材料成形過(guò)程模擬仿真ppt課件

塑性加工過(guò)程數(shù)值模擬上機(jī)實(shí)驗(yàn),材料模擬仿真實(shí)驗(yàn)室贠冰,1,主要內(nèi)容,數(shù)值模擬的有限元法簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介上機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件Ansys簡(jiǎn)介上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟上機(jī)分組,塑性加工過(guò)程的有限元法,3,成型過(guò)程數(shù)值分析方法的功能,在未變形體（毛坯）與變形體（產(chǎn)品）之間建立運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，預(yù)測(cè)塑性成形過(guò)程中材料的流動(dòng)規(guī)律，包括應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)的變化、溫度場(chǎng)變化及熱傳導(dǎo)等。計(jì)算材料的成形極限，即保證材料在塑性變形過(guò)程中不產(chǎn)生任何表面及內(nèi)部缺陷的最大變形量可能性。預(yù)測(cè)塑性成形過(guò)程順利進(jìn)行所需的成形力及能量，為正確選擇加工設(shè)備和進(jìn)行模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,塑性成型過(guò)程數(shù)值模擬的必要性,現(xiàn)代制造業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)塑性成形工藝分析和模具設(shè)計(jì)方面提出了更高的要求。若工藝分析不完善、模具設(shè)計(jì)不合理或材料選擇不當(dāng)，則會(huì)在成型過(guò)程中產(chǎn)生缺陷，造成大量的次品和廢品，增加了模具的設(shè)計(jì)制造時(shí)間和費(fèi)用。傳統(tǒng)工藝分析和模具設(shè)計(jì)，主要依靠工程類比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)試驗(yàn)修改，調(diào)整工藝參數(shù)以消除成形過(guò)程中的失穩(wěn)起皺、充填不滿、局部破裂等產(chǎn)品缺陷，生產(chǎn)成本高，效率低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及材料加工過(guò)程數(shù)值分析技術(shù)的快速發(fā)展，可以在計(jì)算機(jī)上模擬材料成型的整個(gè)過(guò)程，分析各工藝參數(shù)對(duì)成型的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)。,塑性成形的數(shù)值模擬方法,上限法（UpperBoundMethod）用于分析較為簡(jiǎn)單的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)變形問(wèn)題；邊界元法(BoundaryElementMethod)用于模具設(shè)計(jì)分析和溫度計(jì)算；有限元法（FiniteElementMethod）用于大變形的體積成形和板料成形，變形過(guò)程常呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)，材料的幾何形狀、邊界、材料的性質(zhì)等都會(huì)發(fā)生很大的變化。,有限元法的基本原理,將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體看成只具有有限個(gè)自由度的單元集合體。單元之間只在指定節(jié)點(diǎn)處相互鉸接，并在節(jié)點(diǎn)處引入等效相互作用以代替單元之間的實(shí)際相互作用。對(duì)每個(gè)單元選擇一個(gè)函數(shù)來(lái)近似描述其物理量，并依據(jù)一定的原理建立各物理量之間的關(guān)系。最后將各個(gè)單元建立起來(lái)的關(guān)系式加以集成，就可得到一個(gè)與有限個(gè)離散點(diǎn)相關(guān)的總體方程，由此求得各個(gè)離散點(diǎn)上的未知量，得到整個(gè)問(wèn)題的解。,有限元法的基本原理（二）,它對(duì)問(wèn)題的性質(zhì)、物體的形狀和材料的性質(zhì)幾乎沒(méi)有特殊的要求，只要能構(gòu)成與有限個(gè)離散點(diǎn)相關(guān)的總體方程就可以按照有限元的方法求解。有限元法能考慮多種外界因素對(duì)變形的影響，如溫度、摩擦、工具形狀、材料性質(zhì)不均勻等。除邊界條件和材料的熱力學(xué)模型外，有限元的求解精度從理論上看一般只取決于有限元網(wǎng)格的疏密。利用有限元進(jìn)行數(shù)值分析可以獲得成形過(guò)程多方面的信息，如成形力、應(yīng)力分布、應(yīng)變分布、變形速率、溫度分布和金屬的流動(dòng)方向等。,有限元法的優(yōu)點(diǎn),由于單元形狀具有多樣性，使用有限元法處理任何材料模型，任意的邊界條件，任意的結(jié)構(gòu)形狀，在原則上一般不會(huì)發(fā)生困難。材料的塑性加工過(guò)程，基本上可以利用有限元法進(jìn)行分析，而其它的數(shù)值方法往往會(huì)受到一些限制。