第一篇：ansys分析的一些心得
做了布尔运算后要重画图形（删除实体）时：需拾取Utility Menu>Plot>Replot 标点的输入是在英文状态下，“,”。
线段中点的建立：Modling>Creat>Keypoints>Fill between kps 还不会环形阵列。
所谓杆系结构指的是长度远远大于其他方向尺寸（10：1）的构件组成的结构，如连续梁，桁架，钢架等。静力学分析的结果包括结构的位移，应变，应力和反作用力等，一般是使用POST1处理（普通后处理器）和查看这些结果。干系结构的静力学分析—平面桁架的建模，用NODE（节点），ELEMENT(元素)创建。复杂体积的建模一般用KPS(关键点)，LINE（Straight line—直线），再生成面，再生成体。8 如果输入的数据单位是国际单位制单位，则输出的数据单位也是国际制单位。9 创建正六边形：Creat>Areas>Polygon>Hexagon.指定中心和半径。10 由面沿线挤出体：Modling>Operate>Extrude>Areas>Along Lines.11 Ansys中没有Undo命令.需及时保存数据库文件.12 Def Shape Only:只显示变形图.Def + Undeformed:显示未变形的图.Def + Udef egde:显示未变形的图形的边界.13 用等高线显示：Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu.14 模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型，它也是谐响应分析，瞬态动力学分析以及谱分析等其他动力学分析的基础。Ansys的模态分析是线型分析。任何非线型分析，例如，塑性，接触单元等，即使被定义了也将被忽略。平面桁架：Beam(2D elastic 3)厚壁圆筒：Solid(8 node 13)>Options(K3—Plane strain)17 一般材料的弹性模量（EX）：2e11.泊松比(PRXY)：0.3.密度：7800 18 做完静力学分析后，再做模态分析时，要再次求解，同时预应力效果也应该打开（PSTRES,on）.可以在命令行中输入：pstres,on 也可以用菜单路径：Solution>Analysis Type>Analysis Options.19 弹簧阻尼器单元：Combination-Spring damper 14.20 接触问题属于状态非线性问题，是一种高度非线性行为，需要较多的计算资源。接触问题有两个基本类型：刚体-柔体的接触，柔体-柔体的接触（许多金属成型的接触问题）。在刚体-柔体的接触问题中，有的接触面与它接触的变形体相比，有较大的刚度而被当做刚体。而柔体-柔体的接触，是一种更普遍的类型，此时两个接触体具有近似的刚度，都为变形体。Ansys的接触方式： 点-点接触：过盈装配问题是用点点接触单元模拟面面接触的典型例子。点-面接触：不必预先知道准确的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有较大的变形和相对滑动。典型实例：模拟插头插入插座里。3 面-面接触：刚性面作为目标面，柔性面作为接触面。打开自动时间步长：Solution>Load Step Opts>Time Frequenc>Time And Substps.23 屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状分析的技术。打开预应力效果：Solution> Analysis Type>Analysis Options.在弹出的对话框中的sstif pstres下拉列表框中选择Prestress ON.单击OK.25 交叠面：Modling>Opreat>Boolearns>Overlap>Areas.黏结体：：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Volums.27 黏结面：Modling>Opreat>Boolearns>Glue>Areas.28 壳体有厚度：shell63(八节点)，SHELL93(八节点)29（用关键点）直接建模，不需要智能化网格功能 过关键点定义面的命令中，关键点个数最多可以有18个，最少当然是3个 31 为了消除应力集中，可设置倒圆
面相加时的面号排序：如AADD,A1,A2,A3,A4，则最后得到A5号面
命令流支持混合运算，在处理三角函数时，必须化作弧度，三角函数符号用小写 29 建实体模型时，一定要用关键点，再连线，到面，到体。只用单元模拟时用节点 30 “C***”表示该行的内容是一个注释行，感叹号“!”也是注释行的标志 31 ANSYS中的数据“0”是可以省略的
为了减少分析的总自由度数，可以利用主自由度（Master）概念。这里“M,3,UY,5”就是利用主自由度定义命令，将第3个节点到第5个节点的Y方向的自由度UY设置为主自由度，这样在计算中，只有这些位移自由度才被计算和处理 33 ANSYS提供一百多种单元
ANSYS中的单元都有类型名称和编号组成，编号是该单元在ANSYS中惟一的总编号。这里的单元名称也可以只用编号，但是一般为了便于记忆和别人阅读，尽可能使用类型＋编号的名称，如“LINK1”，“BEAM3”等等
这是正常的，有限元在计算频率时，一般总是偏大的。所以在高阶模态分析，单元的网格应该更密一些
ANSYS中使用最多的实体单元是Solid45，它有8个结点，每个结点有3个线位移 37 建模时可以对集合尺寸进行赋值
做柔性体一定要定义密度，否则不能做出。即使能画网格，也得定义密度，才能做柔性体
在前处理模块设置工程选项、分析类型、单元类型和材料参数 22 模态分析
模态分析过程包括建模，施加载荷和求解，扩展模态和查看结果等几个步骤 1 必须定义材料的弹性模量和密度。模态分析的结果包括结构的频率，振型，相应应力和力等。3 模态分析的步骤：
①指定分析类型：Solution>Analysis Type>New Analysis在弹出的对话框中的Type of Analysis选项中选择Modal.②指定分析选项：Solution>Analysis Type>Analysis Options.在弹出的对话框中的No.of modes to extract文本框中输入10（十阶模态）。弹出Block Lanczos method对话框，单击OK.③指定要扩展的模态数：Solution>Load Step Opts Expansionpass>Single Expand Expand Modes在弹出的对话框中的NMODE文本框中输入10（扩展的模态数）。单击OK.④施加约束。⑤求解。
⑥列表固有频率：General Postproc>Results Summary ⑦从结果文件读出结果：General Postproc>Read Results>First Set ⑧用动画观察模型的一阶模态PlotCtrls>Animate>Mode Shape在弹出的对话框
中单击OK.⑨观察其余各阶模态：General Postproc>Read Results>Next Set.4 0阶模态（MODE = 0）是轴对称振动模态，而MODE = 2是它的第2阶振动频率。在0阶模态情况下，需要选择半径方向的自由度作为主自由度。对于MODE=2的情况，半径方向和环向自由度都必须指定为主自由度 23 结构动力学分析（谐响应分析）
谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。主要采用缩减发（reduced）,模态叠加法（Mode Superposition）,完全发（Full）。24 单元选择
初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。
单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)？
这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的基本特点。
梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。
对于梁单元，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：
1)beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。Beam3是一个具有张紧，压缩和弯曲能力的单向元素。它有三个自由度，分别是x方向和y方向的移动和沿z轴的旋转（UX,UY,ROTZ）。该元素由两个节点，两个横截面，转动惯量，高和材料性能来定义。2)beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。3)beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。2.对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？
对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。而且，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。
实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。
