有限元分析技術(shù)PPT完整全套教學(xué)課件

第1章系統(tǒng)概述第2章ANSYSWorkbench17.0操作環(huán)境第3章ANSYSWorkbench

17.0分析基本步驟第4章幾何建模第5章網(wǎng)格劃分第6章施加載荷和約束第7章模型求解與后處理第8章結(jié)構(gòu)線性靜力分析第9章動(dòng)力學(xué)分析全套可編輯PPT課件1.1CAE概念與分類 1.2CAE技術(shù)及其應(yīng)用 1.3CAE系統(tǒng)的發(fā)展 1.4有限元法基礎(chǔ)理論 1.5ANSYS的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域 1.6ANSYS軟件的組成與特點(diǎn) 1.7ANSYS主要分析產(chǎn)品系列 1.8ANSYS的安裝與啟動(dòng) 1.1

CAE概念與分類CAE是ComputerAidedEngineering的縮寫，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合形成的新興技術(shù)。CAE的核心技術(shù)是有限元理論和數(shù)值計(jì)算方法。CAE軟件是由計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、數(shù)字仿真技術(shù)、工程管理學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而形成的一種綜合性、知識(shí)密集型信息產(chǎn)品。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，CAE軟件分析的對(duì)象逐漸由線性系統(tǒng)發(fā)展到非線性系統(tǒng)，由單一的物理場發(fā)展到多場耦合系統(tǒng)，并在航空、航天、機(jī)械、建筑、土木工程、爆破等領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù)、CAM技術(shù)、PDM技術(shù)和ERP技術(shù)的發(fā)展，CAE技術(shù)逐漸與它們相互滲透，向多種信息技術(shù)的集成方向發(fā)展。對(duì)CAE進(jìn)一步分析，其在機(jī)械工程學(xué)科的具體含義表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：(1)運(yùn)用工程數(shù)值分析中的有限元等技術(shù)分析計(jì)算產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形等物理場量，給出整個(gè)物理場量在空間與時(shí)間上的分布，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)從線性、靜力計(jì)算分析到非線性、動(dòng)力的計(jì)算分析。(2)運(yùn)用過程優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法在滿足工藝、設(shè)計(jì)的約束條件下，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能、工藝過程達(dá)到最優(yōu)。(3)運(yùn)用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命評(píng)估的理論、方法、規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性以及使用壽命做出評(píng)價(jià)與估計(jì)。(4)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)的理論、方法，對(duì)由CAD實(shí)體造型設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)、整機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真，給出機(jī)構(gòu)、整機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度以及動(dòng)反力的大小等。從廣義上說，計(jì)算機(jī)輔助工程包括很多種類，從字面上講，它可以包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統(tǒng)的CAE是指CAE軟件，主要指用計(jì)算機(jī)對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性分析，對(duì)其未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并證實(shí)未來工程、產(chǎn)品功能和性能的可用性及可靠性。CAE軟件可以分為兩類：(1)針對(duì)特定類型的工程或產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測和優(yōu)化的軟件，稱之為專用CAE軟件。(2)可以對(duì)多種類型的工程和產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能進(jìn)行分析、模擬、預(yù)測、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的軟件，稱之為通用CAE軟件。CAE軟件的主體是有限元分析(FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EA)軟件，目前在CAE分析過程中所采用的商業(yè)軟件大部分出自美國。1.2CAE技術(shù)及其應(yīng)用CAE技術(shù)的理論基礎(chǔ)起源于20世紀(jì)40年代，自1943年數(shù)學(xué)家Courant第一次嘗試用定義在三角形區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)的最小位能原理來求解St.Venant扭轉(zhuǎn)問題以來，一些應(yīng)用數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和工程師也由于種種原因涉足有限元的概念，直到1960年以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，有限元技術(shù)依靠數(shù)值計(jì)算方法才迅速發(fā)展起來。1963年至1964年科學(xué)家們證明了有限元法是基于變分原理的里茲(Ritz)法的另一種形式，從而使得里茲法分析的所有理論基礎(chǔ)都適應(yīng)于有限元法，確認(rèn)了有限元法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法。(1)由彈性力學(xué)的平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題；可對(duì)拱壩、渦輪葉片、飛機(jī)、船體、冶金機(jī)械等復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析。(2)由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動(dòng)力學(xué)問題和波動(dòng)問題；可對(duì)結(jié)構(gòu)在地震力與波浪力作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析。