ANSYSWorkbench10學(xué)習(xí)必備

1、第 1 章 初識 ANSYS Workbench導(dǎo)言ANSYS Workbench 15.0是ANSYS公司最新推出的工程仿真技術(shù)集成平臺， 本章將介紹 Workbench的一些基礎(chǔ)知識，講解如何啟動 ANSYS Workbench ,使讀者了解 Workbench的基 本操作界面。本章還介紹了如何在 ANSYS Workbench中進行項目管理及文件管理等內(nèi)容。學(xué)習(xí)目標了解 ANSYS Workbench 的應(yīng)用掌握Workbench 15.0的啟動認識Workbench 15.0的操作界面掌握ANSYS Workbench項目與文件的管理方法熟悉Workbench的分析流程1.1 ANSY

2、S Workbench 15.0 概述經(jīng)過多年的潛心開發(fā)，ANSYS公司在2002年發(fā)布ANSYS 7.0的同時正式推出了前后處理和軟件集成環(huán)境 ANSYS Workbench Environment (AWE )。到ANSYS 11.0 版本發(fā)布時， 已提升了 ANSYS軟件的易用性、集成性、客戶化定制開發(fā)的方便性，深獲客戶喜愛。Workbench在2014年發(fā)布的ANSYS 15.0版本中，在繼承第一代 Workbench的各種優(yōu)勢特 征的基礎(chǔ)上發(fā)生了革命性的變化，連同ANSYS 15.0版本可視為第二代 Workbench (Workbench2.0),其最大的變化是提供了全新的項目視圖

3、( Project Schematic View)功能，將整個仿真流 程更加緊密地組合在一起，通過簡單的拖曳操作即可完成復(fù)雜的多物理場分析流程。Workbench所提供的CAD雙向參數(shù)鏈接互動、項目數(shù)據(jù)自動更新機制、全面的參數(shù)管理、 無縫集成的優(yōu)化設(shè)計工具等，使ANSYS在仿真驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計( Simulation Driven ProductDevelopment)方面達到了前所未有的高度。套本節(jié)內(nèi)容主要介紹 ANSYS Workbench 15.0的相關(guān)軟件知識，如果對其有所了解，可以玨明根云跳過本節(jié)的學(xué)習(xí)。在ANSYS 15.0版本中，ANSYS XWorkbench架構(gòu)進行了全新設(shè)計，全

4、新的項目視圖(Project Schematic View)功能改變了用戶使用 Workbench仿真環(huán)境(Simulation )的方式。在一個類似流程圖的圖表中，仿真項目中的各項任務(wù)以互相連接的圖形化方式清晰地表達出來，可以非常容易地理解項目的工程意圖、數(shù)據(jù)關(guān)系、分析過程的狀態(tài)等。項目視圖系統(tǒng)使用起來非常簡單：直接從左邊的工具箱（ Toolbox ）中將所需的分析系統(tǒng) 拖曳到右邊的項目視圖窗口中或雙擊即可。工具箱（Toolbox ）中的分析系統(tǒng)（Analysis Systems）部分，包含了各種已預(yù)置好的分析 類型（如顯式動力分析、FLUENT流體分析、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、隨機振動分析等），每一

5、種分析類型都包含完成該分析所需的完整過程（如材料定義、幾何建模、網(wǎng)格生成、求解設(shè)置、求解、后處理等過程），按其順序一步步往下執(zhí)行即可完成相關(guān)的分析任務(wù)。當(dāng)然也可從工具箱中的Component Systems里選取各個獨立的程序系統(tǒng)，自己組裝成一個分析流程。一旦選擇或定制好分析流程后，Workbench平臺將能自動管理流程中任何步驟發(fā)生的變化（如幾何尺寸變化、載荷變化等），自動執(zhí)行流程中所需的應(yīng)用程序，從而自動更新整個仿真項目，極大縮短了更改設(shè)計所需的時間。Workbench仿真流程具有良好的可定制性，只須通過鼠標拖曳操作，即可非常容易地 創(chuàng)建復(fù)雜的、包含多個物理場的耦合分析流程，在各物理場之間

6、所需的數(shù)據(jù)傳輸也能自動 定義。ANSYS Workbench平臺在流體和結(jié)構(gòu)分析之間自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接以共享幾何模型，使數(shù) 據(jù)保存更輕量化，并更容易分析幾何改變對流體和結(jié)構(gòu)兩者產(chǎn)生的影響。同時，從流體分析中將壓力載荷傳遞到結(jié)構(gòu)分析中的過程也是完全自動的。工具欄中預(yù)置的分析系統(tǒng)（ Analysis Systems）使用起來非常方便，因為它包含了所選分 析類型所需的所有任務(wù)節(jié)點及相關(guān)應(yīng)用程序。Workbench項目視圖的設(shè)計是非常柔性的，用戶可以非常方便地對分析流程進行自定義，把 Component Systems中的各工具當(dāng)成磚塊，按照任 務(wù)需要進行裝配。ANSYS Workbench環(huán)境中的應(yīng)用

7、程序都是支持參數(shù)變量的，包括CAD幾何尺寸參數(shù)、材料特性參數(shù)、邊界條件參數(shù)以及計算結(jié)果參數(shù)等。在仿真流程各環(huán)節(jié)中定義的參數(shù)都是直接在項目窗口中進行管理的，因而非常容易研究多個參數(shù)變量的變化。在項目窗口中，可以很方便地通過參數(shù)匹配形成一系列設(shè)計點，然后一次性地自動進行多個設(shè)計點的計算分析以完成 What-If 研究。禾I用ANSYS DesignXplorer模塊（簡稱DX）,可以更加全面地展現(xiàn) Workbench參數(shù)分析的 優(yōu)勢。DX提供了試驗設(shè)計（DOE）、目標驅(qū)動優(yōu)化設(shè)計（ Goal-Driven Optimization ）、最小/ 最大搜索（Min/Max Search ）以及六希格瑪

