ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1

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ANSYS实例分析75道(含结果)

【ANSYS 算例】3.4.2(1) 基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step)下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。

背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。

该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。

桥长L=32m,桥高H=5.5m 。

桥身由8段桁架组成，每段长4m 。

该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg ，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P 1 ，P 2和P 3 ，其中P 1= P 3=5000 N, P 2=10000N ，见图3-23。

图3-22位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数构件惯性矩m 4 横截面积m 2顶梁及侧梁(Beam1) 643.8310m -⨯322.1910m -⨯ 桥身弦梁(Beam2) 61.8710-⨯31.18510-⨯ 底梁(Beam3)68.4710-⨯ 33.03110-⨯解答以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。

(1) 进入ANSYS （设定工作目录和工作文件）程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory （设置工作目录）→ Initial jobname （设置工作文件名）:TrussBridge → Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu ：Preferences… → Structural → OK(3) 定义单元类型ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window)(5) 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density(定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口）(6) 构造桁架桥模型生成桥体几何模型ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格)(7) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束)→Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束)→OK(8) 施加载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything(9) 计算分析ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK(10) 结果显示ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK （返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))定义线性单元I节点的轴力ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_I], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close定义线性单元J节点的轴力ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_J], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close画出线性单元的受力图(见图3-24(b))ANSYS Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Line Elem Res →LabI: [ bar_I], LabJ: [ bar_J], Fact: [1] →OK(11) 退出系统ANSYS Utility Menu：File →Exit →Save Everything →OK(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为25 380N图3.24 桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果【ANSYS算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析!%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(2) %%%%% begin %%%%%%!------注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------/prep7 !进入前处理/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间!=====设置单元和材料ET,1,BEAM3 !定义单元类型R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度!-----定义几何关键点K,1,0,0,, $ K,2,4,0,, $ K,3,8,0,, $K,4,12,0,, $K,5,16,0,, $K,6,20,0,, $K,7,24,0,, $K,8,28,0,, $K,9,32,0,, $K,10,4,5.5,, $K,11,8,5.5,, $K,12,12,5.5,, $K,13,16,5.5,, $K,14,20,5.5,, $K,15,24,5.5,, $K,16,28,5.5,,!-----通过几何点生成桥底梁的线L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9!------生成桥顶梁和侧梁的线L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10!------生成桥身弦杆的线L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性LSEL,S,,,9,16,1,LA TT,1,1,1,,,,!-----选择桥身弦杆指定单元属性LSEL,S,,,17,29,1,LA TT,1,2,1,,,,!-----选择桥底梁指定单元属性LSEL,S,,,1,8,1,LA TT,1,3,1,,,,!------划分网格AllSEL,all !再恢复选择所有对象LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all !对所有几何线进行单元划分!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/soluNSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点D,all,,,,,,ALL,,,,, !对所选择的节点施加位移约束AllSEL,all !再恢复选择所有对象NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点D,all,,,,,,,UY ,,,, !对所选择的节点施加位移约束ALLSEL,all !再恢复选择所有对象!------基于几何关键点施加载荷FK,4,FY ,-5000 $FK,6,FY ,-5000 $FK,5,FY ,-10000/replot !重画图形Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等)solve !求解!=====进入一般的后处理模块/post1 !后处理PLNSOL, U,Y , 0,1.0 !显示Y 方向位移PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X 方向位移!------显示线单元轴力------ETABLE,bar_I,SMISC, 1ETABLE,bar_J,SMISC, 1PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图finish !结束!%%%%% [ANSYS 算例]3.4.2(2) %%%%% end %%%%%%四杆桁架结构的有限元分析下面针对【典型例题】3.2.5(1)的问题，在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

基于蒙特卡洛法的结构可靠性分析

基于蒙特卡洛法的结构可靠性分析王元帅;刘玉石;朱宜生【摘要】传统的结构分析方法常采用安全系数法,然而安全系数法没有考虑各参数的随机特性,只是将所有参数考虑为确定值,为了确定各参数的随机性对结构分析结果的影响,本文利用蒙特卡洛法进行结构可靠性分析.方法:通过ANSYS自带的概率有限元分析模块PDS,利用APDL参数化建模方法建立分析文件,结合蒙特卡洛模拟抽样,计算结构可靠度及灵敏度等参数.通过孔板这一典型工程算例计算其可靠度,计算结果显示在给定的边界条件下及载荷下,孔板结构的可靠度为94.4％.利用PDS 模块结合蒙特卡洛法对结构进行可靠性分析具有一定的实用性和有效性.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】6页(P41-45,57)【关键词】蒙特卡洛法;结构可靠性分析;ANSYS-PDS【作者】王元帅;刘玉石;朱宜生【作者单位】中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州 225001;中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州225001;中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州 225001【正文语种】中文【中图分类】TQ051.31 结构可靠性分析传统的结构设计方法安全系数法没有考虑结构分析中各参数的变异性，将所有参数均考虑为确定值，因而具有一定的局限性[1]。

