Ansys&Workbench基础教程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,ANSYS&Workbench12.0,基础,教程,1,主要内容,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,软件介绍 静力学分析与模态分析,FEA,模型的建立,2,有限元基本概念,概念,把一个原来是连续的物体划分为,有限个单元,，这些单元通过,有限个节点,相互连接，承受与实际载荷,等效的节点载荷,，并根据,力的平衡条件,进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元,重新组合,成能够进行综合求解的整体。,有限元法的基本思想,离散化,。,节点 单元 载荷 约束 分析类型,3,有限元模型,真实系统,有限元模型,有限元模型,是真实系统理想化的数学抽象。,定义,4,节点和单元,节点,:,空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。,单元,:,一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。,有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷,。,载荷,约束,5,有限元法的分类,位移法：,以节点位移为基本未知量；,力 法：,以节点力为基本未知量；,混合法：,一部分以节点位移为基本未知量，一部分以节点力为基本未知量。,6,有限元法的基本思想,对弹性区域离散化,将单元内任一节点,位移通过函数表达,（位移函数）,建立单元方程,进行单元集成，,在节点上加外载荷力,引入位移边界条件,进行求解,求解得到节点位移,根据弹性力学公式得到单元应变、应力,7,有限元法的基本步骤,1.,结构离散；,2.,单元分析,a.,建立位移函数,b.,建立单元刚度方程,c.,计算等效节点力,3.,进行单元集成；,4.,得到节点位移；,5.,根据弹性力学公式计算单元应变、应力。,8,ANSYS Workbench,软件介绍,运行软件,操作界面简介,基本操作,分析流程的各项操作,9,运行软件,方法一：从CAD软件中进入,方法二：单击开始菜单，,选择程序命令；,从Ansys程序组,中选择,AnsysWorkbench程序。,启动该软件后，出现一模块选择对话框。,10,2025/3/6 周四,11,操作界面介绍,11,菜单,常用的几个菜单项为：,“,File Save,”,用来保存数据库文件：,.dsdb,“,File Clean,”,用来删除数据库中的网格或结果,“,Edit Select All,”,用来选取窗口中当前的所有实体,“,Units,”,用来改变单位,“,Tools options,”,用来定制或设置选项,12,工具条,常用工具条,图形工具条,13,结构树,结构树包含几何模型的信息和整个分析,的相关过程。,一般由Geometry、Connections、Mesh、,分析类型和结果输出项组成，分析类型里包,括载荷和约束的设置。,说明分支全部被定义,说明输入的数据不完整,说明需要求解,说明被抑制，不能被求解,说明体或零件被隐藏,14,属性窗口,属性窗口提供了输入数据的列表，,会根据选取分支的不同自动改变。,白色区域:显示当前输入的数据。,灰色区域:显示信息数据，不能,被编辑。,黄色区域:未完成的信息输入。,15,图形窗口,模型和结果都将显,示在这个区域中，包括：,Geometry,Worksheet,PrintPreview,ReportPreview,几个可以互相切换的窗口,。,16,向导,作用：,帮助用户设置分析过程中的基本步骤，如选择分析类型、定义材,料属性等基本分析步骤。,显示：,可以通过菜单View中的Windows选项或常用工具条中的图标,控制其显示。,17,基本操作,创建、打开、保存文档,复制、剪切、粘贴,图形窗口的显示,视图显示 结构树的显示,操作界面的显示,工具条的显示,选择目标,显示/隐藏,旋转、平移、缩放,18,创建、打开、保存文档,File菜单或者工具条的,1创建一个新文档。选择FileNew命令。,2、打开文档。选择FileOpen命令。,3、保存文档。选择FileSave或Save As命令，,一般保存为.dsdb格式的文档。,编辑目标,用户可以对给定的目标进行复制、,粘贴、剪切等常规操作。使用Edit菜单,中的各项命令。,19,视图显示,视图的显示主要在View菜单中进行控制。