有限元分析與ANSYS分析課件

1、有限元分析與ANSYS有限元分析與ANSYS A.什么是有限元分析?有限元分析是一種模擬設(shè)計(jì)荷載條件，并且確定在荷載條件下的設(shè)計(jì)響應(yīng)的方法。它是用被稱之為“單元”的離散的塊體來模擬設(shè)計(jì)。每一個(gè)單元都有確定的方程來描述在一定荷載下的響應(yīng)。模型中所有單元響應(yīng)的“和”給出了設(shè)計(jì)的總體響應(yīng)。單元中未知量的個(gè)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(dòng)問題的變分解法2）發(fā)展和完善（1944至今）：?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐旨昂笃跀U(kuò)展到結(jié)構(gòu)力學(xué)意外的領(lǐng)域3）趨勢(shì)：?jiǎn)我粓?chǎng)到多場(chǎng)耦合、線性到非線性、自動(dòng)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

2、間，由學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究人員建立起來的。有限元分析與ANSYS . 什么是有限元分析?這種包含有限個(gè)未知量的有限單元模型，只能近似具有無限未知量的實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)。所以問題是：怎樣才能達(dá)到最好的“近似”？實(shí)際系統(tǒng)有限元模型然而，對(duì)該問題還沒有一個(gè)容易的解決方案。這完全依賴于你所模擬的對(duì)象和模擬所采用的方式。但是，我們將盡力通過這次培訓(xùn)為你提供指南。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(yàn)的數(shù)量計(jì)算機(jī)模擬容許對(duì)大量的假設(shè)情況進(jìn)行快速有效的試驗(yàn)。模擬不適合在原型上試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。例如：器官移植，比如人造膝蓋。概要:節(jié)省費(fèi)用節(jié)省時(shí)間 縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間!創(chuàng)造出更可靠

3、、高品質(zhì)的設(shè)計(jì)ABAQUS屬于高端CAE軟件。它長(zhǎng)于非線性有限元分析,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，ABAQUS對(duì)爆炸與沖擊過程的模擬不如LS-DYNANastran全球CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長(zhǎng)于線性有限元分析和動(dòng)力計(jì)算，因?yàn)楹蚇ASA(美國(guó)國(guó)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(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，擅長(zhǎng)于多物理場(chǎng)和非線性問題的有限元分析。其融合的LS-DYNA對(duì)于爆炸、沖擊等強(qiáng)非線性分析比較精確。其他如ADINA、MSC.DYTRAN、MARC、COSMOS等國(guó)內(nèi)外常用有限元軟件ANSY

4、S是一個(gè)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）電 / 靜電場(chǎng)分析電磁場(chǎng)分析ANSYS 在部分工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用:航空航天汽車工業(yè)生物醫(yī)學(xué)橋梁 與 建筑關(guān)于 ANSYS電子產(chǎn)品重型機(jī)械微機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)器械A(chǔ)NSYS Multiphysics是ANSYS產(chǎn)品的“旗艦”，它包括工程學(xué)科的所有功能。ANSYS/Multiphysics由三個(gè)主要產(chǎn)品組成：ANSYS/Mechanical 結(jié)構(gòu)及熱。ANSYS/Emag 電磁。ANSYS/FLOTRAN 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。其他產(chǎn)品: ANSYS Workbench 與CAD結(jié)

5、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。關(guān)于 ANSYS關(guān)于 ANSYSWorkbench 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(chǔ)上創(chuàng)建3D模型。還可以修補(bǔ)和組裝各種CAD文件，建立CAD和CAE之間的傳遞通道。DesignXplorer 設(shè)計(jì)和理解局部分析響應(yīng)并用響應(yīng)面組裝的

6、強(qiáng)有力工具. 設(shè)計(jì)與開發(fā)模塊以實(shí)驗(yàn)方案(DOE)優(yōu)化方法為基礎(chǔ)，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(gè)僅僅基于有限元的響應(yīng)面, 該有限元方案和網(wǎng)格有關(guān),也和泰勒級(jí)數(shù)展開式的近似值有關(guān).Fatigue Module 增加模擬在預(yù)循環(huán)荷載下預(yù)測(cè)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(yīng)力和疲勞敏感性.FE Modeler 和ANSYS工作臺(tái)上使用的標(biāo)準(zhǔn)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).關(guān)于 ANSYS其他產(chǎn)品:ICEM

