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(xué)習(xí)的內(nèi)容，教師將做一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。通過(guò)GUI方式來(lái)做這個(gè)例子，不討論任何有關(guān)建模的細(xì)節(jié)。本例是一個(gè)在端點(diǎn)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(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。有限元的基本理論已有100年之久，而且用來(lái)計(jì)算過(guò)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(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(lài)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)。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(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)。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSANSYS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)橋梁與建筑電子產(chǎn)品重型機(jī)械微機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)器械November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYSANSYSMultiphysics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:

ANSYSWorkbench–與CAD結(jié)合的開(kāi)發(fā)環(huán)境ANSYSLS-DYNA–用于高度非線(xiàn)性問(wèn)題。ANSYSProfessional–用于線(xiàn)性結(jié)構(gòu)和熱分析,是ANSYSMechanical的子集。ANSYSDesignSpace–用于線(xiàn)性結(jié)構(gòu)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(guān)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.DesignXplorerVT–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).FatigueModule–

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(xiàn)顯示疲勞壽命,損壞,安全系數(shù),二軸應(yīng)力和疲勞敏感性.FEModeler–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DesignSimulation向ANSYS大量傳遞數(shù)據(jù).November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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ANSYS其他產(chǎn)品:ICEMCFD–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ICEMCFD()提供.ANSYSEMAX–高頻電磁場(chǎng)分析產(chǎn)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(dòng)力學(xué)分析專(zhuān)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(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(hù)CAE解決方案,包括整個(gè)產(chǎn)品鏈.ANSYSProFEA–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).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(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(xiàn)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.November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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(xiàn)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(xiàn)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)November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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(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?？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(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。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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)November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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(xiàn)。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。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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)。November3,2003第2章-有限元分析與ANSYS

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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(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。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(chǎng)分析考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場(chǎng)之間的相互作用。因?yàn)閮蓚€(gè)物理場(chǎng)之間相互影響，所以不能單獨(dú)求解一個(gè)物理場(chǎng)。需要將兩個(gè)物理場(chǎng)結(jié)合到一起求解。例如：熱—應(yīng)力分析。壓電分析（電場(chǎng)和結(jié)構(gòu)）。聲學(xué)分析（流體和結(jié)構(gòu)）。熱—電分析。感應(yīng)加熱（磁場(chǎng)和熱）。靜電—結(jié)構(gòu)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(chǎn)品家族的開(kāi)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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ANSYS公司ANSYS支持銷(xiāo)