ANSYSWorkbench12.0基础培训讲义

2022/10/251ANSYSWorkbench12.0基础培训讲义义（内部共享））2022/10/252主要内容一、有限元基基本概念基本操作二、AnsysWorkbench有限元分析流流程的操作软件介绍静静力力学分析与模模态分析FEA模型的建立（本次培训不涉涉及非线性问问题，所讲讲内容主要针针对三维实体体单元。）2022/10/253有限元基本概概念概念把一个原来是是连续的物体体划分为有限个单元，这些单元通通过有限个节点相互连接，承承受与实际载载荷等效的节点载载荷，并根据力的平衡条件件进行分析，然然后根据变形形协调条件把把这些单元重新组合成能够进行综综合求解的整整体。有限元法的基基本思想—离散化。节点单单元载载荷约约束分分析类型有限元模型真实系统有限元模型有限元模型是真实系统理理想化的数学学抽象。定义节点和单元节点:空间中的坐标标位置，具有有一定自由度度和存在相互物理作用。单元:一组节点自由由度间相互作作用的数值、、矩阵描述（（称为刚度或或系数矩阵)。单元有线、、面或实体以以及二维或三三维的单元等等种类。有限元模型由由一些简单形形状的单元组组成，单元之之间通过节点点连接，并承承受一定载荷荷。载荷约束有限元法的分分类位移法：以节点位移为为基本未知量量；力法法：以节点力为基基本未知量；；混合法：一部分以节点点位移为基本本未知量，一一部分以节节点力为基本本未知量。有限元法的基基本思想对弹性区域离散化将单元内任一节点位移通过函数表达（位移函数）建立单元方程进行单元集成，在节点上加外载荷力引入位移边界条件进行求解求解得到节点位移根据弹性力学公式得到单元应变、应力有限元法的基基本步骤1.结构离散；2.单元分析a.建立位移函数数b.建立单元刚度度方程c.计算等效节点点力3.进行单元集成成；4.得到节点位移移；5.根据弹性力学学公式计算单单元应变、应应力。2022/10/259ANSYSWorkbench软件介绍运行软件操作界面简介介基本操作分析流程的各各项操作2022/10/2510运行软件方法一：从CAD软件中进入方法二：单击击开始菜单，，选择程序命令令；从Ansys程序组中选择AnsysWorkbench程序。启动该软件件后，出现现一模块选选择对话框框。2022/10/2511操作界面介介绍2022/10/2512菜单常用的几个个菜单项为为：—“File>Save”用来保存数数据库文件件：.dsdb—“File>Clean”用来删除数数据库中的的网格或结结果—“Edit>SelectAll”用来选取窗窗口中当前前的所有实实体—“Units”用来改变单单位—“Tools>options”用来定制或或设置选项项2022/10/2513工具具条条常用用工工具具条条图形形工工具具条条2022/10/2514结构构树树结构构树树包包含含几几何何模模型型的的信信息息和和整整个个分分析析的相相关关过过程程。。一般般由由Geometry、Connections、Mesh、分析析类类型型和和结结果果输输出出项项组组成成，，分分析析类类型型里里包包括载载荷荷和和约约束束的的设设置置。。说明明分分支支全全部部被被定定义义说明明输输入入的的数数据据不不完完整整说明明需需要要求求解解说明明被被抑抑制制，，不不能能被被求求解解说明明体体或或零零件件被被隐隐藏藏2022/10/2515属性性窗窗口口属性性窗窗口口提提供供了了输输入入数数据据的的列列表表，，会根根据据选选取取分分支支的的不不同同自自动动改改变变。。白色色区区域域:显示示当当前前输输入入的的数数据据。。灰色色区区域域:显示示信信息息数数据据，，不不能能被编编辑辑。。黄色色区区域域:未完完成成的的信信息息输输入入。。2022/10/2516图形形窗窗口口模型型和和结结果果都都将将显显示在在这这个个区区域域中中，，包包括括：：GeometryWorksheetPrintPreviewReportPreview几个个可可以以互互相相切切换换的的窗窗口口。