ANSYS(9[1].0)及其应用第一章完成版.ppt
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1、2023/3/1,1,ANSYS及其应用第一章 ANSYS基本知识主讲教师:吴俊飞课程性质:选修课课程学时:32学时,2,Company Logo,主 要 内 容,11 ANSYS简介,12 ANSYS的图形和用户界面,13 ANSYS文件系统,14 ANSYS的单位制,3,Company Logo,第一节 ANSYS简介,CAE(Computer Aided Engineering)技术,即计算机辅助工程技术,是一个涉及面广、集多种学科与工程技术于一体的综合性、知识密集型技术。相应的CAE软件则是包含了数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等在内的综合型软件系统。,一、CAE概念
2、,针对特定类型的工程或产品所开发的用 于产品性能分析、预测和优化的软件,它以在某个领域中的应用深入而见长,如美国ETA 公司的汽车专用CAE软件LS/DYNA3D及ETA/FEMB等。,通用型软件可对多种类型的工程 和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新的软件,它以覆盖的应用范围广而著称,如ANSYS、NASTRAN、MARC等。,CAE软件,专用类,通用类,4,Company Logo,第一节 ANSYS简介,CAE技术始于1943年,而真正的CAE软件诞生于20世纪70年代初期,到80年代中期才逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。,CAE软件的主要价值
3、,在设计阶段,通过对工程和产品进行加工、性能和安全可靠性的模拟,可以及早发现设计缺陷,并预测工程、产品的可用性与可靠性,为工程实施、产品创新提供技术保障。,CAE软件的理论基础:有限元、边界元法等现代计算力学方法,CAE技术的核心内容:计算机模拟和仿真,CAE技术的发展条件:计算机及图形显示设备的推出,5,Company Logo,第一节 ANSYS简介,在工程实际应用的诸多领域里,为寻求可靠的、最优的工艺和技术方案,以往所凭借和依赖的直觉、经验、实验和“尝试法”,随着工艺要求的日益严格,追求质量所引发竞争的日臻激烈,已开始显得力不从心。在迅速普及的高性能计算机系统的支持下,CAE软件将成为工
4、程师们实现其工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。他们将通过使用CAE软件对其创新的设计方案快速实施性能与可靠性分析、并进行虚拟运行模拟,及早地发现设计缺陷,实现优化设计,在实现创新的同时,提高设计质量,降低研究开发成本,缩短研究开发周期。CAE与CAD、CAM、PDM以及ERP等软件,已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主要技术工具之一,并对工程和产品制造业的技术创新有重大影响,也将会为国民经济的发展做出更大的贡献。,6,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS正是在这样一种前提下应运而生。该软件是一个功能强大的,融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型CAE通用有限
5、元分析软件,具有强大的前处理、求解和后处理功能。广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、铁路、交通、电子、石油化工、机械制造、国防军工、电子、土木工程、生物医学、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究领域。ANSYS作为广泛应用的优秀的有限元软件,把有限元数值分析技术和CAD、CAE、CAM等图像处理有机地结合在起。ANSYS除了发展多种与CAD直接转换的接口以外(即ANSYS可直接调入Pro/E、UG、Solid Works、Solid Edge、AutoCAD、SAT等软件生成的几何模型,ANSYS与UG、Pro/E、ADAMS、I-DEAS、ALGOR等软件的有限元分析可相互转换),同时使自
6、己的输出文件格式通用化和标准化。ANSYS自带的编程语言APDL可供用户以ANSYS为平台,进行二次开发,是强有力的计算工具。用户既可以在CAD中建模,然后通过ANSYS和CAD接口传入模型进行计算,也可以在ANSYS中以用户界面方式利用菜单建模,输入初始数据,进行计算和查看计算结果。用户还可以用ANSYS的APDL语言,用命令流的方式进行建模、计算和查看结果。,7,Company Logo,第一节 ANSYS简介,二、ANSYS软件简介,近几十年来,各国相继开发了许多通用的大型有限元程序,如ALGOR、ANSYS、ABACUS、MARC和NASTRAN等。1970年,Doctor John
7、Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化,于是创建了ANSYS公司,总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来,ANSYS公司致力于设计分析软件的开发,不断吸取新的计算方法和计算技术,领导着世界有限元技术的发展,并为全球工业广泛接受,其50000多用户遍及全世界。,8,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能,象当时的大多数程序一样,它只是一个批处理程序,且只能在大型计算机上运行。20世纪70年代初,ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求,从而使程序发生了很大的变化,非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序
8、。70年代末,交互方式的加入是该软件最为显著的变化,它大大地简化了模型生成和结果评价(前处理和后处理)。在进行分析之前,可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件;在分析完成之后,计算结果的图形显示,立即可用于分析检验。,总部位于 Canonsburg,PA-USA(匹兹堡南部),9,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS的产品家族,10,Company Logo,第一节 ANSYS简介,1、ANSYS/Connection:和CAD软件的接口模块;2、ANSYS/CADfix:高级通用图形接口模块;3、ANSYS/CivilFEM:土木和桥梁分析专用模块;4、A