(3)由固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、滲流與固結(jié)理論、熱傳導(dǎo)與熱應(yīng)力問題、磁場問題(例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁場分析)以及建筑聲學(xué)與噪聲問題。(4)由工程力學(xué)擴(kuò)展到力學(xué)的其他領(lǐng)域，例如冰川與地質(zhì)力學(xué)、血管與眼球力學(xué)等。經(jīng)過這些發(fā)展，有限元分析技術(shù)逐漸由傳統(tǒng)的力學(xué)分析和校核延伸到優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真分析，并與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造密切結(jié)合，形成了現(xiàn)在CAE技術(shù)的框架。CAE已廣泛應(yīng)用于工業(yè)界的各個(gè)行業(yè)，如汽車、航空航天、艦船、重型機(jī)械、精密機(jī)械、土木建筑、化工、水利、材料、電力和電子及某些制造行業(yè)。借助CAE技術(shù)，一家英國的汽車業(yè)咨詢公司TWR短時(shí)間內(nèi)(15周)完成一個(gè)緊湊型家庭轎車(CompactFamilyCar)全尺寸模型的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和制造。通過使用非線性仿真軟件MSC.Dytran和MSC.Marc重現(xiàn)世貿(mào)大樓倒塌全過程，美國政府的研究人員們找到了為什么世貿(mào)大樓在僅僅一個(gè)小時(shí)之內(nèi)就坍塌了的原因。美國空軍的研發(fā)人員對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)YF-23采用CAE中的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)后比前一代YF-17減少了60％的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)量。目前在航空、航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，利用CFD進(jìn)行的反復(fù)設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化已成為標(biāo)準(zhǔn)的必經(jīng)步驟和手段。Altair公司采用虛擬設(shè)計(jì)和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用其旗下的CAE工具軟件Optistruct的拓?fù)湫螤顑?yōu)化技術(shù)和最佳質(zhì)量分布技術(shù)，使空中客車超大型機(jī)A380的機(jī)翼裝配系統(tǒng)減少500kg重量且提高了性能指標(biāo)。以整個(gè)工業(yè)界而言，飛機(jī)制造和汽車制造業(yè)是CAE應(yīng)用最為成熟和深入的領(lǐng)域，所有國際上著名的飛機(jī)和汽車廠商以及他們的一級(jí)(Tier1)零部件供應(yīng)商都有專門的CAE部門，在耐久性、振動(dòng)與噪聲、碰撞與安全性、CFD、熱分析以及沖壓成型等方面分析零件、系統(tǒng)和整機(jī)的運(yùn)行行為和性能。可以毫不夸張地說，現(xiàn)代的飛機(jī)、汽車的研發(fā)和設(shè)計(jì)已離不開CAE全面深入的應(yīng)用。在鋼鐵冶金行業(yè)，CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地用于連續(xù)鑄鋼過程，對(duì)這種熱-流-固耦合的復(fù)雜過程的建模、仿真和工藝參數(shù)優(yōu)化已能做到在線控制(如對(duì)二冷段的動(dòng)態(tài)控制)和離線模擬(以深入理解過程各工藝及控制參數(shù)的變化)，達(dá)到了工業(yè)實(shí)用化的階段。在日本和歐洲，CAE在軋制過程仿真及軋鋼設(shè)備的設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用已有近20年的歷史，這方面CAE現(xiàn)在已成為規(guī)范化、過程化的仿真設(shè)計(jì)計(jì)算手段?；谲堉七^程的非線性特點(diǎn)，MARCAnalysisResearchCorporation(MARC)公司在歐洲將其作為非線性有限元技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用對(duì)象。1.3CAE系統(tǒng)的發(fā)展1960—1970年，有限元的理論及其相關(guān)的數(shù)值方法處于發(fā)展階段，分析的對(duì)象主要是航空航天設(shè)備結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及模態(tài)實(shí)驗(yàn)和分析問題，又由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)的硬件內(nèi)存少、磁盤的空間小、計(jì)算速度慢等特點(diǎn)，CAE軟件處于探索時(shí)期。1963年MacNeal-SchwendlerCorporation(MSC)公司成立，開發(fā)了第一個(gè)結(jié)構(gòu)分析軟件SADSAM。MSC于1965年和美國計(jì)算科學(xué)公司、貝爾航空系統(tǒng)公司一起參與美國國家航空及航天局(NASA)發(fā)起的NASTRAN有限元分析系統(tǒng)的研究和開發(fā)，在1972年以后獨(dú)立地?fù)碛胁⑸虡I(yè)運(yùn)作MSC.NASTRAN。1967年在NASA的支持下SDRC公司成立，并于1968年發(fā)布了世界上第一個(gè)動(dòng)力學(xué)測試及模態(tài)分析軟件包，1971年推出商業(yè)用有限元分析軟件Supertab(后并入I-DEAS)。1970年SwansonAnalysisSystem，Inc.(SASI)成立，后來重組后改稱ANSYS公司，開發(fā)ANSYS軟件。當(dāng)時(shí)世界上的這三大CAE公司先后完成了組建工作，致力于大型商用CAE軟件的研究與開發(fā)。1970—1980年代是CAE技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，一方面SDRC、MSC、ANSYS等在技術(shù)和應(yīng)用方面繼續(xù)創(chuàng)新外，新的CAE商業(yè)軟件公司迅速成立。1971年MARC公司成立，致力于發(fā)展用于高級(jí)工程分析的通用有限元程序，Marc程序重點(diǎn)處理非線性結(jié)構(gòu)和熱應(yīng)力問題。1977年MechanicalDynamicsInc.(MDI)公司成立，其軟件ADAMS應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真分析。1978年HibbittKarlsson&SorensenInc.公司成立，其ABAQUS軟件主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)非線性和接觸問題分析。1983年CSAR成立，其CSA/NASTRAN主要針對(duì)大結(jié)構(gòu)、流-固耦合、熱及噪聲分析。1983年AAC公司成立，其程序COMET主要用于噪聲及結(jié)構(gòu)噪聲優(yōu)化等領(lǐng)域。

