有限元及ANSYS分析軟.ppt

有限元分析與ANSYS,有限元分析是一種模擬在確定的荷載條件下的設計響應的方法。 用稱之為“單元”的離散體模擬設計。,每一個單元都有確定的方程描述在一定荷載下的響應。 模型中所有單元響應的“和”，給出了設計的總體響應。 單元中未知量的個數(shù)是有限的，因此稱為“有限單元”。,歷史 1）提出（1943年）：朗克發(fā)表論文平衡和振動問題的變分解法 2）發(fā)展和完善（1944至今）：單元劃分及后期擴展到結(jié)構(gòu)力學意外的領(lǐng)域 3）趨勢：單一場到多場耦合、線性到非線性、自動化網(wǎng)格處理、面向?qū)I(yè)用戶的開放性等 Tips：結(jié)構(gòu)分析有限元法是1950年至1960年期間，由學術(shù)界和工業(yè)界的研究人員建立起來的。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,這種包含有限個未知量的有限單元模型，只能近似模擬具有無限未知量的實際系統(tǒng)的響應。 所以問題是：怎樣才能達到最好的“近似”？,物理系統(tǒng),有限元模型,然而，對該問題還沒有一個容易的解決方案。這完全依賴于你所模擬的對象和模擬方式。我們將盡力通過這次培訓為你提供指導。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,為什么需要有限元分析？ 減少模型試驗 計算機模擬，容許對大量假設情況進行快速有效的試驗。 模擬不適合在原型上進行試驗的設計。 例如：器官移植，人造膝蓋。 作用: 節(jié)省費用 節(jié)省時間縮短產(chǎn)品開發(fā)周期! 創(chuàng)造出更可靠的高品質(zhì)的設計。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 什么是有限元分析?,ABAQUS 屬于高端CAE軟件。它長于非線性有限元分析,可以分析復雜的固體力學和結(jié)構(gòu)力學系統(tǒng)，ABAQUS對爆炸與沖擊過程的模擬不如LS-DYNA Nastran 全球CAE工業(yè)標準的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長于線性有限元分析和動力計算，因為和NASA(美國國家宇航局)的特殊關(guān)系，它在航空航天領(lǐng)域有著崇高的地位。 ANSYS: 融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，擅長于多物理場和非線性問題的有限元分析。其融合的LS-DYNA對于爆炸、沖擊等強非線性分析比較精確。 其他如ADINA、MSC.DYTRAN、MARC、COSMOS等,第 1 章-有限元分析與ANSYS 國內(nèi)外常用有限元軟件,ANSYS是一個完整的FEA（有限元分析）軟件包，適合世界范圍各工程領(lǐng)域的工程師們使用: 結(jié)構(gòu)分析 熱分析 流體分析，包括CFD（計算流體動力學） 電 / 靜電場分析 電磁場分析 ANSYS 在部分工業(yè)領(lǐng)域的應用: 航空航天 汽車工業(yè) 生物醫(yī)學 橋梁 與 建筑,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電子產(chǎn)品 重型機械 微機電系統(tǒng) 運動器械,ANSYS Multiphysics是ANSYS產(chǎn)品的“旗艦”，它包括工程學科的所有功能。 ANSYS/Multiphysics由三個主要產(chǎn)品組成： ANSYS/Mechanical 結(jié)構(gòu)及熱。 ANSYS/Emag 電磁。 ANSYS/FLOTRAN 計算流體動力學。 其他產(chǎn)品: ANSYS Workbench 與CAD結(jié)合的開發(fā)環(huán)境 ANSYS LS-DYNA 用于高度非線性問題。 ANSYS Professional 用于線性結(jié)構(gòu)和熱分析, 是ANSYS Mechanical的子集。 ANSYS DesignSpace 用于線性結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)熱分析，是Workbench 環(huán)境下的ANSYS Mechanical 的子集。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,Workbench 模塊: DesignModeler 建模工具，采用流行的CAD建模方式：直觀迅速地畫2D 草圖,在此基礎上創(chuàng)建3D模型。還可以修補和組裝各種CAD文件，建立CAD和CAE之間的傳遞通道。 DesignXplorer 設計和理解局部分析響應并用響應面組裝的強有力工具. 設計與開發(fā)模塊以實驗方案(DOE)優(yōu)化方法為基礎，并以參數(shù)作為其基本語言. DesignXplorer VT 使用多種技術(shù)提供比(DOE) 更多更有效的方法生成一個僅僅基于有限元的響應面, 該有限元方案和網(wǎng)格有關(guān),也和泰勒級數(shù)展開式的近似值有關(guān). Fatigue Module 增加模擬在預循環(huán)荷載下預測產(chǎn)品壽命的功能.等值線顯示疲勞壽命,損壞,安全系數(shù),二軸應力和疲勞敏感性. FE Modeler 和ANSYS工作臺上使用的標準有限元表示法共同起作用. FE 模塊支持從NASTRAN 或Design Simulation 向ANSYS 大量傳遞數(shù)據(jù).,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,其他產(chǎn)品: ICEM CFD CFD和結(jié)構(gòu)分析的三維網(wǎng)格預處理軟件,該產(chǎn)品由ansys公司的子公司ICEM CFD ()提供. ANSYS EMAX 高頻電磁場分析產(chǎn)品.