8、分析（Six Sigma Analysis ）等能力，所有這些參數(shù) 分析能力都適用于集成在 Workbench的所有應(yīng)用程序、所有物理場、所有求解器中，包括ANSYS 參數(shù)化設(shè)計語言（APDL ）。ANSYS Workbench平臺對仿真項目中所有應(yīng)用程序中的參數(shù)進行集中管理，并在項目窗口中用一個非常方便的表格進行顯示。完全集成在Workbench中的DesignXplorer模塊能自動生成響應(yīng)面結(jié)果，清晰而直觀地描述這種幾何變化的影響。通過簡單的拖曳操作， 還可很方便地使用DX的試驗設(shè)計(DOE)、目標驅(qū)動優(yōu)化設(shè)計、六希格瑪設(shè)計以及其他設(shè)計探索算法等。ANSYS Workbench提供了與A

9、NSYS系列求解器交互的強大方法。這種環(huán)境為 CAD系統(tǒng)及 用戶設(shè)計過程提供了獨一無二的集成設(shè)計平臺。ANSYS Workbench由多種工程應(yīng)用模塊組成。Mechanical:用ANSYS求解器進行結(jié)構(gòu)和熱分析(包含網(wǎng)格劃分)。Mechanical APDL ：采用傳統(tǒng)的 ANSYS用戶界面對高級機械和多物理場進行分析。Fluid Flow (CFX):采用CFX進行流體動力學(xué)(CFD)分析。Fluid Flow (FLUENT):采用 FLUENT進行流體動力學(xué)(CFD)分析。Geometry ( DesignModeler):創(chuàng)建和修改 CAD幾何模型，為Mechanical分析提供所

10、用的實體模型。Engineering Data :定義材料屬性。Meshing Application :用于創(chuàng)建 CFD和顯式動態(tài)網(wǎng)格。Design Exploration :用于優(yōu)化分析。Finite Element Modeler (FE Modeler):轉(zhuǎn)換 NASTRAN 和 ABAQUS 中的網(wǎng)格，以 便在ANSYS中使用。Bladde Gen ( Bladde Geometry ):用于創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)機械鐘的葉片幾何模型。Explicit Dynamics ：創(chuàng)建具有非線性動力學(xué)特色的模型，用于顯式動力學(xué)分析。1.2 Workbench 15.0的基本操作界面從本節(jié)開始介紹ANSYS

11、 Workbench 15.0的基本操作，下面首先介紹啟動方式，然后介紹 Workbench的基本操作界面。ANSYS安裝完成后，有如下兩種啟動 Workbench的方式。從Windows的“開始”菜單啟動：執(zhí)行 Windows 7系統(tǒng)下的“開始” 一 “所有程序” - ANSYS 15.0一Workbench 15.0 命令，如圖 1-1 所示，即可啟動 ANSYSWorkbench 15.0。4# NETIZ 工LI 鼻 711*“If t，凡 cl tffL LwKfan-U rwbUiv 2 U ML，I*1. Ge %d可1mk fiMj-l A|UiiH.朝上3Pjfe IltHM

12、I3 al Hi llMJh *uiMiiiijnnwfi$ g：舊 n 濯 n *iipL u M-bHAKT33 Esc Ld cbbu- | Uv HI?fa / n國父回師I圖 1-1 啟動 ANSYS Workbench通過CAD系統(tǒng)啟動：較高版本的ANSYS Workbench在安裝時會自動嵌入到其他的CAD系統(tǒng)中（如 Pro/Engineer、SolidWorks、UG等三維 CAD系統(tǒng)），通過這些嵌入 的菜單命令即可進入 ANSYS Workbench。如圖1-2所示為通過 Pro/Engineer、 SolidWorks 的菜單選項進入 ANSYS Workbench 。(a

13、)通過 Pro/Engineer進入 ANSYS WorkbenchWelcome to ANSYS Workbench!If you r* n 0 AflSYS WorklMndii wv 心廣gl. enccurage you to rake just a fiew minulM to ien some hi tor(b)通過 SolidWorks 進入 ANSYS Workbench圖1-2 通過CAD系統(tǒng)啟動 ANSYS WorkbenchANSYS Workbench啟動時會自動彈出如圖 1-3所示的歡迎界面。首次啟動ANSYS Workbench時會彈出如圖1-4所示的Gettin

14、g Started文本文件，將下面的 復(fù)選框內(nèi)的 廠勾掉，并單擊右上角的【四（關(guān)閉）按鈕即可關(guān)閉文本文件，這樣在以后的啟動過程將不再顯示。If 刈 prefe-也 get sfisrted immediotdy.L Meet ytwf eneMHt wjrttom fiwn the TDcilMK (at JeftX drag it inta the Project SchsnntiE * 忒 ngh/ kfl FWAffc (Fk# 叫國|富山工|專111 conpornerTSrstenfi0 亡miDrr Sj?sier-=B 口匕 ge&理 Dfd.；jB brtcfTil Ccnne

15、tticnStcr-s圖1-6工具箱的組成2 .項目管理區(qū)（Project Schematic圖1-7制工具箱項目管理區(qū)（亦稱分析系統(tǒng)管理區(qū)，本書采用項目管理區(qū)的稱呼）是用來進行 Workbench 的分析項目管理的，它是通過圖形來體現(xiàn)一個或多個系統(tǒng)所需要的工作流程。項目通常按照從左到右、從上到下的模式進行管理。當(dāng)需要進行某一項目的分析時，通過在Toolbox （工具箱）的相關(guān)項目上雙擊或直接按住鼠標左鍵拖動到項目管理區(qū)即可生成一個項目，如圖1-8所示，在Toolbox中選擇Static Structural后，項目管理區(qū)即可建立 Static Structural分析項目。*Code0MT

