ANSYS在土木工程中的应用

第 7 章ANSYS 在基础工程中的应用

7.1基础的分类形式.. 352 7.1.2基础的力学分析模型. .352 7.2桥梁全桩基础的三维仿真分析 353 7.2.1桥梁全桩基础的构造设计.. .353 7.2.2全桩基础三维仿真分析建模和网格划分， .354 7.2.3自重荷载条件下全桩基础三维仿真分析.... .359 7.2.4汽车超20荷载条件全桩基础三维仿真分析 364 7.2.5计算结果分析.... 368 7.26小结 3.68

道路标准规范范本7.1.1基础的分类形式.. 352 7.1.2基础的力学分析模型. 352 7.2桥梁全桩基础的三维仿真分析 353 7.2.1桥梁全桩基础的构造设计.. .353 7.2.2全桩基础三维仿真分析建模和网格划分 .354 7.2.3自重荷载条件下全桩基础三维仿真分析.... .359 7.2.4汽车超20荷载条件全桩基础三维仿真分析. 364 7.2.5计算结果分析.... 368 7.2.6小结 368

7.3房屋建筑筏形基础的力学分析

7.3.1框架房屋筏形基础的构造设计 .368 7.3.2筏形基础受力分析建模和网格划分 369 7.3.3自重荷载条件下筏形基础受力分析. 374 7.3.4人群荷载条件筏形基础力学分析... .380 7.3.5计算结果分析... 385 7.3.6小结 385

7.3.1框架房屋筏形基础的构造设计 368 7.3.2筏形基础受力分析建模和网格划分 369 7.3.3自重荷载条件下筏形基础受力分析. 374 7.3.4人群荷载条件筏形基础力学分析... .380 7.3.5计算结果分析... 385 7.3.6小结 385

ANSYS8.0软件概述。 ·ANSYS8.0的安装和启动。 ·有限元分析基本过程实例。 本章首先介绍ANSYS8.0软件的主要功能、支持的CAD系统、主要技术特点和在计算 机辅助工程中的地位。然后介绍ANSYS8.0软件在安装时的系统要求、安装过程、运行参 数设置、启动和退出等内容。最后以悬臂梁求解问题为例，介绍了有限元分析的基本过程， 包括建立模型、加载与求解以及后处理等。

1.1ANSYS8.0软件概述

ANSYS8.0是大型通用有限元软件，可用于土木工程、水利水电以及机械制造等方面 的有限元分析。有限元法（FEM，即FiniteElementMethod）是采用计算机进行数值模拟计 算的一种方法，包括连续体的离散化（建立几何模型和单元划分）加边界条件（对于土木 工程来讲，是位移边界条件和力边界条件）求解方程组以及输出分析结果。以下对 ANSYS8.0软件的主要功能、支持的CAD系统、主要技术特点和在计算机辅助工程中的地 位进行介绍。 一、主要功能 ANSYS8.0是大型通用有限元分析软件，是迄今为止在世界范围内惟一通过ISO9001 质量认证的计算机辅助工程（CAE）设计分析类软件。

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

ANSYS8.0软件是融结构、热力学、流体、电磁和声学等于一体的大型通用有限元 软件，可广泛用于核工业、铁路与公路交通、石油化工、航空航天、机械制造、能源、 车、电子与家电、国防军工、造船、生物医学、轻工业、地矿、水利水电以及土木建筑 等方面的科学技术研究。 二、支持的CAD系统 ANSYS8.O软件支持的常用CAD（计算机辅助设计）系统有：UG、Pro/ENGINEE AutodeskInventor、MechanicalDesktop、SolidWorks和SolidEdge等。 ANSYS8.0所支持的图形传递标准为Sat、Parasolid和IGES等。 三、主要技术特点 ANSYS8.0的技术特点如下： ·是惟一具有多场及多场耦合功能的大型通用有限元分析软件。 ·可实现前后处理、分析与求解以及多场分析中数据库相统一的有限元分析软件。 ·是独一无二的以及具有流场优化功能的分析软件。 ·可进行建模、加载、求解和分析结果输出。 ·具有强大的非线性分析功能。 ·具有快速求解器和最早采用并行计算技术的FEM软件。 ·可实现在微机、工作站、大型计算机乃至巨型计算机所有硬件平台上的数据 文件兼容。 ·具有智能网格划分功能。 ·支持从微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机所有硬件平台，且用户界 面是统一的。 ·可与大多数CAD软件进行数据交换。 ·具有多层次、多种类的计算分析模块。 ·具有良好的用户自己开发的环境和自动生成分析报告等。 四、ANSYS软件的地位 在计算机辅助工程（CAE）领域内，ANSYS具有明显的优势，概括起来表现在以T 方面。 ·ANSYS8.0软件是迄今为止在世界范围内惟一通过ISO9001质量认证的计算 机辅助工程设计分析类软件。 ·ANSYS8.0软件是在世界范围内增长最快的CAE软件。 ·ANSYS8.0软件是美国ASME（机械工程师协会）NQA（美国核安全局）， 以及近20个专业技术协会认证的标准科学技术分析软件。 ·ANSYS公司是FEM（有限元方法）界惟一获得美国”技术先导公司”称号的 软件公司。 ·ANSYS8.0软件是全世界70%以上的高校和科研单位采用的分析软件。 ·ANSYS8.0软件在中国有数百家的用户群。 ·ANSYS公司建立了多方位、多层次的售后服务机构