集成了ANSYS公司的ICEM CFD 前處理器和后處理器的功能、高頻電磁求解器. CFX 流體動力學分析專用軟件,由ANSYS的子公司CFX 提供.(/cfx/) AI*Nastran 新一代NASTRAN求解器,由 SAS LLC 提供. ANSYS Workbench SDK 是由ANSYS開發(fā)的新一代開放、靈活的CAE軟件開發(fā)平臺.組件技術(shù)能夠為大公司創(chuàng)造適用市場的產(chǎn)品和用戶CAE解決方案,包括整個產(chǎn)品鏈. ANSYS ProFEA Pro/ENGINEER 的ANSYS分析和設計優(yōu)化. ParaMesh 直接作用于有限元模型的工具, 可以對網(wǎng)格進行參數(shù)化,并可以移動,這使得有限元模型的效用大大加強.,結(jié)構(gòu)分析用于確定變形、應變、應力及反力。,靜力分析 用于靜態(tài)荷載. 可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為，例如：大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等.,超彈性密封壓縮,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,動力分析 包括質(zhì)量和阻尼效應。 模態(tài)分析，計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。 諧響應分析，確定結(jié)構(gòu)對輻值已知、頻率按正弦曲線變化的荷載的響應。 瞬態(tài)動力分析，確定結(jié)構(gòu)對隨時間任意變化的載荷的響應，而且可以包含非線性特性。 其它結(jié)構(gòu)分析功能 譜分析。 隨機振動。 特征值屈曲。 子結(jié)構(gòu)，子模型。,模態(tài)動畫,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,用ANSYS/LS-DYNA進行顯式動力分析 模擬以慣性力為主的大變形分析。 用于模擬碰撞、擠壓和快速成形等。,汽車碰撞試驗的沖擊分析,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,熱分析，確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱和熱損耗、溫度梯度、熱流量。 可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。,穩(wěn)態(tài)分析 忽略時間效應。 瞬態(tài)分析 確定以時間為函數(shù)的溫度等。 可模擬相變（融化及凝固）。,熨斗的瞬態(tài)熱分析,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電磁分析用于計算電磁設備中的磁場。 靜態(tài)和低頻電磁場分析 模擬由直流電源，低頻交流電或低頻瞬時信號引起的磁場。,例如：電磁鐵、電動機、變壓器。 磁場分析中考慮的物理量是：磁通量、磁場密度、磁力和磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄漏等。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,高頻電磁場分析 模擬電磁波傳播裝置。 例如：微波及RF無源組件、波導、同軸連接器。 電磁場分析中考慮的物理量是：S-參數(shù)、Q-因子、反射波損耗、電解質(zhì)及傳導損耗。,同軸電纜中的電場 (EFSUM),第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,靜電學 計算電壓或電荷引起的電場。 例如：高壓裝置，微機電系統(tǒng)（MEMS），傳輸線。 典型的物理量是：電場強度和電容。 電流傳導 計算在給定電壓下的導體的電流。 電路耦合 電磁設備的電路耦合。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,電磁分析類型: 靜態(tài)分析用于計算由直流電(DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場。 諧分析用于計算由交流電(AC)產(chǎn)生的磁場。 瞬態(tài)分析用于計算隨時間變化的磁場。,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,計算流體動力分析(CFD) 用于確定流體中的流動狀態(tài)和溫度。 ANSYS/FLOTRAN能模擬層流和湍流，可壓縮和不可壓縮流體，以及多組份流。 應用：航空航天、電子元件封裝、汽車設計。 典型的物理量是：速度、壓力、溫度和對流換熱系數(shù)。,導管中的流速,橄欖球上的壓力分布,第 1 章-有限元分析與ANSYS 關(guān)于 ANSYS,聲學分析 用于模擬流體介質(zhì)和周圍固體的相互作用。 例如：揚聲器，汽車內(nèi)部，聲納。 典型的物理量是：壓力分布、位移和自振頻率。 封閉流體分析 模擬容器內(nèi)的非流動流體的影響，確定由晃動引起的壓力。 例如：油罐，其它液體容器。 熱和質(zhì)量的傳輸 用一維單元計算兩點之間由質(zhì)量遷移（如在一個管子中）產(chǎn)生的熱量。,第