Ansys_Workbench詳解教程解析課件

1、2022/7/241ANSYS Workbench12.0基礎(chǔ)培訓(xùn)講義（內(nèi)部共享）2022/7/242主要內(nèi)容一、有限元基本概念 基本操作二、Ansys Workbench 有限元分析流程的操作 軟件介紹 靜力學(xué)分析與模態(tài)分析 FEA模型的建立 （本次培訓(xùn)不涉及非線(xiàn)性問(wèn)題 ，所講內(nèi)容主要針對(duì)三維實(shí)體單元。 ） 2022/7/243有限元基本概念 概念 把一個(gè)原來(lái)是連續(xù)的物體劃分為有限個(gè)單元，這些單元通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，承受與實(shí)際載荷等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合成能夠進(jìn)行綜合求解的整體。 有限元法的基本思想離散化。 節(jié)點(diǎn) 單元 載荷 約束

2、 分析類(lèi)型 有限元模型真實(shí)系統(tǒng)有限元模型 有限元模型 是真實(shí)系統(tǒng)理想化的數(shù)學(xué)抽象。定義節(jié)點(diǎn)和單元節(jié)點(diǎn): 空間中的坐標(biāo)位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。單元: 一組節(jié)點(diǎn)自由度間相互作用的數(shù)值、矩陣描述（稱(chēng)為剛度或系數(shù)矩陣)。單元有線(xiàn)、面或?qū)嶓w以及二維或三維的單元等種類(lèi)。有限元模型由一些簡(jiǎn)單形狀的單元組成，單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接，并承受一定載荷。載荷約束有限元法的分類(lèi)位移法：以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量；力 法：以節(jié)點(diǎn)力為基本未知量；混合法：一部分以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量， 一部分以節(jié)點(diǎn)力為基本未知量。有限元法的基本思想對(duì)彈性區(qū)域離散化將單元內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)位移通過(guò)函數(shù)表達(dá)（位移函數(shù)）建立單元方程進(jìn)行單元集

3、成，在節(jié)點(diǎn)上加外載荷力引入位移邊界條件進(jìn)行求解求解得到節(jié)點(diǎn)位移根據(jù)彈性力學(xué)公式得到單元應(yīng)變、應(yīng)力有限元法的基本步驟1. 結(jié)構(gòu)離散；2. 單元分析 a. 建立位移函數(shù) b. 建立單元?jiǎng)偠确匠?c. 計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力3. 進(jìn)行單元集成；4. 得到節(jié)點(diǎn)位移；5. 根據(jù)彈性力學(xué)公式計(jì)算單元應(yīng)變、應(yīng)力。2022/7/249ANSYS Workbench 軟件介紹 運(yùn)行軟件 操作界面簡(jiǎn)介 基本操作 分析流程的各項(xiàng)操作2022/7/2410運(yùn)行軟件方法一：從CAD軟件中進(jìn)入 方法二：?jiǎn)螕糸_(kāi)始菜單， 選擇程序命令； 從Ansys程序組 中選擇 AnsysWorkbench程序。啟動(dòng)該軟件后，出現(xiàn)一模塊選擇對(duì)話(huà)框

4、。2022/7/2411操作界面介紹2022/7/2412菜單常用的幾個(gè)菜單項(xiàng)為：“File Save” 用來(lái)保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件：.dsdb“File Clean” 用來(lái)刪除數(shù)據(jù)庫(kù)中的網(wǎng)格或結(jié)果“Edit Select All” 用來(lái)選取窗口中當(dāng)前的所有實(shí)體“Units” 用來(lái)改變單位“Tools options” 用來(lái)定制或設(shè)置選項(xiàng)2022/7/2413 工具條 常用工具條 圖形工具條2022/7/2414結(jié)構(gòu)樹(shù) 結(jié)構(gòu)樹(shù)包含幾何模型的信息和整個(gè)分析的相關(guān)過(guò)程。 一般由Geometry、Connections、Mesh、分析類(lèi)型和結(jié)果輸出項(xiàng)組成，分析類(lèi)型里包括載荷和約束的設(shè)置。 說(shuō)明分支全部被定義