16、Dm- Mq 金加 K neS IDniigr 詠曲 勃 #4EVf 441 抑 程Eiie1竇FM-心眼豫F 0?njWT尋 *CaideSi7fcir*：fiD+f-3Q ElIK 1 FsinoK；.QTlfmfliQ *ili|IA-fW rMl*/ ntnBedyPE 1口一皿.0001國 RihE WchE (Sicei 向&| RswiJjlmarr- )*B*e*i*xreno0aoeo0ML?圖1-8創(chuàng)建分析項目A、B、C等），同時項目管理區(qū)可以建立多個分析項目，每個項目均是以字母編排的（各項目之間也可建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析，譬如對同一模型進行不同的分析項目，這樣它們Transf

17、er Data To 1-9所示。即可共用同一模型。另外在項目的設(shè)置項中單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中通過選擇New或Transfer Data From New,亦可通過轉(zhuǎn)換功能創(chuàng)建新的分析系統(tǒng)，如圖程序呈現(xiàn)的選項也會有所不同，如圖1-10所示。圖1-9轉(zhuǎn)換功能快捷菜單技巧堤無11Mt 福 T 型.IBI- BtvclCaWBUf.Q kewThmdhr Him Piet NawTXanff Oa0 To*r/ ijHUIeuwi*fcesQiKkNEtoM0IME圖1-10不同設(shè)置時的轉(zhuǎn)換功能使用轉(zhuǎn)換功能時，將顯示所有的轉(zhuǎn)換可能（上行轉(zhuǎn)換和下行轉(zhuǎn)換）。選擇的設(shè)置項不同,在進行項目分析的過

18、程中，項目分析流程會出現(xiàn)不同的圖標來提示讀者進行相應(yīng)的操作, 各圖標的含義如表1-1所示。表1-1分析項目選項中的圖標含義圖標圖標含義冏執(zhí)行中斷：上行數(shù)據(jù)丟失，分析無法進行1?需要注意：可能需要修改本單元或是上行單元*需要刷新：上行數(shù)據(jù)發(fā)生改變，需要刷新單元（更新也會刷新單元）需要更新：數(shù)據(jù)改變時單元的輸出也要相應(yīng)的更新M更新完成：數(shù)據(jù)已經(jīng)更新，將進行下一單元的操作_ /輸入變動：單元是局部最新的，但上行數(shù)據(jù)發(fā)生變化時也可能導(dǎo)致其發(fā)生改變Workbench 項目管理卜面介紹項目的刪除、 復(fù)制、關(guān)聯(lián)等操在上面的講解中簡單介紹了分析項目的創(chuàng)建方法, 作，以及項目管理操作案例。將鼠標移動到相關(guān)項目的

19、第1欄（A1）單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇 Duplicate（復(fù)制）命令，即可復(fù)制項目，如圖 1-11所示，例如B項目就是由A項目復(fù)制而來（如圖1-12 所示）。將鼠標移動到項目的第 1欄（A1 ）單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇 Delete （刪除） 命令，即可將項目刪除。窄 Stc 量rjzt _rdErarccrha CatEF總 咐 sdjnri? j7 Q Rauhm上卬：怔如|F|r：|tnanttrnj UtttatjeonrieilrY弓或叩3oidtlonF -zi-ull)jlraily-StAc Ther Inal圖1-15創(chuàng)建熱分析系統(tǒng)2同樣，在工具箱中

20、按住鼠標左鍵拖曳Static Structural到項目管理區(qū)中項目 A的A4欄，如圖1-16所示。松開鼠標即可創(chuàng)建結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（項目B）,如圖1-17所示，此時的項目B為沒有與熱分析耦合的結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。圖1-16高亮顯示圖1-17創(chuàng)建關(guān)聯(lián)分析項目CO3?在工具箱中按住鼠標左鍵拖曳Static Structural到項目管理區(qū)中項目 A的A6欄，如圖1-18所示，松開鼠標即可創(chuàng)建結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（項目 C）,如圖1-19所示，此時的 項目C為與熱分析耦合的結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。EEnwHnq &ag -54卬Wuri營Enginwnrq Orah FtrHTUCb FlV *6 購 SaLUon7 叫曲R

21、fsuih圖1-19創(chuàng)建關(guān)聯(lián)分析項目如圖1-19所示表示項目A、C之間A2 A4數(shù)據(jù)共享，同時表示項目A的分析數(shù)據(jù)從A6傳遞到項目C中。在ANSYS Workbench中，既可以了解設(shè)置項的特性，也可以對設(shè)置項的屬性進行修改，具體方法如下：選擇菜單欄中的 View （視圖）一Properties （屬性）命令，此時在Workbench環(huán)境下可以查看設(shè)置項的附加信息。如圖1-20所示，選擇Model欄后，其屬性便可顯示出來。Workbench 文件管理Workbench是通過創(chuàng)建一個項目文件和一系列的子目錄來管理所有的相關(guān)文件。這些文件目錄的內(nèi)容或結(jié)構(gòu)不能進行人工修改，必須通過Workbench

22、進行自動管理。當(dāng)創(chuàng)建并保存文件后，便會生成相應(yīng)的項目文件（ .wbpj）以及項目文件目錄，項目文件目錄中會生成眾多子目錄，例如保存文件名為FirstFile ,生成的文件為First,文件目錄為First。ANSYS Workbench 15.0 的文件目錄結(jié)構(gòu)如圖1-21所示。二 口 FirdfLl電- O JirsdFlU_fjL4aw LJ 維”二丘鵬門1-麗I心.ft. Firs Ui 1*J i 口 供 Mo訪-cJ乩r LJ 陛：H口 STSO 口訕口 RitMIji yj 再圖1-21文件目錄結(jié)構(gòu)對圖1-21的說明如下。dpn：該文件目錄是設(shè)計點文件目錄，實質(zhì)上是特定分析的所有參

