ANSYSWorkbench12.0基础培训讲义

2022/11/261ANSYSWorkbench12.0

基础培训讲义（内部共享）2022/11/262主要内容一、有限元基本概念

基本操作二、AnsysWorkbench有限元分析流程的操作软件介绍静力学分析与模态分析

FEA模型的建立

（本次培训不涉及非线性问题，所讲内容主要针对三维实体单元。）

2022/11/263有限元基本概念

概念

把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能够进行综合求解的整体。有限元法的基本思想—离散化。

节点单元载荷约束分析类型

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想化的数学抽象。定义节点和单元节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。载荷约束有限元法的分类位移法：以节点位移为基本未知量；力法：以节点力为基本未知量；混合法：一部分以节点位移为基本未知量，一部分以节点力为基本未知量。有限元法的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、应力有限元法的基本步骤1.结构离散；2.单元分析

a.建立位移函数

b.建立单元刚度方程

c.计算等效节点力3.进行单元集成；4.得到节点位移；5.根据弹性力学公式计算单元应变、应力。2022/11/269ANSYSWorkbench软件介绍

运行软件

操作界面简介基本操作分析流程的各项操作2022/11/2610运行软件方法一：从CAD软件中进入

方法二：单击开始菜单，选择程序命令；从Ansys程序组中选择

AnsysWorkbench程序。启动该软件后，出现一模块选择对话框。2022/11/2411操作界面面介绍2022/11/2412菜单常用的几几个菜单单项为：：—“File>Save”用来保存存数据库库文件：：.dsdb—“File>Clean”用来删除除数据库库中的网网格或结结果—“Edit>SelectAll”用来选取取窗口中中当前的的所有实实体—“Units”用来改变变单位—“Tools>options”用来定制制或设置置选项2022/11/2413工具条常用工具具条图形工具具条2022/11/2414结构树结构树包含几几何模型的信信息和整个分分析的相关过程。。一般由Geometry、Connections、Mesh、分析类型和结结果输出项组组成，分析类类型里包括载荷和约束束的设置。说明分支全部部被定义说明输入的数数据不完整说明需要求解解说明被抑制，，不能被求解解说明体或零件件被隐藏2022/11/2415属性窗口属性窗口提供供了输入数据据的列表，会根据选取分分支的不同自自动改变。白色区域:显示当前输入入的数据。灰色区域:显示信息数据据，不能被编辑。黄色区域:未完成的信息息输入。2022/11/2416图形窗口模型和结果都都将显示在这个区域域中，包括括：GeometryWorksheetPrintPreviewReportPreview几个可以互相相切换的窗口口。2022/11/2417向导作用：：帮助用用户设设置分分析过过程中中的基基本步步骤，，如选选择分分析类类型、、定义义材料属性性等基基本分分析步步骤。。显示：：可以通通过菜菜单View中的Windows选项或或常用用工具具条中中的图图标控制其其显示示。2022/11/2418基本操操作创建、、打开开、保保存文文档复制、、剪切切、粘粘贴图形窗窗口的的显示示视图图显显示示结结构构树树的的显显示示操作作界界面面的的显显示示工具具条条的的显显示示选择择目目标标显示示/隐藏藏旋转转、、平平移移、、缩缩放放2022/11/2419创建建、、打打开开、、保保存存文文档档File菜单单或或者者工工具具条条的的1、创创建建一一个个新新文文档档。。选选择择File——New命令令。。2、打打开开文文档档。。选选择择File——Open命令令。。3、保保存存文文档档。。选选择择File——Save或SaveAs命令令，，一般般保保存存为为.dsdb格式式的的文文档档。。编辑辑目目标标用户户可可以以对对给给定定的的目目标标进进行行复复制制、、粘贴贴、、剪剪切切等等常常规规操操作作。。使使用用Edit菜单单中的的各各项项命命令令。。2022/11/2420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2022/11/2421视图显示示2、结构树树ExpandAll：展开结结构树CollapseEnvironments：折叠结构构树CollapseModels：折叠结结构树中中的Models项3、工具条条NamedSelections：命名工工具条UnitConversion：单位转转换工具具4、操作界界面Messages：Messages信息窗口口SimulationWizard：向导GraphicsAnnotations:注释SectionPlanes:截面信息息窗口ResetLayout:重新安排排界面2022/11/2422选择目标标在Workbench中，目标标是指点点、、线线、、面、、体。。1、单选确定目标标为点、、线、面面、体的的一种，点点击对应应的图标标，单击击按钮，选选中SingleSelect，进入选选择模式式，利用鼠标标左键在在模型上上点击进行目目标的选选取。2、框选与单选的的方法类类似，只只需选择择BoxSelect，再在图图形窗口口中按住住左键、画画矩形框框进行选选取。3、在结构构树中的的Geometry分支中进进行选择择。