ComputerAidedDesignSoftwareInc的PolyFEM軟件包提供線性靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及熱分析。1986年ADINA公司組建，其軟件亦為結(jié)構(gòu)、流體及流-固耦合的大型通用有限元分析軟件。1987年LivermoreSoftwareTechnologyCorporation成立，其產(chǎn)品LS-DYNA及LS-NIKE30用隱式上算法求解低高速動(dòng)態(tài)特征問題。1988年Flomerics公司成立，提供用于子系統(tǒng)內(nèi)部空氣流及熱傳遞的分析程序。1989年EngineeringSoftwareKessemochandDevelopment公司成立，致力于發(fā)展Ｐ法有限元程序。同時(shí)期還有多家專業(yè)性軟件公司投入專業(yè)CAE程序的開發(fā)。這一時(shí)期的CAE發(fā)展的特點(diǎn)有：軟件主要集中在計(jì)算精度、速度和硬件平臺(tái)的匹配，計(jì)算機(jī)內(nèi)存的有效利用及磁盤空間的利用。有限元分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)分析和場分析領(lǐng)域獲得了很大的成功，從力學(xué)模型開始拓展到各類物理場發(fā)展，從單一場的分析向幾個(gè)場的耦合分析發(fā)展，出現(xiàn)了許多著名的分析軟件，如NASTRAN、ANSYS、ADINA、SAP系列、DYNA3D、ABAQUS、NIKE3D與WECAN、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等。除美國之外，德國的ASKA、英國的PAFEC、法國的SYSTUS等歐洲公司紛紛推出自己的CAE軟件產(chǎn)品。使用者多數(shù)為領(lǐng)域?qū)＜仪壹性诤娇蘸教?、汽車及軍事等領(lǐng)域。這些使用者往往在使用軟件的同時(shí)進(jìn)行軟件的二次開發(fā)。20世紀(jì)90年代直到現(xiàn)在，是CAE技術(shù)的成熟并為工業(yè)界廣為接受和應(yīng)用的時(shí)期。這一時(shí)期，CAD經(jīng)過多年的發(fā)展，經(jīng)歷了從線框CAD技術(shù)到曲面CAD技術(shù)，再到參數(shù)化技術(shù)，直到目前的變量化技術(shù)，為CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。CAD軟件開發(fā)商一方面大力發(fā)展自身CAD軟件的功能，如世界排名前幾位的CAD軟件CATIA、CADDS、UG、I-DEAS、Pro/E都增加了基本的CAE前后處理及一般的線性、模態(tài)分析功能，可在零件水平上設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行初步的分析；另外，通過并購其他的CAE軟件來增加其軟件的CAE功能。在CAD軟件商大力增強(qiáng)其軟件CAE功能的同時(shí)，各大分析軟件也在向CAD靠攏。CAE軟件發(fā)展商積極發(fā)展與各CAD軟件的專用接口，并增強(qiáng)軟件的前后處理能力。這一時(shí)期的CAE軟件一方面與CAD軟件緊密結(jié)合，另一方面擴(kuò)展CAE本身的功能。MSC在1994年收購了Patran作為自己的前后處理軟件后，接連將SSC、AR、MARC、ADAMS等納入旗下，現(xiàn)在已擁有十幾個(gè)產(chǎn)品。而SDRC則在自己的單一分析模型的基礎(chǔ)上先后形成了耐用性、噪聲與震動(dòng)、優(yōu)化與靈敏度、電子系統(tǒng)冷卻、熱分析等專項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，并將有限元技術(shù)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，開發(fā)了實(shí)驗(yàn)信號(hào)處理、實(shí)驗(yàn)與分析相關(guān)等分析能力?？偟膩碚f，CAE系統(tǒng)朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)模型、修改/升級(jí)模板、專家經(jīng)驗(yàn)的過程化和通用化，以進(jìn)一步改善和提高設(shè)計(jì)效率(DesignProductivity)。(2)降低對(duì)不同的個(gè)別CAE工具軟件的依賴性，提供“零文本編輯”的用戶界面(Zero-textEditingInterface)，輔之以智能化，以最大程度地方便各種水平的用戶。(3)創(chuàng)建大規(guī)模漸進(jìn)結(jié)構(gòu)(EvolutionaryArchitecture)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，以減少或避免產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)過程的中斷，保證過程的延續(xù)性。(4)?CAE軟件面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)，高性能價(jià)格比的大容量存儲(chǔ)器及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展，PC機(jī)的硬盤容量很快將由吉字節(jié)(GB，109B)量級(jí)達(dá)到太字節(jié)(TB，1012B)量級(jí)，用戶將要求把更多的計(jì)算模型、設(shè)計(jì)方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識(shí)性信息納入CAE軟件的數(shù)據(jù)庫中，這必將推動(dòng)CAE軟件數(shù)據(jù)庫及其數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，高性能的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)在新一代的CAE軟件中。1.4有限元法基礎(chǔ)理論有限元分析(FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EA)的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡單的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件，從而得到問題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元是指集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形(有限個(gè)直線單元)逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元法迅速擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。