,1、图形窗口,Shade Exterior and Edges：轮廓线显示,Wireframe：线框显示,Ruler：显示标尺,Legend：显示图例,Triad：显示坐标图示,20,视图显示,2、结构树,Expand All：展开结构树,Collapse Environments：,折叠结构树,Collapse Models：折叠结构树中的Models项,3、工具条,Named Selections：命名工具条 Unit Conversion：单位转换工具,4、操作界面,Messages：Messages信息窗口 Simulation Wizard：向导,Graphics Annotations:注释 Section Planes:截面信息窗口,Reset Layout:重新安排界面,21,选择目标,在Workbench中，目标是指点 、线 、面 、体 。,1、单选,确定目标为点、线、面、体的,一种，点击对应的图标，单击,按钮，选中Single Select，进入选择模式，利用鼠标左键在模型上点,击进行目标的选取。,2、框选,与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住,左键、画矩形框进行选取。,3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。,屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。,22,显示/隐藏目标,1、隐藏目标,在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选,项里选择 ，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一,个目标，单击鼠标右键，选择 来隐藏目标。当一个目标被隐,藏时，该目标在结构树的显示亮度会变暗。,2、显示目标,在图形窗口中单击鼠标右键，在弹出的选项里选择Go To,Hidden Bodies in Tree，系统自动在结构树Geometry项中弹出被隐,藏的目标，以蓝色加亮方式显示，在结构树中选中该项，单击右键，,选择 显示该目标。,23,旋转、平移、缩放,通过工具条的 实现上述操作，也可以利用鼠标和键,盘相结合的方式进行操作,平移：Ctrl+鼠标中键,旋转：鼠标中键,缩放：Shift+鼠标中键,24,有限元分析,（FEA）,工作的定位：,开发流程的什么阶段进行？,FEA,分析的目标：刚度/强度，位移/应力，模态,材料屈服？网格细化？网格较为均匀。,分析领域：结构、热,分析类型：静力分析、模态分析,材料特性、载荷、约束,网格密度,前处理：模型简化、建模技巧（,对称性的利用制定分析方案,25,初步确定,分析流程操作,分析类型：静力分析、模态分析,单元类型：壳单元、实体单元,模型类型：零件、组件,前处理,建立、导入几何模型,定义材料属性,划分网格,求解,施加载荷和约束,求解,后处理,查看结果 得出结论,检验结果的正确性,26,1,导入模型,2,定义材料属性,3,设定网格划分参数并划分网格,4,选择分析类型（,Static Analysis、Modal,）,5,施加载荷与约束（设置边界条件）,6,设定求解参数并求解,7,后处理,分析流程操作,27,1,导入模型,方法一：直接从所支持的CAD软件系统进入。,方法二：右击Geometry-replace Geometry,28,模型处理,两个概念,：,CAD模型,&,FEA模型,CAD模型的处理：,可直接删除的特征螺纹孔、小孔、小边、狭小面、小凸台、小槽等；,CAD几何建模的,参数化,考虑对称性的建模：（,几何结构对称、载荷和约束也对称,）,29,2,定义材料属性,1、双击Component Systems中的Engineering Data。,2、右击Engineering Data-edit,3、选择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杨氏模量、Poissons Ratio泊松比、热膨胀系数等参数。,4、点击Return to Project,5、右击Model-Update,6、右击Model-edit,7、在模型的Material-Assignment右面的箭头可选择材料,注：软件默认的材料是Structural Steel。,30,定义材料属性,4、,在线性静力结构分析当中，材料属性只需要定义,杨氏模量,以及,泊松比,。,假如有任何惯性载荷，,密度,是必须要定义的；模态分析中同样需要定义材料,密度,。,31,3,网格控制,目的：实现几何模型 有限元模型的转化,原则：整体网格控制 局部网格细化,32,网格控制,整体网格,：,Relevance（-100100）、Relevance Center（coarse fine）,局部细化：,支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。