除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺层材料的，有的是用于结构显示动力学分析的，一般新手很少涉及到。通常情况下，shell63单元就够用了。
3.实体单元的选择。
实体单元类型也比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45, solid92,solid185,solid187这几种。
其中把solid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。Solid92, solid187可以归为第二类，他们都是带中间节点的四面体单元，单元的主要功能基本相同。
实际选用单元类型的时候，到底是选择第一类还是选择第二类呢？也就是到底是选用六面体还是带中间节点的四面体呢？
如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。
新手最容易犯的一个错误就是选用了第一类单元类型(六面体单元)，但是，在划分网格的时候，由于结构比较复杂，六面体划分不出来，单元全部被划分成了四面体，也就是退化的六面体单元，这种情况，计算出来的结果的精度是非常糟糕的，有时候即使你把单元划分的很细，计算精度也很差，这种情况是绝对要避免的。
六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。
前面把常用的实体单元类型归为2类了，对于同一类型中的单元，应该选哪一种呢？通常情况下，同一个类型中，各种不同的单元，计算精度几乎没有什么明显的差别。选取的基本原则是优先选用编号高的单元。比如第一类中，应该优先选用solid185。第二类里面应该优先选用solid187。ANSYS的单元类型是在不断发展和改进的，同样功能的单元，编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强。
对于实体单元，总结起来就一句话：复杂的结构用带中间节点的四面体，优选solid187，简单的结构用六面体单元，优选solid185。25 命令书写
/FILNAM,EX3-1定义文件名/TITLE, 定义分析的标题 /UNITS,SI！定义单位制
/PREP7！进入前置处理
ET,1,3！定义元素类型为beam3 6 MP,EX,1,200E9!定义杨氏模量 R,1,3E-4,2.5E-9,0.01！定义实常数 26 当使用单元LINK1时：
创建了节点后，节点用ELEMENT连接，即：E,1,2 27 根据模型的对成型性，计算时只需要一半模型即可。28 PRXY与NUXY的区别：
在材料参数泊松比的定义中可以使用“PRXY”或者“NUXY”，对于各种异性材料它们分别表示最大泊松比和最小泊松比。对于一般的各向同性材料，两者的意义是等价的。29合并重合的关键点：
–Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items.将Label 设置为 “Keypoints”, 单击 [OK] 30.绘等效应力(von Mises)图.Main Menu: General Postproc-> Plot Results-> Contour Plot-Nodal Solu 1.选择 stress 2.选择 von Mises 3.OK 31.应力动画Utility Menu: PlotCtrls-> Animate-> Deformed Results...1.选择 stress 2.选择 von Mises 3.OK 播放变形动画, 拾取MediaPlayer的 “>” 键。32.Exit.Toolbar: QUIT 1.Save Everything 2.OK 33 做柔性体时，建立刚性区域时，主从节点要分清，不能重复约束自由度（先加了约束，如：D,ALL,UX，后面建立刚性区域时不能再重复约束）34 模型几何形状非常规则时，易于用节点和单元直接建模来实现
如果需要了解其他模态的情况，需要在命令行输入“Set,1,N”来指定选择第N阶模态，然后利用PLDISP命令就可以显示模态了。再执行“ANMODE,10,0.05”就可以生成该模态的动画文件了。需要说明的是，动画生成之前，需要选择哪一阶模态，并使用PLDISP显示静态的模态后，才可以执行动画生成命令ANMODE。
利用壳单元的好处在于可以提取到单元的薄膜力和弯矩，以及这两项内力所对应的中面薄膜力和内外表面的弯曲应力。
第二篇：ansys错误分析
关于ANSYS错误小结
1、把体用面分割的时候出现的错误提示： Boolean operation failed.try adjusting the tolerance value on the BTOL commmand to some fraction of the minimum keypoint distance.Model Size(current problem)1.183933e+000,BTOL setting 1.00000e-005,minmum KPT distance
4.308365e-006
先在要分割的地方设置一个工作平面，用布尔运算“divided--volumeby working plane”进行分割的时候，出现上述错误，主要原因可能是设置的公差太小，当时试了几次都么有成功，最后干脆把体重新建立了一个，又画了一个很大的面，终于成功了。
2、一个常见的代表性错误！
原来我的虚拟内存设置为“无分页文件”，现在改为“系统管理”，就不在出现计算内存不够的情况了。
Error!
Element type 1 is Solid95,which can not be used with the AMES command, meshing of area 2 aborted.刚开始学习的人经常出这种错误，这是因为不同单元类型对应不同的划分网格操作。上面的错误是说单元类型为Solid95（实体类型），不能用AMES命令划分面网格。
3、Meshing of volume 5 has been aborted because of a lack of memory.Closed down other processes and/or choose a larger element size, then try the VMESH command again.Minimum additional memory required=853MB（by kitty_zoe）
说你的内存空间不够，可能因为你的计算单元太多，增加mesh尺寸，减少数量或者增加最小内存设定（ansys10中在customization preferences菜单存储栏 可以修改）
你划分的网格太细了，内存不足。建议将模型划分为几个部分，分部分进行划分，可以减少内存使用，试一下！
4、The input volumes do not meet the conditions required for the VGLU operation.No new entities were created.The VOVLAP operation is a possible alternative
VGLU 是将两个或多个体粘到一块，体之间的交集应该是面，帮助里的说法，This operation is only valid if the intersections of the input volumes are areas along the boundaries of those volumes。你粘结glue的体可能有重叠，所以后面提示了一个VOVLAP命令，该命令是将两个或多个体的重叠部分拿出来作为结果
VMESH划分时，精度不同，单元数量差别太大了，如果是自由网格划分，那么尝试几个SMRT等级看看。还有就是单元形状不同，产生的网格质量也差别很大，我前几天才重新划了一次网格，印象很深。shape,0,3d和shape,1,3d就是划分体时控制单元形状的5、clear is not a recognized GEGIN command,abbreviation,or macro.this command will be ingored.那是因为打开了前处理，求解或者后处理，先用FINISH命令，再用CLEAR就可以了
6、约束不足，产生刚性漂移
我觉得这个不一定就是约束不足造成的刚性漂移。另外一个可能的原因是网格划分的不好。在曲线变化剧烈的区域，如果网格划的太疏，也可能产生这样的错误。
7、AN error occured during sweeping while meshing arer 39.change element sizing parameters(RSIZE,LESIZE,etc).or mesh this arer manually(AMESH or AMAP).then try the VSME command again.The VSWE command is ignored.在对一个规则的体进行扫略划分的时候，出现了这个命令，原因是边的尺寸，或者单元的个数设置不合理，对应不上，就行变数核对皆可解决问题！
8、Volume 1 cannot be meshed.208 location(s)found where non-adjacent boundary triangles touch.Geometry configuration may not be valid or smaller element size definition may be required.提示就是告诉你需要更小的单元
可能单元太大的时候出现的网格有有问题，比如狭长的网格，计算的时候集中应力太大