能夠提供塑性成形過(guò)程中變形的詳細(xì)信息（應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、網(wǎng)格畸變等），為優(yōu)化成形工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供詳細(xì)而可靠的依據(jù)。雖然有限元法的計(jì)算精度與所選擇的單元種類，單元的大小等有關(guān)，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元法將提供高精度的技術(shù)結(jié)果。用有限元法編制的計(jì)算機(jī)程序通用性強(qiáng)，可以用于求解大量復(fù)雜的問(wèn)題，只需修改少量的輸入數(shù)據(jù)即可。由于計(jì)算過(guò)程完全計(jì)算機(jī)化，既可以減少一定的試驗(yàn)工作，又可直接與CAD/CAM實(shí)現(xiàn)集成，使模具設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化。,模擬塑性加工過(guò)程的有限元法,彈塑性有限元法剛塑性有限元法剛粘塑性有限元法,同時(shí)考慮彈性變形和塑性變形，對(duì)于小塑性變形所求的未知量是單元節(jié)點(diǎn)位移，適用于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，屈服等問(wèn)題。對(duì)于大塑性變形，采用增量法分析。既可以分析加載過(guò)程，又可以分析卸載過(guò)程，計(jì)算殘余應(yīng)力應(yīng)變及回彈、以及模具和工件之間的相互作用?？梢蕴幚韼缀畏蔷€性和非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，其缺點(diǎn)是所取是的步長(zhǎng)不能太大，計(jì)算工作量繁重。過(guò)去彈塑性有限元法主要適用于分析板料成形、彎曲等工序。,對(duì)于大多數(shù)體積成形問(wèn)題，彈性變形量較小，可以忽略，即可將材料視為剛塑性體。這種方法不需要用應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽窟M(jìn)行求解，計(jì)算時(shí)增量步進(jìn)可取得大一些，但對(duì)于每次增量變形來(lái)說(shuō)，材料仍處于小變形狀態(tài)，下一步計(jì)算是在材料以前的累加變形幾何形狀和硬化特性基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，因此，可以用小變形的計(jì)算方法來(lái)處理大變形問(wèn)題，并且計(jì)算模型較簡(jiǎn)單。剛塑性有限元法常用于一些金屬的冷加工問(wèn)題。,熱加工（再結(jié)晶溫度以上）應(yīng)變硬化效應(yīng)不顯著，材料對(duì)變形速度具有較大的敏感性，因此，在研究熱加工問(wèn)題時(shí)要采用粘塑性本構(gòu)關(guān)系。把熱加工時(shí)金屬視為非牛頓不可壓縮流體，建立了相應(yīng)的有限元列式，可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的熱力耦合計(jì)算，剛粘塑性有限元法常用來(lái)分析拉拔、擠壓、軋制等工藝過(guò)程。,著名有限元分析軟件,ABAQUS：大型有限元軟件,廣泛模擬性能,杰出的非線性分析能力ALGOR：大型通用有限元分析、機(jī)械動(dòng)力仿真軟件ADINA：大型通用有限元分析HyperWorks：世界領(lǐng)先、功能強(qiáng)大的CAE應(yīng)用軟件包COMSOLMultiphysics(原FEMLAB)：功能強(qiáng)大的專業(yè)多物理場(chǎng)耦合CAE分析軟件DeformMSC系列：Nastran、ADAMS、Marc、Autoforge等Ansys,材料加工模擬實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介,12,材料模擬仿真實(shí)驗(yàn)室,地點(diǎn):創(chuàng)業(yè)樓314（材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心）“211工程”實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室由一臺(tái)惠普小型機(jī)服務(wù)器、兩臺(tái)IBM工作站及36臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成局域網(wǎng)。大型軟件：Marc、Ansys、Patran、Autoforge、Mvision、Thermal-calc,MSC.Marc,Marc是功能齊全的高級(jí)非線性有限元求解器，提供了豐富的單元庫(kù)，多種復(fù)雜特性的材料模型，可以進(jìn)行復(fù)雜邊界條件下的結(jié)構(gòu)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)分析，還可以進(jìn)行流-熱-固、土壤滲流、聲-結(jié)構(gòu)、電-磁、電-熱以及熱-結(jié)構(gòu)等多場(chǎng)耦合模擬；Marc支持多CPU分析和大規(guī)模并行處理，提供了開(kāi)放式用戶環(huán)境，各種子程序接口使用戶能方便地訪問(wèn)并修改程序設(shè)置，極大地?cái)U(kuò)展了Marc的分析能力。