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1、第二章第二章ANSYS软件的功能简介软件的功能简介前处理模块前处理模块分析计算模块分析计算模块后处理模块后处理模块三三大大模模块块结构分析：静动力、非线性结构分析：静动力、非线性热分析（渗流分析）热分析（渗流分析）流体动力学分析流体动力学分析电磁场分析电磁场分析声场分析声场分析压电分析压电分析多物理场耦合分析多物理场耦合分析通用后处理模块通用后处理模块时间历程后处理模块时间历程后处理模块实体建模实体建模网格划分网格划分vANSYS在部分工业领域中的应用如下：在部分工业领域中的应用如下：航空航天航空航天汽车工业汽车工业生物医学生物医学桥梁、建筑桥梁、建筑电子产品电子产品重型机械重型机械微机电系统
2、微机电系统运动器械运动器械vANSYS/Multiphysics包括所有工程学科的所有性能包括所有工程学科的所有性能vANSYS/Multiphysics有三个主要的组成产品有三个主要的组成产品ANSYS/Mechanical-ANSYS/机械机械-结构及热结构及热ANSYS/Emag-ANSYS电磁学电磁学ANSYS/FLOTRAN-ANSYS计算流体动力学计算流体动力学v其它产品其它产品:ANSYS/LS-DYNA-高度非线性结构问题高度非线性结构问题DesignSpaceCAD环环境境下下，适适合合快快速速分分析析容容易易使用的设计和分析工具使用的设计和分析工具ANSYS/ProFEAP
3、ro/ENGINEER的的ANSYS分分析接口。析接口。ANSYS/ANSYS/StructuralStructuralANSYS/ANSYS/ProfessionalProfessionalANSYS/ANSYS/ProFEAProFEADesignSpaceDesignSpaceANSYS/ANSYS/EDEDANSYS/ANSYS/UniversityUniversityANSYS/ANSYS/PrepPostPrepPostANSYS/ ANSYS/ MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ ANSYS/ FLOTRANFLOTRANANSYS/ANSYS/Emag
4、EmagANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNAANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical2.1前处理模块前处理模块PREP7v实体建模方式之一实体建模方式之一：自顶向下：自顶向下先先建建高高级级图图元元，如圆柱、圆锥等如圆柱、圆锥等自自动动生生成成相相关关的的面、线及关键点面、线及关键点自自顶顶向向下下问问题题：如如何何保保证证各各实实体体的的连连接接、交交叉叉等等关关系系？布布尔尔操操作作2.1前处理模块前处理模块PREP7(续续)v实体建模方式之二实体建模方式之二：自底向上：自底向上关键点关键点自自底底向向上上线线面面体体2.1前处理模块前处理模块PRE
5、P7(续续)v实体建模方式的选择：实体建模方式的选择：自顶向下建模可以提高建模的效率，但在需要利用自顶向下建模可以提高建模的效率，但在需要利用布尔操作时比较难以掌握；布尔操作时比较难以掌握；自底向上建模可以减少出错的机会，但效率较低。自底向上建模可以减少出错的机会，但效率较低。建议：先学习自底向上建议：先学习自底向上后学习自顶向下后学习自顶向下v网格划分方法：延伸划分与映射划分网格划分方法：延伸划分与映射划分延伸划分延伸划分将一个二维网格延伸成一个三维网格将一个二维网格延伸成一个三维网格映射划分映射划分将将几几何何模模型型分分解解成成简简单单的的几几部部分分，然然后后选选择择合合适适的的单单元
6、元属属性性和和网网格格控控制制，生成映射网格。生成映射网格。2.1前处理模块前处理模块PREP7(续续)v网格划分方法：自由划分和自适应划分网格划分方法：自由划分和自适应划分自由划分自由划分可可对对复复杂杂模模型型直直接接划划分分，避避免免了了用用户户对对各各个个部部分分分分别别划划分分然然后后进进行行组组装装时时各部分网格不匹配带来的麻烦。各部分网格不匹配带来的麻烦。自自适适应应划划分分先先生生成成具具有有边边界界条条件件的的实实体体模模型型，用用户户指指示示程程序序自自动动地地生生成成有有限限元元网网格格，分分析析、估估计计网网格格的的离离散散误误差差，然然后后重重新新定定义义网网格格大大
