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ANSYS的应用及其分析全过程（包含实例详解）

本章主要讲述：

1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；

2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；

总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力

学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但

其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上

都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十

分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应

用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进

行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就

相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅

相关文献或查阅程序的帮助文件。

第二节ANSYS8.0软件概述

ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分

析功能等各方面都有巨大的改进。ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一

般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，

且无必要。对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是

一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，

否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。

还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确

解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应

养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有

限元软件的学习和应用。

本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，

学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅

ANSYS自身的帮助系统。

一．ANSYS在结构分析中的主要功能

ANSYS由一系列子系统组合成一个强大的有限元分析软件，可应用于多领域的研究工

作，具体到结构工程领域，可应用ANSYS软件进行如下工作：

静力分析：求解静力荷载作用下结构的应力及位移等，其中非线性静力分析涉及塑性、

大应变、大变形等问题。

动力分析：包括求解结构的固有频率、模态及随机振动引起的应力和应变等问题。

屈曲分析：求解临界荷载和失稳模态等,可以进行线性和非线性屈曲分析。

非线性分析：几何非线性、材料非线性分析及边界非线性分析等事实上屈曲分析也是

非线性分析的一个问题，但一般的力学文献往往将其单独作为一个问题加以讨论。

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目前，ANSYS在很多大型土木工程中得到了广泛应用，例如上海金茂大厦、国家大剧

院、上海科技馆太空城、二滩电站和三峡工程等，都应用ANSYS进行了有限元仿真分析。

但是ANSYS毕竟不是专业软件，当用于工程设计设计时，可以结合专业软件加以应用，例

如对于单层网壳，可以在MSTCAD中进行分析设计后，转入ANSYS中进行非线性分析，以

确定单层网壳的临界荷载和屈曲模态，但ANSYS的强大功能方便了结构工程的研究工作。

二．ANSYS支持的CAD系统

随着CAD技术的发展，有限元软件一个明显的发展趋势是逐步减少建模的开发力度，

转而开发与CAD软件功能完善兼容性好的CAD借口产品，以减少分析人员的工作量，避免

建模的重复工作，ANSYS实现了与多个CAD系统的数据转换，如SolidWorks等。

.dxfAutoCADMSTCAD图1.27autoCAD与ANSYS的数据接口

.datANSYSANSYS本身提供了一整套完善的建模工具，但对空间结构而言，特别是网

壳结构，由于其造型一般不会是经典的几何曲面，因此要在ANSYS中建立几何模型还是不

太方便，而autoCAD是绘图和建立几何模型的有效工具，ANSYS也可读入AotuCAD的*.sat

文件，因此采用AutoCAD建立几何模型时，所有图素均应转化为实体。但大多数空间结构

的单元多是线单元，不太方便将其定义为实体，应此所建立的几何模