ANSYSWorkbench140超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)

第1章 ANSYSWorkbench14.0 概述本章從總體上對(duì)ANSYSWorkbench14.0自帶軟件包括構(gòu)造力學(xué)模塊ANSYSWorkbench14.0頻電磁場(chǎng)分析模塊AnsoftMaxwellAnsoftSimplorer、nCodeACP等。同時(shí)，本章還以SolidWorks軟件為例，介紹Workbench14.0與常見的CAD軟件進(jìn)展集成的步驟及方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解ANSYSWorkbench軟件各模塊的功能；把握ANSYSWorkbench軟件與SolidWorks軟件的集成設(shè)置；把握ANSYSWorkbench平臺(tái)的常規(guī)設(shè)置，包括單位設(shè)置、外觀顏色設(shè)置等。ANSYS 軟件簡(jiǎn)介ANSYS供給廣泛的工程仿真解決方案，這些方案可以對(duì)設(shè)計(jì)過程要求的任何場(chǎng)進(jìn)展工程虛擬仿真。全球的諸多組織都信任ANSYS為它們的工程仿真軟件投資帶來最好的價(jià)值。ANSYS軟件是融構(gòu)造、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一、美國ANSYS公司開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。軟件主要包括3個(gè)局部：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊供給了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以便利地構(gòu)造有限元模型。分析計(jì)算模塊包括構(gòu)造分析〔線性分析、非線性分析和高度非線性分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析力氣。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透亮及半透亮顯示〔可看到構(gòu)造內(nèi)部〕等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。ANSYS的特色功能如下。前后處理。①雙向參數(shù)互動(dòng)的CAD接口；11ANSYSWorkbench14.0101.2ANSYS1.2ANSYSWorkbench14.011②智能網(wǎng)格生成器；③各種結(jié)果的數(shù)據(jù)處理；④各種結(jié)果的圖形及動(dòng)畫顯示；⑤全自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告。構(gòu)造靜力分析〔線性/非線性。迭層復(fù)合材料〔Tsai—Wu失效準(zhǔn)則、圖形化。①非線性分析力氣；②幾何非線性〔大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力強(qiáng)化、旋轉(zhuǎn)軟化、壓力載荷強(qiáng)化；③材料非線性〔70種非線性材料本構(gòu)模型，含彈塑性、蠕變、黏塑性、黏彈性、超彈性、非線性彈性、巖土和混凝土、膨脹材料、墊片材料、鑄鐵材料等；④單元〔或稱邊界/狀態(tài)〕非線性；⑤高級(jí)接觸單元〔點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸、點(diǎn)對(duì)面接觸、剛對(duì)柔面面接觸、柔對(duì)柔面面接觸、線性接觸〔MPC〕等，支持大滑移和多種摩擦模型，支持多場(chǎng)耦合接觸。其他非線性單元〔旋轉(zhuǎn)鉸接單元、彈簧－阻尼器單元、膜殼單元等。動(dòng)力學(xué)分析力氣。①模態(tài)分析〔自然模態(tài)分析、預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、循環(huán)對(duì)稱模態(tài)、阻尼復(fù)模態(tài)、模態(tài)綜合分析；②諧響應(yīng)分析；③瞬態(tài)分析〔非線性、多種算法；④響應(yīng)譜和隨機(jī)振動(dòng)分析〔單點(diǎn)譜、多點(diǎn)譜、功率譜；⑤轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析。屈曲分析〔線性屈曲、非線性屈曲、循環(huán)對(duì)稱屈曲分析。高級(jí)對(duì)稱分析〔循環(huán)對(duì)稱模態(tài)分析、循環(huán)對(duì)稱構(gòu)造靜力分析、軸對(duì)稱、平面對(duì)稱和反對(duì)稱。