想自学有限元分析，有推荐的书或者视频吗？

小小德0301 · 发表于 2017-7-4 17:01:07

非机械专业，想自学有限元分析，求推荐书籍。

滚刀鱼 · 发表于 2017-7-4 17:04:41

ansys的学习笔记估计对别人一点用也没有，没办法，理论性太强！
ANSYS有限元学习笔记
《ANSYS有限元分析》—刘平安（电子工业出版社）
（1）ANSYS有限元的主要术语
单元、节点、节点力、节点载荷、边界条件、位移函数
（2）ANSYS有限元的分析过程
结构离散化、选择位移插值函数、分析单元的力学特性、集合所有单元的平衡方程、用平衡方程求解未知节点位移、计算单元应力
（3）ANSYS有限元求解过程
结构离散化、计算单元刚度矩阵形成总的刚度矩阵、形成节点载荷向量、引入约束条件、求解方程组、输出节点位移、计算并输出单元应力
（4）ANSYS软件的主要功能
结构静力学分析、热稳态分析、流体分析、电磁场分析、声学分析
（5）ANSYS软件分析的基本操作过程
前处理、加载、求解、后处理
（6）ANSYS软件操作方式
鼠标菜单式操作、键盘命令输入操作
（7）ANSYS的坐标系
结果坐标系、显示坐标系、节点坐标系、单元坐标系
（8）ANSYS的参量菜单
标准参量、数组参量、函数定义和载入、参量的存储和恢复
（9）ANSYS的宏菜单
创建宏、执行宏、缩略词
（10）ANSYS的主菜单
Preferences(优先选项)：选择分析任务所涉及的学科，包含结构、热、磁、电和流体分析
Preprocessor(预处理器)：提供了建模、分网格和载荷加载的函数
Solution(求解器)：包含了分析选项、加载、载荷步设置、求解控制和求解运算
General Postproc(通用后处理器)：检查结果的正确性、获取并输出有用的结果，提供了结果读取、结果显示、结果计算和解的定义以及修改功能
TimeHist Postproc(时间历程处理器)：用于观察某点结果随时间和频率的变化，包含了图形显示、列表、微积分操作、响应频谐(即为：正弦载荷)等功能
Session Editor(记录编辑器)：记录了在保存或者恢复操作之后的所有命令。
Finish(结束)
（11）ANSYS几何建模
自底向上的建模
自顶向下的建模
支持IGES格式文件导入
（12）ANSYS网格划分
网格单元形状选择
自由网格划分
映射网格划分
网格单元尺寸控制
局部网格划分控制
内部网格划分控制
延伸生产网格需要指定单元类型、材料号、实常数、单元坐标系、单元数和单元比率
（13）ANSYS载荷定义
结构分析：位移、力、压力、温度（热应力）和重力
热力分析：温度、热流速率、对流、内部热生成和无限表面
磁场分析：磁势、磁通量、磁场段、源流密度和无限表面
电场分析：电势（电压）、电流、电荷、电荷密度和无限表面
流体分析：速度和压力
（14）ANSYS载荷类型
DOF(约束自由度)、力（集中载荷）、表面载荷、体积载荷、惯性载荷和耦合场载荷
（15）ANSYS设定载荷步选项
时间选项、子步数和时间步大小、时间步阶跃、阶跃载荷、递增载荷、非线性选项、动力学分析选项、输出控制和创建多载荷步文件
（16）ANSYS求解器的分类和应用
直接求解法：要求稳定性（非线性分析）或内存受限制时，模型尺寸小于50000自由度。
稀疏矩阵直接求解法：要求稳定性和求解速度（非线性分析）；线性分析时迭代收敛很慢时（尤其对病态矩阵，如形状不好的单元），不适用于PSD光谱分析，模型尺寸在10000-50000自由度。
雅克比共轭梯度法：在单场问题（如热、磁、声、多物理问题）中求解速度很重要时，只适用于静态分析、全谐波分析或者全瞬态分析，模型尺寸在50000-1000000自由度。
不完全分解共轭梯度法：在多物理模型应用中求解速度很重要时，处理其他迭代法很难收敛的模型（几乎是无穷矩阵），只适用于静态分析、全谐波分析或者全瞬态分析，模型尺寸在50000-1000000自由度。
预条件共轭梯度法：当求解速度很重要时（大型模型的线性分析）尤其适用于实体单元的大型模型，只适用于结构分析，它对具有对称、稀疏、有界和无界矩阵的单元有效，适用于静态和稳态分析和瞬态分析或字空间特征分析（振动力学），主要解决位移、转动、温度等，模型尺寸在50000-1000000自由度。
自动迭代法：类似于预条件共轭梯度法，不同的是，它支持8台处理器并进行计算，使用此方法时，必须输入精度水平，只适用于线性静态和线性全瞬态的瞬态结构分析，以及稳态或者瞬态线性和非线性的热分析，模型尺寸在50000-1000000自由度。
