有限元及ANSYS分析軟.ppt

有限元分析與ANSYS,有限元分析是一種模擬在確定的荷載條件下的設(shè)計(jì)響應(yīng)的方法。 用稱(chēng)之為“單元”的離散體模擬設(shè)計(jì)。,每一個(gè)單元都有確定的方程描述在一定荷載下的響應(yīng)。 模型中所有單元響應(yīng)的“和”，給出了設(shè)計(jì)的總體響應(yīng)。 單元中未知量的個(gè)數(shù)是有限的，因此稱(chēng)為“有限單元”。,歷史 1）提出（1943年）：朗克發(fā)表論文平衡和振動(dòng)問(wèn)題的變分解法 2）發(fā)展和完善（1944至今）：?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐旨昂笃跀U(kuò)展到結(jié)構(gòu)力學(xué)意外的領(lǐng)域 3）趨勢(shì)：?jiǎn)我粓?chǎng)到多場(chǎng)耦合、線性到非線性、自動(dòng)化網(wǎng)格處理、面向?qū)I(yè)用戶的開(kāi)放性等 Tips：結(jié)構(gòu)分析有限元法是1950年至1960年期間，由學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究人員建立起來(lái)的。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,這種包含有限個(gè)未知量的有限單元模型，只能近似模擬具有無(wú)限未知量的實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)。 所以問(wèn)題是：怎樣才能達(dá)到最好的“近似”？,物理系統(tǒng),有限元模型,然而，對(duì)該問(wèn)題還沒(méi)有一個(gè)容易的解決方案。這完全依賴于你所模擬的對(duì)象和模擬方式。我們將盡力通過(guò)這次培訓(xùn)為你提供指導(dǎo)。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,為什么需要有限元分析？ 減少模型試驗(yàn) 計(jì)算機(jī)模擬，容許對(duì)大量假設(shè)情況進(jìn)行快速有效的試驗(yàn)。 模擬不適合在原型上進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 例如：器官移植，人造膝蓋。 作用: 節(jié)省費(fèi)用 節(jié)省時(shí)間縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期! 創(chuàng)造出更可靠的高品質(zhì)的設(shè)計(jì)。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,ABAQUS 屬于高端CAE軟件。它長(zhǎng)于非線性有限元分析,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，ABAQUS對(duì)爆炸與沖擊過(guò)程的模擬不如LS-DYNA Nastran 全球CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長(zhǎng)于線性有限元分析和動(dòng)力計(jì)算，因?yàn)楹蚇ASA(美國(guó)國(guó)家宇航局)的特殊關(guān)系，它在航空航天領(lǐng)域有著崇高的地位。 ANSYS: 融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，擅長(zhǎng)于多物理場(chǎng)和非線性問(wèn)題的有限元分析。其融合的LS-DYNA對(duì)于爆炸、沖擊等強(qiáng)非線性分析比較精確。 其他如ADINA、MSC.DYTRAN、MARC、COSMOS等,第 1 章-有限元分析與ANSYS 國(guó)內(nèi)外常用有限元軟件,ANSYS是一個(gè)完整的FEA（有限元分析）軟件包，適合世界范圍各工程領(lǐng)域的工程師們使用: 結(jié)構(gòu)分析 熱分析 流體分析，包括CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)） 電 / 靜電場(chǎng)分析 電磁場(chǎng)分析 ANSYS 在部分工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用: 航空航天 汽車(chē)工業(yè) 生物醫(yī)學(xué) 橋梁 與 建筑,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電子產(chǎn)品 重型機(jī)械 微機(jī)電系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)器械,ANSYS Multiphysics是ANSYS產(chǎn)品的“旗艦”，它包括工程學(xué)科的所有功能。 ANSYS/Multiphysics由三個(gè)主要產(chǎn)品組成： ANSYS/Mechanical 結(jié)構(gòu)及熱。 ANSYS/Emag 電磁。 ANSYS/FLOTRAN 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。 其他產(chǎn)品: ANSYS Workbench 與CAD結(jié)合的開(kāi)發(fā)環(huán)境 ANSYS LS-DYNA 用于高度非線性問(wèn)題。 ANSYS Professional 用于線性結(jié)構(gòu)和熱分析, 是ANSYS Mechanical的子集。 ANSYS DesignSpace 用于線性結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)熱分析，是Workbench 環(huán)境下的ANSYS Mechanical 的子集。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,Workbench 模塊: DesignModeler 建模工具，采用流行的CAD建模方式：直觀迅速地畫(huà)2D 草圖,在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建3D模型。還可以修補(bǔ)和組裝各種CAD文件，建立CAD和CAE之間的傳遞通道。 DesignXplorer 設(shè)計(jì)和理解局部分析響應(yīng)并用響應(yīng)面組裝的強(qiáng)有力工具. 設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)模塊以實(shí)驗(yàn)方案(DOE)優(yōu)化方法為基礎(chǔ)，并以參數(shù)作為其基本語(yǔ)言. DesignXplorer VT 使用多種技術(shù)提供比(DOE) 更多更有效的方法生成一個(gè)僅僅基于有限元的響應(yīng)面, 該有限元方案和網(wǎng)格有關(guān),也和泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式的近似值有關(guān). Fatigue Module 增加模擬在預(yù)循環(huán)荷載下預(yù)測(cè)產(chǎn)品壽命的功能.