ANSYS入門教程,第二章,有限元與ANSYS

有限元分析與ANSYS第2章第2章-有限元分析與ANSYS

引言為了了解將要學習的內容，教師將做一個簡單的例子。通過GUI方式來做這個例子，不討論任何有關建模的細節(jié)。本例是一個在端點施加集中荷載的懸臂梁。本例的理論解為：d=PL3/3EI=(-100)*(103)/(3)*(30e6)*(1/12)=-0.013ANSYS命令流為：/prep7mp,ex,1,30e6mp,nuxy,1,0.3et,1,plane42blc4,0,0,10,1amesh,allnsel,s,loc,x,0d,all,uxallsd,node(0,0.5,0),uyf,node(10,1,0),fy,-100/solusolve/post1plns,u,yNovember3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

什么是有限元分析?有限元分析是一種模擬在確定的荷載條件下的設計響應的方法。用稱之為“單元”的離散體模擬設計。每一個單元都有確定的方程描述在一定荷載下的響應。模型中所有單元響應的“和”，給出了設計的總體響應。單元中未知量的個數是有限的，因此稱為“有限單元”。歷史結構分析有限元法是1950年至1960年期間，由學術界和工業(yè)界的研究人員建立起來的。有限元的基本理論已有100年之久，而且用來計算過懸索橋和蒸汽鍋爐。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

什么是有限元分析?這種包含有限個未知量的有限單元模型，只能近似模擬具有無限未知量的實際系統的響應。所以問題是：怎樣才能達到最好的“近似”？物理系統有限元模型然而，對該問題還沒有一個容易的解決方案。這完全依賴于你所模擬的對象和模擬方式。我們將盡力通過這次培訓為你提供指導。November3,2003第2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？減少模型試驗計算機模擬，容許對大量假設情況進行快速有效的試驗。模擬不適合在原型上進行試驗的設計。例如：器官移植，人造膝蓋。作用:節(jié)省費用節(jié)省時間——縮短產品開發(fā)周期!創(chuàng)造出更可靠的高品質的設計。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSANSYS是一個完整的FEA（有限元分析）軟件包，適合世界范圍各工程領域的工程師們使用:

結構分析熱分析流體分析，包括CFD（計算流體動力學）電/靜電場分析電磁場分析ANSYS在部分工業(yè)領域的應用:航空航天汽車工業(yè)生物醫(yī)學橋梁與建筑電子產品重型機械微機電系統運動器械November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSANSYSMultiphysics是ANSYS產品的“旗艦”，它包括工程學科的所有功能。ANSYS/Multiphysics由三個主要產品組成：ANSYS/Mechanical–結構及熱。ANSYS/Emag–電磁。ANSYS/FLOTRAN–計算流體動力學。其他產品:

ANSYSWorkbench–與CAD結合的開發(fā)環(huán)境ANSYSLS-DYNA–用于高度非線性問題。ANSYSProfessional–用于線性結構和熱分析,是ANSYSMechanical的子集。ANSYSDesignSpace–用于線性結構和穩(wěn)態(tài)熱分析，是Workbench環(huán)境下的ANSYSMechanical的子集。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSANSYSStructuralANSYSProfessionalANSYSEDANSYSUniversityANSYSPrepPostANSYSMultiphysicsANSYSFLOTRANANSYSEmagANSYSLS-DYNAANSYSMechanicalANSYSDesignSpaceNovember3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSWorkbench模塊:DesignModeler–

建模工具，采用流行的CAD建模方式：直觀迅速地畫2D草圖,在此基礎上創(chuàng)建3D模型。還可以修補和組裝各種CAD文件，建立CAD和CAE之間的傳遞通道。DesignXplorer–設計和理解局部分析響應并用響應面組裝的強有力工具.設計與開發(fā)模塊以實驗方案(DOE)優(yōu)化方法為基礎，并以參數作為其基本語言.DesignXplorerVT–使用多種技術提供比(DOE)更多更有效的方法生成一個僅僅基于有限元的響應面,該有限元方案和網格有關,也和泰勒級數展開式的近似值有關.FatigueModule–