根据概率统计学原理以及实际工程情况，结构分析中的各参数均具有一定的不确定性及随机性，结构可靠性分析就是一种考虑各参数随机特性的结构分析方法。

考虑了结构的几何尺寸、载荷特性、材料属性、加工过程及工作环境中的各种不确定性[2]，将结构强度、结构载荷及几何尺寸等参数视为随机变量，因此作为一种现代结构设计方法逐渐得到学者的重视。

ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1

。图点散 XAMU-HT 示所 71 图如出制绘。示所 61 图如置设�框话对 retem araP modnaR fo tolP rettacS 出弹�tolP rettacS>sdnerT>stluseR borP>ngiseD bo rP>uneM niaM 单菜择选。图点散的 HT 对 XAMU 制绘 .61 51 图 41 图
。图状柱 XAMU 示所 9 图如制绘�KO 击单。示所 8 图如置设�框话对 elbairav citsilibaborp fo m argotsih tolP 出弹�m argotsiH>scitsitatS>stluseR borP>ngiseD borP>uneM niaM 单菜择选 � 图状柱 XAMU 看查 .21
量变计设义定!
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;%01 的值均为差方准标 �布分 1GOL 从服 �值正是能只荷载中集 �3^mm/gk0008 值均度密 � �倍 50.0 的值均是差方准标。布分斯高从服�apM5e1.2 量模性弹料材 � �布分匀均从服, mm12.0 � 于等差误度精工加材板�mm1 厚板�mm001 长边板方 � �下如件条机随。数参入输的定确不是均性属料材和寸尺其。型模荷载力中集受承板方定固边两 �示所图如
中 XAMS 到存力应大最点节将! XAM,0,TROS,XAMS,TEG* 序排序升的值对绝力应照按! 1,1,VQE,S,TROSN 束约点节处 0=X 择选!

ANSYS概率设计PDS讲义(课堂PPT)

概率设计
N
D
M6-1
概率设计
前言：可靠度基本理论第一节：基于有限元的概率设计技术
1.1 基于有限元的概率设计(PDS)简介 1.2 PDS的基本概率与过程数据流 1.3 PDS中的参数分布函数及其选用 1.4 Monte Carlo法 1.5 响应面法第二节：基于有限元的概率设计基本过程 2.1 创建分析文件 2.2 初始化概率设计分析及参数 2.3 进入PDS并指定分析文件 2.4 定义概率设计模型 2.5 选择概率设计方法或工具 2.6 执行概率设计分析 2.7 拟合和使用响应面 2.8 概率设计结果后处理第三节：概率设计分析的实例 3.1承受横向集中力板的LHS抽样MCS概率设计实例 3.2三根杆桁架系统的直接抽样MCS概率分析实例
November 30, 1998
Dynamics - Release 55 （001174）
M6-2
可靠度基本理论
结构的极限状态：整个结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求。结构的极限状态实质上是结构工作状态的一个阀值，如果工作状态超过这一阀值，则结构处于不安全、不耐久或不适用的状态；若工作状态没超过这一阀值，则结构处于安全、耐久、适用的状态
• 均值（Mean value）、中间值（Median value）、标准方差（Standard deviation）
• ……
November 30, 1998
Dynamics - Release 55 （001174）
M6-8
1.2 PDS的基本概率与过程数据流
数据流程
ANSYS 数据库文件
RESUM SAVE
M6-7
1.2 PDS的基本概率与过程数据流

ANSYS可靠性设计PDS

基本概念：
• 随机输入参数（RVs—random input variables ）又称设计驱动参数，直接影响分析结果，需指定分布类型以特征参数
• 相关性（Correlation）指两个（或多个）随机输入参数之间存在统计上的关联性
• 随机输出变量（RPs—random output parameters) 指有限元分析结果 RP是RV的函数
a
M6-7
1.2 PDS的基本概率与过程数据流
基本概念：
• 循环文件（Loop file） *.loop文件，由ANSYS自动根据分析文件生成。利用该文件进行概率设计循环
• 概率设计模型（Probabilistic model）以分析文件形式存在，包括所有定义和设置：RVs、相关性、RPs、概率设计方法和相关参数等
a
M6-10
1.3 PDS中的参数分布函数及其选用
三角分布(TRIA) 特征参数：
最小值Xmin 可能值Xmiv 可能值Xmax
均匀分布(UNIF) 特征参数：
截断下限Xmin 截断上限Xmax
指数分布特征参数：
衰减系数λ 下限Xmin
a
M6-11
1.3 PDS中的参数分布函数及其选用
BETA分布(BETA) 特征参数：
• 概率设计数据库（PDS database）包括当前设计的环境，包括RVs、相关性、RPs、概率设计方法、被执行的概率分析及存储其结果的各种文件、使用哪个概率设计分析中的哪个输出参数来拟合响应表面、拟合中所使用的回归模型、拟合结果等。可以被存储到jobname.pds，并且可重新读入。结果不存储在这个数据库中。拟合响应表面的样本即存储在数据库中。
0 失效状态
Z

ansys的可靠度分析

ansys分析可靠度2007-11-11 10:29:41| 分类：Ansys特辑|举报|字号订阅关于ansys分析可靠度的问题,他有两种方法：monte-carlo和响应面法。

