1.1完成典型的ANSYS分析
ANSYS軟件具有多種有限元分析的能力，包括從簡單線性靜態(tài)分析到復雜的非線性瞬態(tài)動力學分析。在ANSYS分析指南手冊中有關于它開展不同工程應用領域分析的具體過程。本章下面幾節(jié)中描述了對絕大多數分析皆適用的一般步驟。
一個典型的ANSYS分析過程可分為三個步驟：
·建立模型
·加載并求解
·查看分析結果
1.2建立模型
與其他分析步驟相比，建立有限元模型需要花費ANSYS用戶更多時間。首先必須指定作業(yè)名和分析標題，然后使用PREP7前處理器定義單元類型、單元實常數、材料特性和幾何模型。
1.2.1指定作業(yè)名和分析標題
該項工作不是強制要求的，但ANSYS推薦使用作業(yè)名和分析標題。
1.2.1.1定義作業(yè)名
作業(yè)名是用來識別ANSYS作業(yè)。當為某項分析定義了作業(yè)名，作業(yè)名就成為分析過程中產生的所有文件名的第一部分（文件名）。（這些文件的擴展名是文件類型的標識，如 .DB）通過為每一次分析給定作業(yè)名，可確保文件不被覆蓋。如果沒有指定作業(yè)名，所有文件的文件名均為FILE或file（取決于所使用的操作系統(tǒng)）�？砂聪旅娣椒ǜ淖冏鳂I(yè)名。
·進入ANSYS程序時通過入口選項修改作業(yè)名�？赏ㄟ^啟動器或ANSYS執(zhí)行命令。詳見ANSYS操作指南。
·進入ANSYS程序后，可通過如下方法實現：
命令行方式：/FILENAME
菜單方式：Utility Menu>File>Change Jobname
/FILENAME命令僅在Begin level（開始級)才有效，即使在入口選項中給定了作業(yè)名， ANSYS仍允許改變作業(yè)名。然而該作業(yè)名僅適用于使用/FILNAME后打開的文件。使用/FILNAME命令前打開的文件，如記錄文件Jobname.LOG、出錯文件Jobname.ERR等仍然是原來的作業(yè)名。
1.2.1.2定義分析標題
/TITLE命令 (Utility Menu>File>Change Title)可用來定義分析標題。ANSYS系統(tǒng)將在所有的圖形顯示、所有的求解輸出中包含該標題�？墒褂�//STITLE命令加副標題，副標題將出現在輸出結果里，而在圖形中不顯示。
1.2.1.3定義單位
ANSYS軟件沒有為分析指定系統(tǒng)單位，除了磁場分析外，可使用任意一種單位制，只要保證輸入的所有數據都是使用同一單位制里的單位（對所有輸入數據單位必須一致）。
對尺寸按照微米規(guī)則的微電子力學系統(tǒng)（MEMS），參見ANSYS藕合場分析指南中的單位制的轉換規(guī)則。
使用/UNITS命令，可在ANSYS數據庫中設置標記指定正在使用的單位制，該命令不能將一個單位制的數據轉換到另一單位制，它僅僅為后續(xù)的分析作一個記錄。
1.2.2定義單元的類型
在ANSYS單元庫中有超過150種的不同單元類型，每個單元類型有一個特定的編號和一個標識單元類別的前綴，如BEAM4, PLANE77, SOLID96等，下面一些單元類型可用：
單元類型決定了單元的：
·自由度數（又代表了分析領域—結構、熱、磁場、電場、四邊形、六面體等）
·單元位于二維空間還是三維空間
如BEAM4有6個結構自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)，是一個線性單元，可在3D空間建模。PLANE77有一個溫度自由度（TEMP），是8節(jié)點的四邊形單元，只能在2D空間建模。
必須在通用前處理器PREP7內定義單元類型，使用ET命令族(ET, ETCHG等)或基于GUI的等效命令來實現。詳見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。通過單元名并給定一個單元參考號定義單元。例如，下面的兩個命令分別定義了兩種單元類型：BEAM4和SHELL63，并給它們分配了相應的參考號1和2：
ET,1,BEAM4
ET,2,SHELL63
與單元名對應的類型參考號表稱為單元類型表。在定義實際單元時，可通過TYPE（Main Menu>Preprocessor> Create>Elements>Elem Attributes）命令指向恰當的類型參考號。
許多單元類型有稱為KEYOPTs的另外選項，稱之為KEYOPT（1），KEYOPT（2）等。例如對于BEAM4的KEYOPT(9)允許選擇在每個單元的中間位置處計算結果。對于SHELL63的KEYOPT(3)允許抑制過度的位移變形�？赏ㄟ^ET命令、KEYOPT命令（Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete) 指定KEYOPTs。
1.2.3定義單元實常數
單元實常數是依賴單元類型的特性，如梁單元的橫截面特性。例如2D梁單元BEAM3的實常數是面積（AREA）、慣性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切變形常數（SHEARZ）、初始應變（ISTRN）和附加的單位長度質量（ADDMAS）。并不是所有的單元類型都需要實常數，同類型的不同單元可以有不同的實常數值。
可通過R族命令（R, RMODIF等）或相應的等效菜單路徑來指定實常數，進一步信息見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。對應于單元類型，每組實常數有一個參考號，與實常數組對應的參考號表稱為實常數表。在定義單元時可通過REAL命令(Main Menu> Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes)來指定它對應的實常數號。
