浅析ANSYS在机械设计中的应用.docx

浅析 ANSYS 在机械设计中的应用摘要：在当前机械设计工作中， ANSYS 软件具有十分关键的作用，在机械 设计中占据着较为重要的位置。通过在机械设计中利用 ANSYS 软件，可以利用 计算机来进行模拟计算， 从而得出计算机结果， 并可以对其进行相关的改进。 利 用 ANSYS 进行机械设计，由于其自身具有较强的计算和分析功能，可以有效的 提高设计的精准性， ANSYS 已成为当前机械设计中非常重要的工具之一。文中 对 ANSYS 软件的主要功能进行了介绍，并对 ANSYS 几何模型的建立和计算进 行了分析， 并进一步对 ANSYS 软件对模拟换热器内流体换热过程的设计进行了 具体的阐述。关键词： ANSYS；机械设计；功能；几何模型；计算；模拟换热器近年来我国科学技术发生着日新月异的变化， 计算机技术得以广泛的在各个 领域内进行应用，其不仅具有较强的计算能力，而且计算精确性较高。 ANSYS 软件就充分的利用了计算机的计算和分析能力，使其在机械设计中进行应用。 ANSYS 软件是由 CAE 技术演变发展而来的， 其作为当前国际上较为流行的有限 元分析软件， 属于大型的设计类软件之一， 具有功能强大的特点， 而且被多种大 型技术协会纳入其中。 特别是在近年来机械设计工作中， 大部分设计人员开始打 破传统设计方法的束缚，充分的利用 ANSYS 软件的性能来进行辅助分析，这不 仅有效的提高了机械设计的水平，而且还为设计提供了科学的技术保证。1.ANSYS 软件的主要功能ANSYS 软件其不仅可以对结构和热、显式非线性瞬态动力学和计算机流体 动力学等进行分析， 而且还可以对多物理场耦合和电磁场等进行分析， 具有非常 强大的物理场分析能力，而且其处理能力也非常强大。利用ANSYS 进行机械设 计，可以有效的确保机械设计的效果，提高机械设计的水平。 ANSYS 可以将物 理结构进行不同大大小及不同类型的进行分割， 使其形成不同的区域， 也可称为 单元了， 而且通过对每个单元的作用力方程进行推算， 并其将组集在一起， 从而 成为整个结构的系统方程， 并对系统方程进行求解， 这种方法可以称为有限元法。 这属于一种离散式的数值方法， 利用节点联系离散后的元和单元， 并通过节点来 计算所有力和位移。 在每个单元中选择适当的插值函数， 并确保该函数能够满足 在子城内部、 子域分界面上及子域与外界外界面上的一定条件， 并将所有单元方 程进行有效的组合， 从而得到整个结构的方程， 并对其进行求解， 从而得到结构 的近似值。 在有限元法中离散化作为其重要的基础， 需要在对单元的类型、 形态、 大小及排列方式进行决定时依据结构的实际情况来进行， 这样确保了能够准确对 结构进行分割时单元大小的确定， 通常所选择取的函数为多项式， 而且要满足平 衡方程的条件。2.ANSYS 几何模型的建立和计算在对 ANSYS 建立几何模型时，需要在进行单元选择、网络划分及边界求解时进行充分的注意，从而确保能够实现 ANSYS 几何模型的建立和计算。首先， 在进行建模工作之前， 需要设计人员对单元类型进行选择， 同时还要 找出定义常数及材料属性。通常情况下，设计人员可以在 ANSYS 软件中选择 Structure 模块来对结构进行分析， 但其具有较大的应变压力， 同时施加的内压也 非常大。同时在对单元进行选择时，由于 PLANE2 具有 UX 和 UY 两个较大自 由度，所以可以选择 PLANE2 单元进行分析。另外在对单元中不同属性进行标 记时可以采用不同的材料号来完成。其次， 对网格进行划分。 设计人员通过对网格进行初步划分， 可以确保具有 较好的精准性， 而且在初步划分完成后还需要进一步对其进行调整， 确保所得到 的网络具有较好的精细性。最后， 在模型上施加边界求解。 利用有限元法来进行分析， 可以更好的确定 物体载荷的响应， 同时可以根据载荷来做后续的分析。 所以在这种过程中需要正 确进行载荷的施加。在对模型进行施加载荷时，主要有内压、外压和重力，这三 部分压力由于内压所带来的影响较小， 所以在设计时可以忽略不计， 只需要对外 压和重力进行计算求解即可。 根据所求得的解来对结果进行处理后， 才可以得到 模型变形图，并进一步得到应力轨迹图。3.ANSYS 软件对模拟换热器内流体换热过程的设计在 ANSYS 软件中，其中有一个叫 FLOTRANCFD 的分析功能，它主要是对 二维和三维流体流动场进行分析的先进功能。 利用该功能进行分析， 可以对多种 流体的热交换器进行研究。 设计人员可以进行流体动力学分析， 将分析结果分成 瞬态和稳态， 通过分析得出每个节点的压力和单元流率。 再利用软件对产生的压 力和流率进行图形显示。举个例子，在进行设计的过程中，设计人员可以利用 ANSYS 软件建立模型设立过程。第一， 选择模型单元和建模。 设计模型是矩形截面围绕中心轴旋转得出的轴 对称模型， 设计人员可以对截面进行选取和分析， 其中上下两个矩形面分别代表 两种流体，然后选择 FLOTRANCED 模块对两组分流情况进行分析。第二，对模型施加边界条件并进行计算。设计人员在对换热器进行 CFD 计 算和分析中，必须要考虑以下几点：(1)对称面施加对称边界的条件和在外壁面施加边界条件。壳程水的进口 速度和温度均为零。(2)管程气体的进口速度和温度为零。(3)利用 ANSYS 对速度方程、压力方程和温度方程等方面进行计算。在 进行迭代 170-175 次左右， 收敛标准值后进行计算， 对计算得出的结果进行处理， 继而得到换热器流-热耦合场的速度和温度等值线。4.结束语利用 ANSYS 软件进行机械设计具有较大的优势， 它能够方便计算分析出结 构方面的问题， 还可以进行物理场耦合分析， 经过对各种制约影响因素进行研究， 从而能够反映出真实情况。 ANSYS 作为一种辅助工具，为机械的合理设计以及 设计过程中的材料选用打下坚实基础。除此之外， ANSYS 还具有非常强大的后 处理功能和仿真功能， 能够以图表、 动画等形式展现出相关信息， 在费用和时间 较短缺的情况下， 为设计人员展现出完整的信息和研究成果， 有利于设计工作的 进一步优化。参考文献：1于佳，孙荣国.ANSYS 在机械结构设计中的应用J. 网络与信息， 2011(06) .2曾志华.虞伟建.ANSYS 结构优化技术在机械设计中的应用J. 中国制造业 信息化， 2009 (13) .3程联社，杨中平，冯战勤.有限元法在机械设计中的应用J.杨凌职业技术 学院学报， 2009 (03) .