在现在的可靠度分析中monte-carlo法有中心点抽样法、直接重要抽样法、更新重要抽样法、渐进重要抽样法、方向抽样法，这里的中心点抽样法是最古老、效率最低的一种，但ansys里只有这一种方法，只是在抽样选点时有不同的两种选择；并且，monte-carlo在工程计算中只用于校合，不能用于工程实践；中心点抽样法在计算中一般要进行计算次数的讨论：当可靠指标为1.0时，失效概率1.5866E-01；当可靠指标为2.0时，失效概率2.275E-02；当可靠指标为3.0时，失效概率1.3499E-03；当可靠指标为4.0时，失效概率3.1671E-05；一般结构的可靠指标为2-4，假设计算结构的可靠指标为3.0，此时的最少有限元计算次数为1/1.3499E-03（由于在计算过程中的多维变量随机选点不理想等原因，实际的计算次数远大于此），这对于写论文还可以，对于实际复杂的体系可靠度而言，是没法完成的；下面我们来讨论一下ansys响应面法以及构件可靠度和体系可靠度：响应面法计算可靠度不需要monte-carlo那么多次的有限元计算，对于构件可靠度他是现在一个很热门的研究方法，但是，对于体系可靠度，他没有考虑体系可靠度的失效模式；现在对于体系可靠度有两种认识：一种认为体系可靠度是由构件可靠度构成的，只有先知道构件可靠度，才能知道体系可靠度，要知道体系失效，先知道构件失效及其失效路径，在这方面大连理工大学的许林博士和张小庆博士开发了一套程序（程序思想是以上面的体系可靠度的认识为理论基础），程序的流程如下：利用经过二次开发生成的新的ANSYS，进行可靠度计算的具体运算过程为：1) 利用APDL建立结构分析文件和优化文件；2) 运行ANSYS的批处理方式，利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；3) 进入用户优化模块完成可靠度分析的一次迭代过程；4) 重新利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；5) 根据结构分析函数值和敏度值，以及前一点的结构分析函数值，用前面介绍的近似曲面构造法寻求拟合误差最小的近似极限状态函数；6) 对上一步得到的近似函数进行可靠度分析；7) 比较两次计算结果收敛与否，是则结束迭代，否则转到第4步，进行下一轮迭代。

ansys疲劳可靠性及随机振动分析

ANSYS疲劳分析
5. 调入载荷步计算并储存节点应力分量
Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set(Next Set) Main Menu>General Postproc>Fatigue>Store Stresses>From rst File
ANSYS疲劳分析
3. 定义材料应变强化指数M和N
Main Menu>General Postproc>Fatigue>Property Table>Elas-plas Par
ANSYS疲劳分析
4. 定义关键点及应力集中系数
Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations
！定义载荷变量！设置实常数！定义材料参数
！建立平面！建立中间圆孔面！面的布尔操作！设置单元划分的分段数！定义单元为四边形！网格自由划分！划分网格！结束前处理
ANSYS可靠性分析
二．进入概率分析模块，选定分析文件
Main Menu>Prob Design>Analysis File>Assign
ANSYS可靠性分析
② 显示输入随机变量的采样曲线
（Main Menu>Prob Results>Sampl History）
ANSYS可靠性分析
③ 显示输入随机变量的累计概率分布曲线
（Main Menu>Prob Results>CumulativeDF）
ANSYS可靠性分析
④ 还可以显示输出随机变量的概率敏感图以及输出随机变量和输入随机变量的相关性等。