1.2ANSYS8.0的安装和启动

ANSYS8.0的安装和启动

下面介绍ANSYS8.0软件在安装时的系统要求、安装过程、运行参数设置、启动和退 出等，同时也介绍在安装过程中的一些注意事项。

1.2.1 安装对系统的要求

1.2.2 设置环境变量

装ANSYS8.0时，需要按照以下步骤设置环境变

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

舌框完成环境变量的添加

运行setup安装程序完成ANSYS软件的安装，按照提示一步一步地进行，通常使用缺 省参数设置即可。在安装过程中，会提示选择安装类型（即是典型安装还是用户自己定义安 装），如果选择用户自己定义安装，可以仅安装需要的组件。 安装完成之后重新启动计算机，即可运行ANSYS8.0软件。在运行ANSYS8.0软件 时，如果不能正常工作，就要进行运行参数的设置。

1.2.4运行参数设置

下面结合操作步骤讲述运行参数的设置过程。

ANSYS8.0的安装和启动

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

在正式使用ANSYS8.0进行设计之前，可以根据设计者的个人爱好来配置设置环境 （1）依次选取【开始】／【所有程序】／【ANSYS8.0】／【ConfigureANSYSProducts】 选项，打开【ANSYS8.0Launcher】程序界面进行预先设置，主要设置内容包括

ANSYS8.0的安装和启动

图[L9 Launch 选项

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

5）选中【Preferences】（初始化管理）选项卡进行程序初始化设置，包括语言和 图形器等如图 1.12 所示

(6）完成以上配置后，单击

上配置后，单击 Run 按钮即可运行ANSYS

按钮即可运行ANSYS程序。

1.2.5 启动和退出

吉合操作步骤介绍启动和退出ANSYS设计环境的

ANSYS8.0的安装和启动

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

柱 系统，这样可以进行项目所在目录和文作 使分析有条不案地进行

1.3 有限元分析基本过程

下面以悬臂梁求解问题为例，介绍有限元分析的基本过程，包括定义材料、实常数和单 元类型、建立几何模型、划分网格、加载（位移和力）求解和查看分析结果。

采用ANSYS大型通用程序进行有限元分析的基本过程如下。 定义材料、实常数和单元类型：根据具体的有限元分析问题，选用合适的材 料本构关系和相应的单元类型，并确定单元的实常数。 2. 建立几何模型：根据具体问题进行有限元模型简化，并画出几何模型。 3. 划分网格：对几何模型进行单元网格划分，即离散几何模型。 加载（位移和力）：在单元网格上加上力边界条件和位移边界条件。 5. 求解：进行有限元求解。 查看结果：查看分析结果，包括单元和单元节点上的位移、应力和力等

1.3.2有限元分析实例

下面以悬臂梁为例介绍有限元分析的基本过程

问题概述。 悬臂梁为矩形截面的钢梁，长10m、宽1m、高2m，不计梁的自重，弹性模 量为210GPa，泊松比为0.3，在悬臂端作用一集中荷载P=10~kN。试分析该悬 臂梁的内力和变形情况。 2. 启动ANSYS程序。 （1）在【开始】菜单中依次选取【所有程序】／【ANSYS8.0】／【ConfigureANSYS Products】选项，打开【ANSYS8.0Launcher】对话框

2)选中【File Management】选项卡，输入目 "D:ANSYSFXzhangIExamOIANSYSis"，输入项目名"Z101Beam"

3）在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】／【MaterialProps】】

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

花纹板标准在当前坐标系中创建关键点对话

(2）在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】／【Modeling】 【Create】／【Lines】／【Lines】／【StraightLine】选项，弹出【创建直线】对话 框。按照提示用鼠标在图形区域依次选取要创建直线的两个关键点（KP1和

(2）依次选取【Meshing】／【Mesh】／【Lines】选项，弹出【划分单元】对话框， 用鼠标在图形区域里选择要划分单元的线，然后单击按钮，划分好的 单元图如图1.23所示

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

型通用有限元软件ANSYS

螺丝标准第1章大型通用有限元软件ANSYS简介

本章主要针对大型通用有限元软件ANSYS进行了介绍。首先介绍了软件本身的主要功 能、支持的CAD系统、主要技术特点和ANSYS软件在CAE（计算机辅助工程）市场中的 地位等。同时介绍了ANSYS8.0的安装和启动，包括软件对系统的要求、安装过程、运行 参数设置和按不同的方式进行软件的运行和退出。接着以悬臂梁为例详细介绍了采用 ANSYS8.0软件进行有限元分析的基本过程，包括问题的描述、定义材料、实常数和单元 类型、建立几何模型、划分单元网格、加载（位移和力）求解以及内力和变形结果的查 看。