斷裂力學(xué)分析〔應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分、裂紋尖端能量釋放率。通用疲乏分析。構(gòu)造熱分析局部Professiona。①穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)〔熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射；②瞬態(tài)溫度場(chǎng)〔熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射、相變；③管流熱耦合；④支持簡(jiǎn)潔熱載荷和邊界條件；⑤非線性特性〔接觸傳熱、非線性材料。耦合場(chǎng)分析局部及其他功能。①靜流體分析〔流固耦合靜動(dòng)力分析。②聲學(xué)分析〔聲波在各種聲學(xué)介質(zhì)中的傳播、聲波的反射和吸取〔遠(yuǎn)場(chǎng)。③耦合場(chǎng)分析。設(shè)計(jì)優(yōu)化：多種優(yōu)化算法、多種關(guān)心工具。拓?fù)鋬?yōu)化：拓?fù)渫庑蝺?yōu)化、拓?fù)漕l率優(yōu)化。概率設(shè)計(jì)系統(tǒng)PD。①10種概率輸入?yún)?shù)；②參數(shù)的相關(guān)性；③兩種概率計(jì)算方法：蒙特卡羅法、響應(yīng)面法；④支持分布式并行計(jì)算；⑤可視化概率設(shè)計(jì)結(jié)果。其他有用技術(shù)。①P單元、子構(gòu)造、子模型分析技術(shù)；②單元生死分析技術(shù)；③專用單元〔螺栓單元、真實(shí)截面梁?jiǎn)卧?、外表效?yīng)單元、軸對(duì)稱諧波單元等。二次開發(fā)特征。①ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APD；②用戶可編程特性UP；③用戶界面設(shè)計(jì)語言UID；④專用界面開發(fā)工具TCL/T；⑤外部命令。求解器：直接求解器、多種迭代求解器、特征值求解器。并行求解器。①分布式ANSYS〔Sparse和DistributedSparse〔直接求解器PCG求解器和一個(gè)JCG求解器。AMG8CPU的共享式并行機(jī)〔CPU每增加一80%，對(duì)病態(tài)矩陣的處理性能優(yōu)越。ANSYS14.0驅(qū)動(dòng)高性能計(jì)算運(yùn)作HP。連續(xù)開發(fā)和供給世界一流的求解器技術(shù)；供給了針對(duì)簡(jiǎn)潔仿真的多物理場(chǎng)耦合解決方案；整合了ANSYS的網(wǎng)格技術(shù)并產(chǎn)生統(tǒng)一的網(wǎng)格環(huán)境；通過對(duì)先進(jìn)的軟硬件平臺(tái)的支持來實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模問題的高效求解；連續(xù)改進(jìn)最好的CAE集成環(huán)境——ANSYSWorkbench；連續(xù)融合先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)。ANSYSWorkbench14.0 平臺(tái)及模塊1-2所示，此時(shí)可以單擊按鈕啟動(dòng)Workbench14.0。ANSYSWorkbench14.0軟件平臺(tái)的啟動(dòng)方法，如圖1-1所示；常常使用ANSYSWorkbench1-2所示，此時(shí)可以單擊按鈕啟動(dòng)Workbench14.0。圖1-1 Workbench啟動(dòng)路徑 圖1-2 Workbench快速啟動(dòng)Workbench平臺(tái)界面啟動(dòng)后的Workbench14.01-3所示。啟動(dòng)軟件后，可以依據(jù)個(gè)人喜好設(shè)置下次啟動(dòng)是否同時(shí)開啟導(dǎo)讀對(duì)話框，假設(shè)不想啟動(dòng)導(dǎo)讀對(duì)話框，將導(dǎo)讀對(duì)話框底端的√去除即可。圖1-3 Workbench軟件平臺(tái)1-3所示，ANSYSWorkbench14.06工具箱Toolbo、工程工程窗口ProjectSchematic、信息窗口Messag〕及進(jìn)程窗口Progres。菜單欄菜單欄包括File〔文件、View〔視圖、Tools〔工具、Units〔單位〕Help〔幫助〕44個(gè)菜單中包括的子菜單及命令詳述如下。File〔文件〕菜單File1-4File〔文件菜單中的常用命令進(jìn)展簡(jiǎn)潔介紹。New：建立一個(gè)的工程工程，在建立工程工程前，Workbench軟件會(huì)提示用戶是否需要保存當(dāng)前的工程工程。