分块解法：它支持8台处理器并进行计算，模型尺寸在1000000-10000000自由度。
（17）ANSYS重新启动分析的条件
分析类型必须是静态（稳态）、谐波（二维磁场）或者瞬态（只能是全瞬态），其他的分析不能被重启。
在初始运算中，至少已经完成一次迭代。
初始运算不能因为删除作业、系统中断或系统崩溃被中断。
初始运输和重新启动必须在相同的ANSYS软件版本下进行。
（18）ANSYS后处理器类型
通用后处理器：可以检查整个模型在某一个载荷步和子步的结果。
时间历程后处理器：可以检查模型指定点的特定结果相对于时间、频率或者其他结果项的变化。
（19）ANSYS后处理可用的数据类型
结构分析：基本数据是位移，派生数据是应力、应变和反作用力
热力分析：基本数据是温度，派生数据是热流量、热梯度
磁场分析：基本数据是磁势，派生数据是磁通量、磁流密度
电场分析：基本数据是标准电势，派生数据是电场、电流密度
流体分析：基本数据是速度和压力，派生数据是压力梯度、热流量
（20）ANSYS结构分析类型
静力分析：求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。
模态分析：求解结构的固有频率和模态。
谐波分析：求解结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
瞬态动力分析：求解结构随时间任意变化的载荷作用下的响应。
谱分析：求解结构由于响应谱或者PSD输入（随机振动）而引起的应力和应变。
曲屈分析：求解曲屈载荷和确定曲屈模态。
显式动力分析：求解高度非线性动力学和复杂的接触问题。
其他特殊应用：断裂力学、复合材料、疲劳分析、p-Method
（21）ANSYS静力求解步骤
建立有限元模型---施加载荷和边界条件---求解---结果评价和分析
（22）ANSYS模态分析的作用
是确定结构的振动特性的一种方法，通过它可以确定自然频率、振型和振型参与系数（即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动），可以使结构设计避免共振或者以特定频率进行振动，可以确定结构的固有频率和振型。
（23）ANSYS模态分析的步骤
建立有限元模型：定义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型，指定弹性模量和密度。
指定类型：指定模态分析类型和分析参数选项。
定义主自由度：只有采用Reduced模态提取法时需要定义主自由度。
加载以及求解：可以施加力、压力、温度、加速度等。
（24）ANSYS谐响应分析
是用于确定一个结构在已知频率的正弦载荷作用下结构响应的技术，输入为已知大小和频率的谐波载荷（力、压力或强迫位移），或者同一频率的多种载荷，可以是相同或者不同的，其输入为每一个自由度的谐位移，通常和施加的载荷不相同，或者其他多种导出量，例如应力或者应变等。
谐响应分析多用于旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件，以及受涡流（流体中的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥或塔等。
分析方法：完全法、减缩法和模态叠加法。
（25）ANSYS谐响应分析的步骤
建立有限元模型：指定的载荷必须随时间按正弦规律变化，并且频率相同，只有线性的行为才有效，不能计算瞬态效应，必须指定弹性模量和密度。
加载和求解：首先定义分析类型和载荷选项，确认模态输出格式，加载时，必须指定载荷的幅值、相位角和强制振动频率。
观察模型（后处理）：通常通过POST26和POST1观察结果，一般有限选用POST26找到临街强制频率，用POST1在这些临界强制频率处处理整个模型。
（26）ANSYS的谱分析
是模态分析的扩展，用于计算结构对地震以及其他随机激励的响应，包括单点响应谱、多点响应谱、动力设计分析方法和功率谱密度。
这里指的响应可以是位移、速度、加速度或者力。
谱分析只对线性行为有效，必须指定模型的弹性模量和密度。
（27）ANSYS谱分析的步骤
前处理：建立有限元分析模型，必须是线性模型，指定弹性模量和密度，以及材料属性等。
