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ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域都有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，是国际流行的有限元分析软件。
ANSYS主要用于分析结构的变形、应力、应变和反力等。结构分析包括以下内容。
1）静力分析
静力分析用于载荷不随时间变化的场合，是机械专业应用最多的一种分析类型。ANSYS的静力分析不仅可以进行线性分析，还支持非线性分析，如接触、塑性变形、蠕变、大变形、大应变问题的分析。
2）动力学分析
动力学分析包括模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析。模态分析用于计算结构的固有频率和振型（见图0-1）。谐响应分析用于计算结构对正弦载荷的响应。瞬态动力学分析用于计算结构对随时间任意规律变化的载荷的响应，且可以包含非线性特性。谱分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地震载荷）的动力响应。
3）用ANSYS/LS-DYNA进行显式动力学分析
ANSYS能够分析各种复杂几何非线性、材料非线性、状态非线性问题，特别适合求解高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力学问题。
4）其他结构分析功能
ANSYS还可用于疲劳分析、断裂分析、随机振动分析、特征值屈曲分析、子结构/子模型分析。
热分析通过模拟热传导、对流和辐射3种热传递方式，以确定物体中的温度分布（见图0-2）。ANSYS能进行稳态和瞬态热分析，能进行线性和非线性分析，能模拟材料的凝固和熔化过程。
图0-1 圆盘的模态分析
图0-2 转炉托圈的温度分布
ANSYS可以用来分析电磁场的多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力、运动效应、电路和能量损失等。分析的磁场可以是2D的或3D的，可以是静态的、瞬态的或谐波的，可以是低频的或高频的。另外，ANSYS还可以解决静电学、电流传导、电路耦合等电磁场相关问题。
ANSYS的流体动力学分析可用来解决2D、3D流体动力场问题，可以进行传热或绝热、层流或湍流、压缩或不可压缩等问题的研究。
（1）具有强大的建模能力，用ANSYS本身的功能即可创建各种形状复杂的几何模型。
（2）具有强大的求解能力，ANSYS提供了多种先进的直接求解器和迭代求解器，可以由用户指定，也可以由软件根据情况自行选择。
（3）不但可以对结构、热、流体、电磁场等单独物理场进行研究，还可以对这些物理现象的相互影响进行研究。例如，热-结构耦合、流体-结构耦合、电-磁-热耦合等。
（4）集合前后处理、求解及多场分析等功能于一体，使用统一的数据库。
（5）具有强大的非线性分析功能。
（6）良好的用户界面，且在所有硬件平台上具有统一界面，使用方便。
（7）具有强大的二次开发功能，如应用宏、参数设计语言、用户可编程特性、用户自定义语言、外部命令等功能，可以开发出适合用户自己特点的应用程序，并对ANSYS功能进行扩展。
（8）具有强大的网格划分能力，提供了多种网格划分工具，能进行智能网格划分。
（9）提供了与常用CAD软件的数据接口，可精确地将在CAD系统下创建的模型传入ANSYS中，并对其进行操作。
（10）可以在有限元分析的基础上进行优化设计。
ANSYS Mechanical Enterprise是一款功能最全面的通用结构力学仿真分析软件，其包括了线性/非线性分析、静力学、隐式动力学、显式动力学、多刚体/刚柔混合动力学、多体水动力学、复合材料分析、疲劳分析、优化分析等在内的所有结构分析功能。此外，ANSYS Mechanical Enterprise还支持热分析、声学分析、压电分析，以及热-结构、电-热、磁-结构、电-热-结构等多物理耦合功能；同时集成于ANSYS协同仿真平台ANSYS Workbench，可以与ANSYS的流体产品CFX、Fluent，电磁产品Maxwell等实现无缝的电磁-流体-结构的多场耦合分析。
ANSYS Mechanical Premium是一款高级的结构分析软件，它具有ANSYS Mechanical Enterprise的大部分分析功能。
ANSYS LS-DYNA——通用显式动力学仿真软件。ANSYS LS-DYNA将LS-DYNA显式求解算法与ANSYS前后处理程序组合在一起，发挥各自优势，特别适合求解各种2D、3D结构的高度非线性动力冲击问题。
ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，包含了所有基于物理仿真的ANSYS软件，各种软件之间能够实现自动连接，数据可以实现无缝通信。
ANSYS Workbench的特点包括：
（1）轻松管理所有ANSYS产品的数据。
（2）在单个界面中集成多个分析。
（3）通过自动数据传输节省时间。
（4）创建更高保真度的模型。
了解一些ANSYS内部结构有助于指导用户正确操作软件，并发现错误原因。
ANSYS按功能提供了10个处理器，不同的处理器用于执行不同的任务。例如，PREP7预处理器主要用于模型创建、网格划分。ANSYS常用处理器的功能如表0-1所示。
表0-1 ANSYS常用处理器的功能
一个命令必须在其所属的处理器下执行，否则会出错。例如，只能在PREP7预处理器下执行关键点创建命令KP。但有的命令属于多个处理器，如载荷操作既可以在PREP7预处理器下执行，又可以在SOLUTION求解器中使用。
刚进入ANSYS时，软件位于BEGIN（开始）级，也就是不位于任何处理器下。有两种方法可以进入处理器：图形用户交互方式和命令方式。例如，欲进入PREP7预处理器，可以选择菜单Main Menu→Preprocessor，或者在命令窗口输入/PREP7。退出某个处理器可以选择菜单Main Menu→Finish，或者在命令窗口输入并执行FINISH命令。
与其他的通用有限元软件一样，ANSYS执行一个典型的分析任务要经过3个步骤：前处理、求解、后处理。
1）前处理
在分析过程中，与其他步骤相比，建立有限元模型需要花费操作者更多的时间。在前处理过程中，先指定任务名和分析标题，然后在PREP7预处理器下定义单元类型、单元实常数、材料特性和有限元模型等。
（1）指定任务名和分析标题。该步骤虽然不是必须的，但ANSYS推荐使用任务名和分析标题。
（2）定义单位制。ANSYS对单位没有专门的要求，除了磁场分析以外，只要保证输入的数据都使用统一的单位制即可。这时，输出的数据与输入数据的单位制完全一致。
（3）定义单元类型。从ANSYS提供的单元库内根据需要选择单元类型。
（4）定义单元实常数。在选择了单元类型以后，有的单元类型需要输入用于对单元进行补充说明的实常数。是否需要实常数及实常数的类型，由所选单元类型决定。
（5）定义材料特性，指定材料特性参数。
（6）定义截面。
（7）创建有限元模型。
2）求解
建立有限元模型以后，首先需要在SOLUTION求解器下选择分析类型，指定分析选项，然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行初始化并求解。
（1）选择分析类型和指定分析选项。在ANSYS中，可以选择下列分析类型包括静态分析、模态分析、谐响应分析、瞬态分析、谱分析、屈曲分析、子结构分析等。不同的分析类型有不同的分析选项。
（2）施加载荷和约束。在ANSYS中约束被处理为自由度载荷。ANSYS的载荷共分为6类：DOF（自由度）载荷、集中力和力矩、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷和耦合场载荷。如果按载荷施加的实体类型划分的话，ANSYS的载荷又可以分为直接施加在几何实体上的载荷和施加在有限元模型即节点、单元上的载荷。
（3）指定载荷步选项。主要是对载荷步进行修改和控制，如指定子载荷步数、时间步长、对输出数据进行控制等。
（4）求解。主要工作是从ANSYS数据库中获得模型和载荷信息，进行计算求解，并将结果写入结果文件和数据库中。结果文件和数据库文件的不同点是，数据库文件每次只能驻留一组结果，而结果文件保存所有结果数据。
3）后处理
求解结束以后，就可以根据需要使用POST1通用后处理器或POST26时间历程后处理器对结果进行查看了。POST1通用后处理器用于显示在指定时间点上选定模型的计算结果，POST26时间历程后处理器用于显示模型上指定点在整个时间历程上的结果。
ANSYS常用的命令输入方法有两种：
1）GUI（图形用户界面）交互式输入
该方式用鼠标在菜单或工具条上选择来执行命令，ANSYS会弹出对话框以实现人机交互。优点是直观明了、容易使用，非常适合于初学者。缺点是效率较低，操作出现问题时，不容易发现和修改。
2）命令流输入
优点是方便快捷、效率高，能克服菜单方式的缺点。但要求用户非常熟悉ANSYS命令的使用，此方法适合于高级用户使用。
无论使用哪一种命令输入方法，ANSYS都会将相应的命令自动保存到记录文件（Jobname.LOG）中，可以将由菜单方式形成的命令语句从记录文件（Jobname.LOG）中复制出来，稍加修改即可作为命令流输入。