,33,网格控制,具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出,对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（,Method,）和单元的,大小（,Sizing,）。,其余一些网格控制项的意义：,Refinement,细化网格,Mapped Face Meshing,映射网格；,34,网格划分,三维实体的四面体（,Tetrahedron,）单元划分,三维实体的六面体（,Hexahedron,）单元划分,35,2025/3/6 周四,36,4,选择分析类型,静力学分析,(,Static Analysis,),：,计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的影响。,载荷,外部施加的作用力与压力；,稳态的惯性力（重力、离心力）；,强迫位移；,温度载荷,。,36,4,选择分析类型,模态分析,(,Modal,),：,用于确定结构或部件的振动特性，即结构的固有频率和振型,线性的、忽略系统阻尼对其自身振动特性的影响、任何所施加的力载荷在模态分析中都不考虑。,*,有预应力结构的模态分析：,先进行结构静力学分析，之后在模态分析初始条件(,Initial Condition,)设置中指明结构预应力值来自前期静力分析结果。,37,5,设置边界条件,边界条件的设置包括载荷和约束的施加，都作用在几何实体,上，通过节点和单元进行传递。,载荷和约束是在所选择的分析类型的分支（如模态分析、热分析,等），以下以静力分析为例进行说明。,38,设置边界条件,1、类型,选中结构树中的Static Structural，,单击鼠标右键选取Insert，弹出各种,载荷和约束。,39,设置边界条件,2、载荷,操作：（1）添加载荷项。选中结构树中的Static Structural，单,击右键选取Insert，在弹出的选择框中选取载荷类型。,（2）设置载荷值和方向。选中上一步添加的载荷，在属,性窗口中进行设置40,设置边界条件,载荷在属性窗口中的设置：,Geometry：选择载荷施加位置,Define By：载荷施加的方式,分量方式（Components）,矢量方式（Vector）。,Components方式,Coordinate System：选取坐标系,X、Y、Z Component：X、Y、Z方向载荷大小,41,设置边界条件,Vector方式,Magnitude：载荷大小,Direction：载荷方向。,可以采用三种方式：,a、垂直于平面，或沿柱面的轴线方向,b、沿着直边，或垂直于柱面边缘,c、两点定义矢量,如果矢量指向了相反的方向，用图形窗口中的箭头来调换，调,整好以后，点击Apply3、约束,约束的施加方式与载荷基本相同，选取几何模型上的具体部位，,施以适当的约束即可。,42,载荷和约束,惯性载荷,这些载荷作用在整个系统中,需要用到质量的时候密度是必须的,结构载荷,这种载荷是作用在系统部分结构上的力或者力矩,结构支撑,这些是利用约束来防止部分范围内的移动,热载荷,43,载荷,（,Loads,）,和约束,压力载荷,：,（Pressure）,压力只能施加在表面并且通常与表面的法向一致,正值代表进入表面（例如压缩），负值代表从表面出来（例如抽气等）,压力的单位为每个单位面积上力的大小,力载荷,：,(Force),力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。,力将分布到整个结构当中去。这就意味着假如一个力施加到两个同样的表面上，每个表面将承受这个力的一半。,力可以通过定义矢量，大小以及分量来施加。,44,载荷,（,Loads,）,和约束,力矩载荷,:,(Moment),对于实体，力矩可以施加在任意表面,假如选择了多个表面，那么力矩将分摊在这些表面上。,力矩可以用矢量及其大小或者分量来定义。当用矢量表示时，其遵守右手法则。,远端载荷,:,(Remote Force),允许用户在面或者边上施加偏置的力,用户设定力的初始位置（利用顶点，圆或者x,y,z的坐标）,力可以通过向量和幅值或者分量来定义,这个在面上将得到一个等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩,这个力分布在表面上，但是包括了由于偏置力而引起的力矩,45,载荷,（,Loads,）,和约束,轴承载荷:,(Bearing Load),轴承载荷仅适用于圆柱形表面。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷。,一个圆柱表面只能施加一个轴承载荷。假如一个圆柱表面切分为两个部分，那么在施加轴承载荷的时候一定要保证这两个柱面都要选中。