ANSYSWorkbench基础培训讲义

ANSYSWorkbench12.0

基础培训讲义（内部共享）2023/3/51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。）

2023/3/52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

2023/3/53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。ANSYSWorkbench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2023/3/59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。2023/3/510操作界面介绍2023/3/411菜单常用的的几个个菜单单项为为：—“File>Save”用来保保存数数据库库文件件：.dsdb—“File>Clean”用来删删除数数据库库中的的网格格或结结果—“Edit>SelectAll”用来选选取窗窗口中中当前前的所所有实实体—“Units”用来改改变单单位—“Tools>options”用来定定制或或设置置选项项2023/3/412工具条条常用工工具条条图形工工具条条2023/3/413结构树树结构树树包含含几何何模型型的信信息和和整个个分析析的相关关过程程。一般由由Geometry、Connections、Mesh、分析类类型和和结果果输出出项组组成，，分析析类型型里包包括载荷荷和约约束的的设置置。说明分分支全全部被被定义义说明输输入的的数据据不完完整说明需需要求求解说明被被抑制制，不不能被被求解解说明体体或零零件被被隐藏藏2023/3/414属性窗窗口属性窗窗口提提供了了输入入数据据的列列表，，会根据据选取取分支支的不不同自自动改改变。。白色区区域:显示当当前输输入的的数据据。灰色区区域:显示信信息数数据，，不能能被编辑辑。黄色区区域:未完成成的信信息输输入。。2023/3/415图形窗窗口模型和和结果果都将将显示在这这个区区域中中，包包括括：GeometryWorksheetPrintPreviewReportPreview几个可可以互互相切切换的的窗口口。2023/3/416向导作用：帮助用户设置分析析过程中的基本步步骤，如选择分析析类型、定义材料属性等基本分析析步骤。显示：可以通过菜单View中的Windows选项或常用工具条条中的图标控制其显示。2023/3/417基本操作创建、打开、保存存文档复制、剪切、粘贴贴图形窗口的显示视图显示结结构树的的显示操作界面的显示工具条的显示选择目标显示/隐藏旋转、平移、缩放放2023/3/418创建、打开、保存存文档File菜单或者工具条的的1、创建一个新文档档。选择File—New命令。2、打开文档。选选择File—Open命令。3、保存文档。选择择File—Save或SaveAs命令，一般保存为.dsdb格式的文档。编辑目标用户可以对给定的的目标进行复制、、粘贴、剪切等常规规操作。使用Edit菜单中的各项命令。2023/3/419视图显示视图的显示主要在在View菜单中进行控制。。1、图形窗口ShadeExteriorandEdges：轮廓线显示Wireframe：线框显示Ruler：显示标尺Legend：显示图例Triad：显示坐标图示2023/3/420视图显示2、结构树ExpandAll：展开结构树CollapseEnvironments：折叠结构树CollapseModels：折叠结构树中的的Models项3、工具条NamedSelections：命名工具条UnitConversion：单位转换工具4、操作界面Messages：Messages信息窗口SimulationWizard：向导GraphicsAnnotations:注释SectionPlanes:截面信息窗口ResetLayout:重新安排排界面2023/3/421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。。2023/3/422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，该该目标在在结构树树的显示示亮度会会变暗。。2、显示目目标在图形窗窗口中单单击鼠标标右键，，在弹出出的选项项里选择择GoTo—HiddenBodiesinTree，系统自自动在结结构树Geometry项中弹出出被隐藏的目标标，以蓝蓝色加亮亮方式显显示，在在结构树树中选中中该项，，单击右右键，选择显显示示该目标标。2023/3/423旋转、平平移、缩缩放通过工具具条的实实现上上述操作作，也可可以利用用鼠标和和键盘相结合合的方式式进行操操作平移：Ctrl+鼠标中键键旋转：鼠鼠标中键键缩放：Shift+鼠标中键键2023/3/424有限元分分析（FEA）工作的定定位：开发流程程的什么么阶段进进行？FEA分析的目标：：刚度/强度，位移/应力，模态…材料屈服？