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ANSYS软件在工程中的应用

范文

李健

摘?要：本文阐述了ANSYS软件的特点和功能，总结了ANSYS软件在国内工程方面的应用情况，展望了其应用前景。

关键词：ANSYS;工程;应用;有限元

中图分类号：TB?文献标识码：A?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.07.082

0?引言

有限单元法和边界元法及有限差分法等为在工程方面中的数值模拟方法，应用和影响最广为有限单元法。随着快速发展的计算机技术，使有限元数值模拟技术逐渐成熟起来，有限元软件的代表之一，ANSYS软件。ANSYS软件可与许多计算机辅助设计软件（如Pro/Engineer，CATIA，AutoCAD等）相兼容，从而达到交换和共享数据的目的。依托于ANSYS 软件的有限元分析，可以使发生在结构内部在试验中无法观察到的一些物理现象被观察到，例如弹体在不均匀介质侵彻过程中的偏转与受力等。

1?ANSYS软件的主要特征及功能

1.1?ANSYS软件的主要特征

与相关有限元软件类比，ANSYS主要特征为：（1）使用时很方便，因ANSYS就是Windows程序;（2）可应用在各种工程中，因ANSYS的软件框架的由各个完整的模块合成;（3）不仅可对结构进行线性求解，还可分析许多种非线性的实例;（4）不仅可以对结构和电磁及流体等方向分别进行独立研究，还可以对它们之间的相互作用进行研究。

1.2?ANSYS软件的主要功能

ANSYS软件可分析大部分工程以及科研中的相关项目。通过ANSYS使用流程可把有限元分析总结为三个步骤：第一，先进行前处理，主要包含定义类型，设置属性，画出模型，分网络等工作;第二是求解，主要包含增约束，增荷载，观察错解，求出结果等工作;第三是后处理，主要包含列出结果，绘制图形，显示动画，得出结论等工作。ANSYS的主要功能如图1所示。

ANSYS软件的以下几种分析常在结构分析时被用到：

（1）通过ANSYS软件对对结构的静力分析，即对结构在静力荷载的作用下，分别对应力和位移来计算，包含线性及非线性两种类型。

（2）通过ANSYS软件对结构模态的分析可得出线性结构的振型、自振频率。

（3）用来决定结构对依据时间以正弦改变的荷载作用时的响应，可通过ANSYS软件对结构谐响应的分析来得出。

（4）通过响应谱导致结构产生的应力和应变数值分析及与模态分析相结合的方式来进行的结构分析为ANSYS软件对结构谱分析。

（5）通过ANSYS软件对结构瞬态动力响应分析，可以用来决定结构对根据时间任意变化的荷载出现时的动力学响应。

（6）计算屈曲荷载以及确定屈曲模态可通过ANSYS软件对结构屈曲分析来实现，从而使结构失去稳态时的荷载大小以及判定荷载作用时结构是不是失去稳态等问题得以明确，主要有线性屈曲分析及非线性屈曲分析两种类型。

2?在工程中的推广及应用

ANSYS在工程的各个行业、各种结构和各种课题中，已得到了广泛的应用，下面主要论述ANSYS软件在结构工程中的应用。

2.1?各种结构构件的承载力、静、动力分析

ANSYS可以用于工程的结构的静力和动力的分析，具有计算工程整体结构和局部结构稳定性的功能。将ANSYS软件用于高轴压比高强混凝土框架柱单调荷载-位移关系曲线的分析。

2.2?高层建筑的地震反应分析

利用ANSYS中的模态分析和谱分析功能，先通过模型建立和模态分析谱的分析，从而得出设计反应谱下工程结构的响应谱，进而可分析出来一般建筑结构的地震反应。考虑混凝土材料的非线性，可以使计算结果能够真实反应建筑物在地震作用下的受力和变形。

通过ANSYS软件的模态分析及谱分析功能，首先实现了高层建筑阵型分解反应谱法的抗震计算，之后上海21世纪中心大厦，采用ANSYS进行了整体分析。

2.3?大跨空间结构的分析

ANSYS软件还可用于大跨空间结构的分析，如索膜结构;板壳结构;平板型网架结构等ANSYS的分析。

芦山县中学网架地震作用利用有限元软件 ANSYS进行了数值模拟，分析结果表明，结构在支座处产生的水平力在地震作用下远远大于锚栓的抗剪强度，故支座必然产生破坏，这与调查结果是一样的。利用ANSYS对中国国家大剧院进行竖向荷载下的静力分析、超级椭球顶的稳定性分析和自振特性分析。用ANSYS软件对郑州国际会展中心展厅的钢屋盖进行了动力特性分析。

2.4?消能减震结构和隔震方面的分析

在工程领域已进入逐步推廣应用阶段的耗能减震控制技术，与其相关的结构耗能减震控制的设计指南或设计规范已经或正在被许多国家制定。通过ANSYS软件的二次开发功能，编制出来用户定制的应力应变关系，使用模拟阻尼器的非线性力学特性来解决。

2.5?大坝结构分析

在利用有限元件对坝体工程进行分析时，采用一些的手段方法使结构简化后再进行分析。先进行三维问题简化，以弹性力学理论为依据，先进行二维模型转换，再进行平面模型转换，最后的有限元件的分析利用 ANSYS软件进行，从而使设计的需要利用有限元力学分析结果来满足。

2.6?地下工程及隧道

20世纪以来，隧道及地下工程快速的发展。在进行隧道及地下进行结构设计时，第一，把隧道及地下的结构设计模型明确出来;第二，将结构的受力进行系统化分析;第三，行仿真分析;第四，用ANSYS软件进行三维的仿真模型建立。

3?结论

利用传统的方式分析绝大多数的工程结构的话过程会很复杂，这个问题正好被ANSYS的发展很完美的解决了。分析绝大多数的工程结构最有效和最为优越的方法为有限元件进行数值的分析法。中国规范与ANSYS软件的结合、国外及国内的相类似软件与ANSYS软件的连接、工程结构的地震反应分析中的应用及前瞻性的前景很广阔。

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