,46,载荷和约束,(,Supports,),固定约束:,(Fixed Support),在顶点、边缘或面上约束所有的自由度,对于实体，限制,x、y,和,z,的平移,给定位移:,(Displacement),在顶点、边缘或面上给定已知的位移,允许在,x、y,和,z,方向给予强制位移,输入,“,0,”,代表此方向上即被约束,不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动,47,载荷和约束,(,Supports,),无摩擦约束:,(Frictionless Support),在面上施加法向约束,切向自由,圆柱面约束:,(Cylindrical Support),施加在圆柱表面,用户可以指定是轴向，径向或者切向约束,仅仅适用于小变形（线性）分析,48,6,求解,求解在结构树的Solution分支下进行。,（1）在Solution分支中添加结果输出项。,在静力学分析中，一般选取,Von-Mises,（等效应力）、,Total Deformed,（总体变形）,为结果对象。,（2）点击工具条中的Solve 按钮或选中Solution点击右键选择Solve,便可进行求解。,49,多种模型分析比较,如Static Structural静力分析：,右击Static Structural-duplicate,在新出现的分析中右击Geometry-update,只有这个模型更新，其他的不变，可以比较不同结构的优劣。,50,7,后处理,后处理主要进行结果的查看和统计，是整个有限元分析至关重,要的一步。,1、显示方式,求解完成后，选中结果输出项，在工具条中出现各种后处理工具。,云图显示,动画显示,51,后处理,（1）云图显示,Geometry按钮、Contours按钮、Edges按钮,Geometry按钮有四种可供选择的形式:,52,后处理,在“Slice Plane”显示模式下，,切片的面可以被添加或者编辑。,添加一个切片面,：,选择 图标，在属性窗口,中出现定义切片面的窗口，然后,点击鼠标左键选择一起始点，然,后按住鼠标左键拖动选择另一点，,创建的路径将定义切片面。,编辑一个切片面,：,拖拽图形窗口中切线的中点,图标，可以动态显示云图。切片,面定义窗口中，单击切片面名称,然后单击 移走平面。,53,后处理,Contours按钮,该控制云图显示方法，共有四种可供选择的方法：,54,后处理,Edges按钮,55,后处理,最大最小值探测,通过选择“Maximum/Minimum”按钮，在模型上显示最大/最小值,发生的位置；取消选择“Maximum/Minimum”按钮，“max/min”标签,将被移走。,通过选择Probe工具按钮，在模型上移动鼠标，可以查询模型上,任意位置的结果。在模型上所需位置点击鼠标左键可以添加一个注,释，选择Label工具按钮可删除不想要的注释。,动画控制,动画控制工具栏允许用户去播放、暂停和停止播放动画。可以改,变动画的帧数和速度，Export Video File能将动画保存为AVI格式,。,56,后处理,多窗口显示,当显示多窗口时，单击每个窗口，然后在Solution分支中选择、,所需观察的应力输出项，在该窗口即显示该应力结果，使用多窗口,显示是很有用的,能同时观察数个结果。,57,后处理,2、导出结果,（1）输出结果,选中结构树中欲输出的结果项，点击右键选择Export，出现一对,话框提示用户保存文件的类型：Excel File（.xls）、Text File（.txt）。,58,后处理,（2）输出报告,Ansys Workbench可以自动生成分析报告，用户可以从工具栏中,添加图片和注释。图片和注释可以添加在任何一个分支中。先选择分,支，点击相应的图片和注释工具按钮。添加完图片和注释后，选择,Report Preview产生HTML报告，添加的图片和注释都会在报告中出现。,59,后处理,（3）保存报告,为了防止被覆盖，用户需要对报告进行保存。报告可以以HTML,的形式通过多个渠道或内部的网络服务器发表或者导入到Word或,Power point中。,60,操作实例,1、使用Proe打开横梁模型。将需要施加载荷的平面画出凸台。,2、从proe的“ANSYS 12.0”进入workbench。,61,3、双击static structural,进行静力分析,62,4、设置材料属性,63,64,5、选择模型,65,6、划分网格,1、将零件材料选为“huagangyan”,2、mesh插入“sizing”和“method”，sizing值为20mm，method为hex dominant,3、右击mesh-generate mesh,66,7、添加约束、载荷和所需结果,67,8、分析结果,整体变形,68,应力,69,9、生成报告并保存,70,谢 谢!,71,