽金法
(Galerkin)进行了推广，特别是后者，采用加权余量的方式确定单元特性，使得在无物理守恒定律或变分泛函的情况下仍然可以使用有限元法
■无网格法
ALE (Arbitrary Lagrange-Euler)方法
SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)光滑粒子流体动力学方法第 1章 ANSYS概述（续）
1.4 有限元 研究对象及其方法有限元方法研究对象：任意变形体。
方法：离散化。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.5 常见的结构分析通用有限元软件
■ 1990前,SAP4,5（线性）,ADINA（非线性分析）；
■ 目前,MSC/NASTRAN 系列（ PATRAN,DYTRAN等）
— 基于美国 NASA 计划；
ABAQUS — 据称具有最强大的非线性求解功能；
ADINA — for Windows 版
DYNA — 最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟碰撞、
爆炸等各种复杂问题。
HyperWorks — 优秀的前处理软件，支持 ProE,UG等 CAD软件接口和支持 Ansys,Nastran,Ls-Dyna等 CAE软件
ANSYS
第 1章 ANSYS概述（续）
1.6 ANSYS发展
ANSYS软件是融结构、流体、电磁、声学于一体（多物理场
），以有限元分析为基础的大型通用 CAE软件，
它是由总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡的 ANSYS公司开发的
，该公司于 1970年由 John Swanson博士创建。
ANSYS软件可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、
航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电、生物医疗等一般工业及科学研究。
该软件也是世界上第一个通过 ISO 9000认可的有限元分析软件。
在 30多年的发展过程中,ANSYS不断改进提高，功能不断增强，
目前己发展到 11.0版本。利用 ANSYS强大功能中的 APDL语言，可以来做很多事情。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.7 ANSYS特点
数据统一。 ANSYS使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果
，实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。
强大的建模能力。 ANSYS具备三维建模能力，仅靠 ANSYS的 GUI(图形界面 )就可建立各种复杂的几何模型。
提供与其他程序接口。 ANSYS提供了与多数 CAD软件及有限元分析软件的接口程序，可实现数据共享和交换，如 Pro/Engineer,NASTRAN
,Algor-FEM,I-DEAS,AutoCAD,SolidWorks,Parasolid等。
可实现多场耦合功能。 ANSYS可以实现多物理场耦合分析，研究各物理场间的相互影响。
良好的用户开发环境。 ANSYS开放式的结构使用户可以利用 APDL、
UIDL、和 UPFs对其进行二次开发。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.8 ANSYS主要功能（续）
（ 1）结构分析结构分析用于确定结构在荷载作用下的静、动力行为，研究结构的强度、刚度和稳定。 ANSYS中的结构分析可分为以下几类：
静力分析,用于分析结构的静态行为，可以考虑结构的线性及非线性特性。例如，大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。
模态分析：计算线性结构的自振频率及振形。
谱分析：是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作响应谱或 PSD)。
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。
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，可以考虑与静力分析相同的结构非线性特性。
特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载，并确定屈曲模态形状 (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析 )
第 1章 ANSYS概述（续）
1.8 ANSYS主要功能（续）
专项分析：断裂分析，复合材料分析，疲劳分析。
显示动力分析：它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，
是目前求解这类问题最有效的方法。
（ 2） 热力学分析
（ 5）耦合场分析
（ 3）流体分析
（ 4）电磁场分析
1.9 ANSYS模块在分析过程中为避免其它菜单等内容的干扰，根据需要，用户一般选择一个专用模块，如进行机械结构的应力、应变分析时可选择机械模块（
Mechanical U），当然也可选择多物理模块（ Multiphysics）。
（购买 ANSYS时，也是按模块和节点来论价的）
第 1章 ANSYS概述（续）
1.10 ANSYS运行环境配置
运行。 选择下图所示选项，进行模块、工作目录等的选择，
选 ANSYS则不出现环境配置界面，工作目录为上次定义的目录
。建议按下图选。
模块。一般选 Multiphysics（多物理模块 )
目录。 建议选择自己的专用目录，目录中不要出现字母、数字和下划线以外的字符。
第 1章 ANSYS概述（续）
1.10 ANSYS运行界面输入显示提示信息，输入 ANSYS命令，
所有输入的命令将在此窗口显示。
主菜单包含 ANSYS的主要功能，分为前处理、求解、
后处理等。
输出显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。
应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能,
工具条将常用的命令制成工具条，方便调用,
图形显示由 ANSYS创建或传递到
ANSYS的图形,
当前图形状态第 1章 ANSYS概述（续）
1.11 ANSYS分析基本过程例 1：求图示结构的位移和应力情况
F=100N
200
20
第 1章 ANSYS概述（续）
前处理 /prep7
创建实体模型定义单元属性划分网格加载荷和约束求解
求解 /solu
后处理通用后处理 /post1
时间历程后处理 /post26
finish
/clear
/prep7 !进入前处理模块
et,1,plane82 !选择单元
mp,ex,1,2e5 !选择单元
mp,prxy,1,0.3 !选择单元
rectng,,200,,20,!选择单元
lesize,all,4 !选择单元
mshape,0,2d !选择单元
mshkey,0 !选择单元
amesh,1 !选择单元
finish !选择单元
/solu !选择单元
dl,4,,all,0
f,102,fy,-100
allsel,all
solve
finish
/post1
set,last
plnsol,s,eqv,0,1.0
plnsol,s,1,0,1.0
plnsol,s,x,0,1.0
第 1章 ANSYS概述（续）
注：平面应力 和平面应变概念只在平面内有应力，与该面垂直方向的应力可忽略，
例如薄板拉压问题只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略，例如水坝坝体侧向水压问题
平面应变（ plane strain）
源于简化空间问题而设定的概念
平面应力（ plane stress）
