手把手教你用ANSYS workbench

手把手教你用ANSYSworkbench本文旨在幫助沒有接觸過ANSYSWorkbench的人快速上手使用該軟件。我們將展示如何從一片空白開始，建立幾何模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)置約束和邊界條件、進(jìn)行求解計(jì)算，以及在后處理中運(yùn)行疲勞分析模塊，得到估計(jì)壽命的全過程。一、建立算例打開ANSYSWorkbench，開始建立算例。首先要確定所需分析的類型，一般結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域有靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析和模態(tài)分析。在Toolbox窗口中選擇分析類型，將其拖到右邊的ProjectSchematic窗口中，即可創(chuàng)建一個(gè)算例框圖。例如，本文選擇進(jìn)行靜態(tài)分析，將StaticStructural條目拖到右邊，創(chuàng)建A框圖。算例框圖中包含多個(gè)欄目，這些是計(jì)算一個(gè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析算例所需完成的步驟。完成的步驟在右側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)綠色的勾，未完成的步驟則會(huì)有問號(hào)，修改過但未更新的步驟則會(huì)有循環(huán)箭頭。第二項(xiàng)EngineeringData已默認(rèn)設(shè)置為鋼材料，如需修改材料參數(shù)，可直接雙擊打開Properties窗口。常用的材料參數(shù)如下圖所示。點(diǎn)擊SN曲線，可在右側(cè)或下方的窗口中找到具體數(shù)據(jù)，窗口位置可能與個(gè)人設(shè)置的窗口布局有關(guān)。二、幾何建模現(xiàn)在進(jìn)行到第三步，建立幾何模型。右鍵點(diǎn)擊Geometry條目可創(chuàng)建，或在Toolbox窗口的ComponentSystems下找到Geometry條目，將其拖出來創(chuàng)建。創(chuàng)建后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的框圖，即幾何模型框圖。雙擊框圖中的Geometry，會(huì)跳出一個(gè)新窗口——幾何模型設(shè)計(jì)窗口。點(diǎn)擊XYPlane，再點(diǎn)擊創(chuàng)建草圖的按鈕，表示在XY平面上創(chuàng)建草圖。右鍵點(diǎn)擊XYPlane，選擇Lookat，可將右邊圖形窗口的視角旋轉(zhuǎn)到XYPlane平面上。創(chuàng)建草圖后，點(diǎn)擊XYPlane下的Sketch2（可按用戶需求修改名稱），再點(diǎn)擊激活Sketching頁面。Sketching頁面提供了創(chuàng)建幾何體的功能?？梢詮幕镜妮喞€開始創(chuàng)建。首先，在右邊的圖形窗口中隨便畫一條橫線。但是畫出的橫線長度并不是精確等于用戶想要的長度，這時(shí)需要打開Dimensions下拉框，點(diǎn)擊General，再選中剛才畫的線，拉出一個(gè)標(biāo)定數(shù)據(jù)H1。在DetailsView窗口中可以設(shè)置H1的精確值，設(shè)置后，線段變成設(shè)定的長度，可適當(dāng)縮放圖形調(diào)整到合適的比例尺。如果需要畫一個(gè)四邊形，可以畫四條封閉的線段來表示。但如果需要建立的圖形是長方形，只要在確定了它對(duì)角線上的兩個(gè)頂點(diǎn)之后，就可以由Rectangle按鈕直接創(chuàng)建。畫好一個(gè)封閉輪廓的二維草圖之后，將這個(gè)草圖作為底面，點(diǎn)擊Extrude按鈕，拉伸出一個(gè)三維幾何體。點(diǎn)擊Extrude按鈕后，TreeOutline中出現(xiàn)一個(gè)名為Extrude2的模型。在DetailsView窗口中點(diǎn)中Geometry，激活這一欄，點(diǎn)中草圖Sketch2，再在DetailsView窗口中點(diǎn)Apply，草圖的圖形就成了Extrude2的底面了。設(shè)置Depth的數(shù)值，表示要拉伸出多長，設(shè)置好之后，右鍵點(diǎn)擊Extrude2，在菜單中選擇Generate創(chuàng)建這個(gè)三維幾何體?？梢灾貜?fù)這個(gè)方法，創(chuàng)建多個(gè)草圖，可以拉伸出多個(gè)不同深度的幾何體。如果在后面的計(jì)算中需要點(diǎn)中一個(gè)點(diǎn)，并且這個(gè)點(diǎn)具有確定的位置，在幾何建模階段必須將這個(gè)點(diǎn)創(chuàng)建出來。點(diǎn)擊create菜單中的Point，TreeOutline中出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)的模型。創(chuàng)建點(diǎn)的方式是：首先在幾何體中選擇一個(gè)面作為參考面BaseFaces，在右側(cè)圖形中選中參考面，點(diǎn)擊Apply，一般選擇點(diǎn)所在平面為參考面。其次在參考面上選擇一條線為基準(zhǔn)線。通過設(shè)置點(diǎn)與基準(zhǔn)線的關(guān)系FD1、FD2，指示出點(diǎn)在參考面上的位置。