23、數(shù)的狀態(tài)文件，在單分析情況下只有一個 dp0目錄。global：該目錄包含分析中各模塊所包括的子目錄，如MECH目錄中包含了仿真分析 的數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)分析模塊的其他文件。SYS:包括了項目中各種系統(tǒng)的子目錄（如 Mechanical FLUENT、CFX等），每個 系統(tǒng)的子目錄都包含特定的求解文件，如 MECH的子目錄中包括結(jié)果文件、ds.dat文件、solve.out文件等。user_files:包含輸入文件、用戶文件等，部分文件可能與項目分析有關(guān)。在Workbench中選擇View （預(yù)覽）fFiles （文件）命令，可以彈出并顯示一個包含文件 明細與路徑的文件預(yù)覽窗口，如圖 1-22所示

24、。-o.kp心E1需-虱ii,1H*Ci*2 dm 蝗1 SLEMT卬，明口叩1部仁三位調(diào)工呷3命一辛t口短加眄曲T二Emrg爵。理工牛一電雷也甲機jiyq心H彳U貝4加才定諄怦日中時3網(wǎng)代震m8中券V口巧,中毒法中痛- QL/用口鈿IR5桶| S,EfiiXEhLZfBEngirefi-rq Dau Fie20a j-J-JO i-19i!1；+d-r0t41L_rH由M篁唯O而 S1S_rKUb3及jLuldu 山.口叩；APfc IS 小賓尚支伴舊口肌41L_r *由解油九七.A 件一口1 4liArilW后即和川獨 N曲妙，/，后行1f甩工*1*-力回手”邛WI的仃% ri IF 4B

25、Cn3fasi 17口叩二 般暗累溝耳彳沙口1 -ll_f bipvdjIDG串:即rHCR”175 I*； Mt KJ口;k WE P，:|7委由主杵IE1?？?中L J=i口；nu4vwaD口仙1麗：，內(nèi)得 TfJt 宜交用 FQLfLfHQTTWQIIId熾年口:舊，押廣以一加鹿得立府對網(wǎng)嘮!.丁卻加才手HV圖1-22文件預(yù)覽在ANSYS Workbench 15.0中提供了一種快速生成單一壓縮文件的菜單，命令如圖1-23所示，可以更有效地對 Workbench文件進行管理。選擇菜單欄中的File （文件）一 Archive （壓縮）命令，即可實現(xiàn)Workbench所有文件的快速壓縮，生

26、成的壓縮文件為.zip格式。選擇菜單欄中的File （文件）- Restore Archive （壓縮）命令，即可打開壓縮文件，亦可 采用其他的解壓軟件對壓縮文件解壓。圖1-23快速生成壓縮文件命令1.5 Workbench 實例入門卜面將通過一個簡單的分析案例，讓讀者對ANSYS Workbench 15.0有一個初步的了解,讀者僅在學(xué)習(xí)時無需了解操作步驟的每一項內(nèi)容，這些內(nèi)容在后面的章節(jié)中將有詳細的介紹,需按照操作步驟學(xué)習(xí)，了解 ANSYS Workbench有限元分析的基本流程即可。如圖1-24所示的不銹鋼鋼板尺寸為 320mmX 50mm X 20mm,其中一端固定，另一端為自 由狀態(tài)

27、，同時在一面上有均布面載荷 q = 0.2MPa,請用ANSYS Workbench求解出應(yīng)力與應(yīng)變的 分布云圖。iHUPl 在 Windows 系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”“所有程序”-ANSYS 15.0 - Workbench 15.0 命令，啟動 ANSYS Workbench 15.0 ,進入主界面。302 雙擊主界面 Toolbox （工具箱）中的Component SystemsfGeometry （幾何體）選項，即可在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A,如圖1-25所示。圖1-24案例問題在蚊，,混gn國mm fu 休卡力-WLMlTTads云 n d=H芭|丘巾*I *&3111：1 MaasD

28、.A EHrt土:a* isi Cj1rz-tier圖1-25創(chuàng)建分析項目ALe gh詞 E.Ertt Q的rib 卬斤/6tTre 官er圖1-26創(chuàng)建分析項目dCAP?在工具生I中的Analysis SystemsfStatic Structural上按住鼠標左鍵拖曳到項目管理區(qū)中，當(dāng)項目A的Geometry呈紅色高亮顯示時， 放開鼠標創(chuàng)建項目 B,此時相關(guān)聯(lián)的 數(shù)據(jù)可共享，如圖1-26所示。L/HSjEH JMedalRando- ftsaiinrKesxrss jpetitii jmHjj d Pri hi 4Jfc .TlTiSteady MaB 七 Thamzi 雙看 IC本例是線

29、性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，創(chuàng)建項目時可直接創(chuàng)建項目B,而不創(chuàng)建項目A,幾何體的導(dǎo)入可在項目B中的B3欄Geometry中導(dǎo)入創(chuàng)建。本例的創(chuàng)建方法在對同一模型進行不同 的分析時會經(jīng)常用到。lupl在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import GeometryfBrowse命令，如圖1-27所示，此時會彈出“打開”對話框。0n02在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入 char01-01幾何體文件，如圖1-28 所示，此時 A2欄Geometry后的字變?yōu)?/ ,表示實體模型已經(jīng)存在。國 4a -八Trjnsfp目號 Fr所 Mpfi TranstfrDaz! TaMev

30、./ lnbktest圖1-28 “打開”對話框圖1-27導(dǎo)入幾何體303雙擊項目A中的A2欄Geometry ,會進入到DesignModeler界面，此時設(shè)計樹中的Import1前顯示n，表示需要生成，圖形窗口中沒有圖形顯示，如圖 1-29所示。n（J4單擊包品4 （生成）按鈕，即可顯示生成的幾何體，如圖 1-30所示，此時可在 幾何體上進行其他的操作，本例無需進行操作。圖1-29 生成前的DesignModeler界面圖1-30 生成后的DesignModeler界面35單擊DesignModeler界面右上角的國（關(guān)閉）按鈕，退出 DesignModeler ,返回到 Workbenc

