Workbench.基础培训资料

1、1Workbenchll.O软件基本培训资料i. 软件背景、特点简介1.1. 软件背景Workbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境：1997年，ANSYS公司基于广大设计的分析应用需求、特点，开发了专供设计人员 应用的分析软件ANSYS DesignSpace( DS),其前后处理功能与经典的 ANSYS软件完 全不同，软件的易用性和与CAD接口非常棒。2000年，ANSYS DesignSpace的界面风格更加深受广大用户喜爱， ANSYS公司决 定提升ANSYS DesingnSpace的界面风格，以供经典的 ANSYS软件的前后处理也能应 用，形成了协同仿真环境： ANSY

2、S Workbe nch En viro nmen t(AWE)。其功能定位于： 重现经典ANSYS PP软件的前后处理功能；新产品的风格界面；收购产品转 化后的最终界面；用户的软件开发环境；2001 年，在 AWE 上，开发了 ANSYS DesignModeler(DM), ANSYS DesignXplorer(DX), ANSYS DesignXplorer VT(DX VT), ANSYS Fatigue Module (FM), ANSYS CAE Template 等。当时目的是和DS共同提供给用户先进的CAE技术。同年，ANSYS Inc.允许以前只能在 ACE上运行的MP,

3、ME, ST等产品，也可在AWE 上运行。用户在启动这些产品时，可以选择ACE，也可选择AWE。AWE可作为ANSYS 软件的新一代前后处理，还未支持 ANSYS所有的功能，目前主要支持大部分的 ME和 ANSYS Emag的功能，而且与 ACE的PP并存。1.2. 特点：1.2.1协同访真、项目管理集设计、仿真、优化、网格变形等功能于一体，对各种数据进行项目协同管理。1.22双向的参数传输功能支持CAD-CAE间的双向参数传输功能；1.2.3高级的装配部件处理工具具有复杂装配件接触关系的自动识别、接触建模功能；1.2.4先进的网格处理功能可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理；1.2.5分析

4、功能支持几乎所有ANSYS Mechanica的有限元分析功能；10.0: 2-D、3-D Structure Analysis (Static、Squenee Harmonic、Fatigue、Frequenee Bulking、Shape Optimization )、2-D、3-D thermal Analysis (Static、Transient)、3-D Electromag netic 等;11.0: 2-D、3-D Structure Analysis (Static、Squenee Harmonic、Fatigue、Frequenee Bulking、Shape Optimi

5、zation )、2-D、3-D thermal Analysis (Static、Transient)、3-D Electromag netic 等;1.26内嵌可定制的材料库自带可定制的工程材料数据库，方便操作者进行编辑、应用。1.2.7易学易用ANSYS司所有软件模块的共同运行、协同仿真与数据管理环境，工程应用的整体 性、流程性都大大增强；完全的Windows友好界面，工程化应用，方便工程设计人员应用。实际上，Workbench 的有限元仿真分析采用的方法(单元类型、求解器、结果处理方式等)与ANSY證典界面是一样的，只不过 Workbench采用了更加工程化的方式来来适应操作者，使即使

6、是没 有多长有限元软件应用经历的人也能很快地完成有限元分析工作。2. ANSYS Workbenchll软件分析流程简述2.1.实例流程演示下面我们来看一个在Workbench环境完成有限元仿真的一个流程。图1示为在其中心位置开有一圆孔的薄板，薄板一端固定，另一端承受P=50MPa的拉应力P,试用ANSYS软件计算薄板沿拉力方向的的最大应力。已知参数为：薄板长 L=1m、高H=0.5m、厚T=0.005m、圆孔半径R=0.15m、拉应 力P=50MPa；薄板为钢材，其弹性模量E=2X 1011Pa泊松比v =0.3、密度p =7850kg/m3。从上述演示过程知，Workbe nch软件作有限

7、元分析主要包含以下四个流程：分析准备、前处理（几何、接触装配关系、材料、网格）、加载求解、结果后处理。下面我们就 分别来讲解这四个流程的主要内容，并穿插介绍其主要功能特点。3. 分析准备3.1. 准备熟悉分析对象的结构特征、工作原理；了解分析需求：应力、变形、温度、时间相关性；必须的结构细节简化思路，提高分析的针对性和时效性；尽量用2-D （平面应力、平面应变）方法模拟空间 3-D问题；3.2. 结构分析数据流程、管理方式结构分析的数据管理方式为项目方式管理方式，主要文件有：项目文件（*.wbdb）:为项目文件，结构分析所有的文件均由该文件来管理。几何模型文件：有DesignModeler环境