Open…：翻開一個(gè)已經(jīng)存在的工程工程，同樣會(huì)提示用戶是否需要保存當(dāng)前工程工程。Save：保存一個(gè)工程工程，同時(shí)為建立的工程工程命名。SaveAs…：將已經(jīng)存在的工程工程另存為一個(gè)的工程名稱。ImportImport1-5Import對(duì)話框中的文件類型欄中可以選擇多種文件類型。圖1-4 File文件菜單 圖1-5 Import支撐文件類型注：注：文件類型中的MaxwellProjectFile〔*.mxwl〕和SimplorerProjectFile〔*.asmp〕兩種文件需要安裝AnsoftMaxwell和AnsoftSimplorer兩個(gè)軟件才會(huì)消滅。Archive：將工程文件存檔，單擊Archive命令后，在彈出如圖1-6所示的SaveArchive1-7所示的ArchiveOptions對(duì)話框中勾選Archive按鈕將工程文件存檔，在Workbench14.0File菜單中單RestoreArchive命令即可將存檔文件讀取出來，這里不再贅述，請(qǐng)讀者自己完成。圖1-6 SaveArchive對(duì)話框View〔視圖〕菜單View菜單中相關(guān)命令如圖1-8View〔視圖〕菜單中的常用命令作簡(jiǎn)要介紹。圖1-7 ArchiveOptions對(duì)話框 圖1-8 View菜單圖標(biāo)置于操作系統(tǒng)桌面上，同時(shí)在任務(wù)欄上的圖標(biāo)將消逝。假設(shè)將鼠標(biāo)移動(dòng)到CompactMod〔簡(jiǎn)潔模式Workbench14.0圖標(biāo)置于操作系統(tǒng)桌面上，同時(shí)在任務(wù)欄上的圖標(biāo)將消逝。假設(shè)將鼠標(biāo)移動(dòng)到圖標(biāo)上，Workbench14.01-9所示的簡(jiǎn)潔模式。ResetWorkspac〔復(fù)原操作平臺(tái)圖標(biāo)上，Workbench14.01-9所示的簡(jiǎn)潔模式。ResetWindowLayout〔復(fù)原窗口布局Workbench14.0平臺(tái)窗口布局復(fù)原到初始狀態(tài)。Toolbo〔工具箱：?jiǎn)螕鬞oolboxToolbox取消前面的√，Toolbox〔工具箱〕將被掩藏。圖1-9 Workbench14.0簡(jiǎn)潔模式ToolboxCustomizatio〔用戶自定義工具箱：?jiǎn)螕舸嗣顚⒃诖翱谥袕棾鰣D所示的ToolboxCustomization窗口，用戶可通過單擊各個(gè)模塊前面的√來選擇是否在Toolbox中顯示模塊。圖1-10 ToolboxCustomization窗口ProjectSchemati〔工程治理：?jiǎn)螕舸嗣顏泶_定是否在Workbench工程治理窗口。File〔文件：?jiǎn)螕舸嗣顣?huì)在Workbench14.0平臺(tái)下側(cè)彈出圖1-11所示的Files窗口，窗口中顯示了本工程工程中全部的文件及文件路徑等重要信息。圖1-11 Files窗口Propertie〔屬性C7ResultsWorkbench1-12所示的PropertiesofschematicC7：ResultsC7Results欄中的相關(guān)信息，此處不再贅述。圖1-12 PropertiesofschematicC7：Results窗口Tools〔工具〕菜單Tools1-13所示，下面對(duì)Tools中的常用命令進(jìn)展介紹。RefreshProjec〔刷工程數(shù)據(jù)〔更也會(huì)刷板塊。UpdateProjec〔更工程數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)已更改，必需重生成板塊的數(shù)據(jù)輸出。LicensePreferenc〔參考注冊(cè)文件：?jiǎn)螕舸嗣詈?，?huì)彈出圖1-14所示的注冊(cè)文件對(duì)話框。圖1-13 Tools菜單圖1-14 Release14.0 LicensePreferenceforUser對(duì)話框LaunchRemoteSolveManage〔加載遠(yuǎn)程求解治理器1-15所示的遠(yuǎn)程求解治理器對(duì)話框，在這里可以進(jìn)城遠(yuǎn)程求解的提交工作。圖1-15 LaunchRemoteSolveManager對(duì)話框Option〔選項(xiàng)：?jiǎn)螕鬙ption命令，彈出圖1-16所示的Options中主要包括以下選項(xiàng)卡。圖1-16 Options對(duì)話框①ProjectManagement〔工程治理〕選項(xiàng)卡：在圖1-16所示的選項(xiàng)卡中可以設(shè)置Workbench14.0平臺(tái)啟動(dòng)的默認(rèn)名目和臨時(shí)文件的位置、是否啟動(dòng)導(dǎo)讀對(duì)話框及是否加載聞信息等參數(shù)。