5、 說(shuō)明輸入的數(shù)據(jù)不完整 說(shuō)明需要求解 說(shuō)明被抑制，不能被求解 說(shuō)明體或零件被隱藏2022/7/2415屬性窗口 屬性窗口提供了輸入數(shù)據(jù)的列表， 會(huì)根據(jù)選取分支的不同自動(dòng)改變。 白色區(qū)域: 顯示當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)。 灰色區(qū)域: 顯示信息數(shù)據(jù)，不能 被編輯。 黃色區(qū)域: 未完成的信息輸入。 2022/7/2416圖形窗口 模型和結(jié)果都將顯示在這個(gè)區(qū)域中， 包括： Geometry Worksheet PrintPreview ReportPreview 幾個(gè)可以互相切換的窗口。2022/7/2417向?qū)?作用： 幫助用戶(hù)設(shè)置分析過(guò)程中的基本步驟，如選擇分析類(lèi)型、定義材 料屬性等基本分析步驟。 顯示：

6、可以通過(guò)菜單View中的Windows選項(xiàng)或常用工具條中的圖標(biāo) 控制其顯示。2022/7/2418基本操作 創(chuàng)建、打開(kāi)、保存文檔 復(fù)制、剪切、粘貼 圖形窗口的顯示 視圖顯示 結(jié)構(gòu)樹(shù)的顯示 操作界面的顯示 工具條的顯示 選擇目標(biāo) 顯示/隱藏 旋轉(zhuǎn)、平移、縮放2022/7/2419創(chuàng)建、打開(kāi)、保存文檔 File菜單或者工具條的1、創(chuàng)建一個(gè)新文檔。選擇FileNew命令。2、 打開(kāi)文檔。選擇FileOpen命令。3、保存文檔。選擇FileSave或Save As命令， 一般保存為.dsdb格式的文檔。編輯目標(biāo) 用戶(hù)可以對(duì)給定的目標(biāo)進(jìn)行復(fù)制、粘貼、剪切等常規(guī)操作。使用Edit菜單中的各項(xiàng)命令。2022

7、/7/2420視圖顯示視圖的顯示主要在View菜單中進(jìn)行控制。1、圖形窗口 Shade Exterior and Edges：輪廓線(xiàn)顯示 Wireframe：線(xiàn)框顯示 Ruler：顯示標(biāo)尺 Legend：顯示圖例 Triad：顯示坐標(biāo)圖示2022/7/2421視圖顯示2、結(jié)構(gòu)樹(shù)Expand All：展開(kāi)結(jié)構(gòu)樹(shù) Collapse Environments： 折疊結(jié)構(gòu)樹(shù) Collapse Models：折疊結(jié)構(gòu)樹(shù)中的Models項(xiàng)3、工具條 Named Selections：命名工具條 Unit Conversion：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)換工具4、操作界面 Messages：Messages信息窗口 Simul

8、ation Wizard：向?qū)?Graphics Annotations:注釋 Section Planes:截面信息窗口 Reset Layout:重新安排界面2022/7/2422選擇目標(biāo) 在Workbench中，目標(biāo)是指點(diǎn) 、線(xiàn) 、面 、體 。1、單選 確定目標(biāo)為點(diǎn)、線(xiàn)、面、體的一種，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，單擊 按鈕，選中Single Select，進(jìn)入選擇模式，利用鼠標(biāo)左鍵在模型上點(diǎn)擊進(jìn)行目標(biāo)的選取。2、框選 與單選的方法類(lèi)似，只需選擇Box Select，再在圖形窗口中按住左鍵、畫(huà)矩形框進(jìn)行選取。3、在結(jié)構(gòu)樹(shù)中的Geometry分支中進(jìn)行選擇。 屏幕下方的狀態(tài)條中將顯示被選擇的目標(biāo)的信息。

9、2022/7/2423顯示/隱藏目標(biāo)1、隱藏目標(biāo) 在圖形窗口的模型上選擇一個(gè)目標(biāo)，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的選項(xiàng)里選擇 ，該目標(biāo)即被隱藏。用戶(hù)還可以在結(jié)構(gòu)樹(shù)中選取一個(gè)目標(biāo)，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 來(lái)隱藏目標(biāo)。 當(dāng)一個(gè)目標(biāo)被隱藏時(shí)，該目標(biāo)在結(jié)構(gòu)樹(shù)的顯示亮度會(huì)變暗。2、顯示目標(biāo) 在圖形窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的選項(xiàng)里選擇Go ToHidden Bodies in Tree，系統(tǒng)自動(dòng)在結(jié)構(gòu)樹(shù)Geometry項(xiàng)中彈出被隱藏的目標(biāo)，以藍(lán)色加亮方式顯示，在結(jié)構(gòu)樹(shù)中選中該項(xiàng)，單擊右鍵，選擇 顯示該目標(biāo)。2022/7/2424旋轉(zhuǎn)、平移、縮放 通過(guò)工具條的 實(shí)現(xiàn)上述操作，也可以利用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)相結(jié)合的方式進(jìn)行操作平移