9、Shape testing revealed that 3 of the 13 new or modified elementsviolate shape warning limits.To review test results, please see the output file or issue the CHECK command.ansys 里面有自己带的网格检查，这说明你的网格尺寸有问题，重新划分
10、划分solid45单元的时候出现了 structural elements without mid nodes usually produce much more accurate results in quad or brick shape
提示你采用带中间节点的单元进行计算。但是solid45六面体网格精度一般够了，不需要理会。
11、Volume11 could not be swept because a source and a target area could not be determined automatically。please try again...体不符合SWEEP的条件，把体修改成比较规则的形状，可以分割试试
12、*** WARNING ***SUPPRESSED MESSAGECP =1312.641TIME= 16:51:48
An error has occurred writing to the file = 12 which may imply a fulldisk.The system I/O error = 28.Please refer to your system documentationon I/O errors.a、I/O 设备口错误，I/O=26，错误，告诉你磁盘已满，让你清理磁盘。但是实际问题的解决不是这样，是你的磁盘格式不对，将你的磁盘格式从FAT26改称 NTFS的就可以了。因为FAT26格式的要求你的单一文件不能大于4G。但是我们一旦做瞬态或者是谐相应的时候都很容易超过这个数，所以系统抱错。
b、I/O设备口错误，I/O=9,错误，和上一个一样告诉你磁盘已满，让你清理磁盘。但是实际问题是由于你的磁盘太碎了造成的，你只要进行磁盘碎片整理就可以了，这个问题就迎刃而解。
13、Topolgical degeneracy detected for ASBA command.Try modifying geometry slightly or loosening the tolerance(BTOL command).If BTOL is relaxed ,be sure to change the tolerance back to the default after operation
公差不能太大，默认公差值是1e-5,每次扩大10倍，即1e-4,1e-3,.....慢慢试试，如果不行，就得检查模型
14、计算时候出现：Input/output error on unit=9.Possible full disk，在一些论坛看到转换磁盘格式ntfs，转换后还是不行，我的ansys11.0安装在D盘，工作目录为E盘（30G大小），另外输出窗口提示for better cpu performace increase memory by 296mb using-m option
一.转化格式（先确定你D盘为fat格式后）点“开始->运行”输入:covert D:/FS:NTFS 就可以将D盘转换成NTFS格式了,不过转换后不可以恢复成FAT32格式了.（本人没有试过！）二.在开始——程序——ansys——ansys product launcher——customization，然后选择memory下面的方框里面打勾，然后调整work spcae 和data base15、Large negative pivot value(-8.419662714E-03)in Eqn.system.May bebecause of a badtemperature-dependent material property used in the model.这种错误经常出现的。一般与单元形状有关。
16、There are 21 small equation solver pivot terms.;
SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively low stress gradients.第一个问题我自己觉得是在建立contact时出现的错误，但自己还没有改正过来；第二个也不知道是什么原因。
还有一个：initial penetration 4.44089×10E-6 was detacted between contact element 53928 and target element 53616;也是建立接触是出现的，也还没有接近。唉，郁闷中！
第一个问题：There are 21 small equation solver pivot terms.;
不是建立接触对的错误，一般是单元形状质量太差（例如有i接近零度的锐角或者接近180度的钝角）造成small equation solver pivot terms
第二个问题:SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively lowstress gradients.这只是一个警告，它告诉你：推荐SOLID45单元只用在应力梯度较低的区域。它只是告诉你注意这个问题，如果应力梯度较高，则可能计算结果不可信。
17、There are 1 small equation solver pivot terms
ansys,刚度矩阵主元太小，可能是单元畸形，或者材料参数有问题，总之这个问题你就不断的换个方式建立模型，trial and error，往往就解决了这个问题
第一个问题：说明结构刚度矩阵出现小主元。如果矩阵D 的所有主元都是正的，这时结构的切线刚度矩阵正定，结构处于稳定状态；如果矩阵D 的 主元有小于0 的，则切线刚度矩阵非正定，结构处于不稳定状态。
如果出现的小主元不多，说明可能是达到某个临界点，以后还可以继续求下去；如果出现的小主元很多，而且越来越多，说明这个结构即将破坏，比如出现大面积的塑性区，形成多个塑性铰等。
当|D |=0时，矩阵D 为奇异矩阵，非线性方程会产生奇异解，奇异解出现于可能产生不定解或非唯一解的分析中，求解方程的主元为负或零会产生这样的奇异解。有些情况下，尽管遇到主元为负或零，仍需继续进行分析（特别是一些非线性分析中）。（since a negative or zero pivot value can occur for a valid analysis.）
下述条件会引起求解过程出现奇异性：（The following conditions may cause singularities in the solution process:）·约束条件不足 ·模型中有非线性单元：如间隙元、滑动元、铰链元、缆束员等。结构的一部分可能已经塌陷或分散了 ·材料特性为负：如在瞬态热分析中规定的密度或温度 ·连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。例如：两个水平梁单元在连接点的垂直方向存在无约束自由度，在线性分析中，将会忽略加在该连接点的垂直载荷。另外，考虑一个与梁单元或管单元垂直相连的无板面内的旋转刚度的壳单元，在连接点处不存在板面内的旋转刚度。在线性分析中，将会
忽略加在该点处的板面内力矩。·屈曲。当应力刚化效果为负（压缩）时，结构受载后变弱。若结构变弱到刚度减小到零或为负值，就会出现奇异解，且结构已经屈曲。会打印出“主元值为负”的消息。·零刚度矩阵（在行或列上）。如果刚度的确为零，线性或非线性分析都会忽略所加的载荷。
18、This model requires more scratch space than available, currently
8026545 words(31 MB).ANSYS was not able to allocate more memory toproceed.Please shut down other applications that may be running or increase the virtual memory on your system and rerun ANSYS.Problem terminated.原来我的虚拟内存设置为“无分页文件”，现在改为“系统管理”，就不在出现计算内存不够的情况了。
Input/Output error on unit= 20.Possible full disk.Input/Output error on unit= 9.Possible full disk.这些都是一类问题,引起这种问题的可能性有:
1.ANSYS的工作目录磁盘空间已满.(可能性很大)
2.ANSYS的虚拟内存不够
3.磁盘存在坏道.(可能性也很大,常见的是在一台机器上不可以计算,但是放到别的机器上就可以计算了,这时就要考虑你的机器是不是存在坏道)
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The value of UY at node 1195 is 449810067.It is greater than the current limit of 1000000.This generally indicates rigid body motion as a result of an unconstrained model.Verifythat your model si properly constrained.错误的可能：