ANSYS可靠性设计PDSppt课件

M6-6
1.2 PDS的基本概率与过程数据流
基本概念：
• 随机输入参数（RVs—random input variables ）又称设计驱动参数，直接影响分析结果，需指定分布类型以特征参数
• 相关性（Correlation）指两个（或多个）随机输入参数之间存在统计上的关联性
• 随机输出变量（RPs—random output parameters) 指有限元分析结果 RP是RV的函数
M6-7
1.2 PDS的基本概率与过程数据流
基本概念：
• 循环文件（Loop file） *.loop文件，由ANSYS自动根据分析文件生成。利用该文件进行概率设计循环
• 概率设计模型（Probabilistic model）以分析文件形式存在，包括所有定义和设置：RVs、相关性、RPs、概率设计方法和相关参数等
ANSYS提供的基于有限元的概率设计系统（PDS）的主要应用方向： • 当有限元模型的输入参数不确定时，有限元结
果的不确定程度有多大？响应参数的置信度有多高？ • 输入参数的不确定性决定响应参数的不确定性，目标产品满足设计要求的概率有多大？工作失效概率有多大？ • 在所有不确定的输入参数中哪个参数的不确定性对于响应参数的影响程度最大，或者说对于目标产品最容易引起其工作失效？响应参数对输入参数变化的灵敏度多大？
• 均值（Mean value）、中间值（Median value）、标准方差（Standard deviation） • ……
M6-8
1.2 PDS的基本概率与过程数据流
数据流程
ANSYS 数据库文件
RESUM SAVE
/EXIST 分析文件 PDEXE
有限元模型数据库

与有限元法相结合的结构可靠性分析

与有限元法相结合的结构可靠性分析作者：宣桂兰来源：《科技视界》 2014年第3期宣桂兰（无锡交通高等职业技术学校，江苏无锡 214000）【摘要】本文通过对可靠度分析的概述理解到现代工程分析中实体模型不确定因素众多，进而带来分析的不准确性。

基于有限元分析软件ANSYS提供的概率设计系统(PDS)的概率分析功能，使对结构的概率分析非常容易。

根据结构的失效模式来确定结构功能函数，由此建立结构极限状态方程，再运用结构可靠度分析中的蒙特卡洛法(MCS法)利用结构的失效频率来估算其失效概率。

在本文中提出了利用ANSYS的概率分析功能结合MCS法进行结构可靠性分析的方法，并通过一个实例具体说明了利用ANSYS的概率分析功能实现结构可靠性分析的可行性。

【关键词】可靠度分析；ANSYS；蒙特卡洛法0 引言有限元法作为一种实用的分析方法，随着高精度单元不断研究出来，有限元计算的精度越来越高，并且在工程实际的各个领域得到了充分的发展和应用。

正是基于这个原因，许多学者研究了将有限元法运用于结构可靠性分析设计中的可能性，拓展了可靠性的理论和方法，形成一个新兴的学科交叉研究热点。

ANSYS是一个功能非常强大的有限元分析软件，它自身机提供的概率分析功能可以对模型进行结构可靠性分析，能够从有限元分析的角度计算这些非确定性的输入参数对产品性能的影响，也可以确定有限元分析的某些计算结果不满足用户指定的设计准则的概率。

很好地将可靠性分析融入到了有限元计算中。

1 可靠性的基本理论结构的可靠度是指结构在规定的时间内、规定的条件下（正常使用极限状态和承载能力极限状态）完成预定功能的概率。

如结构的基本变量由X1,X2,···,Xn组成，且结构功能Z为基本变量的函数，则结构的功能函数（极限状态函数）可表示为：Z=g(X)=g(X1,X2,···,Xn)（1）在概率极限状态设计理论中，极限状态方程为：g(X1,X2,···,Xn)=0（2）通常在结构设计中，基本变量X1,X2,···,Xn为随机变量，如果把基本变量归结为结构抗力R和载荷效应S两大类，则结构功能函数可简化为：Z=R－S（3）所以在概率极限状态的结构设计中，必须满足下列条件，即：Z= g(R,S) =R－S≥0（4）由可靠性理论知，求一个结构的可靠度就是求极限状态函数g(X)≥0的概率，所以利用ANSYS概率分析功能计算出g(X)≥0的概率，就得到了结构的可靠度。

ANSYS的可靠性分析实例 PDS例题

NSEL,R,LOC,Y,0.5*L,0.5*L
F,ALL,FZ,FORCE
ALLSEL
!选择所有节点
SOLVE
!求解
FINISH
/POST1
NSEL,ALL
!选择所有节点
NSORT,U,Z,1,1 !将节点位移排序
*GET,UMAX,SORT,0,MAX !将节点最大位移存在 UMAX 中
NSEL,S,LOC,X,0 !选择 X=0 处节点约束
所到 SMAX 的灵敏度分析结果如图 15 所示。
图4
图5
11. 查看 SMAX 均值历史�选择菜单 Main Menu>Prob Design>Prob Results>Statistics>Sampl
History�弹出 Plot the Sampling History 对话框�设置如图 6 所示。点击 OK 绘制如图
7 所示样本趋势图�从图中可以看出趋向未平稳�说明抽样次数还不够。
� 单击 ADD 按钮弹出 Define Random Variable 对话框�在 Select a Parameter 列表中选择 FORCE�在 Distribution Type 列表中选择 Lognormal LOG1�单击 OK 按钮�接着弹出 Quantify Lognormal Distribution 对话框�Mean value 输入 FORCE, Standard deviation 输入 0.1*FORCE,然后单击 OK 返回 Define Random Variable 对话框。
3. 执行初始化的分析过程。选择菜单 Utility Menu>File>Read Input from�弹出对话框� 查找到上一步创建的 PDS-PLATE-LOOP.mac 宏文件。