,MSC.Marc/Mentat,Mentat是非線性有限元分析的前后處理圖形交互界面，具有一流實(shí)體造型功能，全自動(dòng)網(wǎng)格劃分和建模能力，可以直觀靈活地定義多種材料模型和邊界條件，控制分析過(guò)程、遞交分析、自動(dòng)檢查模型的完整性，實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，可視化處理計(jì)算結(jié)果，并可直接訪問(wèn)常用的CAD/CAE系統(tǒng)。,MSC.Patran,開(kāi)放的工程分析框架結(jié)構(gòu)圖形用戶界面方便易用CAD模型直接訪問(wèn)和幾何建模智能化模型處理：可把幾何模型上的載荷、邊界條件、材料及單元特性轉(zhuǎn)化為有限元信息。自動(dòng)有限元建模完全的分析集成：將多種分析軟件技術(shù)集成到Patran一個(gè)公共環(huán)境中，共用一個(gè)模型。數(shù)據(jù)庫(kù)不同平臺(tái)相互兼容用戶化技術(shù)：在Patran的框架系統(tǒng)中直接嵌入自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序和功能結(jié)果可視化處理開(kāi)放的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境:全功能的編程語(yǔ)言PCL,Ansys,Ansys軟件是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用分析軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、電子、造船、汽車交通、國(guó)防工業(yè)、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。,Thermo-calc,Thermo-calc是世界上最好的多元相圖計(jì)算軟件。Thermo-calc基于熱力學(xué)的基本原理，對(duì)于各種合金的平衡相圖、各種溫度下相的種類及相對(duì)量均可進(jìn)行定量分析計(jì)算。Thermo-cal的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了廣泛的材料系列，而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。,Dictra,Dictra主要用來(lái)模擬多元系統(tǒng)中擴(kuò)散控制的相變?？梢杂?jì)算擴(kuò)散方程、熱動(dòng)力學(xué)平衡方程、流量平衡方程及相界面的移動(dòng)等。,DICTRA的基本結(jié)構(gòu),MSC.Mvision,MSC.Mvision是一個(gè)全面商品化的材料數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，包括大量應(yīng)用于航空航天和汽車行業(yè)的材料數(shù)據(jù)，可以為用戶提供最豐富、最廣泛的材料數(shù)據(jù)信息，如材料的構(gòu)成圖象(含金相)，材料的成分含量，材料的各種特性數(shù)據(jù)，材料數(shù)據(jù)的測(cè)試環(huán)境信息，生產(chǎn)廠家及材料出廠牌號(hào)數(shù)據(jù)等，并可將材料特性作為設(shè)計(jì)變量用于設(shè)計(jì)、分析階段的整個(gè)過(guò)程。Mvision的材料構(gòu)造器和評(píng)估器可幫助用戶建立和評(píng)估自己的材料數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。,模擬軟件ANSYS簡(jiǎn)介,21,簡(jiǎn)介內(nèi)容,ANSYS公司ANSYS的技術(shù)特點(diǎn)ANSYS的產(chǎn)品家族ANSYS功能概覽ANSYS其他分析實(shí)例ANSYS的模塊及其功能ANSYS的基本操作,ANSYS簡(jiǎn)介,Ansys公司是由美國(guó)著名力學(xué)專家，匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授JohnSwanson博士于1970年創(chuàng)建發(fā)展起來(lái)的，是世界CAE行業(yè)最大的公司。,ANSYS的技術(shù)特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析實(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。融前后處理與分析求解于一身。強(qiáng)大的非線性分析功能快速求解器最早采用并行計(jì)算技術(shù)從PC、工作站、大型機(jī)到巨型機(jī)所有硬件平臺(tái)的全部數(shù)據(jù)文件兼容，用戶界面統(tǒng)一。智能網(wǎng)格劃分可與大多數(shù)CAD軟件集成并有接口多層次多框架的產(chǎn)品系列良好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境,ANSYS的產(chǎn)品家族,ANSYS功能概覽,結(jié)構(gòu)分析熱分析電磁分析流體分析(CFD)耦合場(chǎng)分析-多物理場(chǎng),ANSYS結(jié)構(gòu)分析概覽,結(jié)構(gòu)分析的類型:靜力分析-用于靜態(tài)載荷.可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性行為，例如:大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等.