有限元法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對(duì)小的子域中。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫(Clough)教授形象地將其描繪為：“有限元法=RayleighRitz法＋分片函數(shù)”，即有限元法是RayleighRitz法的一種局部化情況。有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀的單元域上，且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。1.有限元法基本原理(BasicTheoryofFEM)有限元法的基本思想是離散的概念，它是指假設(shè)把彈性連續(xù)體分割成數(shù)目有限的單元，并認(rèn)為相鄰單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處相連。根據(jù)物體的幾何形狀特征、載荷特征、邊界約束特征等，選擇合適的單元類型。這樣組成有限的單元集合體并引進(jìn)等效節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)約束條件，由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限，就成為具有有限自由度的有限元計(jì)算模型，它替代了原來具有無限多自由度的連續(xù)體。有限元法從選擇基本未知量的角度來看，可分為三類：位移法、力法和混合法。以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量的求解方法稱為位移法；以節(jié)點(diǎn)力為基本未知量的求解方法稱為力法；一部分以節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，而另一部分以節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量的求解方法稱為混合法。由于位移法通用性強(qiáng)，計(jì)算機(jī)程序處理簡單、方便，因而成為應(yīng)用最廣泛的一種方法。有限元法的求解過程簡單、方法成熟、計(jì)算工作量大，特別適合于計(jì)算機(jī)計(jì)算；再加上它有成熟的大型軟件系統(tǒng)支持，避免了人工在連續(xù)體上求分析解的數(shù)學(xué)困難，使其成為一種非常受歡迎的、應(yīng)用極廣泛的數(shù)值計(jì)算方法。2.有限元求解問題的基本步驟(1)問題及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。(2)求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然，單元越小(網(wǎng)絡(luò)越細(xì))則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。(3)確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程轉(zhuǎn)化為等價(jià)的泛函形式。(4)單元推導(dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元矢函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣。(5)總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)，反映出對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件?？傃b是在相鄰單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)(可能的話)連續(xù)性建立在節(jié)點(diǎn)處。(6)聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。1.5ANSYS的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域1963年，ANSYS的創(chuàng)辦人JohnSwanson博士為了工作上的需要寫了一些程序來計(jì)算加載溫度和壓力的結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變位。幾年下來，在Wilson博士原有的有限元法熱傳導(dǎo)程序的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了不少三維分析的程序，包括板殼、非線性、塑性、潛變、動(dòng)態(tài)全程等。此程序當(dāng)時(shí)命名為STASYS(StructuralAnalysisSYStem)。1970年結(jié)束之前，商用軟件ANSYS宣告誕生。1979年左右，ANSYS3.0版開始在VAX11-780迷你計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。此時(shí)ANSYS已經(jīng)由定格輸入模式演化到指令模式，并可以在Tektronix4010及4014單色向量繪圖屏幕上顯示圖形。1984年，ANSYS4.0開始支持PC。最佳化設(shè)計(jì)在1985年引進(jìn)4.2版，此版亦打破了以往宏只能用400個(gè)字符的限制。FLOTRAN始于1986年左右，ANSYS5.0版和FLOTRAN2.1A版的合并版當(dāng)初被宣稱為“無接縫的界面整合”。1994年推出5.1版ANSYS，F(xiàn)LOTRAN則已經(jīng)完全整合成ANSYS的一部分。1996年，ANSYS推出5.3版。此版是ANSYS第一次支持LS-DYNA。此時(shí)ANSYS/LS-DYNA仍是起步階段。1997—1998年間，ANSYS開始向美國許多著名教授和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)送教育版，期望能從學(xué)生及學(xué)校扎根推廣ANSYS。2001年ANSYS首先和InternationalTechneGroupIncorporated合作推出了CADfixforANSYS5.6.2/5.7，以解決由外部匯入不同幾何模型圖文件的問題，接著先后并購了CADOES.A及ICEMCFDEngineering。同年12月，6.0版開始發(fā)售。此版的離散(Sparse)求解模塊有顯著的改進(jìn)，不但速度增快，而且內(nèi)存空間需求大為減小。2002年4月，ANSYS推出6.1版。為大家所熟悉的Motif格式圖形界面被新的版面取代(用戶仍可使用舊界面)。2002年10月，ANSYS推出7.0版。此版的離散求解模塊有更進(jìn)一步的改進(jìn)，一般而言，效率比6.0版提高20%～30%。