手把手教你用ANSYS workbench

手把手教你用ANSYSworkbench本文旨在帮助没有接触过ANSYSWorkbench的人快速上手使用该软件。我们将展示如何从一片空白开始，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程。一、建立算例打开ANSYSWorkbench，开始建立算例。首先要确定所需分析的类型，一般结构力学领域有静态分析、动态分析和模态分析。在Toolbox窗口中选择分析类型，将其拖到右边的ProjectSchematic窗口中，即可创建一个算例框图。例如，本文选择进行静态分析，将StaticStructural条目拖到右边，创建A框图。算例框图中包含多个栏目，这些是计算一个静态结构分析算例所需完成的步骤。完成的步骤在右侧会出现一个绿色的勾，未完成的步骤则会有问号，修改过但未更新的步骤则会有循环箭头。第二项EngineeringData已默认设置为钢材料，如需修改材料参数，可直接双击打开Properties窗口。常用的材料参数如下图所示。点击SN曲线，可在右侧或下方的窗口中找到具体数据，窗口位置可能与个人设置的窗口布局有关。二、几何建模现在进行到第三步，建立几何模型。右键点击Geometry条目可创建，或在Toolbox窗口的ComponentSystems下找到Geometry条目，将其拖出来创建。创建后会出现一个新的框图，即几何模型框图。双击框图中的Geometry，会跳出一个新窗口——几何模型设计窗口。点击XYPlane，再点击创建草图的按钮，表示在XY平面上创建草图。右键点击XYPlane，选择Lookat，可将右边图形窗口的视角旋转到XYPlane平面上。创建草图后，点击XYPlane下的Sketch2（可按用户需求修改名称），再点击激活Sketching页面。Sketching页面提供了创建几何体的功能。可以从基本的轮廓线开始创建。首先，在右边的图形窗口中随便画一条横线。但是画出的横线长度并不是精确等于用户想要的长度，这时需要打开Dimensions下拉框，点击General，再选中刚才画的线，拉出一个标定数据H1。在DetailsView窗口中可以设置H1的精确值，设置后，线段变成设定的长度，可适当缩放图形调整到合适的比例尺。如果需要画一个四边形，可以画四条封闭的线段来表示。但如果需要建立的图形是长方形，只要在确定了它对角线上的两个顶点之后，就可以由Rectangle按钮直接创建。画好一个封闭轮廓的二维草图之后，将这个草图作为底面，点击Extrude按钮，拉伸出一个三维几何体。点击Extrude按钮后，TreeOutline中出现一个名为Extrude2的模型。在DetailsView窗口中点中Geometry，激活这一栏，点中草图Sketch2，再在DetailsView窗口中点Apply，草图的图形就成了Extrude2的底面了。设置Depth的数值，表示要拉伸出多长，设置好之后，右键点击Extrude2，在菜单中选择Generate创建这个三维几何体。可以重复这个方法，创建多个草图，可以拉伸出多个不同深度的几何体。如果在后面的计算中需要点中一个点，并且这个点具有确定的位置，在几何建模阶段必须将这个点创建出来。点击create菜单中的Point，TreeOutline中出现一个点的模型。创建点的方式是：首先在几何体中选择一个面作为参考面BaseFaces，在右侧图形中选中参考面，点击Apply，一般选择点所在平面为参考面。其次在参考面上选择一条线为基准线。通过设置点与基准线的关系FD1、FD2，指示出点在参考面上的位置。注意如果点在参考面内，这里确定的点就是需要建立的点，如果点不在参考面内，这里确定的点是需要建立的点在参考面上的投影，设置FD3告诉ANSYS点到参考面的距离，即可创建出不在参考面上的点。如果Type栏选择spotweld，在划分网格的时候，这个点上不会形成一个节。划分网格时，需要选择pointload，将其作为一个节点。右键点击TreeOutline中的点名，点击Generate创建该点。几何模型创建完成后，将其拖到A框图的Geometry栏中，引入到算例中。双击A框图的第四栏，Model，打开模型设置窗口。在模型设置窗口中，设置网格参数，包括网格的尺度ElementSize。右键点击Mesh，点击Update，待程序运算后，网格就划分好了。设置边界条件时，右键点击StaticStructural->Insert，在其中设置负载和约束。以节点力Force和固定约束Fixed-Support为例，先点击Fixed-Support，在Details窗口中点中Geometry，再在右侧选择一个点、线、面或体，点击Apply即将选中的点、线、面或体设置为固定约束。点击Force设置节点力，在Details窗口中选中Geometry，在右侧模型中点中一个节点或几何点，将力加在该点上。设置力的大小和方向，可通过DefineBy设置为Vector或Components。最后进行求解与查看计算结果。首先，我们需要设置模态分析的参数，包括计算模式、频率范围、约束条件等。在设置好负载和约束之后，在模型窗口右键单击Solution，点击Solve进行求解。求解完毕后，可以在这个窗口里查看计算结果。例如，在求解结束后，右键单击Solution，选择insert->Stress，在展开的菜单里可以查看各种各样的应力云图。我们选中等效应力，同样点中在project中新出来的等效应力对象，在Details窗口中设置查看某个点的等效应力。同样地，将选择对象切换到点，在Details窗口的Geometry栏选中需要查看应力的点，点击Apply。设置好之后，右键单击Solution，点击EvaluateAllResults即可得到该点的应力值。计算结果图见疲劳分析求解之后展示的截图。下面我们来对模型进行疲劳分析，按下图方法打开疲劳分析工具箱。同样在project条目中出现FatigueTool对象，点中激活DetailsofFatigueTool窗口，设置类型为HistoryData，在这个类型下，程序将从一个用户自己准备的外部文件中读入应力随时间变化的曲线作为一个块谱。选择其他类型程序会自动生成正弦波等特殊波形作为应力块谱。在HistoryDataLocation一栏输入准备好的应力块谱文件，MeanStressTheory一栏选择算法，这里选择Gerber。在UnitsName一栏选择显示的单位，默认是块谱，即最终计算出来的寿命是多少个块谱那么多时间，也可以设置为小时、秒等时间单位。设置好之后，按照下图顺序点开菜单，点击life，增加了一个life对象。与查看等效应力一样，可以查看整个模型的寿命云图，也可以查看一个节点处的寿命值。设置好之后，点击EvaluateAllResults查看计算结果。在本例中，等效应力和疲劳分析是一起设置好之后再一起生成计算结果的。最后是模态计算。关闭模型窗口，回到主窗口，这个时候静态分析框图中的所有栏都已完成，打上了勾。按照第一章的方法，将模态分析拉到右边窗口中，出现模态分析的框图。我们不需要重新建模画网格，只需要将静态分析中已经完成的model栏拖到模态