31、h 主界面。CCPI雙擊項目B中的B2欄Engineering Data項，進入如圖1-31所示的材料參數(shù)設(shè)置界 面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。g A Jr* Ipfc liP4 turww ./l3rn * E:Eiq;niarTpDu Xe .wmA iUWT bassR eV中B aHccteT司 Mxaf* 的FB*N音呼B ;討之； HifftlT-*33K：l-wfaiT=M1*3-B CaVE。丁B Bht*Q HDU :*丁圖1-31材料參數(shù)設(shè)置界面門二。2在界面的空白處單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Engineering Data Sources（工程數(shù)據(jù)源）命令

32、，此時的界面會變?yōu)槿鐖D1-32所示的界面。原界面窗口中的Outline of Schematic B2: Engineering Data 消失，取代以 Engineering Data Sources 及Outline of FavoritesQL uiiu?IB 1口： EC FFF甲匚EEQ4cnta- 5-qnHrnE Data, WZvfaa Sn-rsw用 /Eye出 QiltedKMlLl：lffl Wl 31fr 坦，d于匚函11片咿94|曲金B(yǎng) 力 wsaM artK： T-oeH 嚼6(11 &i版中保修中田。1河卡9 DahMiii.ZaaiM.I -Ldkrtn.叼KL

33、加注v1 ,Etanva frwim?|xni： PtU43.9JE-*llh 刊B：.5lmM WMjvi感英4L小班99孔*與圖1-32材料參數(shù)設(shè)置界面33 在 Engineering Data Sources 表中選擇 A3 欄 General Materials ,然后單擊 Outline of General Materials表中A11欄Stainless Steel （不銹鋼）后的B11欄中的匾（添加） 按鈕，此時在 C11欄中會顯示（使用中的）標識，如圖 1-33所示，表示材料 添加成功。圖1-33添加材料槎芭蝮芫CD04同步驟（2）,在界面的空白處單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜

34、單中選擇EngineeringData Sources （工程數(shù)據(jù)源）命令，返回到初始界面中。05根據(jù)實際工程材料的特性，在Properties of Outline Row 3: Stainless Steel表中可以修改材料的特性，如圖 1-34所示，本實例采用的是默認值。用戶也可以通過在 Engineering Data窗口中自行創(chuàng)建新材料添加到模型庫中，這在后面的圖1-34材料參數(shù)修改窗口講解中會有涉及，本實例不再介紹。1）6單擊工具欄中的 Qf出而匕舟降世按鈕，返回到 Workbench主界面，材料庫添加完畢。lL -f，r*b： liltop z r I * ft. L Lilt.

35、 3即也工 4 0Q Pf u-Kfirim Fsr0 ri? 5.U.I3in-ed.AET llarvlof vjii .士 (1j - :eiFLUHetun匕皿( JtlM LflM1 F94, R-dL J !aa I d 4 IrL-Far.!Pj m：LMii團i FM-t圖1-43添加壓力0。5同步驟（3）,選中Pressure選項，選擇需要施加壓力的面，單擊Details of Pressure”（參數(shù)列表）中 Geometry選項下的_ .巴士一按鈕，同時在 Magnitude選項下設(shè)置 壓力為2.e+005Pa的面載荷，如圖 1-44所示。圖1-44添加面載荷CQp6在O

36、utline （分析樹）中的 Static Structural （B5）選項上單擊鼠標右鍵，在彈出的快 捷菜單中選擇 寸Solve命令，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成 后進度條自動消失，如圖 1-45所示。圖1-45 求解CQbl選才| Mechanical界面左側(cè)Outline （分析樹）中的Solution （B6）選項，此時會出現(xiàn) 如圖1-46所示的Solution工具欄。32選才S Solution工具欄中的Stress （應(yīng)力）fEquivalent （von-Mises）命令，此時在分 析樹中會出現(xiàn) Equivalent Stress （等效應(yīng)力）選項，如圖 1-

37、47所示。圖1-46 Solution工具欄i4flL，i m , Jlr un. ,LzaI & 2*1巾寸1Lf-|d爵 pLtLf*12.口卬I圖1-47添加等效應(yīng)力選項33 如同步驟（2）,選擇 Solution 工具欄中的 Strain （應(yīng)變）Equivalent （von-Mises） 命令，如圖1-48所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)Equivalent Elastic Strain （等效應(yīng)變）選項。如同步驟（2）,選擇Solution工具欄中的 Deformation （變形）-Total命令，如圖 1-49所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)Total Deformation （總變形）

38、選項。L iJ. aA l be. 3 hl*hL* -嘎dh *鴨MU 匕，上一 / 2jihJ if廛iHodrl刖臼tan b ftcL ilw FriwijaJ NmE田訃Hll 工QMS%卬 :Hue a奇平盯砧日 SeZd2 / 52MW線上3.riSH5 生?l:-物峰工般rQV/ Vtet w TiT.riEtl圖1-48添加等效應(yīng)變選項圖1-49添加總變形選項0)5在Outline (分析樹)中的Solution (B6)選項上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單 中選擇“Evaluate All Results命令，如圖1-50所示，此時會彈出進度顯示條，表示 正在求解，當(dāng)求解完

39、成后進度條自動消失。JsdLaflrt* EWu - . 4b equ 蚱* Total E|4： CLht理Ka。電IslllF ：-qrQ0rinq Da Z7M班IXupLt JRStatic Structui all圖1-54項目管理區(qū)中的分析項目1.6 本章小結(jié)本章首先對ANSYS Workbench 15.0進行了簡明扼要的介紹，然后對 Workbench的啟動方 式、主界面等進行了較為詳細的講解，緊隨其后又介紹了ANSYS Workbench的項目管理及文件管理模式。最后給出了一個分析案例，通過該案例讀者可以了解Workbench的分析流程。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者可以對主界面進行全