模態(tài)分析-計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形.譜分析是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由于隨機(jī)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變(也叫作響應(yīng)譜或PSD).,結(jié)構(gòu)分析用于確定結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)變、應(yīng)力及反作用力等.,ANSYS結(jié)構(gòu)分析概覽(續(xù)),諧響應(yīng)分析-確定線性結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng).瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析-確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng).可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性行為.特征屈曲分析-用于計(jì)算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀.(結(jié)合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以實(shí)現(xiàn)非線性屈曲分析.)專項(xiàng)分析:斷裂分析,復(fù)合材料分析，疲勞分析,Courtesy:SikorskyAircraft,ANSYS結(jié)構(gòu)分析概覽(續(xù)),用于模擬非常大的變形，慣性力占支配地位，并考慮所有的非線性行為.它的顯式方程求解沖擊、碰撞、快速成型等問(wèn)題，是目前求解這類問(wèn)題最有效的方法.,ANSYS除了提供標(biāo)準(zhǔn)的隱式動(dòng)力學(xué)分析以外，還提供了顯式動(dòng)力學(xué)分析模塊ANSYS/LS-DYNA.,ANSYS熱分析概覽,熱分析之后往往進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,計(jì)算由于熱膨脹或收縮不均勻引起的應(yīng)力.ANSYS功能:相變(熔化及凝固),內(nèi)熱源(例如電阻發(fā)熱等)三種熱傳遞方式(熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射),ANSYS熱分析計(jì)算物體的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)溫度分布，以及熱量的獲取或損失、熱梯度、熱通量等.,ANSYS電磁分析概覽,磁場(chǎng)分析中考慮的物理量是磁通量密度、磁場(chǎng)密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄漏等.磁場(chǎng)可由電流、永磁體、外加磁場(chǎng)等產(chǎn)生.,磁場(chǎng)分析用于計(jì)算磁場(chǎng).,ANSYS電磁分析概覽(續(xù)),磁場(chǎng)分析的類型:靜磁場(chǎng)分析-計(jì)算直流電（DC)或永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng).交變磁場(chǎng)分析-計(jì)算由于交流電(AC)產(chǎn)生的磁場(chǎng).瞬態(tài)磁場(chǎng)分析-計(jì)算隨時(shí)間隨機(jī)變化的電流或外界引起的磁場(chǎng).,ANSYS電磁分析概覽(續(xù)),電場(chǎng)分析用于計(jì)算電阻或電容系統(tǒng)的電場(chǎng).典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場(chǎng)及電阻熱等.高頻電磁場(chǎng)分析用于微波及RF無(wú)源組件，波導(dǎo)、雷達(dá)系統(tǒng)、同軸連接器等分析.,ANSYS流體分析概覽,流體分析用于確定流體的流動(dòng)及熱行為.流體分析分以下幾類:CFD-ANSYS/FLOTRAN提供強(qiáng)大的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析功能，包括不可壓縮或可壓縮流體、層流及湍流，以及多組份流等.聲學(xué)分析-考慮流體介質(zhì)與周圍固體的相互作用,進(jìn)行聲波傳遞或水下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析等.容器內(nèi)流體分析-考慮容器內(nèi)的非流動(dòng)流體的影響.可以確定由于晃動(dòng)引起的靜水壓力.流體動(dòng)力學(xué)耦合分析-在考慮流體約束質(zhì)量的動(dòng)力響應(yīng)基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中使用流體耦合單元.,ANSYS耦合場(chǎng)分析概覽,耦合場(chǎng)分析考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場(chǎng)之間的相互作用。