模态分析：谱分析之前需要做自振频率和固有模态分析，提取模态采用蓝索斯方法、自空间法或者缩减方法，其他方法不适用于谱分析。需要提取足够的模态阶数。需要指定材料的阻尼系数，确定约束住打算施加激励谱的自由度。
谱分析：新建分析---选定分析类型---提取模态阶数---指定载荷步选项---开始求解---离开求解器。
扩展模态：无论采用何种方式的模态提取方法，都需要选择扩展模态，只有扩展后的模态才能进行合并模态操作。
合并模态：进入求解器---定制求解类型---选择一种合并模态方式---开始求解---离开求解器。
合并模态的类型：位移（位移、应力、力等）、速度（速度、应力速度、集中力速度等）、加速度（角速度、应力加速度、集中力加速度等）。
后处理：谱分析的结果可以通过通用后处理器来观察分析结果。
（28）ANSYS的非线性分析
非线性结构的基本特征：变化的结构刚性。
非线性行为的原因：状态变化、几个变化和材料非线性。
非线性求解方法：采用牛顿-拉普森平衡迭代法克服每一个载荷步的载荷增量累积误差。
非线性求解的级别：顶层级别是由一定时间范围内明确定义的载荷步组成。在每一个载荷子步内，为了逐步加载可以控制程序来执行多次求解。在每一个子步内，程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的解。
几何非线性：小转动、小挠度和小应变通常假定变形足够小，以至于不考虑由变形导致的刚度阵变化。但是大的变形分析中，必须要考虑由于单元形状或者方向导致的刚度阵变化。大应变、大挠度和大转动，所有梁单元和大多数壳单元以及其他非线性单元都有大挠度或者大转动效应。
应力刚化：结构的外面刚度有时候会受到面内应力的显著影响，这种面内应力于面外刚度的耦合，就所谓应力刚化，在面内应力很大的薄结构（缆索、隔膜）中明显。
旋转软化：旋转软化会调整旋转结构的刚度矩阵来考虑动态质量的影响，这种调整近似于在小挠度分析中考虑大挠度圆周运动引起的几何尺寸的变化，它通常是于旋转模型的离心力所产生的预应力一起使用。
材料非线性：在求解过程中，与材料有关的因子会导致结构的刚度变化。塑性、多线性和超弹性的的非线性应力-应变关系会导致结构刚度在不同载荷（典型的如不同温度变化）阶段发生变化。塑性、蠕变、粘弹性和粘塑性等非线性则与时间、速度、温度以及应力有关系。
塑性：是一种不可恢复、与路径相关的变形现象，施加载荷次序以及在何种塑性阶段施加将影响最终的结果，需要将载荷分解成一系列增量步。塑性分析时，可能还会同时出现其他非线性特性。
多线性：是一种与路径无关的保守响应，其加载和卸载沿相同的应力或者路径。可以使用相对较大的步长。
超弹性：对应变或者变形张量的比例函数进行相应的变项求导，这种材料通常被称为超弹性。
蠕变：跟速度有关的材料非线性，如原子反应器。分为隐性蠕变方式和线性蠕变方式。
形状记忆合金：是指镍钛合金的过弹性行为，材料行为分为三个阶段：奥氏体阶段、马氏体阶段和两者之间的过渡状态。
粘弹性：当去掉载荷，部分变形会跟着消失，比如玻璃。
粘塑性：跟时间和载荷加载速率有关，如高温金属成型过程，滚动锻压会产生很大的塑性变形，弹性却很小。
屈曲：用于确定结构屈曲载荷和屈曲模态的技术。
接触：刚体和柔体接触，半柔体和柔体接触。
（29）ANSYS非线性分析的基本步骤
前处理（建模和分网）：与线性分析类似，通常执行多载荷步增量和平衡迭代。
设置求解控制器：选择Large Displacement Static，不是所有的非线性分析都支持大变形，通常要求多子步或者时间步，需要明确指定时间步长。梁和壳模型或者模型不同区域的材料性能差异较大时选择稀疏矩阵求解器，三维实体模型并且自由度数偏多选择PCG求解器，自动时间步选择、迭代收敛精度、求解方程最大迭代步数、预测校正选项、线性搜索选项和后移准则。
设置其他求解选项：应力刚化、牛顿-拉夫森选项、蠕变准则、时间步开放控制、杀死或者激活单元和单元生与死的替换方法、控制输出。
加载：与结构静力分析一样，惯性载荷和几何载荷的方向是固定，表面载荷在大变形里面会随着机构的变形而改变方向。
求解：与结构静力分析一样，多载载荷必须每一个载荷步指定时间设置、载荷步选项。
后处理（观察模型）：包括位移、应力、应变和反作用力，可以通过通用后处理器和时间历程后处理器观察结果。数据库必须跟求解时使用的是同一个模型，结果文件必须存在且有效。
（30）ANSYS瞬态动力学分析