8、（以下简称DM环境）产生的文件（*.agdb）、 CAD中间格式文件（如*step、*x_t）、工作CAD环境文件（如*.prt）等几种，含有分析 对象的物理几何信息；仿真模型文件（*.dsdb）:在DesignSimulation环境（以下简称 DS环境）中产生， 含几何模型产生的网格、分析类型、载荷边界条件、结果要求等信息；优化模型文件（*.dxdb）:在DesignExplore环境（以下简称DX环境）中产生，含相 关优化数据；有限元模型文件（*fedb）、等。以下为一个典型的结构分析数据管理流程图。4. 前处理-几何模型处理4.1.几何模型建立方式DM环境的参数化建模读入工作CAD软件

9、中的几何模型WorkbenchlO.O: ACIS14、CATIAV4(DS)、CATIAV5、SolidEdge(1617 版本)、 SolidWorks(2004/2005)、Autodesk(Inventor9/10)、Pro/E(野火 1/2)、NX2/3、MDT2006/2005、 OnespaceDesigner2005 TemcenterEngineering等；读入其它读入 CAD 软件的其它格式文件， 如 Parasolid(*x_t)、Step、*.agdb、*iges、*.agdb、 *.prt等，以快速建立分析用几何模型；前两种方式具有CAD、CAE环境间的参数双向传输

10、功能。4.2.参数双向传输功能4.2.1.DM、 DS 之间举例演示DesignModeler与DesignSimulation之间的双向参数传输功能。图3 DM-DS设计数据流程 在DM环境的Details View中命名、标识好要传递的参数（如果DM读入的是*.prt 文件，其参数在Import的内容下标识），可在Parameter菜单下修改好，点击 Generate 按钮进行DM环境中参数变化的更新；在WB界面的*agdb文件级界面下，用Parameter 复选框指定要传输的参数关键字。 进入DS点中目录树的 Geometry， 点击 Geometry菜单之 Updates： UseGe

11、ometry Parameter Values实现DMh DS间参数传输。 在DS中，点中目录树的 Geometry,在Details of Geometry中修改好相关参数后，点击 Geometry 下拉菜单之 Updates： UseSimulation Parameter Values 实现 DSDM 间参数传输。422工作CAD软件、DM、DS之间WB10.0： SolidEdge（1617）、SolidWorks（2004/2005）、Autodesk（lnventor9/10）、Pro/E（野 火 1/2）、NX2/3、MDT2006/2005、OnespaceDesigner20

12、05 TemcenterEngineering等；WB11.0： SolidEdge（1617版本）、SolidWorks（2004/2005）、Autodesk（Inventor9/10）、 Pro/E（野火 1/2）、NX2/3、MDT2006/2005、OnespaceDesigner2005 TemcenterEngineering 等；举例演示CAD软件、Designmodeler、Designsimulation之间的双向参数传输功能。DM（处理）CAD软件DS（分析）DX（优化）图 4 CAD/DM-DS设计数据流程T要点： 在CAD软件中建立几何模型，并标识、命名好要传递的参数

13、； 在 Workbench 的*.wbdb 文件级界面下，点击 Link to Active CAD Geometry ； 在Workbench的*.prt类似文件级界面下，用Parameter复选框指定要传输的参数关键字，再点击 New Geometry菜单进入DM CAC软件或DM中修改的相关参数后，点中 DM目录树的Attach，可通过Refresh 的相关选项实现CAD软件、DM间的双向传输； 随后的DM DS间参数方法与示例1相同。 也可直接在CAD软件、DS间进行参数双向传递。完成后，中直接点击NewSimulation 菜单进入 DS 修改 DS中 Geometry 下属模型名

14、Outline 之 CAD parameter， 用 Details of Geometry 好相关参数后再使用 Updates： Use Simulation Parameter Values 实现DSActive CAD间参数传输。例：以图5示带孔薄板结构，讲解DM/UG-D间设计参数双向传递特点。（R=0.15mT=0.005m。）0.5m|r1!1m图5带孔薄板结构图1图6複筋件结构4.3.DM环境中的几何模型处理主要包括选择单位制、模型局部修改、模型组合、材 料属性等。举例演示。举例演示局部修改、模型组合、抽中面、面延伸等功 能。例：以图6示钣筋模型演示模型局部修改（菜单 CREAT

15、/FACE DELETE 部件组合（选择 Tree outline的各部件，单击右键，选择Form new part ）、抽中面（菜单 Tool/mid-surface ）、抽中面面延伸 （菜单 Tool/surface extension ）等。已知模型厚度有 T01=2mmT02=1mm5. DS环境中的模型处理输入几何模型.1输入DM几何文件 几何模型已在DM中打开：在项目界面选中该文件，点击 NEW Simulation按钮; DM文件没有在DM中打开：在开始界面打开该文件，并在项目界面选中该文件， 点击 NEW Simulation 按钮； DM 文件没有在 DM中打开