在定義實常數時，必須牢記以下規(guī)則：
·當使用R族命令時，必須按照ANSYS Elements Reference（ANSYS單元參考手冊）中表4.n.1所示的順序為每個單元類型輸入實常數。
·當用多種單元類型建模時，每種單元類型使用獨自的實常數組（即不同的實常數參考號）。如果多個單元類型參考相同的實常數號，ANSYS會發(fā)出一個警告信息，然而每個單元類型可以參考多個實常數組。
·使用RLIST和ELIST命令可以校驗輸入的實常數。RKEY=1（如下所示）時，RLIST列出所有實常數組的實常數值，ELIST,,,,,1命令產生一個簡單易讀的列表，包括每個單元、實常數號和它們的值。
·對于一維和面單元需要幾何數據（截面積、厚度、直徑等），這些數據都被作為常數�？梢酝ㄟ^下列命令查看輸入值。
Command(s):
/ESHAPEandEPLOT
GUI:
Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape
Utility Menu>Plot>Elements
ANSYS 采用實體單元顯示單元，對于Link 和殼單元使用矩形截面顯示。管單元使用圓形截面顯示。截面特性取決于實常數值。
1.2.3.1創(chuàng)建橫截面
如果使用BEAM188或BEAM189創(chuàng)建模型，可以在建模時使用截面命令（SECTYPE, SECDATA等（Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Common Sects））來定義或使用橫截面。關于如果使用Beam Tool創(chuàng)建截面請參閱ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide中的梁分析和橫截面（《ANSYS高級分析技術指南》）。
1.2.4定義材料特性
絕大多數單元類型需要材料特性。根據應用的不同，材料特性可以是線性（見線性材料特性）或非線性（見非線性材料特性）。
與單元類型、實常數一樣，每一組材料特性有一個材料參考號。與材料特性組對應的材料參考號表稱為材料表。在一個分析中，可能有多個材料特性組（對應的模型中有多種材料）。ANSYS通過獨特的參考號來識別每個材料特性組。
當定義單元時，可以通過MAT命令來指定合適的材料參考號。
1.2.4.1線性材料特性
線性材料特性可以是常數或溫度相關的，各向同性或正交異性的，用下列方式定義常數材料特性（各向同性或正交異性）
Command(s):
MP
GUI:
Main Menu>Preprocessor>Material Props > Material Models
（詳見GUI中的材料模型界面）
同樣要指定恰當的材料特性標號，如EX, EY, EZ 表示彈性模量，KXX, KYY, KZZ表示熱傳導性等。對各向同性材料，只要定義X方向的特性，其它方向的特性缺省值與X方向同，如：
MP,EX,1,2E11! 材料參考號1的彈性模量為2E11
MP,DENS,1,7800! 材料參考號1的密度為 7800
MP,KXX,1,43! 材料參考號1的熱傳導系數為 43
除了Y方向和Z方向特性的缺省值（缺省值取X方向的特性），可采用其它的材料特性缺省值來減少輸入量。如泊松比（NUXY）缺省值取0.3，剪切模量（GXY）的缺省值取EX/2(1+NUXY))，發(fā)散率缺省值取1.0。詳見ANSYS單元參考手冊。
同樣可通過GUI從材料庫中選擇常數，各向同性，線性材料特性。對10種材料的四種單位制有彈性模量、密度、熱膨脹系數、泊松比、熱傳導系數及特定的熱供選擇。
注意：
材料庫中的特性值是為了方便而提供的，這些數值是材料的典型值，供用戶進行基本分析及一般應用場合，用戶必須自己對輸入數據負責。
要定義溫度相關的材料特性，可使用MP命令并結合MPTEMP或MPTGEN，同樣可使用MPTEMP和MPDATA命令。MP命令允許定義以多項式的形式定義溫度函數的材料特性，多項式可以是線性、二次的、立方形式的或四次的。
特性 = C0 + C1T + C2T2 + C3T3 + C4T4
Cn為系數、T為溫度。可通過MP命令的變元C0、C1、C2、C3、C4輸入系數，如果僅指定C0，則材料特征為常量。如果指定C0和C1，則材料特征隨溫度線性變化；等等。當按上述方法定義溫度相關的特性時，程序用點間線性插值方法（即：分段線性表達式）計算離散溫度點的多項式值，而在端點外則使用等值外插值方法。在MP命令之前，必須使用MPTEMP或MPTGEN命令為二次或更高次特性定義合適的溫度步長。
第二種定義溫度相關的材料特性的方法是：運用MPTEMP和MPDATA命令組合。MPTEMP (或MPTGEN)命令定義一系列溫度。通過MPDATA命令定義相應的材料特性值。例如；下列命令定義材料號4與溫度有關的焓：
MPTEMP,1,1600,1800,2000,2325,2326,2335 ! 6個溫度數據點(temps 1-6)
MPTEMP,7,2345,2355,2365,2374,2375,3000 ! 6個以上的溫度數據點(temps 7-12)
MPDATA,ENTH,4,1,53.81,61.23,68.83,81.51,81.55,82.31! 對應的焓值MPDATA,ENTH,4,7,84.48,89.53,99.05,112.12,113.00,137.40!