40、面的了解，并掌握項目的基本操作方式，然而這僅僅是掌握ANSYS Workbench操作的第一步，后面的知識需要讀者更為深入的學(xué)習(xí)。第2章 創(chuàng)建 Workbench 幾何模型,導(dǎo)言幾何模型是進行有限元分析的基礎(chǔ)，在工程項目進行有限元分析之前必須對其建立有效的幾何模型，ANSYS Workbench所用到的幾何模型既可以通過其他的CAD軟件導(dǎo)入，也可以采用ANSYS Workbench集成的DesignModeler平臺進行幾何建模。本章著重介紹如何在DesignModeler中建立幾何模型。士學(xué)習(xí)目標了解 DesignModeler （DM）掌握在DM中創(chuàng)建草圖與3D幾何體著重掌握從外部導(dǎo)入CA

41、D文件掌握在DM中應(yīng)用概念建模2.1 認識 DesignModelerDesignModeler （本書將其簡寫為 DM）是ANSYS Workbench 15.0 集成的幾何建模平臺，DM類似于其他的CAD建模工具，不同的是它主要為FEM服務(wù)，因此具備了一些其他 CAD軟件 不具備的功能，如 Beam Modeling （梁模型）、 Spot Welds （點焊設(shè)置）、 Enclosure Operation （包圍體操作）、Fill Operation （填充操作）等。在進行基本建模操作之前，先來認識一下DM的基本操作。在ANSYS Workbench主界面的項目管理區(qū)中雙擊Geometr

42、y （幾何體），即可進入 DM,初次進入后會彈出如圖 2-1所示的DM操作界面。格明根云在菜單欄中依次選擇Units一需要的單位之后即可選擇相應(yīng)的單位制，如圖 2-2所示。通常情況下可根據(jù)繪圖需要選擇Millimeter （毫米mm）,同時選中Always use project unit（總采用項目單位）復(fù)選框，建模過程中單位不能再更改。在DM中幾何建模通常是由 CAD幾何體開始的，有如圖 2-3所示的兩種方式。圖2-1 DM主界面Units Vim K*lp矍 NtitrCistipatiiaFNillLhiNir4natcrJMt11Lerg除 Hod$l Supp-aft弋 DcfEE

43、B.d.4 g.441 rlcv CACb圖2-3 進入DM建模方式圖2-2選擇單位從外部活動的 CAD系統(tǒng)（Pro/Engineer、SolidWorks等）中探測并導(dǎo)入當(dāng)前的CAD文件，該導(dǎo)入方式為 Plug-in模式（雙向模式），具體方法為：在 DM中選擇菜單欄中的File （文件）一Attach to Active CAD Geometry 命令（從活動的 CAD系統(tǒng)中導(dǎo)入CAD幾何體）。當(dāng)外部系統(tǒng)是開啟時，則 DM與CAD之間會存在關(guān)聯(lián)性。導(dǎo)入DM所支持的特定格式的幾何體文件 （Parasolid、SAT格式等），該導(dǎo)入方式為 Reader模式（只讀模式），具體方法為：在DM中選擇菜

44、單欄中的 File （文件）- Import External Geometry File命令（導(dǎo)入外部幾何體文件）。在ANSYS中不能通過DM中的幾何體直接導(dǎo)入 Simulation中導(dǎo)入幾何體時輸入的選項包括：幾何體類型（實體、表面、全部）、簡化幾何體、校驗 修復(fù)幾何體等內(nèi)容。其中簡化幾何體有幾何體、拓撲兩種方法。幾何體：如有可能，將 NURBS幾何體轉(zhuǎn)換為解析的幾何體。拓撲：合并重疊的實體。如圖2-4所示為DM的典型操作界面，實際上它與當(dāng)前流行的三維CAD軟件類似，其操作方式也類似。DM操作界面包括菜單欄、工具欄、設(shè)計樹、圖形窗口、模式標簽、參數(shù)列表等 內(nèi)容。圖2-4 DM操作界面其中設(shè)

45、計樹提供了用戶在設(shè)計時的設(shè)計步驟，將設(shè)計思路保留在設(shè)計樹中，可方便用戶的查閱與修改。參數(shù)列表提供的是建模時所用到的相關(guān)參數(shù)，通過相關(guān)參數(shù)的修改可以對模型進行控制。.菜單欄如同其他CAD軟件，DM的主要功能均集中在各項主菜單中，包括 File （文件）、Create （造型）、Tools （工具）等內(nèi)容。File （文件）：該菜單包含了基本的文件操作命令，主要有文件的輸入、輸出、保存 以及腳本的運行等命令。Create （造型）：該菜單包含了創(chuàng)建3D圖形和修改圖形的工具命令（如拉伸、布爾運算、倒角等）。Concept （概念）：該菜單包含了修改線和曲面體的工具。Tools （工具）：該菜單包含整

46、體建模、參數(shù)管理、定制用戶程序等操作命令。View （視圖）：該菜單包含了用來修改顯示設(shè)置的菜單命令。Help （幫助）：利用該菜單，可以獲取DM的相關(guān)幫助信息，在實際應(yīng)用中隨時可以調(diào)用。.工具欄為了方便操作，DM將一些常見的功能以工具欄的形式組合在一起，放置在菜單欄的下方。常用的工具欄如圖2-5所示。曰IU 晝 c 文件操作工昌桂飛歸忖 畫 圖老法取過速蹈工且佬js 國取我siciaMI孑府T，蜃圖那顯示控制匚具槎洋/ik.-S3 平面，里圖控制工具桂AevnlregEXin/LHl 目IJm/Swiace A 幾何建第11 具欄圖2-5常用工具欄文件操作工具欄：該工具欄包含了常用的DM應(yīng)用