10、：Ctrl+鼠標(biāo)中鍵旋轉(zhuǎn)：鼠標(biāo)中鍵縮放：Shift+鼠標(biāo)中鍵2022/7/2425 有限元分析（FEA）工作的定位：開(kāi)發(fā)流程的什么階段進(jìn)行？ FEA分析的目標(biāo)：剛度/強(qiáng)度，位移/應(yīng)力，模態(tài) 材料屈服？網(wǎng)格細(xì)化？網(wǎng)格較為均勻。 分析領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)、熱 分析類(lèi)型：靜力分析、模態(tài)分析 材料特性、載荷、約束 網(wǎng)格密度 前處理：模型簡(jiǎn)化、建模技巧（對(duì)稱(chēng)性的利用）制定分析方案初步確定分析流程操作分析類(lèi)型：靜力分析、模態(tài)分析單元類(lèi)型：殼單元、實(shí)體單元模型類(lèi)型：零件、組件前處理建立、導(dǎo)入幾何模型定義材料屬性劃分網(wǎng)格求解施加載荷和約束求解后處理查看結(jié)果 得出結(jié)論檢驗(yàn)結(jié)果的正確性2022/7/2427 1 導(dǎo)入模型

11、2 定義材料屬性 3 設(shè)定網(wǎng)格劃分參數(shù)并劃分網(wǎng)格 4 選擇分析類(lèi)型 （Static Analysis、Modal） 5 施加載荷與約束（設(shè)置邊界條件） 6 設(shè)定求解參數(shù)并求解 7 后處理分析流程操作2022/7/24281 導(dǎo)入模型方法一：直接從所支持的CAD軟件系統(tǒng)進(jìn)入。方法二：右擊Geometry-replace Geometry 2022/7/2429模型處理兩個(gè)概念：CAD模型 & FEA模型CAD模型的處理：可直接刪除的特征螺紋孔、小孔、小邊、狹小面、小凸臺(tái)、小槽等；CAD幾何建模的參數(shù)化考慮對(duì)稱(chēng)性的建模：（幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、載荷和約束也對(duì)稱(chēng)）2022/7/24302 定義材料屬性1、雙

12、擊Component Systems中的Engineering Data。2、 右擊Engineering Data-edit3、選擇view中outline、properties,把General Materials等中的材料添加到 Engineering Data中，修改Density密度、Youngs modulus楊氏模量、Poissons Ratio泊松比、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)。4、點(diǎn)擊Return to Project5、右擊Model-Update6、右擊Model-edit7、在模型的Material-Assignment右面的箭頭可選擇材料注：軟件默認(rèn)的材料是Structural

13、 Steel。 2022/7/2431定義材料屬性4、在線(xiàn)性靜力結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，材料屬性只需要定義楊氏模量以及泊松比。 假如有任何慣性載荷，密度是必須要定義的；模態(tài)分析中同樣需要定義材料密度。 2022/7/24323 網(wǎng)格控制目的：實(shí)現(xiàn)幾何模型 有限元模型的轉(zhuǎn)化原則：整體網(wǎng)格控制 局部網(wǎng)格細(xì)化 2022/7/2433網(wǎng)格控制整體網(wǎng)格： Relevance（-100100） 、 Relevance Center（coarse fine）局部細(xì)化： 支撐處、載荷施加位置、應(yīng)力變化較大的地方。 2022/7/2434網(wǎng)格控制 具體操作：選中結(jié)構(gòu)樹(shù)的Mesh項(xiàng)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Insert，彈出對(duì)網(wǎng)

14、格進(jìn)行控制的各分項(xiàng)，一般只需設(shè)置網(wǎng)格的形式（Method）和單元的大小（Sizing）。 其余一些網(wǎng)格控制項(xiàng)的意義： Refinement細(xì)化網(wǎng)格 Mapped Face Meshing映射網(wǎng)格； 網(wǎng)格劃分三維實(shí)體的四面體（Tetrahedron）單元?jiǎng)澐秩S實(shí)體的六面體（Hexahedron）單元?jiǎng)澐?022/7/24364 選擇分析類(lèi)型 靜力學(xué)分析(Static Analysis) ： 計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時(shí)間變化載荷的影響。 載荷外部施加的作用力與壓力； 穩(wěn)態(tài)的慣性力（重力、離心力）； 強(qiáng)迫位移； 溫度載荷。 2022/7/24374

