有限元分析软件 ANSYS 分析简单结构力学静力问题讨论
文/古娜
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近年来，世界各国不断开发各种通用的程序系统，应用领域
扩展到各种领域的分析，从线性
到非线性、从单一场到若干个场。但是当今最为通用的有限元，是
美国公司研究的大型有限元程序：ANSYS。笔者通过平时学习，积累
了较多 ANSYS 中所学到的一些经验，本文将详细介绍 ANSYS 的基
础理论和其结构力学中所包含的问题，同时对 ANSYS 进行初步验
证和分析以及对结构力学问题展开了详细的讨论。研究了解 ANSYS
中所存在的所有问题，加以分析其注意事项。
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【关键词】ANSYS 有限元 结构力学 问题经验
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有限元是连续体力学对飞机结构的动力和飞机结构中静力特性的分析 , 其中运用到分
析数值的方法。另外，有限元的一个重要研究组成部分是有限元的使用计算机程序。随着科
技的发展，计算机也同时发展壮大起来。在二十一世纪前期，大型的有限元通用计算机分
析软件已经诞生。这些通用的有限元计算机软件和大型的有限元计算机软件，其功能非常强
大、计算效果极为可靠以及工作效率极高，因而逐渐成为结构力中较为有用的工具。
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1 ANSYS简要介绍
ANSYS 是在二十一世纪前期诞生的工程分析软件，当时开发 ANSYS 的目的是为了电
力工业，但是 ANSYS 现在已经被土木工程、电子、航天等各个领域所应用，它可以满足各
领域分析有限元的需要。特别是针对土木工程，ANSYS 提供了专门分析方式即“CivilFEM”。
传统的 ANSYS 功能较为单一、使用较为不便，但是经过多年的发展，ANSYS 的功能
也发生了巨大的变化，其功能变得更加强大、使用操作时也变得极为简单和方便。ANSYS
经过不断的改善之后提供了较为完善的联机说明以及详细的联机帮助系统，使用者能够更加
方便有效的学习该软件。ANSYS 分为三个模块：后处理模块、分析模块以及前处理模块。
这些模块的分析和计算功能极为强大，而且数据接口相对较多，接口极为通用。ANSYS自5.7
版本诞生之后，其提供了图形界面即“GUI”，它给予用户学习 ANSYS 以及使用 ANSYS 提
供了较为直观的方法，同时命令流提供给权限较高的用户更加灵活的分析手段以及极为高效
的分析手段。
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2 ANSYS验证分析
使用 ANSYS 分析结构力学，首先需要检验 ANSYS 可靠的分析结果。使用模型提取数
据即为验证分析的过程，与分析结果进行比较，验证 ANSYS 的可靠性，例如下面的问题进行
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分析：
某单悬臂梁，长度为 500mm，集中荷载100N，泊松比 0.33，弹簧 70000Mpa。抛出单
悬臂梁自身重量，截面成宽为 15mm，高为12mm 的矩形。该问题的分析为：计算支座反
力的结果为：RY=100N，MZ=50000Nmm，计算最大位移的结果为：17.637mm。以上问题
的求解命令如下面所示：FINISH
/CLEAR,NOSTART! 清空当前信息
/PREP7! 进入前处理求解器
K,1,0,0! 定义关键点
K,2,500,0L,1,2 ! 画直线
ET,1,BEAM3! 选定 BEAM3 为建模单元
R,1,180,3375,12 ! 定义 BEAM3 单元的实常数
MP,EX,1,7e4! 定义材料特性
MP,PRXY,1,0.33ESIZE,100
! 定义分析类型 STATICDK,1,ALL
! 固定节点 1 的所有素有度，模拟固定端
FK,2,FY,-100! 施加载荷SOLVE
！求解FINISH
3 结构力学的注意事项分析使用 ANSYS 软件分析结构力学需要注意
以下几个事项：
（1）在结构力学中，常会存在铰联结的问题，ANSYS 软件处理该问题时，需要根据不同的问题进行不同对待。
（2）划分结构单元时，需要便于荷载施加的约束，使分析结果能清晰的体现结构的变形情况以及受力情况。通常在支座处和均布力
突变处，以及集中力作用点应该设置节点。
（3）结构力学位移的重要概念为两种坐标，整体和局部，使用 ANSYS 软件处理结
构力学时，整体坐标和局部坐标直接关系到后结果的问题分析。ANSYS 中包含一些线单
元，例如 PIPE、BEAM 以及 SPAR 等，如果需要查看应变数据以及应力数据时，就需要到
（“GP>ET>DT”简称）中获取相应的数据，最后由制表或制图显示所需的结果，局部坐标
系下所有数据是单元结果的信息，在制表或者制图时，应该注意单元中所有节点相对应。在
提取单元结果时，必须注意整体坐标下和局部坐标下分开信息区，否则后处理提供的的信息
便会出现错误。
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4 结论
综上所述，在学习和实践使用 ANSYS 解决结构力学的问题中经常会碰到较多的疑问，
譬如怎样绘制结构线、包弯矩络图等，以及怎样施加给机构不利荷载。虽然很多问题在其它
分析中时也会遇到此类问题，但是只要深入学习 ANSYS 软件，在解决结构力学时所有的问
题都会迎刃而解。本文主要针对有限元分析软件 ANSYS 分析简单结构力学静力问题讨论，
以及对 ANSYS 进行简要的讲解和简单验证分析 ANSYS 以及提出了结构力学的注意事项。
ANSYS 软件功能极为强大，但是其主要的应用并不是分析结构力学，而是针对大型复杂结
构做出局部分析研究以及整体分析研究。
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参考文献
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[2] 宋明强 . 基于 ANSYS 的板式橱柜家具力学性能分析研究 [D]. 东北林业大学，2008.
[3] 胡正平 . 索网穹顶结构协同作用特性及施工全过程跟踪研究 [D]. 中国矿业大学（北京），2013.
[4] 周林仁 . 桥梁的几类 SHM Benchmark 及模型修正的子结构与响应面方法 [D]. 大连理工大学，2012.
作者单位哈尔滨工程大学船舶工程学院 黑龙江省哈尔滨市 150001
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