16、：在项目文件界面下，用Link to Geometry File之Browse选择文件，在项目界面下选中该文件，点击NEW Simulation按钮；5.1.2使用CAD软件打开的直接文件：plug-in模式 几何模型已在CAD软件中打开：可在CAD环境中直接应用该模型。 几何模型已在 CAD软件中打开：在项目文件界面下，用Link to Active CADGeometry选择文件，在项目界面下选中该文件，点击NEW Simulation按钮。上述方式能实现CAD-DS间的参数双向传输。要求有 Plug-in授权。5.1.3使用未打开的的 CAD格式文件：（Read模式） CAD软件没有打开

17、：在 WB项目文件界面下，用Link to Geometry File之Browse 选择文件（如*.prt、*x_t、*step）等，在项目界面下选中该文件，点击 NEW Simulation 按钮； 在DS界面点击Geometry按钮，选择From File、Recent Geometry文件名内容。当打开*.prt文件时，可实现从DS*.prt文件的参数传输。具体操作为：在Detail of Geometry 中，设置 Preferenee的 personal parameter key为 on、reader save part file为 on， 传入.prt文件的参数；修改 DS中G

18、eometry下属模型名Outline 之CAD parameter，用 Details of Geometry 好相关参数后再使用 Updates： Use Simulation Parameter Value实 现更新。5.2.几何传输属性设置 参数关键字：Project 界 面下的 Parameters 复 选框； DesignSimulation 界 面 Project/Model/Geometry/Prefere nce/pers onal parameters key DesignSimulation 界面 Project/Model/Geometry/Preference/Rea

19、deisave part file， 当设置为YES时，可直接在DesignSimulation环境下修改、保存相关文件（如*.prt文件） 的设计参数，而该文件不需在相应 CAD环境打开。5.3.装配部件接触关系的检测、建立5.3.1.接触模块可自动地进行接触关系的检测、建立等工作；也可根据情况，对接触范围、接 触方式、接触算法等内容进行人工定义与调整。可检查接触压力、间隙计算值。安装架装配法蓝盘装配接触类型：bonded （绑定，不能分开、不能滑动，常与 MPC法连用）;no seperation （不分开，可以滑动）；frictionless （无摩擦，可以分开、可以滑动）；rough

20、（粗糙型， 可以分开，不能滑动）；frictional （摩擦型，可以分开、允许摩擦滑动）。532运动关节可建立运动关节（Joi nt），包括转动绞、平动绞、万向绞等。刚体与其它物体间只 能通过关节连接。533弹簧举例说明。5.4.部件材料属性定义与指定材料库定义、应用、零件材料的指定、刚度行为、非线性材料性质的影响。Workbe nch的自带材料库。在 Workbench环境调入模型，项目界面的 Material properties选项，只限于 UG、 PRO/E、INVENTOR 等软件的 E、v、P、Kxx、C、a等参数。举例说明材料库的定制、使用。6. 复杂结构的有限元网格处理功能在

21、求解时，不用指定网格类型；也可指定总体、局部网格。DS可用缺省方式对，对结构进行比较合理的网格化处理。对结构而言，采用Facesconfirm、带中节点单元、检查标准等内置方式进行处理。也可根据需要，事先进行网格类型（四/六面体、三/四变形）、分网方式（Sweep 非Sweep方式）、单元大小等内容进行指定。推荐先用缺省方式进行网格划分，再作仔细处理与研究。举例说明，见上述安装架、法蓝装配7. 加载与求解7.1. 求解类型结构分析：结构静力、柔性动力学、刚性动力学、模态、屈曲、谐响应、随机振动、 拓扑优化热分析：静态传热、瞬态传热电磁场分析：7.2. 载荷施加7.2.1载荷步定义结构静力、柔性

22、动力学、刚体动力学、稳态热分析、瞬态热分析有效。阶跃载荷，step load：载荷步内第一个子步与其余子步的载荷均相同；斜坡载荷，ramp load:每个载荷步内，各载荷子步的载荷逐步线性变化；载荷子步，substep主要用于非线性分析、瞬态分析时指定每个载荷步内的计算次 数或计算点时间间隔，以获得较好的计算精度。表格载荷，tabular:定义不同时间点的载荷函数载荷，function :定义与时间函数相关的载荷，如 F=100*sin（time）Surpress所有载荷步全部不激活）、激活某个载荷步、不激活载荷某个载荷步载荷历程722.初始条件定义柔性动力学：指定初始位移、初始速度；瞬态传热

23、分析：指定初始温度分布；结构静力、柔性动力学分析：从稳态传热、瞬态传热分析传入温度条件，以计算热 应变。用 Thermal Condition 实现。模态、屈曲分析：引入结构静力计算的应力结果，考虑应力刚化效应。随机振动分析：引入模态振型计算结果。7.3. 求解计算收敛标准图形显示、结果（位移、应力、接触状态）跟踪、残差显示；增加要处理的结果；&结果处理主要说明加载、结果处理的工程化、易学易用等特点。含加载、结果查看、图片处 理、报告生成等内容。等势线、矢量图、结果跟踪（Probe）、图表（chart）显示：动画、常用工具、刚体位移显示（在刚性运动学、柔性动力学中）9.1.9.实例计算静力分析