等值線顯示疲勞壽命,損壞,安全系數(shù),二軸應(yīng)力和疲勞敏感性. FE Modeler 和ANSYS工作臺(tái)上使用的標(biāo)準(zhǔn)有限元表示法共同起作用. FE 模塊支持從NASTRAN 或Design Simulation 向ANSYS 大量傳遞數(shù)據(jù).,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,其他產(chǎn)品: ICEM CFD CFD和結(jié)構(gòu)分析的三維網(wǎng)格預(yù)處理軟件,該產(chǎn)品由ansys公司的子公司ICEM CFD ()提供. ANSYS EMAX 高頻電磁場(chǎng)分析產(chǎn)品.集成了ANSYS公司的ICEM CFD 前處理器和后處理器的功能、高頻電磁求解器. CFX 流體動(dòng)力學(xué)分析專(zhuān)用軟件,由ANSYS的子公司CFX 提供.(/cfx/) AI*Nastran 新一代NASTRAN求解器,由 SAS LLC 提供. ANSYS Workbench SDK 是由ANSYS開(kāi)發(fā)的新一代開(kāi)放、靈活的CAE軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái).組件技術(shù)能夠?yàn)榇蠊緞?chuàng)造適用市場(chǎng)的產(chǎn)品和用戶CAE解決方案,包括整個(gè)產(chǎn)品鏈. ANSYS ProFEA Pro/ENGINEER 的ANSYS分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化. ParaMesh 直接作用于有限元模型的工具, 可以對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行參數(shù)化,并可以移動(dòng),這使得有限元模型的效用大大加強(qiáng).,結(jié)構(gòu)分析用于確定變形、應(yīng)變、應(yīng)力及反力。,靜力分析 用于靜態(tài)荷載. 可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為，例如：大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等.,超彈性密封壓縮,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,動(dòng)力分析 包括質(zhì)量和阻尼效應(yīng)。 模態(tài)分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。 諧響應(yīng)分析，確定結(jié)構(gòu)對(duì)輻值已知、頻率按正弦曲線變化的荷載的響應(yīng)。 瞬態(tài)動(dòng)力分析，確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng)，而且可以包含非線性特性。 其它結(jié)構(gòu)分析功能 譜分析。 隨機(jī)振動(dòng)。 特征值屈曲。 子結(jié)構(gòu)，子模型。,模態(tài)動(dòng)畫(huà),第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,用ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行顯式動(dòng)力分析 模擬以慣性力為主的大變形分析。 用于模擬碰撞、擠壓和快速成形等。,汽車(chē)碰撞試驗(yàn)的沖擊分析,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,熱分析，確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱和熱損耗、溫度梯度、熱流量。 可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。,穩(wěn)態(tài)分析 忽略時(shí)間效應(yīng)。 瞬態(tài)分析 確定以時(shí)間為函數(shù)的溫度等。 可模擬相變（融化及凝固）。,熨斗的瞬態(tài)熱分析,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電磁分析用于計(jì)算電磁設(shè)備中的磁場(chǎng)。 靜態(tài)和低頻電磁場(chǎng)分析 模擬由直流電源，低頻交流電或低頻瞬時(shí)信號(hào)引起的磁場(chǎng)。,例如：電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、變壓器。 磁場(chǎng)分析中考慮的物理量是：磁通量、磁場(chǎng)密度、磁力和磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄漏等。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,高頻電磁場(chǎng)分析 模擬電磁波傳播裝置。 例如：微波及RF無(wú)源組件、波導(dǎo)、同軸連接器。 電磁場(chǎng)分析中考慮的物理量是：S-參數(shù)、Q-因子、反射波損耗、電解質(zhì)及傳導(dǎo)損耗。,同軸電纜中的電場(chǎng) (EFSUM),第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,靜電學(xué) 計(jì)算電壓或電荷引起的電場(chǎng)。 例如：高壓裝置，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），傳輸線。 典型的物理量是：電場(chǎng)強(qiáng)度和電容。 電流傳導(dǎo) 計(jì)算在給定電壓下的導(dǎo)體的電流。 電路耦合 電磁設(shè)備的電路耦合。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電磁分析類(lèi)型: 靜態(tài)分析用于計(jì)算由直流電(DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 諧分析用于計(jì)算由交流電(AC)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 瞬態(tài)分析用于計(jì)算隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,計(jì)算流體動(dòng)力分析(CFD) 用于確定流體中的流動(dòng)狀態(tài)和溫度。 ANSYS/FLOTRAN能模擬層流和湍流，可壓縮和不可壓縮流體，以及多組份流。 應(yīng)用：航空航天、電子元件封裝、汽車(chē)設(shè)計(jì)。 典型的物理量是：速度、壓力、溫度和對(duì)流換熱系數(shù)。,導(dǎo)管中的流速,橄欖球上的壓力分布,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,聲學(xué)分析 用于模擬流體介質(zhì)和周?chē)腆w的相互作用。 例如：揚(yáng)聲器，汽車(chē)內(nèi)部，聲納。 典型的物理量是：壓力分布、位移和自振頻率。 封閉流體分析 模擬容器內(nèi)的非流動(dòng)流體的影響，確定由晃動(dòng)引起的壓力。 例如：油罐，其它液體容器。 熱和質(zhì)量的傳輸 用一維單元計(jì)算兩點(diǎn)之間由質(zhì)量遷移（如在一個(gè)管子中）產(chǎn)生的熱量。,第