7.0版亦加入了AIWorkbenchEnvironment(AWE)，這是ANSYS合并ICEMCFD后，采用其技術(shù)來改進(jìn)ANSYS的一個(gè)重要里程。2003年，CFX加入到ANSYS大家庭中并正式更名為ANSYSCFX。2006年2月，ANSYS公司收購Fluent公司。Fluent公司是全球著名的CAE仿真軟件供應(yīng)商和技術(shù)服務(wù)商。Fluent軟件應(yīng)用先進(jìn)的CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))技術(shù)幫助工程師和設(shè)計(jì)師仿真流體、熱、傳導(dǎo)，以及湍流、化學(xué)反應(yīng)和多相流中的各種現(xiàn)象。2008年，ANSYS完成了對(duì)Ansoft公司的一系列收購，Ansoft和ANSYS的結(jié)合，可用于所有涉及機(jī)電一體化產(chǎn)品的領(lǐng)域，使得工程師可以分別從器件級(jí)、電路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)來綜合考慮一個(gè)復(fù)雜的電子設(shè)計(jì)，可以在ANSYSWorkbench環(huán)境中進(jìn)行交互仿真，讓工程師可以進(jìn)行緊密結(jié)合的多物理場仿真，這對(duì)整個(gè)機(jī)械電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域起到重要的支撐。2011年7月，ANSYS公司將以3.1億美元現(xiàn)金收購模擬軟件提供商ApacheDesignSolutions。此次收購ApacheDesignSolutions將有助于填補(bǔ)ANSYS在集成電路解決方案領(lǐng)域的空白。2012年5月29日，ANSYS收購EsterelTechnologies。Esterel的SCADE解決方案有助于軟件和系統(tǒng)工程人員設(shè)計(jì)、仿真和生產(chǎn)嵌入式軟件，即飛機(jī)、鐵路運(yùn)輸、機(jī)動(dòng)車、能源系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和其他使用中央處理單元的工業(yè)產(chǎn)品中的控制代碼。2013年4月3日，ANSYS收購EVEN，后者成為ANSYS在瑞士的全資子公司。該公司將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析技術(shù)應(yīng)用于ANSYS?CompositePrepPost?產(chǎn)品中。該產(chǎn)品與ANSYSWorkbench?中的ANSYSMechanical?以及ANSYSMechanicalAPDL緊密結(jié)合。2013年12月，ANSYS宣布推出ANSYS?15.0，其獨(dú)特的新功能，為指導(dǎo)和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了最優(yōu)的方法。2014年5月1日，工程仿真軟件的全球領(lǐng)導(dǎo)者ANSYS宣布以8500萬美元現(xiàn)金收購3D建模軟件的廠商SpaceClaim公司。本次收購使得ANSYS的前處理能力得到了跨越式的提升，并直逼主流CAD軟件。本次收購SpaceClaim后，使ANSYS在Workbench平臺(tái)下的前處理能力，一躍站在了世界CAE軟件的浪潮之巔。2014年底發(fā)布了ANSYS16.0，該版本除了在各個(gè)模塊都有令人激動(dòng)的改進(jìn)外，還創(chuàng)新性地推出了全新的多物理場耦合模塊AIM。2015年2月4日，ANSYS宣布已經(jīng)收購了開發(fā)飛行結(jié)冰仿真軟件以及提供相關(guān)設(shè)計(jì)、測試和認(rèn)證服務(wù)的NewmericalTechnologiesInternational(NTI)的資產(chǎn)。2015年7月9日，ANSYS發(fā)布了ANSYSStudent版本，向全球?qū)W生免費(fèi)提供。2015年9月2日，ANSYS宣布收購了Delcross公司(DelcrossTechnologies)，這是對(duì)ANSYS電子產(chǎn)品線非常激動(dòng)人心的擴(kuò)充。2015年底發(fā)布了ANSYS17.0，其巨大的革新可以將多種應(yīng)用的效率提高近10倍。從16.0版開始ANSYS只支持64位操作系統(tǒng)，但是截至17.0版尚不支持Windows10系統(tǒng)。而在14.5版時(shí)ANSYS就已能支持最新的專用GPU加速卡和眾核協(xié)處理器XEONPhi幫助求解，再次走到了并行計(jì)算技術(shù)的前沿。1.6ANSYS軟件的組成與特點(diǎn)綜上所述，ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、熱力學(xué)、電場、磁場、聲場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的美國ANSYS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；另外，軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。(1)前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。(2)分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，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)化分析能力。(3)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、透明及半透明顯示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。這三個(gè)部分的內(nèi)容將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹，這里不再贅述。ANSYS作為大型分析軟件，其主要特點(diǎn)如下：(1)具有無與倫比的深度，對(duì)于特定的物理學(xué)領(lǐng)域，ANSYS的軟件可讓用戶能更深入地鉆研，從而解決更多種類的問題，處理更為復(fù)雜的情況。(2)具有無與倫比的廣度，使ANSYS的技術(shù)涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。不論是需要結(jié)構(gòu)分析、流體、熱力、電磁學(xué)、顯式分析、系統(tǒng)仿真，還是數(shù)據(jù)管理，ANSYS的產(chǎn)品均能為各個(gè)行業(yè)的企業(yè)取得成功助一臂之力。(3)集成多物理場，以真正耦合的方式使用ANSYS技術(shù)，開發(fā)工程師即可獲得符合現(xiàn)實(shí)條件的求解結(jié)果。