24、实例图为一承受集中载荷F的悬臂梁，试用ANSYS Workbench做有限元计算，求出其 最大等效应力。已知参数为：梁长 L=5m、截面高H=0.12m、宽B=0.06m、集中力F=10KN ;梁为 钢材，其弹性模量E=2X 1011Pa泊松比v =0.3、密度p =7850kg/m3。图2悬臂梁示意图 从上述过程知，加载方式非常工程化、灵活方便。9.2.分析法实例图3示为在其中心位置开有一圆孔的薄板，薄板一端固定，另一端承受P=50MPa的拉应力，试用 Workbench软件完成下面工作： 计算薄板沿图示P拉力方向的最大应力仅考虑材料线性时，Nonlinear material effect

25、选项设置成为off。考虑材料非线性时，Nonlinear material effect选项设置成为off，并定义适当的载荷 步、载荷子步； 计算薄板的拓扑优化情况（一端固定，另一端某顶点仅沿对角方向作用 5000N的 集中力） 计算薄板一端固定，不承受载荷作用时的前10阶模态提示，一阶频率为3.94HZ。 计算薄板一端固定、以图示 P作为预应力时，薄板的前10阶模态情况；提示：先完成 P作用时的静力分析，接着进行模态分析，模态分析时，initialcondition 选项指定为 static structure 。 计算薄板一端固定、以P（方向与薄板平面垂直）作为谐载荷时的谐响应。提示，作用

26、载荷形式为F=P*sin （wt+）,计算使结构发生共振的频率范围 w、各频 率处的振幅。 计算薄板一端固定顺态响应条件一：另一端端面以初始位移为 0.01m时的动态响应提示：指定两个载荷步；第一个载荷步用极短的时间间隔定义初始位移（为step形式，如设置step end time=0.01s且t=Os、t=0.01s的位移均为0.01m）；第二个载荷步中 使位移失效（选中位移及载荷步，单击右键，选择 activate/deactivate at this step条件二：另一端端面有初始位移为 0.01m、初始速度0.1m/s时的动态响应提示：指定两个载荷步；第一个载荷步用极短的时间间隔定义

27、初始条件位移（为ramp形式，如设置step end time=0.1s且t=0s位移为0、t=0.1s的位移均为0.01m，且初始位 移与第一个载荷步的时间长度比值就是初始速度）；第二个载荷步中使位移失效（选中 位移及载荷步，单击右键，选择 activate/deactivate at this step计算带预应力薄板的随机振动响应，基础随机振动谱方向与薄板平面垂直，其值 如下表示：谱值(g2/Hz)0.3频率（Hz）3050100150提示：计算顺序为静力分析、模态分析、随机振动分析，模态分析的ini tialcondition 选项指定为 static structu

28、re，随机振动分析 initial condition选项指定为 modal。已知参数为：薄板长 L=1m、高H=0.5m、厚T=0.005m、圆孔半径R=0.15m、拉应 力P=50MPa；薄板为钢材，其弹性模量E=2X 1011Pa泊松比v =0.3、密度p =7850kg/m3。图3薄板模型示意图从该例知，Workbench做结构的模态、随机振动分析工作非常方便。答案：最大等效应力为227MPa有预应力时频率范围为24.7-247.4Hz ；9.3.螺栓预紧静力分析法实例用载荷步方式实现各螺栓的依次预紧作用。提示：建立预紧载荷，可选择螺栓表面施加，也可选择图7发蓝盘螺桂装配螺栓体（需要建

29、立局部坐标系，请参见帮助系统）施加。螺 栓预紧力的状态可用载荷步实施，有lock、open、adjust、load等形式。9.4.刚体动力学分析实例建立图8示的刚体运动学模型，模 拟重力作用下的运动关系、各种作用 载荷等。提示：选择 rigid dynamic分析类 型，各部件全设置为刚体。施加沿Y轴负向的重力加速度，计算时间为 0.2 秒，计算用载荷子步采用程序缺省设 置。运动副结果是在其参考坐标系中 进行显示。图&刚体动力学计算模型9.5.刚-柔混合体动力学分析实例如图8示，将某个零件（如轴套）设置为柔性体。切记要选择flexible dynamic分析类 型。柔性体与刚性体间仍采用运动副连接。9.6.传热分析、热-结构耦合分析对图9所示结构进行稳态传热、瞬态传热、热-结构耦 合分析。提示：稳态传热的 initial condition/initial temperature value 设 置值对计算结果没有影响，仅用