1.出现了刚体位移，要增加约束
2.求解之前先merge或者压缩一下节点
3.有没有接触，如果接触定义不当，也会出现这样类似的情况
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Large negative pivot value...May be because of a bad temperature-dependent material property used in the model.出现这个错误很可能的原因是约束不够！
遇到了一个问题
开始求解后出现以下提示，Solid model data is contaminated
后来终于找到原因了
有限元网格里包含一些未被划分网格的线，一般来说出现在面于面之间有重合的线，导致虽然面被划分了网格，却包含未被划分网格的线。
解决办法，把模型存为.cdb格式（去掉几何信息），然后再读取，就可以求解了命令：cdwrite，db，模型名，cdb
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在导入IGES文件时老出现
Because keypoint merging has not been performed,automatic volume creation is suppressed这句警告说明模型里有重合的点，你可以在ansys里合并keypoint
对于稍微复杂的模型都不建议用iges格式，建议用,prt格式或者.x-t格式
另外推荐大家学习ansys workbench
它的接口做的比ansys强很多
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计算过程中出现某个点的位移很大，比如说达到1E13。
这个错误的原因有几个：
A、模型中存在重节点，即同一个位置有两个不同编号的节点，这些重节点不是你预先设定的，而是没有注意到它们的存在，导致计算时这些节点飞了！有时候甚至存在重单元。主要是由于建模粗心大意。特别是，如果用体和线的镜像命令时，会在镜像处生成重节点，重单元。
B、整个模型的约束不够，应该检查约束；
C、也有可能是模型中的某个局部出现屈服，破坏，导致位移过大。即使模型正确，但是在过大的荷载作用下，也会出现这种情况。
第三篇：ansys综合心得
材料单元的选择以及个材料的弹性模量和杨氏模量的选择？
起因是，最近老有人问我一些，论坛上自己的提问，和回答，而这些回答我现在却想不起来了；
同时，工作中也经常遇到一些自己曾经解决了的问题，而再次遇到的时候，又忘记了
因而，搜集了一些自己在论坛上的东西，整理一下，希望同仁兄台相互讨论，更益求精~！
希望，各位朋友能就文中的不足提出意见
更希望，各位朋友能拿出自己的心得体会，共同交流，共同进步
希望，更多的朋友能提出建议
分享个人的一些经验，或者就一些问题讨论！
一、求解分析（结构分析）
（一）求解设置
（二）边界条件 对称与反对称边界条件——实体和单元
1）针对对称边界条件下实体结构的分析，可利用ANSYS对称边界条件设置，求解半个或者1/4实体结构，将所得结果对称/循环，得到整体结果分析；
2）针对反对称边界条件下实体结构的分析，可利用ANSYS反对称边界条件设置，求解半个实体结构，将所得结果按180度CYCLIC循环对称定义，注意反对称要求如下因素亦满足反对称条件：材料、约束方程、载荷、外形。位移边界条件——实体和单元 1.位移约束与强制位移
位移约束（displacement constraint）是在节点、或关键点（自由点）上施加某种条件以限制其沿某一自由度方向的运动
强制位移（enforced displacement）是在约束点（节点或关键点）上施加某种条件以促使其沿某一自由度方向运动。2.限制刚体位移
问题一：分析中有时会遇到这样一种情况：即外加载荷是整体平衡的，从理论上来说不会引起刚体位移，只会引起结构变形。但在进行静力分析时，如果不施加任何约束却会由于刚度矩阵的奇异无法计算，这是怎么回事？这种情况下约束应该如何施加？
答1：这种情况叫做Pure Neumann boundary value problem。这种情况下所得到的位移都是相对位移加上一个常数，常数即为刚体位移。一个很简单的例子就是一根一维杆两端加大小相等方向相反的力，杆内任意两点之间有相对位移，但每一点的绝对位移却是整个杆的刚体位移加上相对位移。但是固定杆上的一个点，就会使这个常数即刚体位移为零。
对于Pure Neumann boundary value problem，讨论位移或者温度没有意义，有意义的量是位移和温度的导数的函数。梁，杆，壳单元可以通过固定任意一个节点，如固定刚体，刚体转动。对于体单元或者二维平面单元，固定一个点，会导致应力奇异。应该固定一个面或一条线，这样就不会发生应力奇异了。
答2：这种情况下仍然必须施加约束，但要求这种约束只约束刚体位移，而不能约束任何的结构变形。要想达到这样的目的，我们可以找出模型中的任意三个点（不共线）来约束其刚体位移。如下图所示，这样的约束在载荷自身平衡的情况下只约束结构的刚体位移，而不会约束变形，即不会产生支反力。
这种约束也可以这么描述，找出不共线的三点1、2、3，三点组成一个平面，点1约束三个平动自由度，点2约束垂直于点1/2连线的两个线外平动自由度，点3约束垂直于点1/2/3连线平面的一个面外平动自由度。问题二：按照问题一解法所做，发现在约束点处出现应力奇异的现象，怎么解决？ 检查一下支反力，如果有较大的约束反力，则说明约束点取得不合适，或者看其和是否为零，特别是所有支反力是否会构成非零弯矩。平衡力系中也应该包括弯矩平衡，而这一点往往容易出问题。
或者，也可以这样验算一下：六个约束刚体运动的自由度，施加位移约束：依次取其中一个为非零值(可以取大一点)，其余为零，计算后看是否有应力和约束反力存在，如果有应力和约束反力，则说明该约束自由度取的不合适。如果都没有问题，则毛病肯定出在模型本身或载荷不平衡上。载荷边界条件——实体和单元 面压力命令的比较：SF和SFA
命令1：SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2，节点
命令2：SFA, AREA, LKEY, Lab, VALUE, VALUE2，几何实体面
这两个命令SF和SFA中，VALUE都等于力F除以面积A；SF命令中，要求节点组必须能形成一个面。
二、后处理与结果分析
（一）后处理操作 路径操作
常见错误1：
***** PATH DATA STATUS ***** USE UNIFORM LINE DIVISIONS
DIRECTION MAX MIN
X
0.40400 0.40400
Y 0.88500E-01 0.88500E-0
1Z
7.9150 0.75100
TOTAL PATH LENGTH 21.445
上面数据中，路径线两端Z坐标的差值为（7.915-0.715），相应的路径线实际长度也应该是（7.915-0.715）；而数据显示总的路径长度为21.445？这是由于节点选取的时候，没有按顺序从一端依次选到另一端，造成节点路径线往返多次。*.out文件
Batch方式下，自动放置到求解文件夹里
GUI方式下，采用命令：/OUTPUT, filename, out，打印到屏幕
（二）结果分析 应力奇异（结构奇异和单元/数值奇异）与应力集中（结构和人为）
很经典的问题，也讨论过多次，一直没有得到合理的解释，有兴趣的话，可以开个专栏。
三、专项讨论与分析
（一）子结构 主自由度和载荷向量
(1)与非超单元部分接触的节点，需要处理为主自由度/节点；
(2)超单元部分本身的（非零）约束条件和载荷边界条件，需要处理为载荷向量，或者可以把所有约束条件和载荷条件在GEN部分处理为主自由度，在USE部分添加为边界条件。
注1：在做载荷向量时，在一个/SOLU ~ FINISH里好像只能做一个载荷向量计算；如果有多个载荷向量，就只能用多个/SOLU ~ FINISH，待继续验证。注2：作用在超单元上的载荷，必须重新做自由度缩减，因为形成超单元时不仅要缩减刚度阵和质量阵，还有载荷向量。Error and Warning：
<1>第一个单元的第九个节点一定是内节点——先导入超单元/子结构模型，在导入非超单元模型
<2>超单元上节点不可以改变节点坐标系 <3> Super-element does not have a complete degree of freedom set as required by large deflection analysis——子结构/超单元部分只能用于线性小变形分析 <4> There are no degree of freedom active.fds
（二）实体装配
连接装配：刚性连接——焊接、螺接
柔性连接——铰接 1.焊接
焊缝类型——点焊、面焊
线/角焊（单/双面），焊缝为等边直角三角形，直边长度等于板厚 考虑焊缝的建模方法有多种，各有一定的优缺点。常用方法是： 1)采用三维实体单元模拟焊缝几何；
2)采用变厚度板壳单元模拟焊缝处厚度的变化；缺点：对竖板靠近焊缝部位采用了变厚度，可以反映焊缝材料对竖板的作用；但是，将焊缝材料加到竖板后，横板仍为基本厚度，不能反映焊缝材料对横板的加强作用；如果在横板上也采用变厚度来模拟焊缝材料，则焊缝材料将被重复考虑； 3)采用梁单元模拟焊缝对壳的加强。