屏幕下方方的状态态条中将将显示被被选择的的目标的的信息。。2022/11/2423显示/隐藏目标标1、隐藏目目标在图形窗窗口的模模型上选选择一个个目标，，单击鼠鼠标右键键，在弹弹出的选选项里选择择，，该目目标即被被隐藏。。用户还还可以在在结构树树中选取取一个目标，，单击鼠鼠标右键键，选择择来来隐隐藏目标标。当当一个目目标被隐隐藏时，，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。2022/11/2424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2022/11/2425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2022/11/24271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2022/11/24281导入模型方法一：直接接从所支持的的CAD软件系统进入入。方法二：右击击Geometry------replaceGeometry2022/11/2429模型处理两个概念：CAD模型&FEA模型CAD模型的处理：：可直接删除的的特征——螺纹孔、小孔孔、小边、狭狭小面、小凸凸台、小槽等等；CAD几何建模的参数化考虑对称性的的建模：（几何结构对称称、载荷和约约束也对称）2022/11/24302定义材料属性性1、双击ComponentSystems中的EngineeringData。2、右击EngineeringData----edit3、选择view中outline、properties,把GeneralMaterials等中的材料添添加到EngineeringData中，修改Density密度、Young’’smodulus杨氏模量、Poisson’sRatio泊松比、热膨膨胀系数等参参数。4、点击ReturntoProject5、右击Model----Update6、右击Model-----edit7、在模型的Material----Assignment右面的箭头可可选择材料注：软件默认认的材料是StructuralSteel。2022/11/2431定义材料属性性4、在线性静力结结构分析当中中，材料属性性只需要定义义杨氏模量以及泊松比。–假如有任何惯惯性载荷，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。2022/11/24323网格格控控制制目的的：：实实现现几几何何模模型型有有限限元元模模型型的的转转化化原则则：：整整体体网网格格控控制制局局部部网网格格细细化化2022/11/2433网格格控控制制整体体网网格格：Relevance（-100~100）、、RelevanceCenter（coarse~fine）局部部细细化化：：支撑撑处处、、载载荷荷施施加加位位置置、、应应力力变变化化较较大大的的地地方方。。2022/11/2434网格格控控制制具体体操操作作：：选选中中结结构构树树的的Mesh项，，点点击击鼠鼠标标右右键键，，选选择择Insert，弹弹出出对网网格格进进行行控控制制的的各各分分项项，，一一般般只只需需设设置置网网格格的的形形式式（（Method）和和单单元元的的大小小（（Sizing）。。其余余一一些些网网格格控控制制项项的的意意义义：：Refinement—细化化网网格格MappedFaceMeshing—映射射网网格格；；网格格划划分分三维维实实体体的的四四面面体体（（Tetrahedron）单单元元划划分分三维维实实体体的的六六面面体体（（Hexahedron）单单元元划划分分2022/11/24364选择分析析类型静力学分分析(StaticAnalysis)：计算在固固定不变变的载荷荷作用下下结构的的响应，，不考虑虑惯性和和阻尼的的影响，，如结构构受随时时间变化化载荷的的影响。。载荷——外部施加加的作用用力与压压力；稳态的惯惯性力（（重力、、离心力力）；强迫位移移；温度载荷荷。2022/11/24374选择分析析类型模态分析析(Modal)：用于确定定结构或或部件的的振动特特性，即即结构的的固有频频率和振振型线性的、、忽略系系统阻尼尼对其自自身振动动特性的的影响、、任何所所施加的的力载荷荷在模态态分析中中都不考考虑。*有预应应力结结构的的模态态分析析：先进行行结构构静力力学分分析，，之后后在模模态分分析初初始条条件(InitialCondition)设置中中指明明结构构预应应力值值来自自前期期静力力分析析结果果。2022/11/24385设置边边界条条件边界条条件的的设置置包括括载荷荷和约约束的的施加加，都都作用用在几几何实实体上，通通过节节点和和单元元进行行传递递。载荷和和约束束是在在所选选择的的分析析类型型的分分支（（如模模态分分析、、热分分析等），，以下下以静静力分分析为为例进进行说说明。。2022/11/2439设置边边界条条件1、类型型选中结结构树树中的的StaticStructural，单击鼠鼠标右右键选选取Insert，弹出出各种种载荷和和约束束。2022/11/2440设置边界条条件2、载荷操作：（1）添加载荷荷项。选中中结构树中中的StaticStructural，单击右键选取取Insert，在弹出的的选择框中中选取载荷荷类型。（2）设置载荷荷值和方向向。选中上上一步添加加的载荷，，在属性窗口中进进行设置。。2022/11/2441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2022/11/2442设置边界界条件Vector方式Magnitude：载荷大大小Direction：载荷方方向。