如果兩個(gè)物理場(chǎng)之間相互影響，單獨(dú)求解一個(gè)物理場(chǎng)是不可能得到正確結(jié)果的，因此你需要一個(gè)能夠?qū)蓚€(gè)物理場(chǎng)組合到一起求解的分析軟件。例如：在壓電力分析中，需要同時(shí)求解電壓分布（電場(chǎng)分析）和應(yīng)變（結(jié)構(gòu)分析）.,其他需要耦合場(chǎng)分析的典型情況有：熱應(yīng)力分析流體結(jié)構(gòu)相互作用感應(yīng)加熱（電磁熱）,感應(yīng)振蕩,兩根熱膨脹系數(shù)不同的棒焊接在一起，圖示為加熱后的變形.,其他分析實(shí)例：整車路譜疲勞分析,基于有限元分析的疲勞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了：產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAE仿真疲勞設(shè)計(jì)重設(shè)計(jì)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)研發(fā)流程,使疲勞設(shè)計(jì)更加高效快速和經(jīng)濟(jì)實(shí)用。,其他分析實(shí)例：輪轂疲勞壽命分析,Fe-safe/Rotate旋轉(zhuǎn)機(jī)械疲勞分析模塊，利用結(jié)構(gòu)的循環(huán)對(duì)稱性提高了旋轉(zhuǎn)部件的疲勞分析效率，自動(dòng)產(chǎn)生一系列不同旋轉(zhuǎn)角度上的應(yīng)力結(jié)果，計(jì)算出輪轂疲勞壽命。,其他分析實(shí)例：排氣管熱疲勞壽命,采用一排氣管熱分析疲勞壽命計(jì)算案例，利用FE-SAFE豐富的疲勞分析結(jié)果功能，可以得到壽命與損傷、應(yīng)力安全系數(shù)、生存概率等的數(shù)值/曲線/柱狀圖/3D等值圖等。,其他分析實(shí)例：直升飛機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)部件的裝配分析,直升飛機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)部件模型共358個(gè)零件，769個(gè)裝配聯(lián)結(jié)關(guān)系。采用AWB的自動(dòng)探測(cè)接觸功能，可以輕松地實(shí)現(xiàn)零件之間的接觸以及裝配聯(lián)結(jié)關(guān)系。,ANSYS的模塊及其功能,前處理模塊求解模塊后處理模塊,建立模型直接建模實(shí)體建模：自頂向下，自底向上輸入CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的實(shí)體模型輸入CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的有限元模型網(wǎng)格劃分自由網(wǎng)格劃分延伸網(wǎng)格劃分映射網(wǎng)格劃分自適應(yīng)網(wǎng)格劃分,ANSYS的前處理模塊,自底向上建模是指從最低圖元向上構(gòu)造模型。自頂向下建模是指定義一個(gè)高級(jí)圖元，程序自動(dòng)定義面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。建立實(shí)體模型后，可使用布爾運(yùn)算，進(jìn)行相加、相減、相交、分割、粘接和重疊。還可以拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和復(fù)制實(shí)體模型，構(gòu)造圓弧、切線、自動(dòng)倒角生成等。,自由網(wǎng)格劃分沒(méi)有單元形狀的限制，網(wǎng)格不遵循任何模式。映射網(wǎng)格劃分可將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成網(wǎng)格。延伸網(wǎng)格劃分可將二維網(wǎng)格延伸成三維。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，程序自動(dòng)生成的有限元網(wǎng)格。,結(jié)構(gòu)靜力分析：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)構(gòu)非線性分析動(dòng)力學(xué)分析熱分析電磁場(chǎng)分析流體動(dòng)力學(xué)分析聲場(chǎng)分析壓電分析,ANSYS的求解模塊,求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力；適合于求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)影響不顯著的問(wèn)題；也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析,求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響；要考慮隨時(shí)間變化的力載荷及其對(duì)慣性和阻尼的影響；分析類型有：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析,結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。Ansys可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問(wèn)題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種,可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。