下载原始的Ansys 2021R1软件包

简介:近日，Ansys 2021 R1如期而至。在新版本中，Ansys Mechanical迎来了中文界面的首次推出。Mechanical继续提供诸如快速模拟、更简单的工作流程、具有记录功能的脚本等功能。，并具有产品集成能力，增强了求解器的功能。可见软件工具正在降低学习门槛，功能越来越强大。很多用户乐此不疲，但是软件背后的有限元理论和工程结构应用理念的学习却令人堪忧！

一、重要概念不明

在ANSYS结构分析中，有限元模型的每个节点都有一个固有属性叫做节点坐标系，节点坐标系可以根据需要转换到任意局部坐标方向。那么为什么相当多的Workbench结构分析用户没有听说过这个概念呢？

这可能是因为机械零件预处理中经常使用基于几何对象的可视化操作，而很少直接涉及有限元模型。直到相对较新版本的ANSYS，有限元模型的操作被添加到机械组件中。

那么什么情况下需要使用节点坐标系呢？我们来看下面三个问题。

1，第一个问题如下图所示，梁的右端节点需要施加一个135度的斜支撑和一个45度的力。

这个问题可以通过机械零件中的节点定位来解决。

首先定义一个相对于整体坐标绕Z轴旋转45度的局部坐标系，如上图所示。然后将右侧节点坐标系定位到局部坐标系。这样，对于右端节点，45度和135度方向分别对应X和Y方向，然后可以施加Y方向的节点位移和X方向的节点力。

2。再来看第二个问题。机械构件中有一个圆柱约束，可以约束圆柱表面的径向、轴向、切向任意一个、两个或三个方向，如下图所示。

表面上看，这个柱面约束是针对柱面的，但实际上，局部柱面坐标系是在ANSYS中自动定义的，柱面的所有节点都转换到柱面坐标系的方向。此外，应用于圆柱面的无摩擦支撑还涉及约束圆柱面上任意一点的径向，内部实际涉及节点坐标的变换。

3。在革命支持的基础上，我们来看第三个问题。

圆柱支撑可以约束圆柱面上局部坐标的方向，但是如果需要非零位移，比如圆柱面上的径向位移，就不能直接引用圆柱支撑，需要用户自己定义和变换节点坐标系。

下图所示为内径为0.8m，外径为1.0m，轴向长度为2.0m，外表面径向压缩位移为5mm的圆柱体。这个怎么操作？

实现方法如下:

当然，计算前还需要指定其他约束，比如内表面径向位移为0的圆柱约束，然后打开弱弹簧选项进行计算。

计算完成后，检查方向变形。在其细节中，选择坐标系作为局部柱坐标，并选择X方向变形。圆柱体的径向变形如下图所示，图中显示了变形前的轮廓以供比较。

从变形云图可以看出，整个气缸处于均匀径向压缩和均匀轴向拉伸的变形状态，表明径向位移得到了正确的施加。

二。常见错误

1。提出问题

如图所示，1m×1m×10m实心悬臂杆沿长度方向分为10个1m×1m大小的正方形单元，左侧固定。

首先看静态分析。向右侧施加1000N的横向载荷。根据悬臂梁的理论解，此问题自由端的变形应为2E-5m。使用上述网格计算时，会弹出如下警告信息，然后求解失败。您可以在输出中看到错误消息“小方程求解器透视项”。

如果进行模态分析，前六阶频率计算结果几乎全为零，下图为一阶模态和前六阶频率计算结果。

可以看到厚度方向采用了实体单元，即使工作台默认采用了二次单元，也出现了零能量模式带来的计算问题。

出现上述问题的原因是采用了SOLID186单元的URI缩减积分算法，输出的相关信息如下图所示:

2。第一种解决方案

为了克服零能量模式的影响，在厚度方向上使用至少两个二次元素来获得如下图所示的网格:

首先，静力分析表明，梁的最大变形约为2E-5m，与理论值一致。

然后通过模态分析，得到如下图所示的梁的一阶振型，一阶频率约为8Hz。

3。第二种解决方案

除了多划分一层单元外，如果仍然使用单层网格，用全积分代替单元算法也可以克服上述计算问题。

如果采用完全积分，仍然采用单层单元，静力计算的变形等值线如下图所示，其最大变形为1.979E-5m，与理论解误差不大。

整体单层单元计算的一阶频率也在8Hz左右。一阶振型如下图所示，计算结果正确。

总而言之，

三。开学季:结构有限元分析第一课

以上是作者引用的工作台结构分析中的常见概念和易错问题。其实在工作台学习和工程结构应用的过程中，类似的概念和误区还是很多的。笔者多次撰写文章并在模拟秀App和官网公开播放，希望能给学习者一些帮助。

应模拟秀平台邀请，我将于3月25日晚20:00在模拟秀App中播出《开学季，结构有限元分析初级教程》，希望能引起大家的共鸣。这不仅适合理工科的学生，也适合从事有限元结构分析的工程师借鉴。希望能对大家学习结构有限元分析有所帮助。

模拟应用首映

下面是我的讲课大纲。如有不当之处，请批评指正。

本直播节目是根据尚小江博士订阅用户的需求而设计的。欢迎有兴趣的朋友加入尚博士订阅者交流群，其他用户也可以加入WB学习交流群。请联系模拟秀任意助理做笔记(加入尚博士WB学习交流群)，以后分享更多精彩课程和文章。

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作者:尚小江博士，仿真秀年度优秀讲师，工学博士，具有扎实的力学和有限元分析理论基础，长期从事ANSYS软件的应用和技术咨询，为国内用户进行了3000多次培训或讲座，编写了《ANSYS结构有限元高级分析方法及实例应用(第三版)》和《工程结构优化设计方法及应用》研究生教材。

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