基于ANSYS概率设计软件的井架可靠性分析

ｒｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍｗｅｒｅｍａｄｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｎｔｅｃａｒｌｏｍｅｔｈｏｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｍｏｎｔｅ
２０１３钷第
４２卷第２期第４８贞
０ＩＬＦＩＥＬＤ
石油矿场机械ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
２０ｌ３，４２（２）：４ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ～５ｌ
文章编号：１Ｏ０１３４８２（２０１３）０２ — ００４８０４
Ｔｈｒｏｕｇｈｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｄｅｒｒｉｃｋｏｃｅａｎ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｉｔｓａｃｔｕａｌｗｏｒｋｉｎｇ
（（＇ｏｌｌｅｇｅｏ／ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃ＾ｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏ／Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）
基于ＡＮＳＹＳ概率设计软件的井架可靠性分析
李光美，齐明侠。李艳丽
（中曰石油大学机电工程学院，山东青岛２６６５８０）

ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1

ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1 如图所示，两边固定方板承受集中力载荷模型。

其尺寸和材料属性均是不确定的输入参数。

随机条件如下:, 方板边长100mm，板厚1mm，板材加工精度误差等于,服从均匀分布; ,0.21mm, 材料弹性模量2.1e5Mpa，服从高斯分布。

标准方差是均值的0.05倍; , 密度均值8000kg/mm^3，集中载荷只能是正值，服从LOG1分布，标准方差为均值的10%;图1在上述条件下，板的最大变形和固定边界的最大等效应力的输出为随机行为，具体研究内容如下:, 检查统计结果，确定PDS是否执行了足够多的仿真循环计算数目; , 确定最大变形低于指定值的概率;, 计算随机响应结果相对于随机输入参数的灵敏度值;, 生成输出参数相对于最重要输入参数的离散图;GUI操作方式:第一步: 设置工作目录:Utility Menu>File>Change Directory 第二步:创建PDS分析文件，即仿真循环文件PDS-PLATE-LOOP.mac 1. 分析文件是为了在概率分析过程中使用而创建的。

利用文本编辑器或根据LOG文件整理，在ANSYS当前工作目录中创建PDS-PLATE-LOOP.mac，其内容如下:L=100 !定义设计变量TH=1YOUNG=21.E5DENSITY=8E-6FORCE=100/PREP7 !定义材料MP,EX,1,YOUNGMP,NUXY,1,0.3MP,DENS,1,DENSITYET,1,SHELL63 !定义单元类型和实常数R,1,TH,TH,TH,THRECTNG,,L,,L, !画板LSEL,ALL !划分网格LESIZE,ALL,,,16AMESH,ALLFINISH/SOLUNSEL,S,LOC,X,0,0 !选择X=0处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,L,L !选择X=L处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,0.5*L,0.5*L !选择X=0.5L，Y=0.5L处节点加载NSEL,R,LOC,Y,0.5*L,0.5*LF,ALL,FZ,FORCEALLSEL !选择所有节点SOLVE !求解FINISH/POST1NSEL,ALL !选择所有节点NSORT,U,Z,1,1 !将节点位移排序*GET,UMAX,SORT,0,MAX !将节点最大位移存在UMAX中NSEL,S,LOC,X,0 !选择X=0处节点约束NSEL,A,LOC,X,L,L !再选择X=L处节点约束NSORT,S,EQV,1,1 !按照应力绝对值的升序排序*GET,SMAX,SORT,0,MAX !将节点最大应力存到SMAX中2. 清除内存。

基于ANSYS的压力容器可靠性分析

核动力工程Nuclear Power Engineering第30卷第1 期 2 0 0 9 年2月V ol. 30. No.1 Feb. 2 0 0 9文章编号：0258-0926(2009)01-0109-03基于ANSYS 的压力容器可靠性分析彭翠玲，艾华宁，刘青松，向文元（中科华核电技术研究院，广东深圳，518124）摘要：运用通用有限元分析软件（ANSYS ）的概率设计功能，以压力容器壁厚、压力载荷及弹性模量为随机输入变量，模拟实际结构设计参数的随机性。

选用蒙特卡罗法进行压力容器应力的可靠性分析，获得了该有限元分析模型的应力概率分布特征，得到了压力载荷、壁厚等设计参数对应力分布的敏感程度。

关键词：压力容器；可靠性分析；ANSYS ；蒙特卡罗法中图分类号：TG404 文献标识码：A1 前言常用工程构件的设计方法有两种：传统的结构强度理论设计方法和可靠性设计方法。