注：粗略简化，即忽略焊缝效应，很容易引发应力奇异，因为引入了结构奇异：直角边、直角尖点；即使考虑细节，适当圆角过渡，也难避免应力/数值奇异；若引入装配连接，也会引入应力集中，人为因素、网格的敏感性。2.螺接——这个专题很大，有兴趣的话，也可开个专题 3.铰接——MPC184单元的应用，即multibody analysis部分
（三）非线性分析 1.几何非线性 2.材料非线性 橡胶/超弹材料 Error and Warning：
1)u-p element do not satisfy the volumetric compatibility—— 3.状态非线性——接触/单元 接触分析结果不收敛大致应该有如下几种原因：(1)载荷子步(2)材料属性(3)网格质量(4)接触对设置(5)边界条件优化(6)约束耦合条件 Warning and Error：
(1)Some contact elements overlap with the other contact element which can cause over constraint——解决1：可能是图中的元素有重叠，如两个体有部分面重叠，用OVERLAP命令可以解决；解决2：可能是同一变形体多次应用MPC多点约束算法，适当避免加入太多DOF自由度
（四）优化分析——设计优化、变分优化、拓扑优化
设计优化：可以定义一个包含所关心变量的泛函函数，通过调整所关心变量的变化，使得结构在满足一定特性的时候，其某个函数（例如质量、体积）达到最优，即最小/最大。
变分优化：可以定义连续变量和离散变量；连续变量可以是几何尺寸、实常数、截面尺寸、材料特性等，通过调整连续变量，可以查知某个变量对结构体某方面特性的影响；离散变量可以是结构体中的某一个部分组，通过调整离散变量，可以确定结构某一个组件对其的影响。
因而，可以这么认为：变分优化是设计优化的前提和基础；通过变分优化，确定结构中组件（离散变量）的有无，结构变量（连续变量）影响的深浅，尽量缩减影响结构特性的变量的数目，即希望在设计优化泛函函数中包含尽量少的变量数目，以减少设计优化的计算量。由此看来，设计优化前，进行必要的变分优化是有所帮助的。优化设计
多工况下结构体的优化设计 问题：一个结构体，分析其在不同工况下的强度和刚度，进而对其进行优化设计，我们该如何着手？例如，如果单以承压工况，优化设计后，其结构体在承拉工况下未必合理；而在承拉工况下优化得到的结构体，在承压工况下也未必合理；如何兼顾两者，同时优化，同时最优合理？
首先，找到不同工况下最大应力值所处的位置
然后，进入时间历程后处理器，定义这些位置相应的变量，如等效应力，然后绘出时间历程曲线
再次，在变分优化中寻找对应力结果影响较显著的变量
最后，在优化设计中，忽略不必要的、影响不大的变量，进行结果优化分析。
（五）复合材料 疑惑
1.铺层与分网
假设一个复合材料壳体，其厚度为120mm，铺层情况为(45/90/-45/0/45/90/-45/0/45/-45)4，每层3mm，建立实体模型，实体壳体厚度120mm，有两种正常方法分网：
方法一，SECTYPE定义10层，实体壳体厚度方向分为4层，即沿厚度方向有四个单元
方法二：SECTYPE定义40层，实体壳体厚度方向分为1层，即沿厚度方向有一个单元
问题：方法一和方法二，哪一种好一点，或者说都不好，更好的方法是什么？ 方法三：SECTYPE定义40层，实体壳体厚度方向分为3层，即沿厚度方向有三个单元
问题：方法三，又作如何解释？按截面定义理解，定义了40层，每层厚度3mm，总120mm；按分网单元理解，分网3层，每层/单元厚度40mm，每个单元内单元分层40层，每层厚度1mm，如此一来不是就矛盾？ 2.铺层方向
分网前后，可以利用ESYS、EORIENT、VEORIENT三个命令调整铺层方向，其中ESYS命令效果不太明显，一般在XATT命令里设置；EORIENT命令调整铺层，其方法不好掌握；VEORIENT命令，方法简单，效果明显，不过需要一个体一个体来调整，如果遇到体很多，操作势必很麻烦，同时，点线面体等实体的选择，不利用参数化模型的构建；期待更好的操作。
（六）动力学分析——模态分析、谐波响应分析、瞬态分析和谱分析 模态分析，能分析线性问题，得到线性材料的振动频率；
瞬态分析，通过做出位移时间曲线，用FFT变换得到频谱图；
四、APDL参数化编程与二次开发 1.APDL基本符号
/ ——Commands that begin with a slash(/)usually perform general program control tasks such as entry to routines, file management, and graphics controls.* ——Commands that begin with a star(*)are part of the ANSYS Parametric Design Language(APDL),such as control statement.~ ——图片导入命令开始符号.$ ——换行符号；
——续行符号，个人认为能换行，就可以续行，但是确实没有找到 2.调用外部应用程序：/SYS和~eui
例1：/SYS,“C:Program FilesPSPadPSPad.exe” 例2：宏fileexe.mac *create,fileexe.bat
start “" ”C:Program FilesWindows NTAccessorieswordpad.exe“ *END
/sys, ”fileexe.bat" /delete, fileexe,bat
例3：~eui, 'exec notepad &'
~eui, 'exec {C:Program FilesWindows NTAccessorieswordpad.exe} &'
structural mass 结构体 结构质量 structural link 结构件 structural pipe 管结构 structural solid 实体结构 structural shell 板壳结构
structural constraint 结构限制，结构束缚
如何拉伸 ：operate 》 extrude 》……
如何定义约束和边界条件prefesser》define loads》……
第四篇：ANSYS分析实例详解
ANSYS分析实例详解
姓名：XXX 学号：XXX 专业：XXX 内容：空调支架的有限元分析
本次作业为对一空调支架的有限元分析，其主要内容包括空调支架的建模、有限元分析、强度校核以及结构优化等。下图为空调支架一侧的实物图片：
1、空调支架的特点分析
由于空调支架为一个完全对称结构，空调的重量均匀分部在两侧对称支架上，因此只要对空调支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析，同时也达到了简化空调支架分析的目的。本次作业可以分三部分来完成：一，空调支架一侧的建模；二，利用商业化有限元分析软件对建好的空调支架模型进行有限元分析；三，根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以及结构优化。
2、空调支架的建模
空调支架的具体尺寸图如下图所示：
考虑到空调支架模型结构简单，故在此没有利用三维软件建模而是直接在有限元分析软件中进行建模，本次作业采用的有限元分析软件为美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件ANSYS10.0。建立模型包括设定分析作业名和标题，定义单元类型、定义材料属性、建立三维模型、划分有限元网格。2.1设定分析作业名和标题
打开ANSYS软件进入ANSYS操作界面，首先从主菜单中选择【Preferences】命令，勾选Structural。然后从实用菜单中选择【Change Jobname】命令，将文件名修改为Ktiao2，从实用菜单中选择【Change Title】命令，将标题修改为Ktiao2。如下图所示：
2.2定义单元类型
在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。本文中选用8节点六面体单元Solid185。如下图所示：
2.3定义材料属性
由于空调支架所用材料为45#钢，故可查得45#钢的弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3。从主菜单中选择Preprocessor>Material Props>Material Models命令，打开定义材料模型属性窗口，对材料弹性模量和泊松比进行设置。
2.4建立空调支架的三维实体模型
从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS命令，创建四个关键点，坐标分别为（0.54，0），（0.54，0.16），（0，0.16），（0，0.11）。接着从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs命令，分别拾取上一步创建的四个关键点生成平面。然后从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal命令，拾取上一步生成的面将其拉伸成一个实体。由于340mm长度区域才为空调重量的加载区间，因此对空调支架的加载面分三部分来创建。根据上述同样的方法创建关键点，生成面然后拉伸成实体。最后从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes命令，将四个实体进行布尔加运算，至此空调支架的三维实体模型创建完毕。如下图所示：
2.5实体模型网格划分