,可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。還可以模擬材料固化和熔解的相變過(guò)程以及熱與結(jié)構(gòu)之間的熱結(jié)構(gòu)耦合過(guò)程。,可分析電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等，還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析。,流體單元可以進(jìn)行瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)分析，分析結(jié)果能得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。,聲學(xué)功能用來(lái)研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。如確定音響話筒的頻率響應(yīng)、音樂(lè)大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。,可分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC、DC或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。用于換熱器、振蕩器、諧振器、揚(yáng)聲器等部件及其他電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。,通用后處理模塊時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊,ANSYS的后處理模塊,用于查看模型的特定點(diǎn)在某一或所有時(shí)間步內(nèi)的計(jì)算結(jié)果，可獲得結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間或頻率的關(guān)系曲線及列表，如時(shí)間位移、應(yīng)力應(yīng)變曲線等，還可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算。,用于查看整個(gè)模塊或所選取的部分模塊在某一子步的結(jié)果，可用圖形顯示各種應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)、變形形狀等，還可以進(jìn)行誤差估算、載荷工況組合、結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算和路徑操作等。,ANSYS的基本操作,啟動(dòng)ANSYSANSYS的工作窗口菜單的交互操作圖形拾取ANSYS分析過(guò)程的基本步驟,啟動(dòng)ANSYS,開(kāi)始程序ANSYS5.7Interactive指定工作目錄Run出現(xiàn)對(duì)話框按Enter鍵即可,ANSYS的工作窗口,應(yīng)用菜單,主菜單,工具條,圖形窗口,輸入窗口,主菜單交互操作,在主菜單中選擇子菜單.,要在主菜單中選擇子菜單，將鼠標(biāo)移到帶有“符號(hào)的項(xiàng)目上，并按鼠標(biāo)左鍵.,與下拉菜單不同，這些子菜單是相對(duì)獨(dú)立的，迭加在主菜單上面.,主菜單交互操作(續(xù)),主菜單中各級(jí)子菜單的迭加選擇.,要將一個(gè)被“壓住”在菜單提到前面來(lái)，將鼠標(biāo)移到此菜單上，按鼠標(biāo)左鍵(與其他基于Windows軟件相同).,用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)取Preprocessor菜單，將Preprocessor子菜單調(diào)到前面來(lái).,例如:,主菜單交互操作(續(xù)),結(jié)尾帶“.”的項(xiàng)目表示將產(chǎn)生對(duì)話框.,基本的主菜單交互操作,結(jié)尾帶“”的項(xiàng)目表示將產(chǎn)生子菜單.,結(jié)尾沒(méi)有任何符號(hào)的表示運(yùn)行一條ANSYS命令.,輸入窗口交互操作,在輸入窗口中輸入信息.,注意:當(dāng)ANSYS提示你輸入信息時(shí)，輸入窗口的顏色會(huì)發(fā)生改變.在輸入窗口輸入任何信息以前，請(qǐng)先確認(rèn)光標(biāo)在窗口內(nèi)閃動(dòng)，否則，請(qǐng)?jiān)诖翱趦?nèi)文字輸入框按一下鼠標(biāo)左鍵。在輸入完信息以后，請(qǐng)按回車鍵執(zhí)行.,文字輸入框,例如:,閃動(dòng)的光標(biāo),提示信息,以前輸入的信息,對(duì)話框中的:“OK”與“Apply”,OK執(zhí)行操作，并退出此對(duì)話框.,Apply執(zhí)行操作，但并不退出此對(duì)話框，可以重復(fù)執(zhí)行操作.,Pan,Zoom,andRotate,要顯示thePan,Zoom,Rotate菜單:UtilityMenu:PlotCtrlsPan,Zoom,Rotate,Pan,Zoom,Rotate菜單用于模型的平移、縮放、旋轉(zhuǎn).,Pan,Zoom,andRotate菜單(續(xù)),激活窗口及觀察方向控制,選擇所操作窗口的編號(hào).,正等軸側(cè)圖（從x,y,z=1,1,1方向看）.,斜二側(cè)圖(從x,y,z=1,2,3