结构强度设计方法是假设各设计变量为确定值，并要求结构的工作应力小于材料的许用应力，即[]σσ≤。

这种设计方法中，材料的属性、结构尺寸、载荷等各种参数都是根据假设和理想化得到的，对这些因素的误差引入一个安全系数加以处理。

严格说来，这些参数都不是确定的，具有一定的随机性和模糊性。

可靠性设计方法假定设计变量为随机变量，依据可靠度或失效概率进行设计，也称为概率设计。

相对于确定性的评价方法，可靠性设计方法不但能给出较准确的失效概率值，还可给出结构的设计参数敏感性分析结果。

本文应用ANSYS 概率设计模块PDS 的可靠性分析功能，采用蒙特卡罗法，以压力容器壁厚、压力载荷及材料的弹性模量作为随机输入变量，对压力容器的可靠性进行了分析。

2 ANSYS 的可靠性分析功能ANSYS 的概率分析的参数包括随机输入参数和随机输出参数。

随机输入参数指影响分析结果的结构和载荷数据，如弹性模量、载荷、结构几何尺寸等。

随机输出参数指有限元分析的结果，通常是随机输入参数的函数，如应力、应变等[1]。

ansys计算结构可靠性

在ANSYS 中计算结构的可靠度黄兆兵河海大学工程力学系，南京(210098)E-mail ：huangzhaobing123@摘要: 本文首先介绍了蒙特卡罗法计算结构可靠度的相关理论,以及大型通用有限元分析软件ANSYS 的概率分析功能模块,提出了利用ANSYS 对结构进行可靠度分析的方法.通过一个简单的实例说明了利用ANSYS 进行结构可靠度分析的可行性. 关键词: 蒙特卡罗法，结构可靠度，ANSYS1．引言工程结构要求具有一定的可靠性,因为结构在设计、施工和使用过程中具有种种影响其安全、适用和耐久的不确定性。

在用确定性方法（如有限单元法）计算结构模型时，所需的量如荷载、材料特性、构件尺寸和边界条件等，我们通常将它们取为定量。

但这并不符合实际。

事实上，真实设计的任何构件或结构，以上的物理量总是具有不确定性，我们无法准确获得它们的值。

所以，它们都应被视为具有某种分布特性的随机变量。

另外，还存在统计方法以及分析模型的不确定性等。

结构可靠度分析的任务就是考虑各类不确定性因素对结构分析的影响程度，并最终以一个定量（可靠指标）来描述。

在可靠度分析中，结构的极限状态是由功能函数表达的，其形式为()Z g X =，其中随机矢量12(,,,)n X X X X = 表征了工程结构中存在着的不确定信息。

当0()g X >时，结构处于安全状态；当0()g X =时，结构处于极限状态；当0()g X <时，结构处于失效状态。

结构的失效概率是[]00()()()f g X P P g X f X dX <=<=∫，其中()f X 为随机矢量的联合概率密度函数[1]。

2．蒙特卡罗法简介计算结构或构件可靠度的方法有很多，蒙特卡罗法是其中独具风格的数值计算方法。

它是通过对随机变量的大批抽样，通过结构的失效频率来计算结构的失效概率，所以又称随机抽样法或统计实验法，也是被公认为相对精确的一种结构可靠度分析方法[3]。

基于ANSYS_PDS的高速冲床曲轴可靠性分析

第３７卷第５期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．５
ＦＯＲＧＩＮＧ＆ＳＴＡＭＰＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１２年１０月Ｏｃｔ．２０１２
基于ＡＮＳＹＳ－ＰＤＳ的高速冲床曲轴可靠性分析
刘永峰，孙宇，张新洲
（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４）
摘要：根据可靠性分析理论，运用有限元分析软件的概率设计功能（ＡＮＳＹＳ－ｐｄｓ模块），对高速冲床曲轴进行了可
颈上的载荷分布函数为：
（）（）ｑ（ｘ，θ）＝
９Ｆ８ＬＤ
１－４Ｌｘ２２
ｃｏｓ
３θ ２
（４）
第５期
刘永峰等：基于ＡＮＳＹＳ－ＰＤＳ的高速冲床曲轴可靠性分析
１５７
式中：Ｆ为作用在轴颈的总载荷；Ｄ为轴颈直径；＊ｇｅｔ，ｍａｘｓｔｒ，ｓｏｒｔ，，ｍａｘ！将最大应力赋值于ｍａｘｓｔｒ
件可靠度（不失效的概率）Ｒ的计算公式：
用响应面法进行可靠性分析。响应面法是通过所建
∞
∞
∫ ∫ Ｒ＝ｈ（ｓ）［ｆ（Ｓ）ｄＳ］ｄｓ
０
ｓ
（１）
立的随机输入变量和输出变量的近似函数来进行有限元分析计算的。［１１］为了使近似函数更加准确，可
在机械可靠性设计中，应力和强度都是广义的。建立随机输入变量空间，并在此空间中标注出各随
标判断这些因素对零件可靠性的影响，在这些随机因素并不明确的条件下，更有效的提高分析的准确性和零件的可靠性。［１－２］本文就是在可靠性的基础上，运用ＡＮＳＹＳ中的ＰＤＳ模块对曲轴进行分析设计［３］。
１高速冲床曲轴可靠性设计理论