9、NSYS/Linflow:气弹和颤振分析专用模块;5、DETAynForm:薄板成型分析专用模块;6、ETA/VPG:车辆虚拟道路试验场;7、FE-Safe:高级疲劳分析专用模块;8、DesignSpace:智能化快速设计校验工具;9、FEKO:混合法电磁场子系统。,ANSYS的其他产品系列,11,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS是目前世界范围内增长最快的CAE软件,该公司对软件的质量非常重视,新版的ANSYS软件必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系,自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月成为迄今为止世界范围内唯一通过了IS09001的质量
10、体系认证的设计分析类软件,是美国机械工程师协会(ASME)、国核安全局(NQA)及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构,短短几年的时间里发展到北京、上海、成都、广州四个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作,在1996年开发了符合中国JB473295国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆工业总公司,在其机车提速的研制中,ANSYS软件已经开始发挥作用,中国铁路机车“上水平、上档次、上质量”的目标己初见成效。在中国它是第一个通过中国压力容器标准化技术委员会认证,并在全国压力容器行业和17个部
11、委推广使用的分析软件,拥有数百家之广大的中国用户群。中国100多所理工院校采用ANSYS分析软件,74所理工科院校、115门课程的标准教学软件。,12,Company Logo,第一节 ANSYS简介,它为用户提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,可以方便地构造有限元模型,软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。1)实体建模。参数化建模。体素库及布尔运算。拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等。2)多种自动网格划分工具,自动进行单元形态、求解精度检查及修正。自由映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分。复杂几何体Sweep映射网格生成。六面体向四面体自动过渡网格:金字塔形
12、。边界层网格划分。3)在几何模型或FE模型上加载:点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷。4)可扩展的标准梁截面形状库。,三、ANSYS软件的组成,ANSYS软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。,1、前处理模块,13,Company Logo,第一节 ANSYS简介,可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。具体如下所示:计算报告自动生成及定制工具,自动生成符合要求格式的计算报告。结果显示菜单:图形显示、抓图、结果列表。,2、分析计算模块,包括
13、结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。,3、后处理模块,14,Company Logo,第一节 ANSYS简介,图形:云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、纹理。钢筋混凝土单元可显示单元内钢筋开裂情况以及压碎部位。梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示,显示横截面结果;显示梁单元弯矩图。显示优化灵敏度及优化变量曲线。各种结果动画显示,可独立保存及重放。3D图形注释功能。直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、EMF、
14、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形。计算结果排序、检索、列表及再组合。提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算。显示沿任意路径的结果曲线,并可进行沿路径的数学计算。,15,Company Logo,第一节 ANSYS简介,四、ANSYS软件的功能,1、ANSYS 结构分析*,结构分析的类型:静力分析-用于求解静态外载荷引起的系统或部件的位移、应变、应力和力。可以考虑结构的线性及非线性行为,例如:大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.模态分析-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析 是模态分析的扩展,用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作 响应谱或 PSD).,结
15、构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.,16,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS 结构分析(续),谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.特征屈曲分析-用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状.(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)专项分析:断裂力学分析 复合材料分析 疲劳分析及寿命估算,17,Company Logo,第一节 ANSYS简介,用于模拟非常大的变形,惯性力占支配地位,并考虑所有的非线性行为.它的显式方程求解冲击、碰撞、快速
16、成型等问题,是目前求解这类问题最有效的方法.,ANSYS除了提供标准的隐式动力学分析以外,还提供了显式动力学分析模块ANSYS/LS-DYNA.,ANSYS 结构分析(续),18,Company Logo,第一节 ANSYS简介,2、ANSYS热分析*,ANSYS软件可处理热传递的三种基本类型:传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力.,ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布,以及热量的获取或损
17、失、热梯度、热通量等.,19,Company Logo,第一节 ANSYS简介,3、ANSYS电磁分析,主要用于电磁场问题的分析,如电感、电容、磁通量密度、磁场密度、涡流、阻抗、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失及磁通量泄漏等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生。,磁场分析 用于计算磁场.,20,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS电磁分析(续),磁场分析的类型:静磁场分析:计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场。交变磁场分析:计算由于交流电(AC)产生的磁场。
