通用有限元分析程序

通用有限元分析程序第一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-2

經(jīng)過近30年的發(fā)展和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭，當(dāng)前世界上最為流行的大型通用有限元程序有：ABAQUS、ANSYS、ADINA、MARK、MSC/NASTRAN、ALGOR、COSMOS、ASKA等。

SAP5是我國最早引進(jìn)的大型通用有限元程序。雖然它的用戶界面很不友好，數(shù)據(jù)嚴(yán)格按FORTRAN的數(shù)據(jù)格式輸入，輸出結(jié)果也僅以數(shù)據(jù)文件的形式提供，用戶還需對(duì)其進(jìn)行大量的整理工作。但SAP5的引入，對(duì)推動(dòng)我國有限元技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展起到了不可磨滅的貢獻(xiàn)，培養(yǎng)了一大批有限元方面的專業(yè)人才。

SAP5最初是在大型機(jī)上運(yùn)行的。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，隨著微型機(jī)的興起，SAP5也推出了它的微機(jī)版本，它就是現(xiàn)在的ALGOR。隨著微型機(jī)性能的不斷提升，微機(jī)上的操作系統(tǒng)從DOS向WINDOWS特別是向WINDOWSNT轉(zhuǎn)移，原先在大中型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的通用有限元軟件紛紛向微型機(jī)上移植。這些大型有限元程序也紛紛向我國推廣。如鄭州機(jī)械研究所引進(jìn)了ADINA，MSC/NASTRAN在國內(nèi)專門設(shè)立了辦事處以推廣NASTRAN等。進(jìn)入90年代，美國ANSYS公司的ANSYS軟件以其功能全面，界面友好，在國內(nèi)CAE市場(chǎng)上異軍突起，成為最受歡迎的有限元分析軟件。第二頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-3§3.2ANSYS的發(fā)展歷程

ANSYS公司三十年來的歷史，濃縮了美國高科技企業(yè)的發(fā)展歷程。從最初幾個(gè)從事高科技研究的專家，到私人公司，最終通過上市，發(fā)展成為一個(gè)在全球擁有400多名雇員，50,000多用戶的高科技跨國公司。今天，許多國際化大公司以ANSYS軟件作為其設(shè)計(jì)分析標(biāo)準(zhǔn)，在《Fortune》雜志評(píng)選出的前100名巨型企業(yè)中，有73％是ANSYS的集團(tuán)用戶。作為有限元界的先導(dǎo)，ANSYS公司牢牢把握了CAE的發(fā)展方向。七十年代率先在有限元軟件中引入圖形技術(shù)及交互操作方式，使有限元的前后處理進(jìn)入一個(gè)嶄新的歷史階段；1983年，ANSYS公司又充分預(yù)計(jì)了PC機(jī)的發(fā)展，開發(fā)出世界上第一個(gè)PC機(jī)上的分析程序，并實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與其它硬件平臺(tái)上完全統(tǒng)一一致的用戶界面；九十年代初，ANSYS深刻領(lǐng)會(huì)到未來的設(shè)計(jì)技術(shù)將進(jìn)入“虛擬樣機(jī)”的仿真階段，從而推出了與虛擬樣機(jī)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的“多物理場(chǎng)”仿真技術(shù)。

1995年，ANSYS公司被美國《IndustryWeek》(工業(yè)周刊)評(píng)為20個(gè)“技術(shù)先導(dǎo)”公司，1999年，又被美國《BusinessWeek》(商務(wù)周刊)評(píng)為100個(gè)“增長最快”的公司;ANSYS軟件被美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)、美國核安全局(NQA)、美國宇航局(NASA)、中國鐵路機(jī)車車輛工業(yè)總公司、中國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)采用為標(biāo)準(zhǔn)分析軟件，成為國際公認(rèn)的工程仿真及校驗(yàn)工具。

1995年5月，ANSYS在設(shè)計(jì)分析類軟件中第一個(gè)通過了ISO9001的質(zhì)量認(rèn)證。

第三頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-4§3.3ANSYS軟件的功能簡介

ANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包。該軟件可浮動(dòng)運(yùn)行于從PC、NT工作站、UNIX工作站直到巨型機(jī)各類計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)文件在其所有的產(chǎn)品系列和工作平臺(tái)上均兼容；多物理場(chǎng)耦合的功能，允許在同一模型上進(jìn)行各式各樣的耦合計(jì)算，如熱—結(jié)構(gòu)耦合、磁—結(jié)構(gòu)耦合以及電—磁—流體—熱耦合，在PC機(jī)上生成的模型同樣可運(yùn)行于巨型機(jī)上，這樣就確保了所有的ANSYS用戶的多領(lǐng)域多變工程問題的求解。

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。第四頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-5ANSYS的產(chǎn)品家族ANSYS/FLOTRAN?ANSYS/Emag?ANSYS/Structural?ANSYS/MultiphysicsANSYS/LS-DYNA?ANSYS/Mechanical?ANSYS/LinearPlus?ANSYS/Thermal?第五頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-6ANSYS提供的分析功能1.結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不公可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。2.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)支力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。第六頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-73.結(jié)構(gòu)非線性分析

結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。

4.動(dòng)力學(xué)分析

ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這此功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。5.熱分析

ANSYS程序處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱—結(jié)構(gòu)耦合分析能力。第七頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-86.電磁場(chǎng)分析

主要用于電磁場(chǎng)問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。7.流體動(dòng)力學(xué)分析

ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)和通過每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱—流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。第八頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-98.聲場(chǎng)分析

程序的聲學(xué)功能有來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船廠體的阻尼效應(yīng)。9.壓電分析

用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。第九頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-10§3.4ANSYS軟件的運(yùn)行環(huán)境ANSYS支持的硬件平臺(tái)●IntelPC(Windows98/NT)●HP●SGI●IBM●SUN●AlphaUnix●AlphaNT●CRAY第十頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-11

ANSYS運(yùn)行于PC平臺(tái)上時(shí)，其操作系統(tǒng)可為WINDOWS9X/NT。最好采用WINDOWSNT系統(tǒng)。

CPU：PII300以上。

RAM：128MBHD：1G以上。顯示器：17”以上。顯示分辨率達(dá)到1024X768以上。第十一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期二2001年6月1日3-12§3.5ANSYS軟件構(gòu)成前處理：求解器：后處理：用于求解分離的數(shù)據(jù)，選擇坐標(biāo)系統(tǒng)和單元類型，定義實(shí)常數(shù)和材料類型，建立實(shí)體模型，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。定義分析類型，輸入載荷數(shù)據(jù)，用