2022/10/2517向导导作用用：：帮助助用用户户设设置置分分析析过过程程中中的的基基本本步步骤骤，，如如选选择择分分析析类类型型、、定定义义材材料属属性性等等基基本本分分析析步步骤骤。。显示：可以通过过菜单View中的Windows选项或常常用工具具条中的的图标控制其显显示。2022/10/2518基本操作作创建、打打开、保保存文档档复制、剪剪切、粘粘贴图形窗口口的显示示视图显示示结结构构树的显显示操作界面面的显示示工具条的的显示选择目标标显示/隐藏旋转、平平移、缩缩放2022/10/2519创建、打打开、保保存文档档File菜单或者者工具条条的1、创建一一个新文文档。选选择File—New命令。2、打开开文档。。选择File—Open命令。3、保存文文档。选选择File—Save或SaveAs命令，一般保存存为.dsdb格式的文文档。编辑目标标用户可以以对给定定的目标标进行复复制、粘贴、剪剪切等常常规操作作。使用用Edit菜单中的各项项命令。。2022/10/2520视图显示示视图的显显示主要要在View菜单中进进行控制制。1、图形窗窗口ShadeExteriorandEdges：轮廓线线显示Wireframe：线框显显示Ruler：显示标标尺Legend：显示图图例Triad：显示坐坐标图示示2022/10/2521视图显显示2、结构构树ExpandAll：展开开结构构树CollapseEnvironments：折叠结结构树树CollapseModels：折叠叠结构构树中中的Models项3、工具具条NamedSelections：命名名工具具条UnitConversion：单位位转换换工具具4、操作作界面面Messages：Messages信息窗窗口SimulationWizard：向导导GraphicsAnnotations:注释SectionPlanes:截面信信息窗窗口ResetLayout:重新安安排界界面2022/10/2522选择目目标在Workbench中，目目标是是指点点、、线线、、面、、体体。。1、单选选确定目目标为为点、、线、、面、、体的的一种，，点击击对应应的图图标，，单击击按钮，，选中中SingleSelect，进入入选择择模式式，利用鼠鼠标左左键在在模型型上点点击进行行目标标的选选取。。2、框选选与单选选的方方法类类似，，只需需选择择BoxSelect，再在在图形形窗口口中按按住左键、、画矩矩形框框进行行选取取。3、在结结构树树中的的Geometry分支中中进行行选择择。屏幕下下方的的状态态条中中将显显示被被选择择的目目标的的信息息。2022/10/2523显示/隐藏目目标1、隐藏藏目标标在图形形窗口口的模模型上上选择择一个个目标标，单单击鼠鼠标右右键，，在弹弹出的的选项里选选择，，该目目标即即被隐隐藏。。用户户还可可以在在结构构树中中选取取一个目标标，单单击鼠鼠标右右键，，选择择来来隐藏藏目标标。当当一一个目目标被被隐藏时，，该目目标在在结构构树的的显示示亮度度会变变暗。。2、显示示目标标在图形形窗口口中单单击鼠鼠标右右键，，在弹弹出的的选项项里选选择GoTo—HiddenBodiesinTree，系统统自动动在结结构树树Geometry项中弹弹出被被隐藏的目目标，，以蓝蓝色加加亮方方式显显示，，在结结构树树中选选中该该项，，单击击右键键，选择显显示该该目标标。2022/10/2524旋转、、平移移、缩缩放通过工工具条条的实实现上上述操操作，，也可可以利利用鼠鼠标和和键盘相结结合的的方式式进行行操作作平移：：Ctrl+鼠标中中键旋转：：鼠标标中键键缩放：：Shift+鼠标中中键2022/10/2525有限元分析析（FEA）工作的定位位：开发流程的的什么阶段段进行？FEA分析的目标标：刚度/强度，位移移/应力，模态态…材料屈服？？网格细化化？网格较较为均匀。。