从主菜单中选择Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，打开“Mesh Tool”（网格工具），勾选“Smart Size”滑标值默认设置为6，“Mesh”的对象选择“Volumes”，“Shape”选择“Tet”“Free”，然后单击【Mesh】，打开实体选择对话框，单击【Pick All】按钮对空调支架模型进行网格划分。如下图所示：
3、空调支架模型的有限元分析
空调支架模型网格划分完之后，接下来将对其进行有限元分析，其内容包括定义载荷及边界条件、求解、查看结果等。3.1定义载荷及边界条件并求解
由于在这只对空调支架的一侧进行分析，即一侧支架承受空调重量一半的载荷，因此就可以算出加载到长为340mm宽为50mm长方形面上的面载荷。即：
P（409.8）11529.4Pa
20.340.05根据空调支架的特点，在这对支架的边界条件进行简化，将支架靠近墙壁一侧端面的自由度全部约束。下面为定义载荷及边界条件的具体操作：
从主菜单中选择Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas弹出拾取对话框，拾取所需加载面，输入上文计算出的压力值。接着对支架靠近墙壁一侧的端面进行约束，从主菜单中选择Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas弹出拾取对话框，拾取支架靠近墙壁一侧的端面对自由度全部约束。
然后对其进行求解，从主菜单中选择Solution>Solve>Current LS命令，打开一个确认对话框和状态表，查看列表中的信息确认无误后，单击【OK】按钮，开始求解。求解完成后打开求解结束对话框，单击【Close】按钮，关闭提示求解结束对话框。如下图所示：
3.2查看结果
1）查看总变形
2）Y方向上的应力
3）第一主应力
4、强度校核以及结构优化
由于空调支架所用材料为45#钢，根据《机械设计课程设计手册》可查得其抗拉强度b为600MPa。从上面的有限元分析结果可以看到支架在Y方向上的最大应力ymax为1.58MPa，第一主应力最大值为max为3.95MPa，两者均远小于其许可应力。因此空调支架满足支撑强度要求，无需对其进行结构优化。
5、学习心得体会
通过此次数字化设计与制造作业的练习，让我初步了解和掌握了有限元分析的基本理论基础，了解有限元商业化软件ANSYA的基本使用，并能够进行简单问题的计算和分析。但是这还是远远不够的，从具体试验中，我发现ANSYS的功能是十分强大的，目前也仅仅是了解了仅有的几个基本功能，能给计算分析的也是最为简单的问题，在三维建模、划分网格以及对特定面的加载等还有待改善。另外，本次作业还也有一些不足，有限元的软件所计算结果的正确性也是需要验证的。在某些情况下，计算机所计算出的结果并不一定是正确的，应当在分析完后，对所做出的结果进行正确分析，和理论相比较，为自己所做的结果做强有力的支撑。
第五篇：Ansys复合材料结构分析总结
Ansys复合材料结构分析总结
说明：整理自Simwe论坛，复合材料版块，原创fea_stud，大家要感谢他呀
目录
1# 复合材料结构分析总结
（一）——概述篇 5# 复合材料结构分析总结
（二）——建模篇 10# 复合材料结构分析总结
（三）——分析篇 13# 复合材料结构分析总结
（四）——优化篇
做了一年多的复合材料压力容器的分析工作，也积累了一些分析经验，到了总结的时候了，回想起来，总最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后选定Ansys为自己的分析工具，确实有一些东西值得和大家分享，与从事复合材料结构分析的朋友门共同探讨。
（一）概述篇
复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成，其主要优点是具有优异的材料性能，在工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料，这种材料的特性表现为正交各向异性，对于这种材料的模拟，很多的程序都提供了一些处理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相应的处理方法。笔者最初是用I-Deas下建立各项异性材料结合三维实体结构单元来模拟（由于研究对象是厚壁容器，不宜采用壳单元），分析结果还是非常好的，而且I-Deas强大的建模功能，但由于课题要求要进行压力容器的优化分析，而且必须要自己写优化程序，I-Deas的二次开发功能开放性不是很强，所以改为MSC.Patran，Patran提供了一种非常好的二次开发编程语言PCL（以后在MSC的版中专门给大家贴出这部分内容），采用Patran结合Nastran的分析环境，建立了基于正交各项异性和各项异性两种分析模型，但最终发现，在得到的最后结果中，复合材料层之间的应力结果始终不合理，而模型是没有问题的（因为在I-Deas中，相同的模型结果是合理的），于是最后转向Ansys，刚开始接触Ansys，真有相见恨晚的感觉，丰富的单元库，开放的二次开发环境（APDL语言），下面就重点写Ansys的内容。在ANSYS程序中，可以通过各项异性单元（Solid 64）来模拟，另外还专门提供了一类层合单元（Layer Elements）来模拟层合结构（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的复合材料。
采用ANSYS程序对复合材料结构进行处理的主要问题如下：（1）选择单元类型
针对不同的结构和输出结果的要求，选用不同的单元类型。
Shell 99 —— 线性结构壳单元，用于较小或中等厚度复合材料板或壳结构，一般长度方向和厚度方向的比值大于10；
Shell 91 —— 非线性结构壳单元，这种单元支持材料的塑性和大应变行为； Shell 181—— 有限应变壳单元，这种单元支持几乎所有的包括大应变在内的材料的非线性行为；
Solid 46 —— 三维实体结构单元，用于厚度较大的复合材料层合壳或实体结构； Solid 191—— 三维实体结构单元，高精度单元，不支持材料的非线性和大变形。
（2）定义层属性配置
主要是定义单层的层属性，对于纤维增强复合材料，在这里可以定义单层厚度、纤维方向等。
（3）定义失效准则
支持多种失效准则，不过我还是没有用他，而是自己写了通过应力结果采用二次蔡胡准则程序来判断的。
（4）其他的一些建模技巧和后处理指导
在我的分析工作中，主要采用了三维实体结构单元。
关于Solid 46单元
（1）Solid 46是用于模拟复合材料厚壳或实体的8节点三维层合结构单元，单元节点有x,y和z方向三个结构自由度，单元允许最多250层不同的材料；
（2）这种单元的定义包括：8个节点、各层厚度、各层材料方向角和正交各项异性材料属性，其中每层可以为面内两个方向双线性的不等厚层；
（3）在材料定义时，只需定义材料主方向和材料坐标系（单元坐标系）一致的材料参数，不一致的复合材料层通过定义材料方向角（该层材料主方向和材料坐标系所成的角度）由程序自动转换；
（4）通过选择不同的层直接在单元坐标下获取单元应力，包括三个方向的应力和面内剪切应力，而不需要通过应力应变的转换来获取；
论坛问答：
Q：ANSYS如何处理失效后的材料退化呢？ A：ANSYS没有直接提供材料失效后的退化，但可以自己写程序让ANSYS执 行。ANSYS可以用失效准则判断材料是否失效，之后刚度降低可以通过实验 测得。再将实验数据输入到ANSYS中，对失效的单元重新进行分析。
共同讨论！Ansys确实没有直接提供材料失效后的退化的处理方法。我们在进行复合材料结构分析时，通常采用单层模量退化的估算方法，这种估算方法就是将带有裂纹层的横向、剪切模量与泊松系数全部用一组经过DF因子退化的新值替代，为了考虑压缩强度的下降，对单向复合材料的压缩强度也要DF因子退化（详细信息可以参考蔡为仑的《复合材料设计》一书），这样，我们就可以再结合Ansys的APDL来处理了。
建模篇
复合材料是一种各向异性材料，对于纤维增强复合材料又是一种正交各向异性材料，因此，在进行复合材料结构建模的时候要特别注意的一个重要的问题，就是材料的方向性。下面，就我个人的分析经验，对复合材料结构的建模作一个总结。1． 结构坐标系、单元坐标系、材料坐标系和结果坐标系
建立复合材料结构模型，存在一个结构坐标系，用于确定几何元素的位置，这个坐标可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系或者是球坐标系；单元坐标系是每个单元的局部坐标系，一般用来描述整个单元；材料坐标系是确定材料属性方向的坐标系，一般没有专门建立的材料坐标系，而是参考其他坐标系，如整体结构坐标系，或单元坐标系，在Ansys程序中，材料坐标是由单元坐标唯一确定的，要确定材料坐标，只要确定单元坐标就行了；结果坐标系是在进行结果输出时所使用的坐标系，也是一般参考其他坐标系。在Ansys程序中，关于坐标系有人做过专门的总结。见后。2． 用于复合材料结构分析的单元
用于复合材料分析的单元主要有两类，一类是层合单元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一类是各向异性单元，如Solid64；这些材料都有不同的处理方法，层合单元，在一个单元内可以包含多层信息，包括各层的材料、厚度和方向；各项各向异性单元，在一个单元内，只能包含一种材料信息，而且所得到的计算结果还要进行一些处理，因此有一定的局限性。
3． 单元坐标的一致性问题
在进行复合材料结构建模的时候，有些时候结构几何比较复杂，很难用统一的坐标来确定单元坐标系，即使对一些规则的几何（如圆桶），在用旋转方法生成几何时，不同的面法向也会带来单元坐标的不一致，这就使得材料输入的时候存在问题并使计算结果错误，因此，在几何建模时要特别注意这一问题，笔者也没有得到一些复杂几何进行单元划分时保持单元一致的合适方法。
