王亮亮1007240816《ANSYS工程分析与应用》大作业(2010级)

西 安 建 筑 科 技 大 学

研 究 生 课 程 考 试 试 卷

考试科目：ANSYS工程分析与应用 课程编码：071060

任课教师：郑建校 学 号：1007240816

考试时间：2011.01.10 学生姓名：王亮亮

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 成 绩 总 成 绩

学 分

阅卷人签字 试题总页数 18页

1、简述ANSYS软件的发展历史。

1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创建了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来，ANSYS公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和计算技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及全世界。

ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。

20世纪70年代初，ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了 很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。70年代末，交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大地简化了模型生成和结果评价（前处理和后处理）。在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成之后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。

今天该软件的功能更加强大，使用更加便利。ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品开发过程，并且工作人员之间像一个团队一样相互协作。ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分之百兼容、提供了多场耦合的分析功能。同时该软件提供了一个不断改进的功能清单，包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体动力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分、大应变／有限转动功能以及利用ANSYS参数设计语言（APDL）的扩展宏命令功能。基于Motif的菜单系统使用户能够通过对话框、下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，为用户使用ANSYS提供“导航”。

ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的ANSYS软件必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析类软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。

ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都、广州四个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732－95国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆工业总公司，在其机车提速的

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研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用，中国铁路机车“上水平、上档次、上质量”的目标已初见成效。

ANSYS软件是融合结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、地道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。ANSYS能与多数CAD软件结合使用，实现数据共享和交换，如AutoCAD、I-DEAS、Pro/Engineer、NASTRAN、Alongor等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

ANSYS软件提供了一个不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分、大应变/有限转动功能以及利用ANSYS参数设计语言（APDL）的扩展宏命令功能。基于Motif的菜单系统是用户能够通过对话框、下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，为用户使用ANSYS提供“导航”。

2、节点、单元、单元类型的基本概念。

节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。

单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。

单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。

3、ANSYS软件进行分析的一般步骤是什么？

ANSYS进行分析的步骤基本为：前处理、求解计算及后处理三大步。 ①、确定结构的分析方案（线、面、体）：桁架、壳、实体等；注意线性单元和高次单元的使用；对称性等简化方法的运用；

②、根据分析的类型确定单元类型、实常量等，特别是单元类型的某些选项，对于某些分析十分重要；

③、设定材料模型；

④、采用各种方法建立模型。在进行布尔运算时特别注意运算对以后分析的

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影响，尤其是在某些情况下有些网格较难生成，因此对于布尔运算要慎重考虑，为解决该问题应尽量采用几何体素直接建模；

⑤、将材料、实常量等参数赋给模型，在某些情况下可以同时指定方向点； ⑥、按情况划分网格：自由网格或自由网格，设置合适的网格密度等，尤其注意网格设置；

⑦、在生成节点和单元后，根据实际情况定义接触单元、自由度的耦合及约束方程等；

⑧、施加力和约束等；

⑨、求解：注意设置合适的求解选项；

⑩、进入后处理菜单获得计算结果等，评价分析结果。

4、ANSYS软件划分网格的方法有那些？并说明他们的优缺点。

划分网格方法：网格可分为自由网格和映射网格；

自由网格划分优点：对实体操作无特殊要求，任何几何模型，尽管是不规则的也可以进行自由网格划分；缺点：可能会遇到全部网格都必须为四边形网格的情况，这时应控制SmartSizing项让它来决定合适的单元数。自由网格对实体模型无特殊要求，对任何几何模型(规则的或不规则的)，都可以进行网格划分，并且没有特定的准则。所用单元形状取决于对面还是对体进行网格划分，自由面网格可以只由四边形单元组成、也可以只由三角形单元组成，或由两者混合组成。自由体网格一般限定为四面体单元。

映射网格划分优点：它可以指定程序全部用四边形面单元、三角形面单元、或六面体单元生成网格模型。缺点：SmartSizing不能用于映射网格划分，硬点不支持映射网格划分。映射网格划分要求面或体是有规则的形状，而且必须遵循一定的准则。与自由网格相比，映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。映射网格具有规则形状，各单元成排规则排列。下面分别介绍这2种基本的划分方法。

5、APDL 的具体含义是什么？

APDL的全称是ANSYS Parametric Design Language(ANSYS参数化设计语言）。用于根据来建立模型，是优化设计和自适应网格划分等ANSYS经典特性的实现基础；有限元分析的标准过程包括：定义模型及其载荷、求解和解释结果，

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假如求解结果表明有必要修改设计，那么就必须改变模型的几何结构或载荷并重复上述步骤。而APDL用建立智能分析的手段为用户了自动完成上述循环的功能，也就是说，程序的输入可设定为根据指定的函数、变量及选出的分析标准作决定。

APDL为用户了自动完成上述循环的功能，也就是说，程序的输入可设定为根据指定的函数、变量及选出的分析标准作决定。它允许复杂的数据输入，使用户对任何设计或分析属性有控制权，例如，几何尺寸、材料、边界条件和网格密度等，扩展了传统有限元分析范围以外的能力，并扩充了更高级运算包括灵敏度研究、零件参数化建模、设计修改及设计优化。为用户控制任何复杂计算的过程提供了极大的方便。它实质上由类似于FORTRAN77的程序设计语言部分和1000多条ANSYS命令组成。其中，程序设计语言部分与其它编程语言一样，具有参数、数组表达式、函数、流程控制（循环与分支）、重复执行命令、缩写、宏以及用户程序等。标准的ANSYS程序运行是由1000多条命令驱动的，这些命令可以写进程序设计语言编写的程序，命令的参数可以赋确定值，也可以通过表达式的结果或参数的方式进行赋值。

6、ANSYS 软件有哪些功能？简述它的优缺点。

1）、结构静力分析：用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析，而非线性分析涉及塑性、应力钢化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变。

2）、接触问题分析：与点-面接触单元相比，面-面接触有好几项优点：支持低阶和高阶单元；支持有大滑动和摩擦的大变形，协调刚对阵计算，不对称单元刚度阵的计算；提供工程目的采用更好的接触结果；没有刚体表面形状的限制，刚体表面光滑不是必须的，允许自然的或网格离散引起的表面不连续；允许多种建模控制。难点：求解之前不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的。 3）、模态分析：有利于计算结构的固有频率和模态；可以是机构设计避免共振或以特定频率进行振动，是工程师认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的；有助于在其他动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）。 4）、谐响应分析（谐波分析）；有利用确定在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。

5）、瞬态动力学分析：有利于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。

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