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1、有限元分析与ANSYS,有限元分析是一种模拟在确定的荷载条件下的设计响应的方法。 用称之为“单元”的离散体模拟设计。,每一个单元都有确定的方程描述在一定荷载下的响应。 模型中所有单元响应的“和”，给出了设计的总体响应。 单元中未知量的个数是有限的，因此称为“有限单元”。,历史 1）提出（1943年）：朗克发表论文平衡和振动问题的变分解法 2）发展和完善（1944至今）：单元划分及后期扩展到结构力学意外的领域 3）趋势：单一场到多场耦合、线性到非线性、自动化网格处理、面向专业用户的开放性等 Tips：结构分析有限元法是1950年至1960年期间，由学术界和工业界的研究人员建立起来的。,第 1 章
2、-有限元分析与ANSYS 什么是有限元分析?,这种包含有限个未知量的有限单元模型，只能近似模拟具有无限未知量的实际系统的响应。 所以问题是：怎样才能达到最好的“近似”？,物理系统,有限元模型,然而，对该问题还没有一个容易的解决方案。这完全依赖于你所模拟的对象和模拟方式。我们将尽力通过这次培训为你提供指导。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 什么是有限元分析?,为什么需要有限元分析？ 减少模型试验 计算机模拟，容许对大量假设情况进行快速有效的试验。 模拟不适合在原型上进行试验的设计。 例如：器官移植，人造膝盖。 作用: 节省费用 节省时间缩短产品开发周期! 创造出更可靠的高品质的设计。,第 1
3、 章-有限元分析与ANSYS 什么是有限元分析?,ANSYS是一个完整的FEA（有限元分析）软件包，适合世界范围各工程领域的工程师们使用: 结构分析 热分析 流体分析，包括CFD（计算流体动力学） 电 / 静电场分析 电磁场分析 ANSYS 在部分工业领域的应用: 航空航天 汽车工业 生物医学 桥梁 与 建筑,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,电子产品 重型机械 微机电系统 运动器械,ANSYS Multiphysics是ANSYS产品的“旗舰”，它包括工程学科的所有功能。 ANSYS/Multiphysics由三个主要产品组成： ANSYS/Mechanical 结构及热
4、。 ANSYS/Emag 电磁。 ANSYS/FLOTRAN 计算流体动力学。 其他产品: ANSYS Workbench 与CAD结合的开发环境 ANSYS LS-DYNA 用于高度非线性问题。 ANSYS Professional 用于线性结构和热分析, 是ANSYS Mechanical的子集。 ANSYS DesignSpace 用于线性结构和稳态热分析，是Workbench 环境下的ANSYS Mechanical 的子集。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,Workbench 模块: DesignModele
5、r 建模工具，采用流行的CAD建模方式：直观迅速地画2D 草图,在此基础上创建3D模型。还可以修补和组装各种CAD文件，建立CAD和CAE之间的传递通道。 DesignXplorer 设计和理解局部分析响应并用响应面组装的强有力工具. 设计与开发模块以实验方案(DOE)优化方法为基础，并以参数作为其基本语言. DesignXplorer VT 使用多种技术提供比(DOE) 更多更有效的方法生成一个仅仅基于有限元的响应面, 该有限元方案和网格有关,也和泰勒级数展开式的近似值有关. Fatigue Module 增加模拟在预循环荷载下预测产品寿命的功能.等值线显示疲劳寿命,损坏,安全系数,二轴应力
6、和疲劳敏感性. FE Modeler 和ANSYS工作台上使用的标准有限元表示法共同起作用. FE 模块支持从NASTRAN 或Design Simulation 向ANSYS 大量传递数据.,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,其他产品: ICEM CFD CFD和结构分析的三维网格预处理软件,该产品由ansys公司的子公司ICEM CFD ()提供. ANSYS EMAX 高频电磁场分析产品.集成了ANSYS公司的ICEM CFD 前处理器和后处理器的功能、高频电磁求解器. CFX 流体动力学分析专用软件,由ANSYS的子公司CFX 提供.( AI*Nastran 新一代
7、NASTRAN求解器,由 SAS LLC 提供. ANSYS Workbench SDK 是由ANSYS开发的新一代开放、灵活的CAE软件开发平台.组件技术能够为大公司创造适用市场的产品和用户CAE解决方案,包括整个产品链. ANSYS ProFEA Pro/ENGINEER 的ANSYS分析和设计优化. ParaMesh 直接作用于有限元模型的工具, 可以对网格进行参数化,并可以移动,这使得有限元模型的效用大大加强.,结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。,静力分析 用于静态荷载. 可以考虑结构的非线性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等.,超弹性密封压缩,第
8、1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,动力分析 包括质量和阻尼效应。 模态分析，计算结构的固有频率和振型。 谐响应分析，确定结构对辐值已知、频率按正弦曲线变化的荷载的响应。 瞬态动力分析，确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，而且可以包含非线性特性。 其它结构分析功能 谱分析。 随机振动。 特征值屈曲。 子结构，子模型。,模态动画,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,用ANSYS/LS-DYNA进行显式动力分析 模拟以惯性力为主的大变形分析。 用于模拟碰撞、挤压和快速成形等。,汽车碰撞试验的冲击分析,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,热分析，确
9、定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热和热损耗、温度梯度、热流量。 可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。,稳态分析 忽略时间效应。 瞬态分析 确定以时间为函数的温度等。 可模拟相变（融化及凝固）。,熨斗的瞬态热分析,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,电磁分析用于计算电磁设备中的磁场。 静态和低频电磁场分析 模拟由直流电源，低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场。,例如：电磁铁、电动机、变压器。 磁场分析中考虑的物理量是：磁通量、磁场密度、磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,高频电磁场分析 模
10、拟电磁波传播装置。 例如：微波及RF无源组件、波导、同轴连接器。 电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射波损耗、电解质及传导损耗。,同轴电缆中的电场 (EFSUM),第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,静电学 计算电压或电荷引起的电场。 例如：高压装置，微机电系统（MEMS），传输线。 典型的物理量是：电场强度和电容。 电流传导 计算在给定电压下的导体的电流。 电路耦合 电磁设备的电路耦合。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,电磁分析类型: 静态分析用于计算由直流电(DC)或永磁体产生的磁场。 谐分析用于计算由交流电(AC)产生的磁场。 瞬态
11、分析用于计算随时间变化的磁场。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,计算流体动力分析(CFD) 用于确定流体中的流动状态和温度。 ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。 应用：航空航天、电子元件封装、汽车设计。 典型的物理量是：速度、压力、温度和对流换热系数。,导管中的流速,橄榄球上的压力分布,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,声学分析 用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。 例如：扬声器，汽车内部，声纳。 典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。 封闭流体分析 模拟容器内的非流动流体的影响，确定由晃动引起的压力。 例如：油罐，其它液体容器。 热和质量的传输 用一维单元计算两点之间由质量迁移（如在一个管子中）产生的热量。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,受热双金属片的变形分析,耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为两个物理场之间相互影响，所以不能单独求解一个物理场。需要将两个物理场结合到一起求解。,例如： 热应力分析。 压电分析（电场和结构）。 声学分析（流体和结构）。 热电分析。 感应加热（磁场和热）。 静电结构分析。,第 1 章-有限元分析与ANSYS 关于 ANSYS,