网网格细化？网网格较为均匀匀。分析领域：结结构、热分析类型：静静力分析、模模态分析材料特性、载载荷、约束网格密度前处理：模型型简化、建模模技巧（对称性的利用用）…制定分析方案案2023/3/425初步确定分析流程操作作分析类型：静静力分析、模模态分析单元类型：壳壳单元、实体体单元模型类型：零零件、组件前处理建立、导入几几何模型定义材料属性性划分网格求解施加载荷和约约束求解后处理查看结果得得出结论检验结果的正正确性1导入模型2定义材料属性性3设定网格划分分参数并划分分网格4选择分析类型型（StaticAnalysis、Modal…）5施加载荷与约约束（设置边边界条件）6设定求解参数数并求解7后处理分析流程操作作2023/3/4271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------replaceGeometry2023/3/428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）2023/3/4292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。2023/3/430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。2023/3/4313网格控制目的：实现现几何模型型有有限元模型型的转化原则：整体体网格控制制局局部网格格细化2023/3/432网格控制整体网格：Relevance（-100~100）、RelevanceCenter（coarse~fine）局部细化：：支撑处、载载荷施加位位置、应力力变化较大大的地方。。2023/3/433网格控制具体操作：：选中结构构树的Mesh项，点击鼠鼠标右键，，选择Insert，弹出对网格进行行控制的各各分项，一一般只需设设置网格的的形式（Method）和单元的的大小（Sizing）。其余一些网网格控制项项的意义：：Refinement—细化网格MappedFaceMeshing—映射网格；；2023/3/434网格划分三维实体的的四面体（（Tetrahedron）单元划分分三维实体的的六面体（（Hexahedron）单元划分分4选择分析类类型静力学分析析(StaticAnalysis)：计算在固定定不变的载载荷作用下下结构的响响应，不考考虑惯性和和阻尼的影影响，如结结构受随时时间变化载载荷的影响响。载荷——外部施加的的作用力与与压力；稳态的惯性性力（重力力、离心力力）；强迫位移；；温度载荷。2023/3/4364选择分析类类型模态分析(Modal)：用于确定结结构或部件件的振动特特性，即结结构的固有有频率和振振型线性的、忽忽略系统阻阻尼对其自自身振动特特性的影响响、任何所所施加的力力载荷在模模态分析中中都不考虑虑。*有预应力结构的的模态分析：先进行结构静力力学分析，之后后在模态分析初初始条件(InitialCondition)设置中指明结构构预应力值来自自前期静力分析析结果。2023/3/4375设置边界条件边界条件的设置置包括载荷和约约束的施加，都都作用在几何实实体上，通过节点和和单元进行传递递。载荷和约束是在在所选择的分析析类型的分支（（如模态分析、、热分析等），以下以静静力分析为例进进行说明。2023/3/438设置边界条件1、类型选中结构树中的的StaticStructural，单击鼠标右键选选取Insert，弹出各种载荷和约束。2023/3/439设置边界条件2、载荷操作：（1）添加载荷项。。选中结构树中中的StaticStructural，单击右键选取Insert，在弹出的选择择框中选取载荷荷类型。（2）设置载荷值和和方向。选中上上一步添加的载载荷，在属性窗口中进行设设置。2023/3/440设置边界条件载荷在属性窗口口中的设置：Geometry：选择载荷施加加位置DefineBy：载荷施加的方方式分量方式（Components）矢量方式（Vector）。Components方式CoordinateSystem：选取坐标系X、Y、ZComponent：X、Y、Z方向载荷大小2023/3/441设置边界条件Vector方式Magnitude：载荷大小Direction：载荷方向。可以采用三种方方式：a、垂直于平面，，或沿柱面的轴轴线方向b、沿着直边，或或垂直于柱面边边缘c、两点定义矢量量如果矢量指向了了相反的方向，，用图形窗口中中的箭头来调换换，调整好以后，点击击Apply。3、约束约束的施加方式式与载荷基本相相同，选取几何何模型上的具体体部位，施以适当的约束束即可。2023/3/442载荷和约束–惯性载荷•这些载荷作用在在整个系统中•需要用到质量的的时候密度是必必须的–结构载荷•这种载荷是作用用在系统部分结结构上的力或者者力矩–结构支撑•这些是利用约束束来防止部分范范围内的移动–热载荷荷2023/3/443载荷（Loads）和约束束压力载载荷：（Pressure）–压力只只能施施加在在表面面并且且通常常与表表面的的法向向一致致–正值代代表进进入表表面（（例如如压缩缩），，负值值代表表从表表面出出来（（例如如抽气气等））–压力的的单位位为每每个单单位面面积上上力的的大小小力载荷荷：(Force)–力可以以施加加在结结构的的最外外面，，边缘缘或者者表面面。