可以采用用三种方方式：a、垂直于于平面，，或沿柱柱面的轴轴线方向向b、沿着直直边，或或垂直于于柱面边边缘c、两点定定义矢量量如果矢量量指向了了相反的的方向，，用图形形窗口中中的箭头头来调换换，调整好以后后，点击击Apply。3、约束约束的施施加方式式与载荷荷基本相相同，选选取几何何模型上上的具体体部位，，施以适当当的约束束即可。。2022/11/2443载荷和约约束–惯性载荷荷•这些载荷荷作用在在整个系系统中•需要用到到质量的的时候密密度是必必须的–结构载荷荷•这种载荷荷是作用用在系统统部分结结构上的的力或者者力矩–结构支撑•这些是利用约约束来防止部部分范围内的的移动–热载荷2022/11/2444载荷（Loads）和约束压力载荷：（Pressure）–压力只能施加加在表面并且且通常与表面面的法向一致致–正值代表进入入表面（例如如压缩），负负值代表从表表面出来（例例如抽气等））–压力的单位为为每个单位面面积上力的大大小力载荷：(Force)–力可以施加在在结构的最外外面，边缘或或者表面。–力将分布到整整个结构当中中去。这就意意味着假如一一个力施加到到两个同样的的表面上，每每个表面将承承受这个力的的一半。–力可以通过定定义矢量，大大小以及分量量来施加。2022/11/2445载荷（Loads）和约束力矩载荷:(Moment)–对于实体，力力矩可以施加加在任意表面面–假如选择了多多个表面，那那么力矩将分分摊在这些表表面上。–力矩可以用矢矢量及其大小小或者分量来来定义。当用用矢量表示时时，其遵守右右手法则。远端载荷:(RemoteForce)–允许用户在面面或者边上施施加偏置的力力–用户设定力的的初始位置（（利用顶点，，圆或者x,y,z的坐标）–力可以通过向向量和幅值或或者分量来定定义–这个在面上将将得到一个等等效的力加上上由于偏置的的力所引起的的力矩–这个力分布在在表面上，但但是包括了由由于偏置力而而引起的力矩矩2022/11/2446载荷（Loads）和约束轴承载荷:(BearingLoad)–轴承载荷仅适适用于圆柱形形表面。其径径向分量将根根据投影面积积来分布压力力载荷。–一个圆柱表面面只能施加一一个轴承载荷荷。假如一个个圆柱表面切切分为两个部部分，那么在在施加轴承载载荷的时候一一定要保证这这两个柱面都都要选中。2022/11/2447载荷和和约束束(Supports)固定约约束:(FixedSupport)–在顶顶点点、、边边缘缘或或面面上上约约束束所所有有的的自自由由度度–对于于实实体体，，限限制制x、y和z的平平移移给定定位位移移:(Displacement)–在顶顶点点、、边边缘缘或或面面上上给给定定已已知知的的位位移移–允许许在在x、y和z方向向给给予予强强制制位位移移–输入入“0”代表表此此方方向向上上即即被被约约束束–不设设定定某某个个方方向向的的值值则则意意味味着着实实体体在在这这个个方方向向上上自自由由运运动动2022/11/2448载荷荷和和约约束束(Supports)无摩摩擦擦约约束束:(FrictionlessSupport)–在面面上上施施加加法法向向约约束束–切向向自自由由圆柱柱面面约约束束:(CylindricalSupport)–施加加在在圆圆柱柱表表面面–用户户可可以以指指定定是是轴轴向向，，径径向向或或者者切切向向约约束束–仅仅仅适适用用于于小小变变形形（（线线性性））分分析析2022/11/24496求解解求解解在在结结构构树树的的Solution分支支下下进进行行。。（1）在在Solution分支支中中添添加加结结果果输输出出项项。。在静静力力学学分分析析中中，，一一般般选选取取Von-Mises（等效应应力）、、TotalDeformed（总体变变形）为结果对对象。（2）点击工工具条中中的Solve按钮或选选中Solution点击右键键选择Solve便可进行行求解。。多种模型型分析比比较如StaticStructural静力分析析：右击StaticStructural---duplicate,在新出现现的分析析中右击击Geometry----update,只有这个个模型更更新，其其他的不不变，可可以比较较不同结结构的优优劣。2022/11/24502022/11/24517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2022/11/2452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:2022/11/2453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。2022/11/2454后处理Contours按钮该控制云图显显示方法，共共有四种可供供选择的方法法：2022/11/2455后处理Edges按钮2022/11/2456后处理最大最小值值探测通过选择““Maximum/Minimum”按钮，在模模型上显示示最大/最小值发生的位置置；取消选选择“Maximum/Minimum”按钮，““max/min”标签将被移走。。通过选择Probe工具按钮，，在模型上上移动鼠标标，可以查查询模型上上任意位置的的结果。在在模型上所所需位置点点击鼠标左左键可以添添加一个注注释，选择Label工具按钮可可删除不想想要的注释释。动画控制动画控制工工具栏允许许用户去播播放、暂停停和停止播播放动画。。可以改变动画的帧帧数和速度度，ExportVideoFile能将动画保保存为AVI格式。2022/11/2457后处理多窗口显示示当显示多窗窗口时，单单击每个窗窗口，然后后在Solution分支中选择择、所需观察的的应力输出出项，在