增加模擬在預循環(huán)荷載下預測產品壽命的功能.等值線顯示疲勞壽命,損壞,安全系數,二軸應力和疲勞敏感性.FEModeler–和ANSYS工作臺上使用的標準有限元表示法共同起作用.FE模塊支持從NASTRAN或DesignSimulation向ANSYS大量傳遞數據.November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS其他產品:ICEMCFD–CFD和結構分析的三維網格預處理軟件,該產品由ansys公司的子公司ICEMCFD()提供.ANSYSEMAX–高頻電磁場分析產品.集成了ANSYS公司的ICEMCFD前處理器和后處理器的功能、高頻電磁求解器.CFX–流體動力學分析專用軟件,由ANSYS的子公司CFX提供.(http:///cfx/)AI*Nastran–新一代NASTRAN求解器,由SASLLC提供.ANSYSWorkbenchSDK–是由ANSYS開發(fā)的新一代開放、靈活的CAE軟件開發(fā)平臺.組件技術能夠為大公司創(chuàng)造適用市場的產品和用戶CAE解決方案,包括整個產品鏈.ANSYSProFEA–Pro/ENGINEER的ANSYS分析和設計優(yōu)化.ParaMesh–直接作用于有限元模型的工具,可以對網格進行參數化,并可以移動,這使得有限元模型的效用大大加強.November3,2003超彈性密封壓縮第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS結構分析用于確定變形、應變、應力及反力。靜力分析用于靜態(tài)荷載.可以考慮結構的非線性行為，例如：大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等.November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS動力分析包括質量和阻尼效應。模態(tài)分析，計算結構的固有頻率和振型。諧響應分析，確定結構對輻值已知、頻率按正弦曲線變化的荷載的響應。瞬態(tài)動力分析，確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應，而且可以包含非線性特性。其它結構分析功能譜分析。隨機振動。特征值屈曲。子結構，子模型。模態(tài)動畫November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS用ANSYS/LS-DYNA進行顯式動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。汽車碰撞試驗的沖擊分析November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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?？赡M三種熱傳遞方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。穩(wěn)態(tài)分析忽略時間效應。瞬態(tài)分析確定以時間為函數的溫度等?？赡M相變（融化及凝固）。熨斗的瞬態(tài)熱分析November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS電磁分析用于計算電磁設備中的磁場。靜態(tài)和低頻電磁場分析模擬由直流電源，低頻交流電或低頻瞬時信號引起的磁場。例如：電磁鐵、電動機、變壓器。磁場分析中考慮的物理量是：磁通量、磁場密度、磁力和磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄漏等。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS高頻電磁場分析模擬電磁波傳播裝置。例如：微波及RF無源組件、波導、同軸連接器。電磁場分析中考慮的物理量是：S-參數、Q-因子、反射波損耗、電解質及傳導損耗。同軸電纜中的電場(EFSUM)November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS靜電學計算電壓或電荷引起的電場。例如：高壓裝置，微機電系統（MEMS），傳輸線。典型的物理量是：電場強度和電容。電流傳導計算在給定電壓下的導體的電流。電路耦合電磁設備的電路耦合。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS電磁分析類型:靜態(tài)分析用于計算由直流電(DC)或永磁體產生的磁場。諧分析用于計算由交流電(AC)產生的磁場。瞬態(tài)分析用于計算隨時間變化的磁場。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS計算流體動力分析(CFD)用于確定流體中的流動狀態(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。應用：航空航天、電子元件封裝、汽車設計。典型的物理量是：速度、壓力、溫度和對流換熱系數。導管中的流速足球上的壓力分布November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS聲學分析用于模擬流體介質和周圍固體的相互作用。例如：揚聲器，汽車內部，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的非流動流體的影響，確定由晃動引起的壓力。例如：油罐，其它液體容器。熱和質量的傳輸用一維單元計算兩點之間由質量遷移（如在一個管子中）產生的熱量。November3,2003受熱雙金屬片的變形分析第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS耦合場分析考慮兩個或多個物理場之間的相互作用。因為兩個物理場之間相互影響，所以不能單獨求解一個物理場。需要將兩個物理場結合到一起求解。例如：熱—應力分析。壓電分析（電場和結構）。聲學分析（流體和結構）。熱—電分析。感應加熱（磁場和熱）。靜電—結構分析。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS公司ANSYS公司.ANSYS產品家族的開發(fā)者總部位于Canonsburg,PA-USA（匹茲堡南部）November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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