15、選擇分析類(lèi)型 模態(tài)分析 (Modal) ： 用于確定結(jié)構(gòu)或部件的振動(dòng)特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型 線(xiàn)性的、忽略系統(tǒng)阻尼對(duì)其自身振動(dòng)特性的影響、任何所施加的力載荷在模態(tài)分析中都不考慮。 *有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析： 先進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，之后在模態(tài)分析初始條件(Initial Condition)設(shè)置中指明結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力值來(lái)自前期靜力分析結(jié)果。 2022/7/24385 設(shè)置邊界條件 邊界條件的設(shè)置包括載荷和約束的施加，都作用在幾何實(shí)體上，通過(guò)節(jié)點(diǎn)和單元進(jìn)行傳遞。 載荷和約束是在所選擇的分析類(lèi)型的分支（如模態(tài)分析、熱分析等），以下以靜力分析為例進(jìn)行說(shuō)明。2022/7/2439設(shè)置邊界條件1、類(lèi)型 選中

16、結(jié)構(gòu)樹(shù)中的Static Structural，單擊鼠標(biāo)右鍵選取Insert，彈出各種載荷和約束。2022/7/2440設(shè)置邊界條件2、載荷 操作：（1）添加載荷項(xiàng)。選中結(jié)構(gòu)樹(shù)中的Static Structural，單 擊右鍵選取Insert，在彈出的選擇框中選取載荷類(lèi)型。 （2）設(shè)置載荷值和方向。選中上一步添加的載荷，在屬 性窗口中進(jìn)行設(shè)置。 2022/7/2441設(shè)置邊界條件載荷在屬性窗口中的設(shè)置： Geometry：選擇載荷施加位置 Define By：載荷施加的方式 分量方式（Components） 矢量方式（Vector）。Components方式 Coordinate System：

17、選取坐標(biāo)系 X、Y、Z Component：X、Y、Z方向載荷大小2022/7/2442設(shè)置邊界條件Vector方式 Magnitude：載荷大小 Direction：載荷方向。 可以采用三種方式： a、垂直于平面，或沿柱面的軸線(xiàn)方向 b、沿著直邊，或垂直于柱面邊緣 c、兩點(diǎn)定義矢量 如果矢量指向了相反的方向，用圖形窗口中的箭頭來(lái)調(diào)換，調(diào) 整好以后，點(diǎn)擊Apply。3、約束 約束的施加方式與載荷基本相同，選取幾何模型上的具體部位，施以適當(dāng)?shù)募s束即可。2022/7/2443載荷和約束 慣性載荷 這些載荷作用在整個(gè)系統(tǒng)中 需要用到質(zhì)量的時(shí)候密度是必須的 結(jié)構(gòu)載荷 這種載荷是作用在系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)上的力

18、或者力矩 結(jié)構(gòu)支撐 這些是利用約束來(lái)防止部分范圍內(nèi)的移動(dòng) 熱載荷2022/7/2444載荷（Loads）和約束壓力載荷：（Pressure） 壓力只能施加在表面并且通常與表面的法向一致 正值代表進(jìn)入表面（例如壓縮），負(fù)值代表從表面出來(lái)（例如抽氣等） 壓力的單位為每個(gè)單位面積上力的大小力載荷：(Force) 力可以施加在結(jié)構(gòu)的最外面，邊緣或者表面。 力將分布到整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中去。這就意味著假如一個(gè)力施加到兩個(gè)同樣的表面上，每個(gè)表面將承受這個(gè)力的一半。 力可以通過(guò)定義矢量，大小以及分量來(lái)施加。 2022/7/2445載荷（Loads）和約束力矩載荷: (Moment) 對(duì)于實(shí)體，力矩可以施加在任意表面

19、 假如選擇了多個(gè)表面，那么力矩將分?jǐn)傇谶@些表面上。 力矩可以用矢量及其大小或者分量來(lái)定義。當(dāng)用矢量表示時(shí)，其遵守右手法則。遠(yuǎn)端載荷: (Remote Force) 允許用戶(hù)在面或者邊上施加偏置的力 用戶(hù)設(shè)定力的初始位置（利用頂點(diǎn)，圓或者x,y,z的坐標(biāo)） 力可以通過(guò)向量和幅值或者分量來(lái)定義 這個(gè)在面上將得到一個(gè)等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩 這個(gè)力分布在表面上，但是包括了由于偏置力而引起的力矩2022/7/2446載荷（Loads）和約束軸承載荷: (Bearing Load) 軸承載荷僅適用于圓柱形表面。其徑向分量將根據(jù)投影面積來(lái)分布?jí)毫d荷。 一個(gè)圓柱表面只能施加一個(gè)軸承載荷。假如一