注意如果點(diǎn)在參考面內(nèi)，這里確定的點(diǎn)就是需要建立的點(diǎn)，如果點(diǎn)不在參考面內(nèi)，這里確定的點(diǎn)是需要建立的點(diǎn)在參考面上的投影，設(shè)置FD3告訴ANSYS點(diǎn)到參考面的距離，即可創(chuàng)建出不在參考面上的點(diǎn)。如果Type欄選擇spotweld，在劃分網(wǎng)格的時(shí)候，這個(gè)點(diǎn)上不會(huì)形成一個(gè)節(jié)。劃分網(wǎng)格時(shí)，需要選擇pointload，將其作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。右鍵點(diǎn)擊TreeOutline中的點(diǎn)名，點(diǎn)擊Generate創(chuàng)建該點(diǎn)。幾何模型創(chuàng)建完成后，將其拖到A框圖的Geometry欄中，引入到算例中。雙擊A框圖的第四欄，Model，打開模型設(shè)置窗口。在模型設(shè)置窗口中，設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)，包括網(wǎng)格的尺度ElementSize。右鍵點(diǎn)擊Mesh，點(diǎn)擊Update，待程序運(yùn)算后，網(wǎng)格就劃分好了。設(shè)置邊界條件時(shí)，右鍵點(diǎn)擊StaticStructural->Insert，在其中設(shè)置負(fù)載和約束。以節(jié)點(diǎn)力Force和固定約束Fixed-Support為例，先點(diǎn)擊Fixed-Support，在Details窗口中點(diǎn)中Geometry，再在右側(cè)選擇一個(gè)點(diǎn)、線、面或體，點(diǎn)擊Apply即將選中的點(diǎn)、線、面或體設(shè)置為固定約束。點(diǎn)擊Force設(shè)置節(jié)點(diǎn)力，在Details窗口中選中Geometry，在右側(cè)模型中點(diǎn)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)或幾何點(diǎn)，將力加在該點(diǎn)上。設(shè)置力的大小和方向，可通過DefineBy設(shè)置為Vector或Components。最后進(jìn)行求解與查看計(jì)算結(jié)果。首先，我們需要設(shè)置模態(tài)分析的參數(shù)，包括計(jì)算模式、頻率范圍、約束條件等。在設(shè)置好負(fù)載和約束之后，在模型窗口右鍵單擊Solution，點(diǎn)擊Solve進(jìn)行求解。求解完畢后，可以在這個(gè)窗口里查看計(jì)算結(jié)果。例如，在求解結(jié)束后，右鍵單擊Solution，選擇insert->Stress，在展開的菜單里可以查看各種各樣的應(yīng)力云圖。我們選中等效應(yīng)力，同樣點(diǎn)中在project中新出來的等效應(yīng)力對(duì)象，在Details窗口中設(shè)置查看某個(gè)點(diǎn)的等效應(yīng)力。同樣地，將選擇對(duì)象切換到點(diǎn)，在Details窗口的Geometry欄選中需要查看應(yīng)力的點(diǎn)，點(diǎn)擊Apply。設(shè)置好之后，右鍵單擊Solution，點(diǎn)擊EvaluateAllResults即可得到該點(diǎn)的應(yīng)力值。計(jì)算結(jié)果圖見疲勞分析求解之后展示的截圖。下面我們來對(duì)模型進(jìn)行疲勞分析，按下圖方法打開疲勞分析工具箱。同樣在project條目中出現(xiàn)FatigueTool對(duì)象，點(diǎn)中激活DetailsofFatigueTool窗口，設(shè)置類型為HistoryData，在這個(gè)類型下，程序?qū)囊粋€(gè)用戶自己準(zhǔn)備的外部文件中讀入應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線作為一個(gè)塊譜。選擇其他類型程序會(huì)自動(dòng)生成正弦波等特殊波形作為應(yīng)力塊譜。在HistoryDataLocation一欄輸入準(zhǔn)備好的應(yīng)力塊譜文件，MeanStressTheory一欄選擇算法，這里選擇Gerber。在UnitsName一欄選擇顯示的單位，默認(rèn)是塊譜，即最終計(jì)算出來的壽命是多少個(gè)塊譜那么多時(shí)間，也可以設(shè)置為小時(shí)、秒等時(shí)間單位。設(shè)置好之后，按照下圖順序點(diǎn)開菜單，點(diǎn)擊life，增加了一個(gè)life對(duì)象。與查看等效應(yīng)力一樣，可以查看整個(gè)模型的壽命云圖，也可以查看一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的壽命值。設(shè)置好之后，點(diǎn)擊EvaluateAllResults查看計(jì)算結(jié)果。在本例中，等效應(yīng)力和疲勞分析是一起設(shè)置好之后再一起生成計(jì)算結(jié)果的。最后是模態(tài)計(jì)算。關(guān)閉模型窗口，回到主窗口，這個(gè)時(shí)候靜態(tài)分析框圖中的所有欄都已完成，打上了勾。按照第一章的方法，將模態(tài)分析拉到右邊窗口中，出現(xiàn)模態(tài)分析的框圖。我們不需要重新建模畫網(wǎng)格，只需要將靜態(tài)分析中已經(jīng)完成的model欄拖到模態(tài)