ANSYS启动步骤：（1）在Windows“开始”菜单执行ANSYS x.x→Mechanical APDL x.x。（2）在Windows“开始”菜单执行ANSYS x.x→Mechanical APDL Product launcher→设置Working directory（工作目录）和Initial Jobname（初始任务名）等→Run。
ANSYS标准的图形用户界面如图0-3所示，主要包括以下几个部分。
（1）Main Menu（主菜单）。包含各个处理器下的基本命令，它是基于完成分析任务的操作顺序进行排列的，原则上是完成一个处理器下的所有操作后再进入下一个处理器。该菜单为树状弹出式菜单结构。
（2）Utility Menu（通用菜单）。包含了ANSYS的全部公共命令，如文件管理、实体选择、显示及其控制、参数设置等。该菜单为下拉菜单结构，可直接完成某一功能或弹出对话框。
（3）Graphics Window（图形窗口）。该窗口显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的模型及分析结果等图形。
（4）Command Input Area（命令输入窗口）。该窗口用于输入ANSYS命令，显示当前和先前输入的命令，并给出必要的提示信息。
（5）Output Window（输出窗口）。该窗口显示软件运行过程的文本输出，即对已经进行操作的响应信息的输出，通常隐藏于其他窗口之后，需要查看时可提到前面。
图0-3 ANSYS标准的图形用户界面
（6）Toolbar（工具条）。包含了一些常用命令的文字按钮，用户可以根据需要自定义增加、编辑或删除按钮。
（7）Standard Toolbar（标准工具条）。包含了新建分析、打开ANSYS文件等常用命令的图形按钮。
（8）Status and Prompt Area（提示及状态行）。向用户显示指导信息，显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。
（9）Display Toolbar（显示控制工具条）。包含了窗口选择、改变观察方向、图形缩放、旋转、平移等常用显示控制操作的图形按钮。
对话框提供用户和软件的交互平台，了解对话框是熟练掌握ANSYS软件的前提。组成ANSYS对话框的控件主要有文本框、按钮、单选列表、多选列表、单选按钮组、复选框等，这些控件的外观和使用与标准Windows应用程序基本相同，但有些控件也略有不同，下面就一些不同点简单介绍。
单选列表框允许用户从一个列表中选择一个选项。用鼠标单击欲选择的选项，该选项高亮显示，表示该项被选中。如果对话框中有相应编辑框的话，同时该项还会被复制到编辑框中，然后可以对其进行编辑。如图0-4所示是单选列表框的应用实例。单击“PI=3.1415926”，即选中该项，同时该项也出现在了下面的编辑框里，可以对其进行编辑修改。
多选列表框同单选列表框作用基本相同，也是用于选择选项，不同的是多选列表框一次可以选择多个选项。如图0-5所示是多选列表框的应用实例，其中两个选项“SR”“ST”被同时选中。
图0-4 单选列表框
图0-5 多选列表框
双列选择列表框由两个相互关联的单选列表框组成，左边一列选择的是类，右边一列选择的是子项目。根据左边选择的不同，右边会显示不同的选项。使用双列选择列表框可以方便对项目分类、选择。双列选择列表框的应用如图0-6所示。在左边列表中选中“Solid”后，右边列表即显示所属的子项目，即可在其中选中某一项，如“Quad 8 node 183”。
图0-6 双列选择列表框
选择窗口是一种特殊的对话框，用于在图形窗口中选择实体和定位坐标。由于使用频繁，所以单独进行介绍。
选择窗口有两种，一种是实体检索选择窗口（见图0-7），另一种是坐标定位选择窗口（见图0-8）。主菜单中所有前面带有
的菜单项在单击后都会弹出一个实体检索选择窗口，该窗口用于选择图形窗口中已经创建的实体。坐标定位选择窗口用于对一个新的关键点或节点进行坐标定位。
选择窗口由以下几个区域组成。
1）选择模式
选择模式有“Pick”“Unpick”两种，“Pick”模式下处于选择状态，“Unpick”模式下处于取消选择实体状态。可单击鼠标右键来切换两种模式。
图0-7 实体检索选择窗口
图0-8 坐标定位选择窗口
2）选择方法
“Single”：用鼠标左键选择单个实体。
“Box”“Polygon”“Circle”：在图形窗口中建立矩形、多边形或圆形框以选择多个实体。
“Loop”：选择线链或面链。
3）选择状态和数据区域
“Count”：其值为已经选择的实体的数量。
“Maximum”：其值为可以选择实体的最大数量。
“Minimum”：其值为可以选择实体的最小数量。
“WP X”“WP Y”：其值为最后选择点在工作平面上的坐标。
“Global X”“Global Y”“Global Z”：其值为最后选择点在全球坐标系上的坐标。
“Line No”：显示选择实体的编号，实体类型不同时，标题有所变化，如“Area No”。