分析领域：：结构、热热分析类型：：静力分析析、模态分分析材料特性、、载荷、约约束网格密度前处理：模模型简化、、建模技巧巧（对称性的利利用）…制定分析方方案初步确定分析流程操操作分析类型：：静力分析析、模态分分析单元类型：：壳单元、、实体单元元模型类型：：零件、组组件前处理建立、导入入几何模型型定义材料属属性划分网格求解施加载荷和和约束求解后处理查看结果得得出结论论检验结果的的正确性2022/10/25271导入模型2定义材料属属性3设定网格划划分参数并并划分网格格4选择分析类类型（StaticAnalysis、Modal…）5施加载荷与与约束（设设置边界条条件）6设定求解参参数并求解解7后处理分析流程操操作2022/10/25281导入模型方法一：直直接从所支支持的CAD软件系统进进入。方法二：右右击Geometry------replaceGeometry2022/10/2529模型型处处理理两个个概概念念：CAD模型型&FEA模型型CAD模型型的的处处理理：：可直直接接删删除除的的特特征征———螺纹纹孔孔、、小小孔孔、、小小边边、、狭狭小小面面、、小小凸凸台台、、小小槽槽等等；；CAD几何何建建模模的的参数数化化考虑虑对对称称性性的的建建模模：：（（几何何结结构构对对称称、、载载荷荷和和约约束束也也对对称称）2022/10/25302定义义材材料料属属性性1、双双击击ComponentSystems中的的EngineeringData。2、右击击EngineeringData----edit3、选选择择view中outline、properties,把GeneralMaterials等中中的的材材料料添添加加到到EngineeringData中，，修修改改Density密度度、、Young’’smodulus杨氏氏模模量量、、Poisson’’sRatio泊松松比比、、热热膨膨胀胀系系数数等等参参数数。。4、点点击击ReturntoProject5、右右击击Model----Update6、右右击击Model-----edit7、在在模模型型的的Material----Assignment右面面的的箭箭头头可可选选择择材材料料注：：软软件件默默认认的的材材料料是是StructuralSteel。2022/10/2531定义义材材料料属属性性4、在线线性性静静力力结结构构分分析析当当中中，，材材料料属属性性只只需需要要定定义义杨氏氏模模量量以及及泊松松比比。–假如如有有任任何何惯惯性性载载荷荷，，密度是必须要定义义的；模态分分析中同样需需要定义材料料密度。2022/10/25323网格控制目的：实现几几何模型有有限限元模型的转转化原则：整体网网格控制局局部网格细化化2022/10/2533网格控控制整体网网格：Relevance（-100~100）、、RelevanceCenter（coarse~fine）局部细细化：：支撑处处、载载荷施施加位位置、、应力力变化化较大大的地地方。。2022/10/2534网格控控制具体操操作：：选中中结构构树的的Mesh项，点点击鼠鼠标右右键，，选择择Insert，弹出出对网格格进行行控制制的各各分项项，一一般只只需设设置网网格的的形式式（Method）和单单元的的大小（（Sizing）。其余一一些网网格控控制项项的意意义：：Refinement—细化网网格MappedFaceMeshing—映射网网格；；网格划划分三维实实体的的四面面体（（Tetrahedron）单元元划分分三维实实体的的六面面体（（Hexahedron）单元元划分分2022/10/25364选择分分析类类型静力学学分析析(StaticAnalysis)：计算在在固定定不变变的载载荷作作用下下结构构的响响应，，不考考虑惯惯性和和阻尼尼的影影响，，如结结构受受随时时间变变化载载荷的的影响响。载荷——外部施施加的的作用用力与与压力力；稳态的的惯性性力（（重力力、离离心力力）；；强迫迫位位移移；；温度度载载荷荷。2022/10/25374选择择分分析析类类型型模态态分分析析(Modal)：用于于确确定定结结构构或或部部件件的的振振动动特特性性，，即即结结构构的的固固有有频频率率和和振振型型线性性的的、、忽忽略略系系统统阻阻尼尼对对其其自自身身振振动动特特性性的的影影响响、、任任何何所所施施加加的的力力载载荷荷在在模模态态分分析析中中都都不不考考虑虑。。