20、個(gè)圓柱表面切分為兩個(gè)部分，那么在施加軸承載荷的時(shí)候一定要保證這兩個(gè)柱面都要選中。2022/7/2447載荷和約束(Supports)固定約束: (Fixed Support) 在頂點(diǎn)、邊緣或面上約束所有的自由度 對(duì)于實(shí)體，限制x、y和z的平移給定位移: (Displacement) 在頂點(diǎn)、邊緣或面上給定已知的位移 允許在x、y和z方向給予強(qiáng)制位移 輸入“0”代表此方向上即被約束 不設(shè)定某個(gè)方向的值則意味著實(shí)體在這個(gè)方向上自由運(yùn)動(dòng)2022/7/2448載荷和約束(Supports)無(wú)摩擦約束: (Frictionless Support) 在面上施加法向約束 切向自由圓柱面約束: (Cylin

21、drical Support) 施加在圓柱表面 用戶(hù)可以指定是軸向，徑向或者切向約束 僅僅適用于小變形（線(xiàn)性）分析2022/7/24496 求解 求解在結(jié)構(gòu)樹(shù)的Solution分支下進(jìn)行。（1）在Solution分支中添加結(jié)果輸出項(xiàng)。 在靜力學(xué)分析中，一般選取 Von-Mises （等效應(yīng)力） 、 Total Deformed（總體變形） 為結(jié)果對(duì)象。（2）點(diǎn)擊工具條中的Solve 按鈕或選中Solution點(diǎn)擊右鍵選擇Solve 便可進(jìn)行求解。 多種模型分析比較如Static Structural靜力分析： 右擊Static Structural-duplicate,在新出現(xiàn)的分析中右擊Ge

22、ometry-update,只有這個(gè)模型更新，其他的不變，可以比較不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。2022/7/24502022/7/24517 后處理 后處理主要進(jìn)行結(jié)果的查看和統(tǒng)計(jì)，是整個(gè)有限元分析至關(guān)重要的一步。1、顯示方式 求解完成后，選中結(jié)果輸出項(xiàng)，在工具條中出現(xiàn)各種后處理工具。 云圖顯示 動(dòng)畫(huà)顯示2022/7/2452后處理（1）云圖顯示Geometry按鈕、Contours按鈕、Edges按鈕 Geometry按鈕有四種可供選擇的形式:2022/7/2453后處理 在“Slice Plane”顯示模式下，切片的面可以被添加或者編輯。添加一個(gè)切片面： 選擇 圖標(biāo)，在屬性窗口中出現(xiàn)定義切片面的窗口，

23、然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵選擇一起始點(diǎn)，然后按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)選擇另一點(diǎn)，創(chuàng)建的路徑將定義切片面。編輯一個(gè)切片面： 拖拽圖形窗口中切線(xiàn)的中點(diǎn)圖標(biāo)，可以動(dòng)態(tài)顯示云圖。切片面定義窗口中，單擊切片面名稱(chēng)然后單擊 移走平面。2022/7/2454后處理Contours按鈕 該控制云圖顯示方法，共有四種可供選擇的方法：2022/7/2455后處理Edges按鈕2022/7/2456后處理最大最小值探測(cè) 通過(guò)選擇“Maximum/Minimum”按鈕，在模型上顯示最大/最小值發(fā)生的位置；取消選擇“Maximum/Minimum”按鈕， “max/min”標(biāo)簽將被移走。 通過(guò)選擇Probe工具按鈕，在模型上移動(dòng)鼠標(biāo)，可以查詢(xún)模型上任意位置的結(jié)果。在模型上所需位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵可以添加一個(gè)注釋?zhuān)x擇Label工具按鈕可刪除不想要的注釋。動(dòng)畫(huà)控制 動(dòng)畫(huà)控制工具欄允許用戶(hù)去播放、暫停和停止播放動(dòng)畫(huà)?？梢愿淖儎?dòng)畫(huà)的幀數(shù)和速度，Export Video File能將動(dòng)畫(huà)保存為AVI格式。2022/7/2457后處理多窗口顯示 當(dāng)顯示多窗口時(shí)，單擊每個(gè)窗口，然后在Solution