4）键盘输入区域
在用鼠标直接选择不能准确定位时，从选择窗口的文本框中输入坐标值或实体编号比较方便。
“文本框”：用于输入坐标值或实体编号，各输入值之间要用英文逗号隔开。
“WP Coordinates”“Global Cartesian”：选择输入坐标值所使用的坐标系。
“List of Items”“Min，Max，Inc”：选择输入的实体编号是编号列表，还是最小值、最大值、增量。
5）热点
应在热点附近选择实体。体和面的热点在其中心处，线有3个热点，分别在端部和中点。
典型的对话框都有如下作用按钮：“OK”“Apply”“Reset”“Cancel”和“Help”，它们的作用如下。
“OK”：应用对话框内的改变，并关闭对话框。
“Apply”：应用对话框内的改变，但不关闭对话框，可以继续输入。
“Reset”：重置对话框中的内容，恢复其默认值，不关闭对话框。
“Cancel”：取消对话框中的内容，恢复其默认值，并关闭对话框。
“Help”：帮助按钮。
利用菜单方式输入命令，必须对菜单项的功能和位置有所了解，才能更好地使用它。ANSYS的菜单有两种：通用菜单和主菜单，下面选择关键的菜单项进行简单的介绍。
通用菜单包含了ANSYS的所有公共命令，允许在任何处理器下使用，它采用下拉菜单结构，使用方法与标准Windows下拉菜单相同。通用菜单共包括10项内容，现按其排列顺序就其重要部分进行简单的说明。
1）File菜单
File菜单包含了与文件和数据库操作有关的命令。
File→Clear & Start New：清除当前分析过程，开始一个新的分析过程。
File→Change Jobname：改变任务名。
File→Change Directory：改变ANSYS的工作文件夹。
File→Resume Jobname.db：从当前工作文件夹中恢复文件名为任务名的数据库文件。
File→Resume from：恢复用户选择的数据库文件。
File→Save as Jobname.db：将当前数据库以任务名为文件名保存于当前工作文件夹中。
File→Save as：将当前数据库按用户选择的文件名、路径进行保存。
File→Read Input from：读入并执行一个文本格式的命令流文件。
2）Select菜单
Select菜单用于选择实体和创建组件、部件。
Select→Entities：用于在图形窗口选择实体，该命令经常使用，将在后文详细介绍。
Select→Comp/Assembly：进行组件、部件操作。
Select→Everything：选择模型所属类型的所有实体。
3）List菜单
List菜单用于列表显示保存于数据库中的各种信息。
List→Keypoint/Lines/Areas/Volumes/Nodes/Elements：列表显示各类实体的详细信息。
List→Properties：列表显示单元类型、实常数设置、材料属性等。
List→Loads：列表显示各种载荷信息。
List→Other→Database Summary：显示数据库摘要信息。
4）Plot菜单
Plot菜单用于在图形窗口绘制各类实体。
Plot→Replot：重画图形。
Plot→Keypoints/Lines/Areas/Volumes/Nodes/Elements：在图形窗口显示各类实体。
Plot→Multi-Plots：在图形窗口显示多类实体，显示实体的种类由PlotCtrls→Multi-Plots Controls命令控制。
5）PlotCtrls菜单
PlotCtrls菜单用于对实体及各类图形显示特性进行控制。
PlotCtrls→Pan Zoom Rotate：用于进行平移、缩放、旋转、改变视点等观察设置。
PlotCtrls→Numbering：用于设置实体编号信息。
PlotCtrls→Style：用于控制实体、窗口、等高线等外观。
PlotCtrls→Animate：动画控制与使用。
PlotCtrls→Hard Copy：复制图形窗口到文件或打印机。
PlotCtrls→Multi-Plots Controls：控制Plot→Multi-Plots命令显示的内容。
6）WorkPlane菜单
WorkPlane菜单用于工作平面和坐标系操作及控制。
WorkPlane→Display Working Plane：控制是否显示工作平面的图标。
WorkPlane→WP Settings：用于对工作平面的属性进行设置。
WorkPlane→Offset WP by Increments：通过偏移或旋转，改变工作平面的位置和方向。
WorkPlane→Offset WP to：通过偏移，改变工作平面的位置。
WorkPlane→Align WP with：使工作平面的方向与实体、坐标系对齐。