也叫时间历程分析，用于确定承受任意随时间变化载荷的结构的动力学响应方法。确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力以及力。
完全法：采用完整的系统矩阵计算瞬态响应，允许包括塑性、大变形和大应变等非线性特性。
减缩法：采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模计算书瞬态响应。
模态叠加法：采用模态分析得到的振型乘上因子并求和来计算出结构的响应。
（31）ANSYS瞬态动力学分析的基本步骤
前处理（建模和分网）可以使用线性和非线性单元。
建立初始条件：指定按时间变化的载荷，指定载荷值和时间值，指定初始位移和初始速度，初始条件必须在第一个载荷步上建立。
设定求解控制器：访问求解控制器、利用基本选项、利用瞬态选项和利用其它选项，不能采用弧长法。
设定其它求解选项：与静力学的一样，需要考虑预应力、阻尼选项、质量矩阵形式的影响。
施加载荷：可以施加位移约束、集中力、力矩、压力、温度、流体、重力和向心力等载荷，
设定多载荷步：对于每一个载荷步，都可以根据需要重新定义设定载荷求解控制和选项。
瞬态求解：可以只求解当前载荷步，也可以求解多载荷步。
后处理：POST26用于观察模型中指定点处呈现为时间函数的分析结果，POST1用于观察在给定时间内整个模型的分析结果。
（32）ANSYS结构屈曲分析
非线性屈曲分析：用于非线性静力分析。
特征值屈曲分析：用于预测理想弹性结构的理论屈曲强度。
（33）ANSYS结构屈曲分析的基本步骤
前处理：只允许线性行为和单元，必须定义弹性模量。
获得静力解：必须激活预应力影响，通常只加载一个单元的载荷，特征值相当于对所有施加载荷的放大数倍，可以施加非零约束作为静载荷来模拟预应力。
获得特征值屈曲解：屈曲阶数是指定提取特征值的阶数，默认是1，我们通常只关心第一阶屈曲。
扩展解：必须有屈曲模型文件，必须包括跟特征值求解相同的模型。模态阶数是指定扩展模态的阶数，相对应力是指定是否需要进行应力计算。
后处理：屈曲扩展求解的结果被写入结构结果文件，包括屈曲载荷因子、屈曲模态形状和相对应力分布，通过通用后处理器观察分析结果。
（34）ANSYS热分析
用于计算一个系统或者一个部件的温度分布以及其他物理参数，如热量的获取或者损失、热梯度、热流密度（热通量）等。如内燃机、换热器、管路系统或者电子元器件等。
基于能量守恒的热平衡方程通过有限元法计算各个节点的温度分布，并导出其他的热物理参数。
热传导：是指在几个完全接触的物体之间或者同一物体的不同部位之间由于温度梯度而引起的热量交换。
热对流：是指物体的表面和周围环境之间，由于温差的存在引起的热量的交换，分为自然对流和强制对流。
热辐射：是指某物体发射热能量，被其他物体吸收并转变成热量的能量交换过程。
包括稳态传热和瞬态传热。
热耦合分析：热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合以及热-电耦合和磁-结构耦合。
热分析的边界条件或者初始条件为：温度、热流率、热流密度、对流、辐射、绝热和生热。
（33）ANSYS热分析的基本步骤
稳态热分析（系统温度不随时间变化）如下：
（1）建立模型：定义单元类型和单元选项，设置材料热能参数。
（2）施加载荷：定义分析类型、设置边界条件或者初始条件、施加载荷（包括：温度、热流率、热流密度、对流和生热率。）
（3）设置载荷步选项：时间选项、载荷步的数量、时间步大小、迭代次数、自动时间步长、收敛误差、求解结束选项、线性搜索和预测矫正。
（4）求解：确定分析选项、选择求解器、确定绝对零度。
（5）查看结果：节点温度、节点以及单元的热流密度、节点以及单元的热梯度、单元的热流率、节点的反作用热流率。
瞬态热分析（系统温度随时间明显变化）如下：
（1）建立模型：定义单元类型和单元选项，设置材料热能参数。
（2）施加载荷：定义分析类型、选择求解器、确定绝对零度、定义均匀温度场、设定初始温度、设定载荷，设定时间步、写入载荷步文件。
（3）设定载荷步选项：设定载荷步结束时间、时间增量、迭代次数、自动时间步长、时间积分效果。
（4）求解：保存模型，求解。
（5）查看结果：可以读出某一时间点的结果、某一载荷步的结果。
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滚刀鱼 · 发表于 2017-7-4 17:09:39