7、小小，再再次次分分析析计计算算、估估计计网网格格的的离离散散误误差差，直直至至误误差差低低于于用用户定义的值或达到用户定义的求解次数。户定义的值或达到用户定义的求解次数。2.1前处理模块前处理模块PREP7(续续)2.2求解模块求解模块SOLUTION结结构构静静力力分分析析用用来来求求解解外外载载荷荷引引起起的的位位移移、应应力力和和反反作作用用力力。静静力力分分析析很很适适合合求求解解惯惯性性和和阻阻尼尼对对结结构构的的影影响响并并不不显显著著的的问问题题。ANSYS程程序序中中的的静静力力分分析析不不仅仅可可以以进进行行线线性性分分析析，而而且且可可以以进进行行非非线线性性分分析析，如如
8、塑塑性性、蠕蠕变变、膨膨胀胀、大大变变形、大应变、应力刚化及接触分析。形、大应变、应力刚化及接触分析。用用来来求求解解随随时时间间变变化化的的载载荷荷对对结结构构或或部部件件的的影影响响。与与静静力力分分析析不不同同，动动力力分分析析要要考考虑虑随随时时间间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。结结构构动动力力分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)v结构动力分析的类型：结构动力分析的类型：模态分析模态分析：计算线性结构的自振频率及振型。：计算线性结构的自振频率及振型。谱谱分分析析：是是模模态态分
9、分析析的的扩扩展展，用用于于计计算算由由于于随随机机振动引起的结构应力和应变振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或也叫作响应谱或PSD)。谐谐响响应应分分析析：确确定定线线性性结结构构对对随随时时间间按按正正弦弦曲曲线线变化的载荷的响应。变化的载荷的响应。瞬态动力学分析瞬态动力学分析：确定结构：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。非线性行为。结结构构非非线线性性导导致致结结构构或或部部件件的的响响应应随随外外载载荷荷不不成成比比例例变变化化。ANSYS程程序序可可以以求求解解静静态态和和瞬瞬态
10、态非非线线性性问问题题，包包括括材材料料非非线线性性、几几何何非非线性和单元非线性三种。线性和单元非线性三种。结结构构非非线线性性分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)ANSYS程程序序可可以以分分析析大大型型柔柔体体运运动动。当当运运动动的的积积累累影影响响起起主主要要作作用用时时，可可使使用用这这些些功功能能分分析析复复杂杂结结构构在在空空间间中中的的运运动动特特性性，并并确确定定结构中由此产生的应力、应变和变形。结构中由此产生的应力、应变和变形。动动力力学学分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)用用于于计计算算线线性性屈屈曲曲载载荷荷并并确确定定屈屈曲曲模
11、模态态形形状状(结结合合瞬瞬态态动动力力学学分分析析可可以以实实现现非非线线性性屈屈曲曲分分析析)。特特征征屈屈曲曲分分析析断裂分析断裂分析复合材料分析复合材料分析疲劳分析疲劳分析专专项项分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)ANSYS除除了了提提供供标标准准的的隐隐式式动动力力学学分分析析以以外外，还还提提供供了了显显式式动动力力学学分分析析模模块块ANSYS/LS-DYNA。显显式式动动力力学学分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)v显式动力学分析的特点：显式动力学分析的特点：用用于于模模拟拟非非常常大大的的变变
12、形形，惯惯性性力力占占支支配配地地位位，并并考考虑所有的非线性行为。虑所有的非线性行为。它它的的显显式式方方程程求求解解冲冲击击、碰碰撞撞、快快速速成成型型等等问问题题，是是目目前前求求解解这这类类问问题题最最有有效的方法。效的方法。v热热分分析析之之后后往往往往进进行行结结构构分分析析，计计算算由由于于热热膨膨胀胀或或收收缩缩不均匀引起的应力。不均匀引起的应力。vANSYS热分析功能热分析功能:相变相变(熔化及凝固熔化及凝固)内热源内热源(如电阻发热等如电阻发热等)三三种种热热传传递递方方式式(热热传传导导、热热对流、热辐射对流、热辐射)ANSYS热热分分析析计计算算物物体体的的稳稳态态或或
13、瞬瞬态态温温度度分分布布，以以及及热热量量的的获获取取或或损损失失、热热梯梯度度、热通量等。热通量等。热热分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)磁磁场场分分析析中中考考虑虑的的物物理理量量是是磁磁通通量量密密度度、磁磁场场密密度度、磁磁力力、磁磁力力矩矩、阻阻抗抗、电电感感、涡涡流流、能能耗耗及及磁磁通通量量泄泄漏漏等等。磁磁场场可可由由电电流、永磁体、外加磁场等产生。流、永磁体、外加磁场等产生。磁磁场场分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)v磁场分析的类型磁场分析的类型:静静磁磁场场分分析析：计计算算直直流流电电(