4． 一个实例
5． 下面的命令流显示了不同的几何生成方法会产生不同的单元坐标方向：
/PREP7
!******Create Material******* MPTEMP，，，， MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1，2.068e8 MPDATA,PRXY,1，0.29 MPTEMP，，，,，MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1，7.82e-6
!*********Create Element Type********** ET,1,SOLID95 KEYOPT,1,1,1 KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0 KEYOPT,1,11,0
!*************************** CSYS,1 HS=80
!**create two keypoints along axial K,101,0,0,0, K,102,0,0,400,!**create keypoints K,1,61,0,0, K,2,HS,0,0，K,5,100,0,0, K,11,61,0,178, K,12,HS,0,178, K,15,HS+10,0,178, K,111,61,0,178, K,112,HS,0,178, K,115,HS+10,0,178，K,21,61,0,2450, K,22,HS-4,0,2450, K,25,HS+6,0,2450，!***************************!**create areas by keypoints FLST,2,4,3 FITEM,2,21 FITEM,2,111
FITEM,2,112
FITEM,2,22 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,22 FITEM,2,112 FITEM,2,115 FITEM,2,25 A,P51X
!*************************** FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2 FLST,8,2,3 FITEM,8,101 FITEM,8,102 VROTAT,P51X, , , , , ,P51X, ,90,1, TYPE, 1
MAT, 1 REAL，ESYS, 0
SECNUM, MSHAPE,0,3D MSHKEY,1
FLST,5,2,6,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-2 CM,_Y,VOLU VSEL, , , ,P51X CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
VMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 运行上述命令流，查看一下单元坐标，再把命令流中下列部分
FLST,2,4,3 FITEM,2,21 FITEM,2,111
FITEM,2,112
FITEM,2,22 A,P51X 改为：
FLST,2,4,3 FITEM,2,22 FITEM,2,21 FITEM,2,111
FITEM,2,112
A,P51X
再看一下单元坐标。ANSYS坐标系总结
工作平面（Working Plane）
工作平面是创建几何模型的参考(X,Y)平面，在前处理器中用来建模(几何和网格)总体坐标系
在每开始进行一个新的ANSYS分析时，已经有三个坐标系预先定义了。它们位于模型的总体原点。三种类型为:
CS,0: 总体笛卡尔坐标系 CS,1: 总体柱坐标系 CS,2: 总体球坐标系
数据库中节点坐标总是以总体笛卡尔坐标系，无论节点是在什么坐标系中创建的。
局部坐标系
局部坐标系是用户定义的坐标系。局部坐标系可以通过菜单路径Workplane>Local CS>Create LC来创建。
激活的坐标系是分析中特定时间的参考系。缺省为总体笛卡尔坐标系。当创建了一个新的坐标系时，新坐标系变为激活坐标系。这表明后面的激活坐标系的命令。菜单中激活坐标系的路径 Workplane>Change active CS to>。
节点坐标系
每一个节点都有一个附着的坐标系。节点坐标系缺省总是笛卡尔坐标系并与总体笛卡尔坐标系平行。节点力和节点边界条件（约束）指的是节点坐标系的方向。时间历程后处理器 /POST26 中的结果数据是在节点坐标系下表达的。而通用后处理器/POST1中的结果是按结果坐标系进行表达的。
例如: 模型中任意位置的一个圆，要施加径向约束。首先需要在圆的中心创建一个柱坐标系并分配一个坐标系号码(例如CS,11)。这个局部坐标系现在成为激活的坐标系。然后选择圆上的所有节点。通过使用 “Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS”, 选择节点的节点坐标系的朝向将沿着激活坐标系的方向。未选择节点保持不变。节点坐标系的显示通过菜单路径Pltctrls>Symbols>Nodal CS。这些节点坐标系的X方向现在沿径向。约束这些选择节点的X方向，就是施加的径向约束。
注意：节点坐标系总是笛卡尔坐标系。可以将节点坐标系旋转到一个局部柱坐标下。这种情况下，节点坐标系的X方向指向径向，Y方向是周向（theta）。可是当施加theta方向非零位移时，ANSYS总是定义它为一个笛卡尔Y位移而不是一个转动（Y位移不是theta位移）。单元坐标系
单元坐标系确定材料属性的方向（例如，复合材料的铺层方向）。对后处理也是很有用的，诸如提取梁和壳单元的膜力。单元坐标系的朝向在单元类型的描述中可以找到。
结果坐标系
/Post1通用后处理器中(位移, 应力，支座反力)在结果坐标系中报告，缺省平行于总体笛卡尔坐标系。这意味着缺省情况位移，应力和支座反力按照总体笛卡尔在坐标系表达。无论节点和单元坐标系如何设定。要恢复径向和环向应力，结果坐标系必须旋转到适当的坐标系下。这可以通过菜单路径Post1>Options for output实现。/POST26时间历程后处理器中的结果总是以节点坐标系表达。
显示坐标系
显示坐标系对列表圆柱和球节点坐标非常有用(例如, 径向，周向坐标)。建议不要激活这个坐标系进行显示。屏幕上的坐标系是笛卡尔坐标系。显示坐标系为柱坐标系，圆弧将显示为直线。这可能引起混乱。因此在以非笛卡尔坐标系列表节点坐标之后将显示坐标系恢复到总体笛卡尔坐标系。
分析篇
下面就我对碳纤维增强复合材料压力容器分析过程中所做的工作，从复合材料材料参数转化、复合材料强度准则、结构刚强度分析几方面写些我的心得，与大家共同探讨。
1． 复合材料材料参数的转化
单向纤维增强复合材料（也称单向板）是指纤维按照同一方向平行排列的复合材料，是构成层合板和壳的基本元素，可认为是一种正交各向异性材料，也是一种横观各向同性材料（存在一个各向同性面），在进行有限元计算时，必须知道复合材料的弹性特性参数，并由弹性特性参数来计算正交各向异性材料的9个参数（在ANSYS程序中定义材料时所需3个弹性模量、3个泊松系数和3个剪切模量），单向复合材料特性的计算有许多种方法，主要的方法有Halpin-Tai的弹性力学方法，这种方法根据弹性理论将复杂的纤维与树脂间的关系用一组方程来表示，通过求解方程组，解得弹性参数，我们使用的9个弹性参数的计算是通过单向复合材料的刚度矩阵转化得到，下面是用APDL语言编写的材料转化程序。
MAT_PAR_COMP
!*****************************************************************!*this macro is used to calculate material parameters of composite
!***************************************************************** E1=1.81E8 E2=1.03E7 V21=0.28
V12=E2*V21/E1 V23=0.5 V32=0.5 G12=7.17E6 RM=COS(ARG1)RN=SIN(ARG1)RM2=RM*RM RM4=RM2*RM2 RN2=RN*RN RN4=RN2*RN2
RMN=RM*RN
RMN2=RMN*RMN
!* caculate stiffness matrice of unidirectional composite material * VV=(1.0+V23)*(1.0-V23-2.0*V21*V12)VV=1.0/VV
Q11=(1.0-V23*V32)*VV*E1 Q22=(1.0-V21*V12)*VV*E2 Q33=Q22
Q12=V21*(1.0+V23)*VV*E2 Q13=Q12
Q23=(V23+V21*V12)*VV*E2
Q44=(1.0-V23-2.0*V21*V12)*VV*E2*0.5 Q55=G12
Q66=Q55
!* calculate equivalent stiffness of composite material * HQ11=Q11*RM4+2.0*(Q12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RN4 HQ12=(Q11+Q22-4.0*Q66)*RMN2+Q12*(RM4+RN4)HQ13=Q13*RM2+Q23*RN2 HQ23=Q13*RN2+Q23*RM2
