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结构力学仿真软件：ANSYS：结构力学基础理论
1绪论
1.1结构力学仿真概述
结构力学仿真是一种利用计算机软件对结构在各种载荷作用下的响应进行
预测的技术。它基于结构力学的基本原理，如静力学、动力学、材料力学和有
限元方法，来分析结构的应力、应变、位移、振动等特性。结构力学仿真广泛
应用于航空航天、汽车、建筑、机械设计等领域，帮助工程师在设计阶段评估
结构的安全性和性能，减少物理原型的制作和测试，从而节省成本和时间。
1.2ANSYS软件介绍
ANSYS是一款全球领先的工程仿真软件，由ANSYS公司开发。它提供了一
套全面的解决方案，用于预测和优化产品和制造过程的性能。ANSYS软件的核
心功能之一是结构力学分析，它能够处理静态、动态、热力学、电磁学等多种
物理场的仿真。ANSYS的结构力学模块，如ANSYSMechanicalAPDL，使用有限
元方法来解决复杂的工程问题，支持线性和非线性分析，包括材料非线性、几
何非线性和接触非线性。
1.2.1ANSYSMechanicalAPDL示例
以下是一个使用ANSYSMechanicalAPDL进行简单梁的静态分析的示例。我
们将分析一根两端固定的梁在中部受到垂直载荷时的应力和位移。
/prep7
et,1,beam188
r,1,1,1,1
a,1,1,0,0,10,0
a,2,1,10,0,20,0
d,1,ux,uy,uz,urx,ury,urz
d,2,ux,uy,uz,urx,ury,urz
f,10,fx,0
f,10,fy,-1000
nsel,s,loc,y,10
esel,s,type,,1
nsol,1,ux,,,
nsol,2,uy,,,
nsol,3,uz,,,
nsol,4,ex,,,
nsol,5,ey,,,
1
nsol,6,ez,,,
nsol,7,sx,,,
nsol,8,sy,,,
nsol,9,sz,,,
nsol,10,se,,,
nsol,11,sc,,,
nsol,12,sv,,,
/post1
prnsol,ux,uy,uz,ex,ey,ez,sx,sy,sz,se,sc,sv
1.2.2示例解释
1./prep7：进入预处理模式。
2.et,1,beam188：定义单元类型为beam188，这是一种3D梁单元。
3.r,1,1,1,1：定义材料属性，这里假设材料的弹性模量和泊松比分别
为1。
4.a,1,1,0,0,10,0和a,2,1,10,0,20,0：创建两个梁，长度分别为10和
10，总长度为20。
5.d,1,ux,uy,uz,urx,ury,urz和d,2,ux,uy,uz,urx,ury,urz：在梁的两端施
加固定约束。
6.f,10,fx,0和f,10,fy,-1000：在梁的中部施加垂直向下的载荷1000。
7./post1：进入后处理模式。
8.prnsol,ux,uy,uz,ex,ey,ez,sx,sy,sz,se,sc,sv：输出位移、应变和应力的
结果。
这个示例展示了如何在ANSYS中定义一个简单的结构力学问题，包括材料
属性、几何形状、边界条件和载荷，并进行后处理以查看结果。通过调整参数
和复杂度，可以使用ANSYS解决更广泛的工程问题。
2结构力学基础
2.1应力与应变
2.1.1原理
应力（Stress）和应变（Strain）是结构力学中的基本概念，用于描述材料
在受力作用下的反应。应力定义为单位面积上的内力，通常用符号σ表示，单
位是帕斯卡（Pa）。应变定义为材料在受力作用下发生的形变程度，通常用符号
ε表示，是一个无量纲的量。
2
2.1.2内容
2.1.2.1应力
正应力：垂直于截面的应力，用σ表示。
剪应力：平行于截面的应力，用τ表示。
2.1.2.2应变
线应变：长度变化与原长的比值，用ε表示。
剪应变：角度变化，用γ表示。