47、命令，有新建、保存、輸出等命令，方便用戶操作。圖形選取過濾器工具欄：該工具欄主要用來控制圖形的選取，包括點、線、面、體 的選擇等，方便在繪圖時選取對象。圖形顯示控制工具欄：該工具欄的命令可以用來激活鼠標視角的控制，通過對圖形 的放大、縮小、移動、全局等控制圖形的顯示效果。平面/草圖控制工具欄：該工具欄可以控制選擇草圖繪制的基準面，并可以定義草圖 名稱。幾何建模工具欄：該工具欄的命令可以用于3D界面的各種運算，包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、蒙皮等操作，以生成 3D幾何體。.設(shè)計樹如同其他的3D設(shè)計軟件，設(shè)計樹區(qū)域中顯示的內(nèi)容與建模的邏輯相匹配，建模的整個過 程可以顯示在設(shè)計樹的相關(guān)分支中，以方便查閱與修

48、改。.模式標簽用來進行草圖與模型間的切換。草圖與模型是在不同的圖形編輯環(huán)境下進行的。.參數(shù)列表參數(shù)列表中顯示的是繪圖命令的詳細信息，通過參數(shù)列表可以定義相應(yīng)的尺寸值等內(nèi)容。.圖形窗口用來顯示圖形的繪制結(jié)果，在圖形窗口中可以直接預(yù)覽圖形的最終效果。在DM建模中鼠標操作是必不可少的，通常用戶用的均為三鍵鼠標，三鍵鼠標的功能如表 2-1所示。表2-1 DM中的鼠標操作方式鼠標按鍵配合應(yīng)用功能左鍵單擊鼠標左鍵選擇幾何體Ctrl+單擊左鍵添加或移除選定的實體按住左鍵+拖動光標連續(xù)選擇實體中鍵按住中鍵自由旋轉(zhuǎn)Ctrl+按住中鍵拖動實體滾動縮小盛大實體右鍵單擊鼠標右鍵彈出快捷菜單按住鼠標右鍵框選窗口框選縮放

49、（快捷操作）在建模時常會要求模型的起始位置位于某個面或者邊上，因此需要選擇該面或者邊進行操作，這時就要求進行圖形選取過濾操作。例如在圖形選取過濾器工具欄中選擇面，此時在選擇操作時只能選擇面。圖形選取過濾是通過圖形選取過濾器工具欄實現(xiàn)的，通過激活一個選取過濾器可以控制特性選取，其按鈕功能如圖 2-6所示。為了更為方便地觀察窗口中的視圖，DM提供了圖形顯示控制工具欄來控制圖形的顯示，工具欄的各按鈕命令如圖 2-7所示，使用時需要與鼠標配合。忸幼I胸口播勝曲文盅1一個ssx與茴口的一個能小匹配津科山里 里選;痣出,IL3廢除卮）底（3 . 行!辭工 擴展毛項2。點的正點門口點圖2-6圖形選取過濾器工

50、具欄圖2-7圖形顯示控制工具欄在ANSYS Workbench中，DM幾何體建模主要包含以下 4個基本方面。草圖模式：包括創(chuàng)建二維幾何體工具，這些二維幾何體為3D幾何體的創(chuàng)建和概念建模做準備。3D幾何體：將草圖進行拉伸、旋轉(zhuǎn)、表面建模等操作后得到的幾何體。幾何體輸入：直接導(dǎo)入商業(yè)化 CAD模型進入DM并對其進行修補，使之適應(yīng)有限元 網(wǎng)格劃分。概念建模：用于創(chuàng)建和修補直線和表面實體，使之能應(yīng)用于創(chuàng)建梁和殼體的有限元模型。DM幾何體建模方式將在下面的章節(jié)中逐一展開并介紹。2.2 DesignModeler 草圖模式DM草圖是在平面上創(chuàng)建的，通常一個DM交互對話在全局直角坐標系原點中有三個默認的正交

51、平面(XY, ZX, YZ)可以選為草圖的繪制平面，還可以根據(jù)需要創(chuàng)建任意多的工作 平面。草圖的繪制過程大約分為兩個步驟。CDp1定義繪制草圖的平面。除全局坐標系的三個默認的正交平面外，還可以根據(jù)需要定 義原點和方位，或通過使用現(xiàn)有幾何體做參照平面創(chuàng)建和放置新的草繪工作平面。 在所希望的平面上繪制或識別草圖。新平面(New Plane)的創(chuàng)建是通過單擊“平面 /草圖控制”工具欄中的 小(新平面)按鈕 來創(chuàng)建的。創(chuàng)建新平面后，樹形目錄中會顯示新平面對象，如圖 2-8所示，此時即可在平面中 繪制草圖。圖2-8創(chuàng)建新平面在平面參數(shù)設(shè)置欄中，構(gòu)建平面的6種類型如下。From Plane：基于另一個已有

52、平面創(chuàng)建平面。From Face：從體的表面創(chuàng)建平面。From Point and Edge:通過一點和一條直線的邊界定義平面。From Point and Normal ：通過一點和一條邊界方向的法線定義平面。From Three Points :通過三點定義平面。From Coordinates :通過鍵入距離原點的坐標和法線定義平面。新草圖(New Sketch)的創(chuàng)建是在激活平面上，通過單擊“平面/草圖控制”工具欄中的|西1(New Sketch)按鈕來完成的。新草圖創(chuàng)建后放在樹形目錄中，且在相關(guān)平面的下方，如圖 2-9所示。 TOC o 1-5 h z * * Mm 十九 2，Gar

53、ic-r-at a9晚,小*藁三M C嗎,口EE：Mtutie SlrnctvrsJ-d*:吧w_.囪熱1壺；不工行UW .* TIP1*gD Fqr 1與 D GodATf圖2-9創(chuàng)建新草圖選擇了新草圖之后，單擊工具箱下方的Sketching ,即可進入到草圖繪制界面，在草圖模式中，工具箱中包括了一系列面板,Dimensions (尺寸)三個面板，如圖2-10所示，圖中給出了 Draw (繪圖)、Modify (修改)(設(shè)置)面板沒有給出。(a)繪圖面板Constraints （約束）及 Settings(b)修改面板(c)尺寸面板圖2-10 草圖工具相關(guān)面板當(dāng)創(chuàng)建或改變平面和草圖時，單擊圖