我也在自学，看过几本书，还没入门，现在在补力学和数学得知识。总结：还是先从实例入手，先学会基本操作，做实例很有挫败感，一个小操作没做对，结果就出不来！

陈杰111 · 发表于 2017-7-4 17:15:19

软件的使用不难，难的是如何去理解每个参数的内容和意义，理论知识最重要，建议先找几本基础的书看看再说吧。

小小德0301 · 发表于 2017-7-4 17:17:43

陈杰111 发表于 2017-7-4 17:15
2 r0 |& N5 y* c7 J) P软件的使用不难，难的是如何去理解每个参数的内容和意义，理论知识最重要，建议先找几本基础的书看看再说吧 ...

恩恩我也是这么想的所以想求推荐几本必看的书。你有什么推荐的吗？

小小德0301 · 发表于 2017-7-4 17:19:46

滚刀鱼发表于 2017-7-4 17:09
) y9 _+ X7 V1 C) C# M0 ]我也在自学，看过几本书，还没入门，现在在补力学和数学得知识。总结：还是先从实例入手，先学会基本操作， ...

一下发这么多我都晕了。现在用Solidowrks绘图但是一到应力分析什么的都看不懂。

陈杰111 · 发表于 2017-7-4 17:34:31

小小德0301 发表于 2017-7-4 17:172 v7 t% {$ \0 @+ r, e% h: D
恩恩我也是这么想的所以想求推荐几本必看的书。你有什么推荐的吗？

你是学热分析还是机械受力分析？

陈杰111 · 发表于 2017-7-4 17:38:00

推荐这本书吧！https://detail.tmall.com/item.ht ... ns=1&abbucket=5 我之前有买过，通过各个案例来讲解的，分析到位，步骤详细，而且不贵。

陈杰111 · 发表于 2017-7-4 17:41:01

有一本书叫《ANSYS Workbench工程实例详解》许京荆新华书店正版畅销图书籍还不错，讲解案例的，步骤讲得比较详细，而且分析很到位，X宝上买只要20多元一本，你可以去看看，我只能帮到这里了！

陈杰111 · 发表于 2017-7-4 17:42:41

小小德0301 发表于 2017-7-4 17:19! @, H$ |8 Q+ y' x6 _
一下发这么多我都晕了。现在用Solidowrks绘图但是一到应力分析什么的都看不懂。

可以去图书馆找几本理论力学，机械原理的书看看，理论先掌握了再说吧，软件只是一个工具而已!

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