ansys 可靠性分析

利用Ansys的概率分析功能实现结构的可靠性分析摘要：有限元分析软件Ansys5.7提供了概率分析功能，使对结构的概率分析非常容易。

在本文中对Ansys的概率分析方法作了简单的介绍，提出了利用Ansys的概率分析功能进行结构的可靠性分析的方法，并通过一个实例，说明了利用Ansys的概率分析功能实现结构的可靠性分析的可行性。

关键词：有限元分析、概率设计、可靠性分析Abstract:The software of FEA (Finite Element Analysis) Ansys 5.7 provides the function of probabilistic design, which makes structural probabilistic analysis very easy. In this paper, the method of probabilistic design is introduced. The technique of the structural reliability analysis through the probabilistic design of Ansys is presented. From an instance, it shows that the method presented is feasible.Keywords：Finite Element Analysis, probabilistic analysis, reliability analysis1. 概率分析概述在工程分析中，我们建立的分析模型都是经过各种假设和理想化而得出的，事实上，真实设计的任何产品，其材料属性、加工公差、边界条件和载荷等总是具有不确定性,并且它们的真实值往往是无法得到的。

所以，在有限元分析中的几乎所有输入参数都是不确定的，都具有一定程度的不确定性。

这种不确定性就给分析带来误差，使分析结果与实际有较大的差别。

基于ANSYS中PDS模块边坡可靠性分析

基于ANSYS中PDS模块边坡可靠性分析李原;武清玺【摘要】基于ANSYS中PDS模块,在强度折减法确定边坡工程的安全稳定系数后,使用可靠性理论中的蒙特卡洛法,结合有限元软件进行概率设计.通过一个典型的边坡工程实例,在输入多个边坡材料的随机参数情况下,求得边坡最大沉降量以及目标控制值下边坡的失效概率.分析结果形象合理,较传统边坡稳定分析方法更加客观有效.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P105-107)【关键词】边坡工程;ANSYS中PDS模块;强度折减法;蒙特卡洛法【作者】李原;武清玺【作者单位】河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TU753.7在边坡稳定性数值分析法中，基于有限元的强度折减法作为一种确定性方法，因其简便有效而被广泛地应用。

然而由于没有考虑实际情况和材料参数的不确定性，使计算结果和实际情况相差较大。

将可靠性理论中的蒙特卡洛法和有限元技术结合起来，考虑强度折减，把输入的边坡材料参数作为具有一定统计特征的随机变量，使用有限元软件进行分析，可以较准确的反应边坡实际情况[1]。

在此方法下进行可靠性分析，有助于通过控制最大沉降量的失效概率来保证边坡稳定性，本文使用大型有限元软件ANSYS中的PDS模块可以很好地解决此类问题。

建立在强度折减有限元分析基础上的边坡稳定性分析的基本原理就是将关于边坡稳定的两个参数内聚力c和摩擦角φ同时除以一个折减系数F，得到新的内聚力c′和摩擦角φ′，即:将折减后的参数输入并使用有限元软件分析计算。

开始时F取小一些，保证近乎于一个弹性问题，若程序收敛则说明边坡稳定。

然后慢慢增加F直至某一值使得程序恰好不收敛，此时的折减系数即为边坡的稳定安全系数，即边坡达到到极限状态[2]。

本文计算采用理想弹塑性模型，在大型有限元分析软件ANSYS中采用D-P准则，这是Drucker和Prager于1952年在Mises准则的基础上进行修正，消除了M-C屈服面的棱线，考虑平均静水压力对屈服的影响，其屈服函数为：I1=σ1+σ2+σ3式中，I1与J2为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量；α与k为材料常数，通过与M-C屈服模型的比较可确定其值。

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ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1 如图所示，两边固定方板承受集中力载荷模型。

其尺寸和材料属性均是不确定的输入参数。

随机条件如下:, 方板边长100mm，板厚1mm，板材加工精度误差等于,服从均匀分布; ,0.21mm, 材料弹性模量2.1e5Mpa，服从高斯分布。

选择菜单Utility Menu>File>Clear & Start New第三步:运行PDS-PLATE-LOOP.mac宏文件，执行初始化的分析过程 3. 执行初始化的分析过程。