*有预预应应力力结结构构的的模模态态分分析析：：先进进行行结结构构静静力力学学分分析析，，之之后后在在模模态态分分析析初初始始条条件件(InitialCondition)设置置中中指指明明结结构构预预应应力力值值来来自自前前期期静静力力分分析析结结果果。。2022/10/25385设置置边边界界条条件件边界界条条件件的的设设置置包包括括载载荷荷和和约约束束的的施施加加，，都都作作用用在在几几何何实实体体上，，通通过过节节点点和和单单元元进进行行传传递递。。载荷荷和和约约束束是是在在所所选选择择的的分分析析类类型型的的分分支支（（如如模模态态分分析析、、热热分分析析等）），，以以下下以以静静力力分分析析为为例例进进行行说说明明。。2022/10/2539设置置边边界界条条件件1、类类型型选中中结结构构树树中中的的StaticStructural，单击击鼠鼠标标右右键键选选取取Insert，弹弹出出各各种种载荷荷和和约约束束。。2022/10/2540设置边界界条件2、载荷操作：（（1）添加载载荷项。。选中结结构树中中的StaticStructural，单击右键选选取Insert，在弹出出的选择择框中选选取载荷荷类型。。（2）设置载载荷值和和方向。。选中上上一步添添加的载载荷，在在属性窗口中中进行设设置。2022/10/2541设置边界条条件载荷在属性性窗口中的的设置：Geometry：选择载荷荷施加位置置DefineBy：载荷施加加的方式分量方式（（Components）矢量方式（（Vector）。Components方式CoordinateSystem：选取坐标标系X、Y、ZComponent：X、Y、Z方向载荷大大小2022/10/2542设置边界条条件Vector方式Magnitude：载荷大小小Direction：载荷方向向。可以采用三三种方式：：a、垂直于平平面，或沿沿柱面的轴轴线方向b、沿着直边边，或垂直直于柱面边边缘c、两点定义义矢量如果矢量指指向了相反反的方向，，用图形窗窗口中的箭箭头来调换换，调整好以后，，点击Apply。3、约束约束的施加加方式与载载荷基本相相同，选取取几何模型型上的具体体部位，施以适当的的约束即可可。2022/10/2543载荷和约束束–惯性载荷•这些载荷作作用在整个个系统中•需要用到质质量的时候候密度是必必须的–结构载荷•这种载荷是是作用在系系统部分结结构上的力力或者力矩矩–结构支撑•这些是利用用约束来防防止部分范范围内的移移动–热载荷2022/10/2544载荷（Loads）和约束压力载荷：（Pressure）–压力只能施施加在表面面并且通常常与表面的的法向一致致–正值代表进进入表面（（例如压缩缩），负值值代表从表表面出来（（例如抽气气等）–压力的单位位为每个单单位面积上上力的大小小力载荷：(Force)–力可以施加加在结构的的最外面，，边缘或者者表面。–力将分布到到整个结构构当中去。。这就意味味着假如一一个力施加加到两个同同样的表面面上，每个个表面将承承受这个力力的一半。。–力可以通过过定义矢量量，大小以以及分量来来施加。2022/10/2545载荷（Loads）和约束力矩载荷:(Moment)–对于实体，，力矩可以以施加在任任意表面–假如选择了了多个表面面，那么力力矩将分摊摊在这些表表面上。–力矩可以用用矢量及其其大小或者者分量来定定义。当用用矢量表示示时，其遵遵守右手法法则。远端载荷:(RemoteForce)–允许用户在在面或者边边上施加偏偏置的力–用户设定力力的初始位位置（利用用顶点，圆圆或者x,y,z的坐标）–力可以通过过向量和幅幅值或者分分量来定义义–这个在面上上将得到一一个等效的的力加上由由于偏置的的力所引起起的力矩–这个力分布布在表面上上，但是包包括了由于于偏置力而而引起的力力矩2022/10/2546载荷（Loads）和约束轴承载荷:(BearingLoad)–轴承载荷仅仅适用于圆圆柱形表面面。其径向向分量将根根据投影面面积来分布布压力载荷荷。–一个圆柱表表面只能施施加一个轴轴承载荷。。