方向看).,在工作平面內(nèi)顯示模型.,后視圖(從-Z向看).,右視圖(從-X向看).,俯視圖(從+Y向看).,仰視圖(從-Y向看).,左視圖(從-X向看).,主視圖(從+Z向看).,Pan,Zoom,andRotate菜單(續(xù)),縮放選項(xiàng)及縮放平移按鈕,恢復(fù)到縮放前的畫面.,選擇矩形的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)放大，矩形的長(zhǎng)寬比與顯示窗口的長(zhǎng)寬比相同.,將模型向上平移一個(gè)單位*.,將模型向右平移一個(gè)單位*.,將模型放大一個(gè)單位*.,*平移及縮放的單位可以由滾動(dòng)條進(jìn)行設(shè)定，詳見(jiàn)下頁(yè).,選擇矩形的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)放大.,將模型向左平移一個(gè)單位*.,將模型縮小一個(gè)單位*.,選擇正方型的中央放大.,將模型向下平移一個(gè)單位*.,Pan,Zoom,andRotate菜單(續(xù)),單位滾動(dòng)條控制,動(dòng)態(tài)模式控制及功能鍵,繞著X,Y,Z屏幕坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)一個(gè)單位.,設(shè)置縮放、平移及旋轉(zhuǎn)按鈕的單位的滾動(dòng)條.,選擇此項(xiàng)，可以使用三鍵鼠標(biāo)控制控制光源的位置、強(qiáng)度及反射(見(jiàn)下頁(yè)).,選取此開(kāi)關(guān)可以進(jìn)入動(dòng)態(tài)模式或光源控制。,選擇此項(xiàng)，可以使用三鍵鼠標(biāo)進(jìn)行模型的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放及平移(見(jiàn)下頁(yè)).,縮放模型至適合窗口大小.,返回模型到默認(rèn)的取向(正前方),Pan,Zoom,andRotate菜單(續(xù)),使用動(dòng)態(tài)模式控制,選取動(dòng)態(tài)模式.,您就可以使用鼠標(biāo)鍵進(jìn)行模型的動(dòng)態(tài)的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放操作.注意:也可以不選取動(dòng)態(tài)模式，直接按住Control鍵進(jìn)行模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放操作.,圖形拾取為使用鼠標(biāo)在圖形窗口中拾取模型圖元及坐標(biāo)定位.,圖形拾取,使用:拾取坐標(biāo)-定位一個(gè)新點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)）的坐標(biāo).檢索拾取-拾取已經(jīng)存在的模型元素.,圖形拾?。ɡm(xù)）,在主菜單中選擇帶“”號(hào)結(jié)尾的菜單，將會(huì)彈出圖形拾取菜單.,圖形拾?。ɡm(xù)）,拾取菜單,定位拾取,檢索拾取,功能,拾取模式,拾取狀況,拾取的數(shù)據(jù),鍵盤輸入選項(xiàng),執(zhí)行鍵,區(qū)分圖元,打開(kāi)面編號(hào)的結(jié)果,當(dāng)多個(gè)圖元同時(shí)在圖形窗口中顯示時(shí)，可以通過(guò)打開(kāi)某種圖元類型編號(hào)來(lái)區(qū)分它們，這些圖元以不同的標(biāo)號(hào)和顏色顯示.,區(qū)分圖元(續(xù)),打開(kāi)編號(hào)顯示:UtilityMenu:PlotCtrlsNumbering.,選取需要的項(xiàng)目，然后選擇OK.,控制是否編號(hào)和顏色同時(shí)顯示(缺省),只顯示編號(hào),或只顯示顏色.,ANSYS分析過(guò)程的基本步驟,創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建或引入幾何模型定義單元類型定義材料屬性劃分單元格加載并求解施加載荷并確定載荷選項(xiàng)設(shè)定約束條件求解結(jié)果分析查看分析結(jié)果檢驗(yàn)結(jié)果并對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià),上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作步驟,63,實(shí)例1：結(jié)構(gòu)靜力分析,問(wèn)題：如圖所示,鋼板邊長(zhǎng)為12in，厚度為1in，中心孔半徑r=0.5in，鋼板兩邊作用的均布力q=1000psi，鋼板的泊松比=0.3，楊氏模量E=3107psi。分析：圓孔附近x軸方向上的極限應(yīng)力。