–力将分分布到到整个个结构构当中中去。。这就就意味味着假假如一一个力力施加加到两两个同同样的的表面面上，，每个个表面面将承承受这这个力力的一一半。。–力可以以通过过定义义矢量量，大大小以以及分分量来来施加加。2023/3/444载荷（Loads）和约束束力矩载载荷:(Moment)–对于实实体，，力矩矩可以以施加加在任任意表表面–假如选选择了了多个个表面面，那那么力力矩将将分摊摊在这这些表表面上上。–力矩可可以用用矢量量及其其大小小或者者分量量来定定义。。当用用矢量量表示示时，，其遵遵守右右手法法则。。远端载载荷:(RemoteForce)–允许用用户在在面或或者边边上施施加偏偏置的的力–用户设设定力力的初初始位位置（（利用用顶点点，圆圆或者者x,y,z的坐标标）–力可以以通过过向量量和幅幅值或或者分分量来来定义义–这个在在面上上将得得到一一个等等效的的力加加上由由于偏偏置的的力所所引起起的力力矩–这个力力分布布在表表面上上，但但是包包括了了由于于偏置置力而而引起起的力力矩2023/3/445载荷（Loads）和约束束轴承载载荷:(BearingLoad)–轴承载载荷仅仅适用用于圆圆柱形形表面面。其其径向向分量量将根根据投投影面面积来来分布布压力力载荷荷。–一个圆圆柱表表面只只能施施加一一个轴轴承载载荷。。假如如一个个圆柱柱表面面切分分为两两个部部分，，那么么在施施加轴轴承载载荷的的时候候一定定要保保证这这两个个柱面面都要要选中中。2023/3/446载荷和和约束束(Supports)固定约约束:(FixedSupport)–在顶点点、边边缘或或面上上约束束所有有的自自由度度–对于实实体，，限制制x、y和z的平移移给定位位移:(Displacement)–在顶点点、边边缘或或面上上给定定已知知的位位移–允许在在x、y和z方向给给予强强制位位移–输入“0”代表此此方向向上即即被约约束–不设定定某个个方向向的值值则意意味着着实体体在这这个方方向上上自由由运动动2023/3/447载荷和约束(Supports)无摩擦约束:(FrictionlessSupport)–在面上施加法向约约束–切向自由圆柱面约束:(CylindricalSupport)–施加在圆柱表面–用户可以指定是轴轴向，径向或者切切向约束–仅仅适用于小变形形（线性）分析2023/3/4486求解求解在结构树的Solution分支下进行。（1）在Solution分支中添加结果输输出项。在静力学分析中，，一般选取Von-Mises（等效应力）、、TotalDeformed（总体变形）为结果对象。（2）点击工具条中的的Solve按钮或选中Solution点击右键选择Solve便可进行求解。2023/3/449多种模型分析比较较如StaticStructural静力分析：右击StaticStructural---duplicate,在新出现的分析中中右击Geometry----update,只有这个模型更新新，其他的不变，，可以比较不同结结构的优劣。2023/3/4507后处理后处理主要要进行结果果的查看和和统计，是是整个有限限元分析至至关重要的一步。。1、显示方式式求解完成后后，选中结结果输出项项，在工具具条中出现现各种后处处理工具。。云图显示动画显示2023/3/451后处理（1）云图显示示Geometry按钮、Contours按钮、Edges按钮Geometry按钮有四种种可供选择择的形式:2023/3/452后处理在“SlicePlane”显示模式下下，切片的面可可以被添加加或者编辑辑。添加一个切切片面：选择图图标，在属属性窗口中出现定义义切片面的的窗口，然然后点击鼠标左左键选择一一起始点，，然后按住鼠标标左键拖动动选择另一一点，创建的路径径将定义切切片面。编辑一个切切片面：拖拽图形窗窗口中切线线的中点图标，可以以动态显示示云图。切切片面定义窗口口中，单击击切片面名名称然后单击移移走平面。。2023/3/453后处理Contours按钮该控制云图图显示方法法，共有四四种可供选选择的方法法：2023/3/454后处理Edges按钮2023/3/455后处理最大最小小值探测测通过选择择“Maximum/Minimum””按钮，在在模型上上显示最最大/最小值发生的位位置；取取消选择择“Maximum/Minimum””按钮，““max/min”标签将被移走走。通过选择择Probe工具按钮钮，在模模型上移移动鼠标标，可以以查询模模型上任意位置置的结果果。在模模型上所所需位置置点击鼠鼠标左键键可以添添加一个个注释，选择择Label工具按钮钮可删除除不想要要的注释释。动画控制制动画控制制工具栏栏允许用用户去播播放、暂暂停和停停止播放放动画。。可以改改变动画的的帧数和和速度，，ExportVideoFile能将动画画保存为为AVI格式。2023/3/456后处理多窗口显显示当显示多多窗口时时，单击击每个窗窗口，然然后在Solution