14、DC)或或永磁体产生的磁场。永磁体产生的磁场。交交变变磁磁场场分分析析：计计算算由由于于交交流流电电(AC)产生的磁场。产生的磁场。瞬瞬态态磁磁场场分分析析：计计算算随随时时间间随随机机变化的电流或外界引起的磁场。变化的电流或外界引起的磁场。用用于于计计算算电电阻阻或或电电容容系系统统的的电电场场。 典典型型的的物物理理量量有有电电流流密密度度、电电荷荷密密度、电场及电阻热等。度、电场及电阻热等。电电场场分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)用用于于微微波波及及RF无无源源组组件件，波波导导、雷雷达达系系统、同轴连接器等分析。统、同轴连接器等分析。高高频频电电磁磁场场分分析析同
15、轴电缆中的电场同轴电缆中的电场 (EFSUM) 2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)用于确定流体的流动及热行为用于确定流体的流动及热行为流体分析流体分析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)v流体分析的分类：流体分析的分类：CFD-ANSYS/FLOTRAN提提供供强强大大的的计计算算流流体体动动力力学学分分析析功功能能，包包括括不不可可压压缩缩或或可可压压缩缩流流体体、层层流流及及湍湍流流，以以及及多多组组份份流流等等。应应用用于于：航航空空航航天，电子元件封装，汽车设计。天，电子元件封装，汽车设计。声声学学分分析析-考考虑虑流流体体介介质质与与周周围围固固体体的的相相互互
16、作作用用,进进行行声声波波传传递递或或水水下下结结构构的的动动力力学学分分析析等等。例例如如：扬扬声声器器、汽汽车车内内部部、声声纳纳。典典型型的的物物理理量量是是：压压力力分布、位移和自振频率。分布、位移和自振频率。容容器器内内流流体体分分析析-考考虑虑容容器器内内的的非非流流动动流流体体的的影影响响。可可以以确确定定由由于于晃晃动动引引起起的的静静水水压压力力。例例如如：油罐，其它液体容器。油罐，其它液体容器。流流体体动动力力学学耦耦合合分分析析-在在考考虑虑流流体体约约束束质质量量的的动动力力响响应应基基础础上上，在在结结构构动动力力学学分分析析中中使使用用流流体体耦耦合合单元。单元。2
17、.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)考考虑虑两两个个或或多多个个物物理理场场之之间间的的相相互互作作用用。如如果果两两个个物物理理场场之之间间相相互互影影响响，单单独独求求解解一一个个物物理理场场是是不不可可能能得得到到正正确确结结果果的的，因因此此你你需需要要一一个个能能够够将将两两个个物物理理场场组组合合到到一一起起求求解解的的分分析析软软件件。例例如如：在在压压电电力力分分析析中中，需需要要同同时时求求解解电电压压分分布布（电电场场分分析析）和和应应变变（结结构分析）。构分析）。耦耦合合场场分分析析2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)v典型耦合场分析：典型耦合场分析：热
18、热应力分析应力分析流体流体结构相互作用结构相互作用感应加热（电磁感应加热（电磁热）热）压电分析（电场和结构）压电分析（电场和结构）声学分析（流体和结构）声学分析（流体和结构）热热-电分析电分析静电静电-结构分析结构分析两两根根热热膨膨胀胀系系数数不不同同的的棒棒焊焊接接在在一一起起，图图示示为为加加热后的变形。热后的变形。2.2求解模块求解模块SOLUTION(续续)2.3后处理模块后处理模块POST1和和POST26这这个个模模块块对对前前面面的的分分析析结结果果能能以以图图形形形形式式显显示示和和输输出出。例例如如，计计算算结结果果（如如应应力力）在在模模型型上上的的变变化化情情况况可可用用等等值值线线图图表表示示，不不同同的的等值线颜色代表了不同的值（如应力值）等值线颜色代表了不同的值（如应力值）。POST1这这个个模模块块用用于于检检查查在在一一个个时时间间段段或或子子步步历历程程中中的的结结果果，如如节节点点位位移移、应应力力或或支支反反力力。这这些些结结果果能能通通过过绘绘制制曲曲线线或或列列表表查查看看。绘绘制制一一个个或或多多个个变变量量随随频频率率或或其其他他量量变变化化的的曲曲线线，有助于形象化地表示分析结果。有助于形象化地表示分析结果。POST26