7、 CFD CFD和結(jié)構(gòu)分析的三維網(wǎng)格預(yù)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(chǎng)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(dòng)力學(xué)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(tái).組件技術(shù)能夠?yàn)榇蠊緞?chuàng)造適用市場(chǎng)的產(chǎn)品和用戶CAE解決方案,包括整個(gè)產(chǎn)品鏈.ANSYS ProFEA Pro/ENG

8、INEER 的ANSYS分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化.ParaMesh 直接作用于有限元模型的工具, 可以對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行參數(shù)化,并可以移動(dòng),這使得有限元模型的效用大大加強(qiáng).ANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpace有限元分析與ANSYS 關(guān)于ANSYSANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/ MultiphysicsANSYS/ FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/MechanicalHyperelastic Seal有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSY

9、S 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析用于確定變形、應(yīng)變、應(yīng)力及反力。 靜力分析用于靜態(tài)荷載.可以考慮結(jié)構(gòu)的線形及非線形行為，例如：大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等.有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 結(jié)構(gòu)分析動(dòng)力分析包括質(zhì)量和阻尼效應(yīng)。模態(tài)分析，用于計(jì)算自振頻率和振型。諧響應(yīng)分析，用于確定線性結(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，用于確定結(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。處理其它結(jié)構(gòu)的功能譜分析隨機(jī)振動(dòng)特征值屈曲子區(qū)模型有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 結(jié)構(gòu)分析用ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行直接動(dòng)力分析模擬以慣性力

10、為主的大變形分析。用于模擬沖模、擠壓、快速成形等。.有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 熱分析熱分析用于確定物體中的溫度分布。熱分析考慮的物理量是：熱量的獲取和損失、熱梯度、熱通量。可模擬三種熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。穩(wěn)態(tài)分析忽略時(shí)間效應(yīng)瞬態(tài)分析確定以時(shí)間為函數(shù)的溫度值等?？赡M相變（熔化及凝固）有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 電磁分析電磁分析用于計(jì)算電磁裝置中的磁場(chǎng)靜態(tài)磁場(chǎng)及低頻電磁場(chǎng)分析模擬由直流電源，低頻交流電或低頻瞬時(shí)信號(hào)引起的磁場(chǎng)。例如：電螺線管、電動(dòng)機(jī)、變壓器磁場(chǎng)分析中考慮的物理量是：磁通量密度、磁場(chǎng)密度、磁力和磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄

11、漏等。有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 電磁分析高頻電磁場(chǎng)分析模擬電磁波的傳播裝置例如：微波及RF無源組件、波導(dǎo)、同軸連接器。電磁場(chǎng)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(dǎo)損耗、同軸電纜中的電場(chǎng) (EFSUM) 有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 電磁分析靜電學(xué)計(jì)算由電壓或電荷激發(fā)引起的電場(chǎng)。例如：高壓裝置，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），傳輸線。典型的物理量是：電場(chǎng)強(qiáng)度和電容。電流傳導(dǎo)計(jì)算在一定電壓下的導(dǎo)體的電流電路耦合電磁裝置與電路的耦合有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 電磁分析電磁分析類型:靜態(tài)磁場(chǎng)分析用于計(jì)算由直流電(DC)或永磁體產(chǎn)生的磁

12、場(chǎng)。交變磁場(chǎng)分析用于計(jì)算由交流電(AC)產(chǎn)生的磁場(chǎng)瞬態(tài)磁場(chǎng)分析用于計(jì)算隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 流體分析計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)用于確定流體中的流動(dòng)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(yīng)用：航空航天，電子元件封裝，汽車設(shè)計(jì)。典型的物理量是：速度，壓力，溫度，薄膜系數(shù)。有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 流體分析聲學(xué)分析用于模擬流體介質(zhì)和周圍固體的相互作用。例如：揚(yáng)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。容器內(nèi)流體分析模擬容器內(nèi)的非流動(dòng)流體的影響，確定由于晃動(dòng)引起的靜水壓力。例如：油罐，其它液體容器熱和質(zhì)量的傳輸在兩點(diǎn)之間質(zhì)量傳輸（如在一個(gè)管子中）產(chǎn)生的熱量計(jì)算由一個(gè)一維單元完成。雙金屬片受熱變形有限元分析與ANSYS - 關(guān)于ANSYS 耦合場(chǎng)分析耦合場(chǎng)分析考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場(chǎng)之間的相互作用。因?yàn)閮蓚€(gè)物理場(chǎng)之間相互影響，所以單獨(dú)求解一個(gè)物理場(chǎng)是不可能的。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：熱-