选择菜单Utility Menu>File>Read Input from，弹出对话框，查找到上一步创建的PDS-PLATE-LOOP.mac宏文件。

第四步:进入概率设计求解器执行PDS求解。

4. 进入PDS处理器。

选择菜单Main Menu>Prob Design5. 指定分析文件。

选择菜单Main Menu>Prob Design>Analysis File>Assign，弹出Assign Deterministic Model File对话框，单击Browse按钮，在计算机系统中查找并选中准备好的分析文件PDS-PLATE-LOOP.mac。

6. 定义概率设计中的5个随机输入参数。

选择菜单Main Menu>Prob Design>RandomInput，弹出Random Input Variables对话框，分别定义5个随机输入变量: , 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择L，在Distribution Type列表中选择Uniform UNIF(均匀分布)，单击OK按钮，接着弹出Quantify Uniform/Rectangular Distribution对话框，Lower Boundary输入L-0.1,Upper Boundary输入L+0.1,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。

, 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择TH，在Distribution Type列表中选择Uniform UNIF(均匀分布)，单击OK 按钮，接着弹出Quantify Uniform/Rectangular Distribution对话框，Lower Boundary输入TH-0.1, Upper Boundary输入TH+0.1,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。

, 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择YOUNG，在Distribution Type列表中选择GAUSS GAUS(高斯分布)，单击OK 按钮，接着弹出Quantify Gaussian Distribution对话框，Mean value输入YOUNG,Standard deviation输入0.05*YOUNG,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。

, 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择DENSITY，在Distribution Type列表中选择Uniform UNIF(均匀分布)，单击OK按钮，接着弹出Quantify Uniform/Rectangular Distribution对话框，Lower Boundary输入0.5*DENSITY, Upper Boundary输入1.5*DENSITY,然后单击OK返回DefineRandom Variable对话框。

, 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择FORCE，在Distribution Type列表中选择Lognormal LOG1，单击OK按钮，接着弹出Quantify Lognormal Distribution对话框，Mean value输入FORCE, Standarddeviation输入0.1*FORCE,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。

, 单击Close，关闭Random Input Variables对话框。

7. 定义随机输出参数。

选择菜单Main Menu>Prob Design>Random Output，弹出RandomOutput Variables对话框，分别定义2个输出变量:, 单击Add弹出Define a Random Output Variable对话框，在Select Parameter列表中选中UMAX，然后单击OK返回Random Output Parameter对话框。

, 单击Add弹出Define a Random Output Variable对话框，在Select Parameter列表中选中SMAX，然后单击OK返回Random Output Parameter对话框。

, 单击Close，关闭Random Output Variable对话框。

8. 选择直接monte carlo模拟方法进行概率设计，使用40个抽样点，初始化种子值为123457。

选择菜单Main Menu>Prob Design>Prob Method>Monte Carlo Sims,弹出MonteCarlo Simulations对话框，选择Latin Hyprcube,单击OK弹出Options for DirectMonte Carlo Sampling对话框，设置如图2所示。

点击OK求解。

图2 图3(对于第8步，也可采用响应面法。

具体操作如下:选择菜单Main Menu>Prob Design>Prob Method>Response Surface,弹出Parametersfor Response Surface Analysis对话框，选择Centrl Composite,单击OK弹出DOE-Levels for a Central Composite Design对话框，点击OK求解。

)9. 执行单机概率设计循环仿真计算。

选择菜单Main Menu>ProbDesign>Run>ExecSerial >Run Serial，弹出Run Probabilistic Analysis对话框，设置如图3所示。

确定执行可靠性分析计算。

第五步:查看概率分析结果10. 查看UMAX样本历史。

选择菜单Main Menu>Prob Design>ProbResults>Statistics>Sampl History，弹出Plot the Sampling History对话框，设置如图4所示。

点击OK绘制如图5所示样本趋势图。

图4 图5 11. 查看SMAX 均值历史，选择菜单Main Menu>Prob Design>Prob Results>Statistics>Sampl History ，弹出Plot the Sampling History 对话框，设置如图6所示。

点击OK 绘制如图7所示样本趋势图，从图中可以看出趋向未平稳，说明抽样次数还不够。

12. 查看UMAX柱状图，选择菜单Main Menu>Prob Design>ProbResults>Statistics>Histogram，弹出Plot histogram of probabilistic variable对话框，设置如图8所示。

单击OK，绘制如图9所示UMAX柱状图。

图8 图913. 查看UMAX累积分布函数，选择菜单Main Menu>Prob Design>ProbResults>Statistics>CumulativeDF ，弹出Plot CFD of a probabilistic variable对话框，设置如图10所示。