集成多物理場，產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個(gè)耦合物理場進(jìn)行仿真與分析。(4)工程設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性，使ANSYS的成套產(chǎn)品極具靈活性。不論是為企業(yè)中新手還是能手使用；是單套部署還是企業(yè)級(jí)部署；是一次設(shè)計(jì)成功，還是復(fù)雜分析；是桌面計(jì)算、并行計(jì)算，還是多核計(jì)算，這一工程設(shè)計(jì)的高擴(kuò)展性均能滿足當(dāng)前與未來的需求。(5)具有適應(yīng)性架構(gòu)，使工程設(shè)計(jì)與開發(fā)可使用多種CAD產(chǎn)品、內(nèi)部開發(fā)代碼、物料庫、第三方求解器、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理流程等其他工具。ANSYS的軟件具有開放性和適應(yīng)性特性，能實(shí)現(xiàn)高效的工作流程。此外，其產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理可使知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在工作組間與企業(yè)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)共享。1.7ANSYS主要分析產(chǎn)品系列ANSYS公司為全世界用戶提供了CAE仿真工具、集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、熱、流體、電磁場、電路、系統(tǒng)、芯片等多域多物理場及其耦合仿真，從而滿足了各個(gè)行業(yè)的仿真需求，幫助使用者提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能，降低了成本。集成化仿真平臺(tái)ANSYSWorkbench支持ANSYS全線產(chǎn)品，包括ANSYSFluent、ANSYSCFX、ANSYSAutodyn、ANSYSDesignModeler、ANSYSHFSS、ANSYSMaxwell等，在統(tǒng)一的環(huán)境下可進(jìn)行多物理場耦合仿真。它能夠方便地實(shí)現(xiàn)多物理場耦合仿真和數(shù)據(jù)交換，并與電路和系統(tǒng)工具相結(jié)合，進(jìn)行多域協(xié)同設(shè)計(jì)。集成化仿真平臺(tái)ANSYSWorkbench的主要產(chǎn)品有：(1)前處理工具：Geometry(ANSYSDesignModeler)幾何構(gòu)建和編輯清理工具、ANSYSBladeModeler旋轉(zhuǎn)機(jī)械三維結(jié)構(gòu)生成工具、ANSYSSpaceClaimDirectModeler全新的建模工具。(2)網(wǎng)格生成工具：ANSYSMeshing結(jié)構(gòu)、流體、電磁仿真網(wǎng)格生成工具，ANSYSTurboGrid旋轉(zhuǎn)機(jī)械網(wǎng)格生成工具，ANSYSExtendedMeshing高端網(wǎng)格生成工具。(3)后處理：ANSYSMechanical結(jié)構(gòu)與溫度/應(yīng)力仿真、ANSYSStructural線性和非線性結(jié)構(gòu)仿真、ANSYSProfessional線性/非線性結(jié)構(gòu)仿真/穩(wěn)態(tài)熱與應(yīng)力仿真、ANSYSDesignSpace線性結(jié)構(gòu)仿真/熱與溫度/應(yīng)力仿真。(4)流體仿真：ANSYSCFD熱/流體仿真軟件包、ANSYSFluent通用熱/流體仿真軟件、ANSYSCFX通用熱/流體仿真軟件。(5)專用熱/流體仿真工具：ANSYSIcepak電子系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)與流體/溫度仿真工具、ANSYSCFD-Flo設(shè)計(jì)人員專用的熱流體仿真工具、FluentforCATIAV5集成于CATIAV5下的熱/流體仿真工具。(6)其他工具：ANSYSDesignXplorer優(yōu)化和設(shè)計(jì)空間探索工具、ANSYSEngineeringKnowledgeManager仿真數(shù)據(jù)和工程知識(shí)管理工具、ANSYSHPC高性能計(jì)算模塊、ANSYSAcademic軟件高校計(jì)劃。下面對(duì)本書中主要用到的產(chǎn)品功能進(jìn)行簡單介紹。(1)?EngineeringData：材料庫，用于創(chuàng)建、保存、檢索材料模型。(1)?Geometry(DesignModeler)：集成于ANSYSWorkbench環(huán)境中的應(yīng)用軟件，能夠?yàn)殡姶艌?、熱、?yīng)力和流體仿真工具提供三維參數(shù)化建模功能，包括幾何結(jié)構(gòu)建立、結(jié)構(gòu)修復(fù)和簡化、模型的導(dǎo)入導(dǎo)出等。(2)?ANSYSMeshing：ANSYSWorkbench中的應(yīng)用軟件，能夠根據(jù)不同的仿真對(duì)象和仿真域，提供相應(yīng)的網(wǎng)格生成解決方案，將ANSYS擁有的網(wǎng)格技術(shù)集成在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)環(huán)境中，自動(dòng)生成用于流體、結(jié)構(gòu)、電磁場仿真的網(wǎng)格。(3)?ANSYSMechanical：功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)和熱、應(yīng)力仿真軟件，提供了完善的結(jié)構(gòu)線性/非線性和動(dòng)力學(xué)分析功能，支持金屬和橡膠等各類材料，能夠解決廣泛的工程問題，包括非線性接觸這樣復(fù)雜的問題，適用于各類零件及組件的仿真，具有應(yīng)力、溫度、形變、接觸壓力分布仿真能力，能夠進(jìn)行熱、噪聲、熱/結(jié)構(gòu)、熱/電等耦合物理場求解。(4)?ANSYSStructural：包含了非線性和線性材料，非彈性材料模型能夠輕松地仿真大規(guī)模的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，擁有先進(jìn)的非線性接觸仿真功能，可以對(duì)復(fù)雜的組件進(jìn)行仿真；采用直觀的數(shù)圖結(jié)構(gòu)用戶界面，可方便地進(jìn)行建模、復(fù)雜材料定義，選擇迭代法和直接法求解器，直接獲得可靠的仿真結(jié)果。1.8ANSYS的安裝與啟動(dòng)下面介紹詳細(xì)的Windows7操作系統(tǒng)下ANSYS17.0的安裝步驟。(1)打開ANSYS_V17.0_WIN64_DVD1.iso安裝包，其中的內(nèi)容如圖1-2所示。