,ANSYS分析實(shí)例1的步驟,第1步：?jiǎn)?dòng)ANSYS第2步：輸入文件名實(shí)用菜單中選擇filechangeJobname輸入文件名（如：plate_hole1）Ok第3步：設(shè)置優(yōu)選框，濾掉無(wú)用的菜單項(xiàng)在主菜單中單擊PreferencesStructuralOk,第4步：定義單元類型,在主菜單中選擇Preprocessor，打開(kāi)前處理器菜單選擇ElementTypeAdd/Edit/Delete在右圖的“單元類型”對(duì)話框中單擊“Add”在下圖的“單元類型庫(kù)”中選擇StructuralSolidQuad8node82OK單擊“Close”關(guān)閉“單元類型”對(duì)話框,第5步：定義材料屬性,在前處理菜單中選擇MaterialPropsMaterialModels，顯示左圖的對(duì)話框在對(duì)話框中雙擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic，顯示右圖輸入EX=3e7和PRXY=0.3OK在左圖的對(duì)話框中選擇菜單命令MaterialExit,第6步：建立幾何模型,由于對(duì)稱只需分析鋼板的四分之一部分建立正方形：前處理菜單中選擇CreateRectangleByDimensions在對(duì)話框中輸入X、Y方向的數(shù)據(jù)0，6，0，6OK建立圓形：CreateCircleSolidCircle在出現(xiàn)的對(duì)話框輸入圓形半徑為0.5OK從正方形中減去圓形：前處理菜單中選擇OperateSubtractAreas單擊正方形Apply單擊圓形OK保存數(shù)據(jù)，單擊工具桿中SAVE_DB按鈕關(guān)閉坐標(biāo)顯示：在輸入窗口中輸入“/triad，off”實(shí)用菜單中選擇PlotReplot,第7步：劃分單元格,定義單元格尺寸前處理菜單中選擇SizeCntrlsAllKPs輸入單元邊長(zhǎng)為1.5OKSizeCntrlsPickedKPs用鼠標(biāo)單擊模型圓弧的右端點(diǎn)5Apply輸入單元邊長(zhǎng)為0.3OKSizeCntrlsPickedKPs用鼠標(biāo)單擊模型圓弧的左端點(diǎn)6OK輸入單元邊長(zhǎng)為0.1OK劃分單元格前處理菜單中選擇MeshArea-Free單擊模型OK,第8步：設(shè)置載荷選項(xiàng),關(guān)閉前處理菜單，在主菜單中選擇Solution，打開(kāi)求解菜單在求解菜單中選擇-Loads-SettingConstraints，顯示如圖選擇UX、“Addtoexisting”O(jiān)K,第9步：設(shè)置位移約束,指定對(duì)稱軸：在求解菜單中選擇-Loads-ApplyDisplacementSymmetryB.C-OnLines鼠標(biāo)單擊模型的下邊線L9Apply鼠標(biāo)單擊模型的左邊線L10OKDisplacementSymmetryB.C-OnAreas鼠標(biāo)單擊模型OK,第10步：施加壓力載荷,在求解菜單中選擇-Loads-ApplyPressureOnLines單擊模型的右邊線L2OK出現(xiàn)如圖對(duì)話框，選擇壓力為“Constantvalue”輸入壓力值為1000OK注意：+、-號(hào)對(duì)應(yīng)不同的力方向，壓力為正(+)，拉力為負(fù)(-),第11步：求解,在求解菜單中選擇-Solve-CurrentLSOK，求解當(dāng)前的載荷步出現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)信息窗口顯示載荷步的選項(xiàng)信息求解完成會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黃色的提示框，單擊Close關(guān)閉,第12步：查看分析結(jié)果,關(guān)閉壓力和約束載荷顯示：在輸入窗口中輸入“/psf，pres，0”實(shí)用菜單中選擇PlotReplot進(jìn)入后處理器并讀入結(jié)果：主菜單中選GeneralPostProcFirstSet顯示變形前后的形狀：GeneralPostProcPlotResultDeformedShapeDef+undeformedOK動(dòng)畫顯示變形過(guò)程：在實(shí)用菜單中選擇PlotCtrlsAnimateDeformedShapeDef+undeformedOK用等高線顯示X方向應(yīng)力和Mises等效屈服應(yīng)力：GeneralPostProcPlotResultNodalSoluStressX-directionorvonMisesOK在實(shí)用菜單中選擇PlotCtrlsAnimateDeformedResultsOK退出Ansys：?jiǎn)螕艄ぞ邨U中的Quit按鈕Quit-NoSaveOK,實(shí)例2：熱分析,問(wèn)題：如圖所示,鋼板邊長(zhǎng)為12in，厚度為1in，中心孔半徑r=0.5in，鋼板兩邊作用有熱傳導(dǎo)，圓孔溫度為750F，鋼板的熱傳導(dǎo)率為1.25btu/Hr-in2-F。分析：鋼板的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)及最低溫度場(chǎng)。,ANSYS分析實(shí)例2的步驟,第1步：?jiǎn)?dòng)ANSYS第2步：輸入文件名實(shí)用菜單中選擇filechangeJobname輸入文件名（如：plate_hole2）OK第3步：設(shè)置優(yōu)選框，濾掉無(wú)用的菜單項(xiàng)在主菜單中單擊PreferencesThermalOK,第4步：定義單元類型,在主菜單中選擇Preprocessor，打開(kāi)前處理器菜單選擇ElementTypeAdd/Edit/Delete在右圖的“單元類型”對(duì)話框中單擊“Add”在下圖的“單元類型庫(kù)”中選擇ThermalSolidQuad8node77OK單擊“Close”關(guān)閉“單元類型”對(duì)話框,第5步：定義材料屬性,在前處理菜單中選擇MaterialPropsMaterialModels，顯示左圖的對(duì)話框在對(duì)話框中雙擊Thermal、Conductivit