54、形顯示控制”工具欄中的 0Q ( Look At Face/Plane/ Sketch)按鈕時可以立即改變視圖方向，使該平面、草圖或選定的實體與視線垂直。ANSYS Workbench的草圖繪制模式如同 AutoCAD、SolidWorks等CAD工具，繪制方法也 類似，這里不再贅述，請參考相關(guān)學(xué)習(xí)資料，在本章后面的實例中根據(jù)實例操作即可快速掌握 相關(guān)命令。草圖援引(Insert Sketch Instance)是用來復(fù)制源草圖并將其加入到目標面中的一種草繪方法。復(fù)制的草圖和源草圖始終保持一致，也就是說復(fù)制對象隨著源對象的更新而更新。在草圖平面上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Insert

55、 Sketch Instance命令，然后在 參數(shù)列表中設(shè)置Base Sketc博參數(shù)即可創(chuàng)建草圖援引，如圖2-11所示。圖2-11創(chuàng)建草圖援引草圖援引具有以下特性：草圖援引中的邊界是固定的且不能通過草圖進行移動、編輯或刪除等操作。草圖在基準草圖中改變時，援引草圖也會隨之被更新。草圖援引可以像正常草圖一樣用于生成其他特征。入草圖援引不能作為基準草圖被其他草圖援引，同時它不出現(xiàn)在草圖的下拉菜單中2.3 創(chuàng)建3D幾何體將草圖進行拉伸、旋轉(zhuǎn)或表面建模等操作后得到的幾何體稱為3D幾何體，DM中包括實體、表面體、線體等三種不同的體類型，其中實體是由表面和體組成，表面體由表面(但沒有體)組成，線體則完全由

56、邊線組成，沒有面和體。體在特征樹中的圖標取決于它的類型(實體、表面體或線體)在默認情況下，DM會自動將每一個體放在一個零件中。單個零件一般獨自劃分網(wǎng)格，其 上的多個體可以在共享面上劃分匹配的網(wǎng)格。3D特征操作通常是指由2D草圖生成3D幾何體。常見的特征操作包括Extrude （拉伸）、Revolve （旋轉(zhuǎn)）、Sweep （掃描）、Skin/Loft （蒙皮/放樣）、抽面等，如圖 2-12所示。哺R*v*lv 電”回ia/Loft Thin/Sirr Chamfer Point 國舊anM包工圖2-12常見特征操作DM生成3D幾何體的過程與其他的 CAD軟件的建模過程類似，對于常規(guī)的3D操作，

57、如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等操作這里不再贅述。在DM中創(chuàng)建3D幾何體的一些高級操作集成在 DM的Create （創(chuàng)造）及Tools （工具）菜單 命令中，如圖2-13所示的是DM中的一些特性操作。l *L 胃inJhJ. =ri 1(1,411? Jl UE打 I.IU| Create | Cste： L | l dcJ-x) T3 W 1M.TISl” Escirud.! 提 BLceI” 0 jA.idpTm Dr2心2皿 Ukft-eii*通 Jt *1g11中*A lira bull 酎&-小It，電。今Enjcl+iiir Put Spli t?ill國電憶Ha-fy Ct r iii i

58、-ib SIa-| FmEdv D 1 *0 Pdint.EEhiH 甲 Piwed Ea.d.iis Htn4 Ji i油1白匕Jj皿B_皿i,Vr t-? E rird 4 1圖2-24三個零件生成一個體在ANSYS Workbench中部件是體的載體，默認情況下DM將每一個體自動放入部件中。在DM中可以將多個體置于部件中構(gòu)成復(fù)合體多體部件體（Multi-body Parts ）,此時它們共享拓撲，即離散網(wǎng)格在共享面上匹配。新部件的構(gòu)成通常是先在圖形屏幕中選定兩個或多個體素，然后如圖2-23所示執(zhí)行菜單欄中的Tools （工具）- Form New Part （構(gòu)成新部件）命令。選擇三個零

59、件生成一個體后的設(shè) 計樹，如圖2-24所示。iMkeuI ，iJ *r| Ail總 Cfwif C4kcFl Txlm Wils*qtJ id I 0 4 白 *S 卓 1,，現(xiàn) S Gi| .1 | 14睇鼎ik）乩4K*fup，Tlri帚加e，陰 融2門1*匿 Fu 3.3 n4Rtrm AMlru .? - C| 11OW如果要選擇所有的體，可以在圖形窗口中單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇SelectAll （選擇所有）命令。多個體、多個部件時，具有以下特點：每個實體都能獨立的進行網(wǎng)格劃分，但是節(jié)點不能共享，對應(yīng)的節(jié)點沒有連續(xù)性。多個體通過布爾操作組成一個部件時，具有以下特點：幾個實

60、體共同作為一個實體進行網(wǎng)格劃分，無法真實的模擬實際情況。由于多個體之間沒有接觸區(qū)，網(wǎng)格劃分后沒有內(nèi)部表面。組成一個零件后，所有的零件只能采用一種材料，對于多種材料的部件體不適用。多個體共同組成多體部件時，具有以下特點:每一個實體都獨立劃分網(wǎng)格，實體間的節(jié)點連續(xù)性被保留。 同一個多體部件可以由不同的材料組成。實體間的節(jié)點能夠共享且沒有接觸。導(dǎo)入外部CAD文件雖然大部分用戶不熟悉 DM的建模命令，但至少能熟練精通其他任一種CAD建模軟件，在使用ANSYS Workbench時，用戶可以在自己精通的 CAD軟件系統(tǒng)中創(chuàng)建新的模型再將其導(dǎo)入 DM中即可。DM與當(dāng)前流彳T的主流CAD軟件均能兼容，并能與