假如一个个圆柱表面面切分为两两个部分，，那么在施施加轴承载载荷的时候候一定要保保证这两个个柱面都要要选中。2022/10/2547载荷和约束束(Supports)固定约束:(FixedSupport)–在顶点、边边缘或面上上约束所有有的自由度度–对于实体，，限制x、y和z的平移给定位移:(Displacement)–在顶点、边边缘或面上上给定已知知的位移–允许在x、y和z方向给予强强制位移–输入“0”代表此方向向上即被约约束–不设定某个个方向的值值则意味着着实体在这这个方向上上自由运动动2022/10/2548载荷和约束束(Supports)无摩擦约束束:(FrictionlessSupport)–在面上施加加法向约束束–切向自由圆柱面约束束:(CylindricalSupport)–施加在圆柱柱表面–用户可以指指定是轴向向，径向或或者切向约约束–仅仅适用于于小变形（（线性）分分析2022/10/25496求解求解在结构构树的Solution分支下进行行。（1）在Solution分支中添加加结果输出出项。在静力学分分析中，一一般选取Von-Mises（等效应力力）、TotalDeformed（总体变形形）为结果对象象。（2）点击工具具条中的Solve按钮或选中中Solution点击右键选选择Solve便可进行求求解。多种模型分分析比较如StaticStructural静力分析：：右击StaticStructural---duplicate,在新出现的的分析中右右击Geometry----update,只有这个模模型更新，，其他的不不变，可以以比较不同同结构的优优劣。2022/10/25502022/10/25517后处理后处理主要进进行结果的查查看和统计，，是整个有限限元分析至关关重要的一步。1、显示方式求解完成后，，选中结果输输出项，在工工具条中出现现各种后处理理工具。云图显示动画显示2022/10/2552后处理（1）云图显示Geometry按钮、Contours按钮、Edges按钮Geometry按钮有四种可可供选择的形形式:2022/10/2553后处理在“SlicePlane”显示模式下，，切片的面可以以被添加或者者编辑。添加一个切片片面：选择图图标，，在属性窗口口中出现定义切切片面的窗口口，然后点击鼠标左键键选择一起始始点，然后按住鼠标左左键拖动选择择另一点，创建的路径将将定义切片面面。编辑一个切片片面：拖拽图形窗口口中切线的中中点图标，可以动动态显示云图图。切片面定义窗口中中，单击切片片面名称然后单击移移走平平面。2022/10/2554后处理理Contours按钮该控制制云图图显示示方法法，共共有四四种可可供选选择的的方法法：2022/10/2555后处理理Edges按钮2022/10/2556后处理理最大最最小值值探测测通过选选择““Maximum/Minimum”按钮，，在模模型上上显示示最大大/最小值值发生的的位置置；取取消选选择““Maximum/Minimum”按钮，，““max/min”标签将被移移走。。通过选选择Probe工具按按钮，，在模模型上上移动动鼠标标，可可以查查询模模型上上任意位位置的的结果果。在在模型型上所所需位位置点点击鼠鼠标左左键可可以添添加一一个注注释，选选择Label工具按按钮可可删除除不想想要的的注释释。动画控控制动画控控制工工具栏栏允许许用户户去播播放、、暂停停和停停止播播放动动画。。可以以改变动画画的帧帧数和和速度度，ExportVideoFile能将动动画保保存为为AVI格式。2022/10/2557后处理理多窗口口显示示当显示示多窗窗口时时，单单击每每个窗窗口，，然后后在Solution分支中中选择择、所需观观察的的应力力输出出项，，在该该窗口口即显显示该该应力力结果果，使使用多多窗口口显示是是很有有用的的,能同时时观察察数个个结果果。2022/10/2558后处理理2、导出出结果果（1）输出出结果果选中结结构树树中欲欲输出出的结结果项项，点点击右右键选选择Export，出出现现一一对对话框框提提示示用用户户保保存存文文件件的的类类型型：：Excel