18、瞬态磁场分析:计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场。电场分析:用于计算电阻或电容系统的电场。典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热。高频电磁场分析:用于微波及RF无源组件,波导、雷达系统、同轴连接器等分析。,21,Company Logo,第一节 ANSYS简介,流体分析:用于确定流体的流动及热行为。流体分析分以下几类:CFD-ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能,包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流,以及多组份流等。声学分析-软件的声学功能用来研究含流体的介质中声波的传播,或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。考虑流体介质与周围固体的相互作用,进行声波传递
19、或水下结构的动力学分析等。容器内流体分析-考虑容器内的非流动流体的影响。可以确定由于晃动引起的静水压力。流体动力学耦合分析-在考虑流体约束质量的动力响应基础上,在结构动力学分析中使用流体耦合单元。,4、ANSYS 流体分析,22,Company Logo,第一节 ANSYS简介,耦合场分析:考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响,单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的,因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。(绝大多数的工程分析都要用到耦合场的功能)例如:在压电力分析中,需要同时求解电压分布(电场分析)和应变(结构分析)。,其他需要耦合场分析的典型情况
20、有:热应力分析流体结构相互作用感应加热(电磁热),感应振荡,两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起,图示为加热后的变形.,5、ANSYS 耦合场分析,23,Company Logo,第一节 ANSYS简介,ANSYS软件的开放结构允许连接自己的FORTRAN程序和于过程。ANSYS自带的编程语言APDL可供用户以ANSYS为平台,进行二次开发,是强有力的计算工具。,6、优化设计,优化设计是一种寻找确定最优方案的技术。设计方案的任何方面都是可以优化的,如:尺寸(如厚度)、形状(如过渡圆角的大小)、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。实际上,所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。,7、拓
21、扑优化,拓扑优化是指形状优化,有时也称为外形优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。用户只需要给出结构的参数(材料特性、模型、荷载等)和要省去的材料百分比,程序就能自动进行优化。,8、用户可扩展功能(UPF)和二次开发功能,24,Company Logo,第一节 ANSYS简介,总结 用户利用ANSYS软件能够完成下列工作:(1)能够建立有限元模型或转换结构、产品、零件和系统的CAD模型。(2)能够施加运行载荷或其它设计性能参数。(3)研究物理响应,如应力水平、温度分布或电磁场。(4)进行优化设计,减小产品费用。(5)能
22、够做在某些环境下不可能或不方便的样机实验。,25,Company Logo,第二节 ANSYS 图形用户界面(GUI),启动ANSYS,26,Company Logo,第二节 ANSYS 图形用户界面(GUI),Objective,一.ANSYS GUI中六个窗口的总体功能,输入窗口 显示提示信息,输入ANSYS命令,所有输入的命令将在此窗口显示。,主菜单 包含ANSYS的主要功能,分为前处理、求解、后处理等。,输出窗口 显示软件的文本输出。通常在其他窗口后面,需要查看时可提到前面。,应用菜单 包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.,工具条 将常用的命令制成工具条,方便调用.,图形
23、窗口 显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.,27,Company Logo,第二节 ANSYS 图形用户界面(GUI),二.ANSYS的应用菜单(Utility Menu),File文件管理菜单:提供了对程序文件操作的命令和功能Select选择菜单:提供了关于实体选择的命令List列表菜单:提供了对数据库文件进行列表的命令Plot绘图菜单:提供了对模型图形显示操作的各种命令和功能PlotCtrls绘图控制菜单:提供了对图形显示的高级控制功能WorkPlane工作平面菜单:工作平面的设置,主要为实际的建模提供方便Parameters参数控制菜单:设置程序使用过程中的参数Macro宏管理
24、菜单:提供了对宏命令的编辑和修改的命令MenuCtrls菜单控制菜单:提供了对ANSYS 其他窗口的开关功能Help帮助菜单:提供了ANSYS的联机帮助手册,28,Company Logo,第二节 ANSYS 图形用户界面(GUI),Clear&Start New 清除当前的工作文件,并启动新的工作文件。说明:执行该命令后,新文件的工作目录和工作文件名仍然沿用先前文件的设置,其他的参数设置也并不改变,仍为在启动ANSYS时交互式参数设置的参数值。此操作一般在分析过程中对先前所做的工作不满意或不想花费时间逐一删除而重新开始新的分析时使用。Change Jobname 更改工作文件名说明:命令执行
25、后,将弹出change Jobname对话框。在选项Enter New jobname后面的文本框中输入新的工作文代名;在选项New log and error fiLe?后面的选择框中决定是否使用新的x1og(日志文件“和xerr(出错文件)。一旦选择使用新的日志文件和出错文件,原来的日志文件和出错文件将被忽略,但并没有删除,所有的数据都将存储在新的文件中。该命令仅在开始级(即在进行有限元分析之前,对ANSYS工作环境初始化时)才有效。即使在启动交互式参数设置选项中给定了工作文件名,ANSYS仍允许改变工作文件名。然而该作业名仅适用于执行此命令后打开的文件,而不适用于在这之前已经打开的文件。
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- ANSYS 及其 应用 第一章 完成
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