圖1-2ANSYS_V17.0_WIN64_DVD1.iso安裝包內(nèi)容(2)檢查安裝準(zhǔn)備，運(yùn)行InstallPreReqs.exe，彈出如圖1-3所示的檢測結(jié)果。根據(jù)系統(tǒng)中已經(jīng)安裝軟件的不同，彈出的信息可能存在差異。如圖1-3所示，運(yùn)行后點(diǎn)擊確定。

圖1-3InstallPreReqs.exe運(yùn)行結(jié)果(3)雙擊setup.exe，系統(tǒng)會(huì)彈出如圖1-5所示的安裝界面。

圖1-5安裝界面(4)如圖1-5所示，用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇自己要安裝的內(nèi)容，這里選擇InstallANSYSProducts選項(xiàng)，即安裝所有的ANSYS產(chǎn)品，系統(tǒng)彈出如圖1-6所示的安裝聲明界面。

圖1-6安裝聲明界面(5)選擇IAGREE，然后單擊圖標(biāo)

，即可進(jìn)行如圖1-7所示的安裝位置選擇。

圖1-7安裝位置選擇(8)點(diǎn)擊Browse按鈕就可以選擇軟件的安裝位置，這里選擇默認(rèn)的，然后單擊??

圖標(biāo)，進(jìn)行下一步，如圖1-8所示，輸入計(jì)算機(jī)名。

圖1-8輸入計(jì)算機(jī)名(9)設(shè)置Hostname，如圖1-8所示，輸入計(jì)算機(jī)名(其實(shí)這一步并不重要)，然后單擊?

圖標(biāo)，進(jìn)行下一步，如圖1-9所示，選擇安裝模塊。

圖1-9安裝模塊選擇(10)選擇自己需要的模塊，這里全部選擇，然后單擊?

?圖標(biāo)，進(jìn)行下一步，如圖1-10所示的配置CAD文件閱讀方式。

圖1-10配置CAD文件閱讀方式(11)CAD文件閱讀方式可采用默認(rèn)設(shè)置，也可勾選下方的SkipallandconfigurelaterusingCADConfigurationManager選項(xiàng)后再配置，這里采用默認(rèn)設(shè)置。然后單擊??

圖標(biāo)，進(jìn)行下一步，如圖1-11所示，所有安裝信息。

圖1-11所有安裝信息(12)查閱剛設(shè)置好的安裝信息，然后單擊

??圖標(biāo)，進(jìn)行下一步，如圖1-12所示的安裝界面。

圖1-12安裝界面(13)進(jìn)入如圖1-12所示的界面后，視計(jì)算機(jī)性能，安裝需要半個(gè)小時(shí)或更久。中途會(huì)出現(xiàn)如圖1-13所示的對(duì)話框，此時(shí)加載DVD2，并指定DVD2加載的路徑，點(diǎn)擊OK按鈕繼續(xù)，然后直到安裝完畢。