②Appearance〔外觀〕選項(xiàng)卡：在圖1-17顏色、幾何圖形的邊等進(jìn)展顏色設(shè)置。圖1-17 Appearance選項(xiàng)卡③RegionalandLanguageOptions〔區(qū)域和語言選項(xiàng)〕選項(xiàng)卡：通過圖1-18所示的選項(xiàng)卡可以設(shè)置Workbench14.0平臺(tái)的語言，其中包括德語、英語、法語及日語共4種。圖1-18 RegionalandLanguageOptions選項(xiàng)卡④GraphicsInteraction〔幾何圖形交互〕1-19所示的選項(xiàng)卡中可以設(shè)置鼠標(biāo)對(duì)圖形的操作，如平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、多體選擇等操作。圖1-19 GraphicsInteraction選項(xiàng)卡⑤Geometryimport〔幾何導(dǎo)入〕1-20所示的幾何導(dǎo)入選項(xiàng)卡中可以設(shè)置幾何編輯器的類型、分析類型及其他一些根本幾何設(shè)置選項(xiàng)。這里僅僅對(duì)Workbench14.0平臺(tái)一些常用的選項(xiàng)進(jìn)展簡(jiǎn)潔介紹，其余選項(xiàng)請(qǐng)讀者參考幫助文檔的相關(guān)內(nèi)容。Units〔單位〕菜單Units菜單如圖1-21所示，在此菜單中可以設(shè)置國際單位、米制單位、美制單位及用戶自定義單位，單擊UnitSystem〔單位設(shè)置系統(tǒng)，在彈出的圖1-22所示UnitSystems對(duì)話框中可以制定用戶寵愛的單位格式。圖1-20 Geometryimport選項(xiàng)卡圖1-21 Units菜單圖1-22 UnitSystems對(duì)話框Help〔幫助文檔〕菜單在幫助菜單中，軟件可實(shí)時(shí)地為用戶供給軟件操作及理論上的幫助。工具欄Workbench14.01-23圖1-23 工具欄工具箱工具箱〔Toolbox〕位于Workbench14.0平臺(tái)的左側(cè)，圖1-24所示為工具箱〔Toolbox〕44個(gè)模塊簡(jiǎn)要介紹其包含的內(nèi)容。圖1-24 Toolbox〔工具箱〕AnalysisSystems〔分析系統(tǒng)〕分析系統(tǒng)中包括不同的分析類型，如靜力分析、熱分析、流體分析等，同時(shí)模塊中也包括用不同種求解器求解一樣分析的類型，如靜力分析就包括用ANSYS求解器分析和用Samcef1-25為分析系統(tǒng)中所包含的分析模塊的說明。注：注：AnalysisSystems〔分析模塊Maxwell2D〔二維電磁場(chǎng)分析模塊、Maxwell3D〔三維電磁場(chǎng)分析模塊、RMxprt〔電機(jī)分析模塊、Simplorer〔多領(lǐng)域系統(tǒng)分析模塊〕及nCode〔疲乏分析模塊。讀者單獨(dú)安裝此模塊。ComponentSystems〔組件系統(tǒng)〕組件系統(tǒng)包括應(yīng)用于各種領(lǐng)域的幾何建模工具及性能評(píng)估工具，組件系統(tǒng)包括的模塊1-26所示。圖1-25 AnalysisSystems〔分析系統(tǒng)〕 圖1-26 ComponentSystems〔組件系統(tǒng)〕CustomSystems〔用戶自定義系統(tǒng)〕在圖1-27所示的用戶自定義系統(tǒng)中Workbench14.0平臺(tái)還允許用戶自己定義常用的多物理場(chǎng)耦合分析模塊。DesignExploration〔設(shè)計(jì)優(yōu)化〕1-284種工具對(duì)零件產(chǎn)品的目標(biāo)值進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析。圖1-27 CustomSystems〔用戶自定義系統(tǒng)〕 圖1-28 DesignExploration〔設(shè)計(jì)優(yōu)化〕下面用一個(gè)簡(jiǎn)潔的實(shí)例來說明如何在用戶自定義系統(tǒng)中建立用戶自己的分析模塊。Step1啟動(dòng)Workbench14.0后，單擊左側(cè)Toolbox〔工具箱〕→AnalysisSystem〔分析系統(tǒng)〕中的FluidFlow〔FLUENT〕模塊不放，直接拖曳到ProjectSchematic〔工程工程治理窗口〕1-29所示，此時(shí)會(huì)在ProjectSchematic〔工程工程治理窗口〕中生成一個(gè)如同Excel表格一樣的FLUENT分析流程圖表。注