WorkPlane→Change Active CS to：设置活跃坐标系。
WorkPlane→Local Coordinate Systems：自定义局部坐标系。
主菜单包含了各个处理器下的基本命令。
1）Preferences
图形界面过滤器，通过选择该命令可以过滤掉与分析学科无关的用户界面选项。
2）PREP7预处理器
PREP7预处理器主要用于单元定义、建立模型、划分网格。
Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete：用于定义、编辑或删除单元类型。执行一个分析任务前，必须定义单元类型用于有限元模型的创建。ANSYS单元库包含了100多种不同单元，可以根据分析学科、实体的几何性质、分析的精度等来选择单元类型。
Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete：用于定义、编辑或删除实常数。单元只包含了基本的几何信息和自由度信息，有些类型的单元还需要使用实常数，对其部分几何和物理信息进行补充说明。
Preprocessor→Material Props→Material Models：这是定义材料属性的最常用方法。材料属性可以分为：线性材料和非线性材料；各向同性的、正交异性的和非弹性的；不随温度变化的和随温度变化的，等等。
Preprocessor→Sections：用于定义梁和壳单元横截面、销轴单元的坐标系等。
Preprocessor→Modeling→Create：主要用于创建简单实体或节点、单元。
Preprocessor→Modeling→Operate：通过挤出、布尔运算、比例等操作形成复杂实体。
Preprocessor→Modeling→Move/Modify：用于移动或修改实体。
Preprocessor→Modeling→Copy：用于复制实体。
Preprocessor→Modeling→Reflect：用于镜像实体。
Preprocessor→Modeling→Delete：用于删除实体。
Preprocessor→Meshing：网格划分。
3）SOLUTION求解器
SOLUTION求解器包括选择分析类型、分析选项、施加载荷、载荷步设置、求解控制和求解等。
Solution→Analysis Type→New Analysis：开始一个新的分析，需要用户指定分析类型。
Solution→Analysis Type→Analysis Options：选定分析类型以后，应当设置分析选项。不同的分析类型有不同的分析选项。
Solution→Define Loads→Apply/Delete/Operate：用于载荷的施加、删除和操作。
Solution→Load Step Opts：设置载荷步选项。包含输出控制、求解控制、时间/频率设置、非线性设置、频谱设置等。
Solution→Solve：求解。
Solution→Unabridged Menu/Abridged Menu：切换完整/缩略求解器菜单。
4）POST1通用后处理器
该处理器用于显示在指定时间点上选定模型的计算结果，包括结果读取、结果显示、结果计算等。
General Postproc→Read Results：从结果文件中读取结果数据到数据库中。ANSYS求解后，结果保存在结果文件中，只有读入数据库中才能进行操作和后处理。
General Postproc→Plot Results：以图形显示结果。包括变形显示（Plot Deformed Shape）、等高线（Contour Plot）、矢量图（Vector Plot）、路径图（Plot Path Item）等。
General Postproc→List Results：列表显示结果。
General Postproc→Query Results：显示查询结果。
General Postproc→Nodal Calcs：计算选定单元的节点力、节点载荷及其合力等。
General Postproc→Element Table：用于单元表的定义、修改、删除和数学运算等。
5）POST26时间历程后处理器
用于显示模型上指定点在整个时间历程上的结果，即某点结果随时间或频率的变化情况。所有POST26时间历程后处理器下的操作都是基于变量的，变量代表了与时间或频率相对应的结果数据，参考号为1的变量为时间或频率。
TimeHist Postpro→Define Variables：定义变量。
TimeHist Postpro→List Variables：列表显示变量。
TimeHist Postpro→Graph Variables：图形显示变量。
TimeHist Postpro→Math Operates：对已有变量进行数学运算，以得到新的变量。