如果特性數據點的數量與溫度數據點數不相等，ANSYS程序僅使用定義特性函數表的具有兩類數據點的位置。要為下一個材料特性定義一組不同的溫度，首先須通過執(zhí)行MPTEMP命令（不帶任何變元）刪除當前的溫度表，然后定義新的溫度（使用MPTEMP或MPTGEN命令）。MPPLOT命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Graph)顯示特性與溫度的關系圖。圖1-1表示上例所定義的熱函與溫度關系曲線。MMPLIST命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>List)列出材料的特性值。
下面是關于溫度相關材料特性的一些注意事項：
· 要修改已存在曲線的特性數據點，只需發(fā)出帶有相應位置號的MPDATA命令，重新定義所需的數據點。例如，要將上面熱焓與溫度關系曲線中位置為6的ENTH值從82.31改為83.09，使用的命令為: MPDATA,ENTH,4,6,83.09
· 要修改已存在曲線的溫度數據點，需要兩個命令：帶有相應位置號的MPTEMP命令，指定新溫度值；而MPDRES命令(Main Menu>Preprocessor> Material Props>Modify Temps)則將新的溫度表與材料特性相關聯。如，要將上面熱函與溫度關系曲線中位置為7的溫度從2345改為2340，使用的命令為:
MPTEMP,7,2340! 修改位置7，其他位置不變
MPDRES,ENTH,4! 使材料4的ENTH與新的溫度值相關聯
使用MPDRES命令的原因是：無論何時定義一個溫度相關的特性，溫度與特性數據對就被立即存入數據庫中。修改溫度數據點僅僅影響隨后定義的材料特性，而不影響已存儲的特性。MPDRES命令強制對已存儲的特性進行修改。MPDRES命令的另外兩個用途是可以修改已存儲特性并將它存儲在一個新標識或新材料的參考號下。
MPTRES命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Restore Temps)允許用先前已定義在數據庫中的材料特性替換當前的溫度表。然后能使用先前的溫度數據點定義其他特性。
對于與時間相關的熱膨脹系數（ALPX，ALPY，ALPZ），如果定義它們的基準溫度（定義溫度）與參考溫度（熱應變?yōu)?的溫度，是通過MP,REFT或TREF命令定義的）不同，那么，使用MPAMOD命令該數據轉換為參考溫度。對與該命令等價的GUI路徑，參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。
ANSYS程序在求解中形成單元矩陣時，考慮溫度相關的材料特性。程序首先計算每個單元中心（或每個溫度單元的集中點）的溫度，通過特性-溫度表進行線性插值確定相應的材料特性值。有關ANSYS如何對溫度相關材料進行估指，見“線性材料特性”小節(jié)。
可以將線性材料特性（不論是溫度相關的特性還是常數）存儲到一文件或從文本文件調用它們。（關于材料庫文件的討論，參見“使用材料庫文件”小節(jié)），也可用CDWRITE,MAT將線性或非線性材料特性寫入文件。
注意：
如果在任何ANSYS衍生產品(ANSYS/Emag, ANSYS/Thermal, 等.)中使用CDWRITE命令時，必須編輯CDWRITE命令創(chuàng)建的Jobname.CDB文件，去掉衍生產品中不支持的命令。必須在讀Jobname.CDB前完成此工作。