HQ16=-RMN*RN2*Q22+RM2*RMN*Q11-RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66)HQ22=Q11*RN4+2.0*(Q12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RM4 HQ33=RN2*Q13+RM2*Q23 HQ33=Q33
HQ26=-RMN*RM2*Q22+RMN*RN2*Q11+RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66)HQ36=(Q13-Q23)*RMN HQ44=Q44*RM2+Q55*RN2
HQ45=(Q55-Q44)*RMN HQ55=Q55*RM2+Q44*RN2
HQ66=(Q11+Q22-2*Q12)*RMN2+Q66*(RM2-RN2)*(RM2-RN2)QQ11=HQ11 QQ12=HQ12 QQ22=HQ22 QQ13=HQ13 QQ23=HQ23 QQ33=HQ33
QQ44=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ55 QQ55=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ44 QQ66=HQ66 Q(1)=QQ11 Q(2)=QQ12 Q(3)=QQ13 Q(4)=QQ22 Q(5)=QQ23 Q(6)=QQ33 Q(7)=QQ66 Q(8)=QQ44 Q(9)=QQ55!*
QQQ=Q(1)*(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5))-Q(2)*(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5))+Q(3)*(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4))S1=(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5))/QQQ S2=-(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5))/QQQ S3=(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4))/QQQ S4=(Q(1)*Q(6)-Q(3)*Q(3))/QQQ S5=-(Q(1)*Q(5)-Q(2)*Q(3))/QQQ S6=(Q(1)*Q(4)-Q(2)*Q(2))/QQQ S7=1/Q(7)S8=1/Q(8)S9=1/Q(9)
EEX=1/S1 EEY=1/S4 EEZ=1/S6 VXY=-S2*EEX VXZ=-S3*EEX VYZ=-S5*EEY
GXY=1/S7 GYZ=1/S8
GXZ=1/S9 /EOF 2． 复合材料强度准则
复合材料结构的受力及应力应变情况非常复杂，并要考虑各种应力应变的耦合和相互影响，复合材料强度破坏准则基于结构的宏观破坏，一般来说复合材料的二次蔡-吴强度破坏准则较为精确。有兴趣的朋友可以参考科学出版社出版的蔡为仑先生的《复合材料设计》这一本书。
3． 复合材料结构刚强度分析
一般说来，复合材料结构总是受到空间力的作用，其应力分布是三维的，因此，复合材料结构的刚强度分析一般不宜采用复合材料的板壳理论（这种理论仅考虑板壳面内的应力和横向剪切应力，而忽略法向应力），同时，对于简单的结构（如板、壳），可以得到弹性力学的一般解，而对于大多数结构来说，则必须用数值的方法计算，三维有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序对复合材料进行刚强度分析的步骤如下：
（1）建立结构的几何模型
由于复合材料分析单元一般都是六面体单元，因此，在建立几何时要特别考虑到网格划分的方便。
（2）建立材料模型
根据复合材料材料参数建立单向复合材料材料模型，我所采用的是碳纤维增强复合材料，有两种建立方法。a.若选择单元为各向异性单元，则根据单向复合材料的刚度矩阵或柔度矩阵建立各向异性材料模型；
b.若选择层合单元，则可以建立相关的材料模型，如单向复合材料则可以建立正交各向异性材料模型
（3）选择单元类型并设置相关属性
根据结构特征和计算要求，选择不同的单元类型并设置单元属性（各种单元的选择依据请参考概述篇或ANSYS帮助文件）
（4）网格划分
在建立的几何实体上进行网格划分，对于复合材料，选择六面体三维实体单元，定义单元属性，分别指定不同的材料属性，并保证材料坐标一致，运用有限元网格生成器进行网格划分。
（5）定义边界条件
根据实际情况定义边界条件。
（6）分析设定并提交计算
设定分析类型及相关一些参数
（7）结果后处理
复合材料结构的分析结果在进行后处理时，非常重要的一点是选择合适的并与计算时所用的坐标一致的结果坐标系，如对于回转体结构选择计算时的柱坐标。另外，对于用各向异性单元（Solid64）来模拟的计算结果在结果处理时必须保证应力应变关系的一致，主要是在不同种复合材料层间或者同一种复合材料不同铺层方向的层之间界面的应力应变情况，ANSYS后处理中所得到的结果不完全是正确的，应该根据法向应力联系，面内应变连续的准则来进行处理。
复合材料结构分析总结
（四）——优化篇
与传统材料相比，复合材料具有可设计性，复合材料结构的多层次性为复合材料及其结构设计带来了极大的灵活性，复合材料的力学性能和机械性能，都可按照结构的使用要求和环境条件要求，通过组分材料的选择匹配、铺层设计及界面控制等材料设计手段，最大限度的达到预期目的，以满足工程设备的使用性能，因此，在工程实践中对复合材料结构进行优化设计有很重要的现实意义，下面以我所研究的复合材料压力容器为例，将复合材料结构优化以及在ANSYS下的实现过程给大家作一个介绍。
1． 问题描述
本文所涉及的复合材料压力容器是带有金属内胆外缠碳纤维增强复合材料的复合容器，优化问题是：以金属内胆壁厚、复合材料各缠绕层厚度和缠绕角为设计变量，在满足压力容器强度（金属内胆层和复合材料层均满足强度要求）和重量要求的条件下，使压力容器的刚度最大。2． 优化模型
根据纤维增强复合材料特性，压力容器环向缠绕复合材料有利于提高容器刚度，轴向平铺复合材料有利于提高容器刚度，因此，模型采用3种缠绕角的方案，即靠近金属内胆为环向（90度）缠绕，中间为缠绕，外部为轴向平铺（0度），以各层的厚度（金属层和三层复合材料）和中间缠绕层的角度为优化参数，在压力容器强度约束的条件下，以压力容器一阶固有频率为优化目标。其数学模型如下： Maximize:fSubjectto:X,其中X(x1,x2,x3,x4)(h1，h2，h3,)TTh1h2h3H,(h1，h2，h30),090s1(X)1.2,s2(X)1.5,c(X)c0
其中，f为复合材料压力容器的一阶固有频率，s1和s2分别为金属内胆的安全系数和各复合材料层的强度比，通过有限元程序求得，为中间层复合材料缠绕角，h1、h2 和h3分别为金属内胆厚度、90度缠绕层厚度和度缠绕层厚度，H为h1、h2 和h3的极限值，当总厚度确定后，0度缠绕层厚度由h1、h2、h3及总厚度确定，c为复合容器重量，c0为全压力容器重量上限。3． 优化算法
基于ANSYS的优化，可以直接使用ANSYS提供的优化模块，根据上述优化模型，建立优化计算文件，选择合适的优化算法，进行计算。
同时，也可以通过APDL语言（甚至可以通过外部编程环境，如VC++，FORTRAN等）来自己编制优化算法，本文就是通过自己编制优化算法来实现的，采用的优化算法是复形调优法。算法描述如下：
复形调优法是求解约束条件下n维极值问题的重要方法，通过构造复合形，计算各顶点的目标函数值，并进行比较，然后循环迭代，逐步替代最坏点构造新的复合形，经过多次迭代，进行收敛判断，最终得到最优复合形，并求得最优值。其迭代过程如下：
（1）在n维空间中确定出初始复合形的2n个满足常量约束条件和函数约束条件的顶点
X(j)x1j,x2j,,xnjT,j1,2,,2n；
（2）计算复合形的2n个顶点的目标函数值；f(j)f(X(j)),j1,2,,2n（3）确定所有顶点中的最坏点和次坏点，即：
f(R)f(X(R))minf(i)
1i2nf(G)f(X(G))minf(i)
1i2niR
其中X(R)为最坏点，X(G)为次坏点；
（4）计算最坏点的X(R)的对称点X(T)
X(T)(1)XFX(R)
其中，XF12n2n1i1X(i)
iR称为反射系数，一般取1.3左右；
（5）根据对称点X(T)确定一个新的顶点替代最坏点X(R)构成新的复合形，当f(X(T))f(X(G))或X(T)不满足常量约束条件和函数约束条件，则修改X(T)；
（6）重复（3）至（6），当复合形中的各个顶点距离小于给定精度要求为止。
4． 有限元计算模型
有限元计算主要是通过在ANSYS下建立有限元模型，用来计算强度和一阶固有频率，即约束条件和目标函数，其中，强度判断中，金属内胆部分采用第四强度准则，复合材料部分采用二次蔡胡准则。这部分内容在分析篇中已有描述。5． 优化过程 基于建立的优化模型和有限元模型，以ANSYS软件为分析平台，并采用其提供的二次开发语言APDL编制计算程序，程序编制的依据为复形调优算法，其计算过程示意图如图1所示，程序流程图如图2所示。
图1 优化过程示意图
图2 程序流程图
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