圖1-13加載DVD2所有步驟完成后，就可以運(yùn)行ANSYS17.0。2.1ANSYSWorkbench17.0概述 2.2ANSYSWorkbench17.0的基本操作界面2.3ANSYSWorkbench17.0菜單欄 2.4ANSYSWorkbench17.0工具箱 2.5ANSYSWorkbench17.0項(xiàng)目管理區(qū)2.6Workbench項(xiàng)目管理 2.7Workbench文件管理 2.1ANSYSWorkbench17.0概述經(jīng)過多年的潛心開發(fā)，ANSYS公司在2002年發(fā)布ANSYS7.0的同時(shí)正式推出了前后處理和軟件集成環(huán)境ANSYSWorkbenchEnvironment。到ANSYS11.0版本發(fā)布時(shí)，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于2015年發(fā)布了ANSYS17.0版，該版本在繼承第一代Workbench的各種優(yōu)勢特征的基礎(chǔ)上發(fā)生了革命性的變化，提供了全新的項(xiàng)目視圖功能，將整個(gè)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。此外，ANSYSWorkbench17.0還大幅改進(jìn)了前處理或設(shè)置仿真的工作。利用ANSYSWorkbench17.0中的直接建模工具，用戶能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法更快地準(zhǔn)備分析用的幾何模型。復(fù)雜模型的保存和加載時(shí)間以及常用幾何模型編輯功能均提升了多達(dá)100倍。ANSYSWorkbench17.0幾何結(jié)構(gòu)工具還提高了與ANSYSWorkbench的集成度，能提高裝配和復(fù)合結(jié)構(gòu)的建模工作效率。此外，面向復(fù)雜系統(tǒng)的流體前處理也得到了顯著改進(jìn)。利用ANSYSWorkbench17.0，包含數(shù)百個(gè)部件的模型的準(zhǔn)備和網(wǎng)格剖分過程可從數(shù)天時(shí)間縮短到幾個(gè)小時(shí)。Workbench所提供的CAD雙向參數(shù)鏈接互動(dòng)、項(xiàng)目數(shù)據(jù)自動(dòng)更新機(jī)制、全面的參數(shù)管理、無縫集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具等，使ANSYS在仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面達(dá)到了前所未有的高度。1.?ANSYSWorkbench17.0功能概述在ANSYSWorkbench17.0版本中，ANSYS對(duì)Workbench架構(gòu)進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，全新的項(xiàng)目視圖功能改變了用戶使用Workbench仿真環(huán)境的方式。在一個(gè)類似流程圖的圖表中，仿真項(xiàng)目中的各項(xiàng)任務(wù)以互相連接的圖形化方式清晰地表達(dá)出來，可以非常容易地理解項(xiàng)目的工程意圖、數(shù)據(jù)關(guān)系、分析過程的狀態(tài)等。項(xiàng)目視圖系統(tǒng)使用起來非常簡單：直接從左邊的工具箱中將所需的分析系統(tǒng)拖曳到右邊的項(xiàng)目視圖窗口中或雙擊即可。工具箱中的分析系統(tǒng)部分，包含了各種已預(yù)置好的分析類型，每一種分析類型都包含完成該分析所需的完整過程，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組件系統(tǒng)里選取各個(gè)獨(dú)立的程序系統(tǒng)，自己組裝成一個(gè)分析流程。一旦選擇或定制好分析流程后，Workbench平臺(tái)將能自動(dòng)管理流程中任何步驟發(fā)生的變化，自動(dòng)執(zhí)行流程中所需的應(yīng)用程序，從而自動(dòng)更新整個(gè)仿真項(xiàng)目，極大縮短了更改設(shè)計(jì)所需的時(shí)間。2.多物理場分析模式Workbench仿真流程具有良好的可定制性，只需通過鼠標(biāo)拖曳操作，即可非常容易地創(chuàng)建復(fù)雜的、包含多個(gè)物理場的耦合分析流程，在各物理場之間所需的數(shù)據(jù)傳輸也能自動(dòng)定義。ANSYSWorkbench平臺(tái)在流體和結(jié)構(gòu)分析之間自動(dòng)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(duì)流體和結(jié)構(gòu)兩者產(chǎn)生的影響。同時(shí)，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(dòng)的。工具欄中預(yù)置的分析系統(tǒng)使用起來非常方便，因?yàn)樗怂x分析類型所需的所有任務(wù)節(jié)點(diǎn)及相關(guān)應(yīng)用程序。Workbench項(xiàng)目視圖的設(shè)計(jì)是非常柔性的，用戶可以非常方便地對(duì)分析流程進(jìn)行自定義，把組件系統(tǒng)中的各工具按照任務(wù)需要進(jìn)行配置。3.項(xiàng)目級(jí)仿真參數(shù)管理ANSYSWorkbench17.0環(huán)境中的應(yīng)用程序都是支持參數(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(jì)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(xiàng)目窗口中進(jìn)行管理的，因而非常容易研究多個(gè)參數(shù)變量的變化。在項(xiàng)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(jì)點(diǎn)，然后一次性地自動(dòng)進(jìn)行多個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的計(jì)算分析以完成研究。利用ANSYSDesignXplorer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提供了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、最小/最大搜索以及六希格瑪分析等功能，所有這些參數(shù)分析功能都適用于集成在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(jì)語言。ANSYSWorkbench平臺(tái)對(duì)仿真項(xiàng)目中所有應(yīng)用程序中的參數(shù)進(jìn)行集中管理，并在項(xiàng)目窗口中用一個(gè)非常方便的表格進(jìn)行顯示。完全集成在Workbench中的DX模塊能自動(dòng)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的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、六希格瑪分析以及其他設(shè)計(jì)探索算法等。4.?Workbench應(yīng)用模塊ANSYSWorkbench提供了與ANSYS系列求解器交互的強(qiáng)大方法。這種環(huán)境為CAD系統(tǒng)及用戶設(shè)計(jì)過程提供了獨(dú)一無二的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)。ANSYSWorkbench由多種工程應(yīng)用模塊組成。(1)?Mechanical：用ANSYS求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)和熱分析。(2)?MechanicalAPDL：采用傳統(tǒng)的ANSYS用戶界面對(duì)高級(jí)機(jī)械和多物理場進(jìn)行分析。(3)?FluidFlow(CFX)：采用CFX進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)(CFD)分析。(4)?FluidFlow(Fluent)：采用Fluent進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)(CFD)分析。(5)?Geometry(DesignModeler)：創(chuàng)建和修改CAD幾何模型，為Mechanical分析提供所用的實(shí)體模型。(6)?EngineeringData：定義材料屬性。(7)?MeshingApplication：用于創(chuàng)建CFD和顯式動(dòng)態(tài)網(wǎng)格。(8)?DesignExploration：用于優(yōu)化分析。(9)?FiniteElementModeler(FEModeler)：轉(zhuǎn)換NASTRAN和ABAQUS中的網(wǎng)格，以便在ANSYS中使用。(10)?BladeGen(BladeGeometry)：用于創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)機(jī)械鐘的葉片幾何模型。(11)?ExplicitDynamics：創(chuàng)建具有非線性動(dòng)力學(xué)特色的模型，用于顯式動(dòng)力學(xué)分析。2.2ANSYSWorkbench17.0

基本操作界面1.啟動(dòng)ANSYSWorkbench17.0ANSYS安裝完成后，從Windows的“開始”菜單啟動(dòng)：執(zhí)行Windows7系統(tǒng)下的“開始”→“所有程序”→ANSYS17.0→Workbench17.0命令，如圖2-1所示，即可啟動(dòng)ANSYSWorkbench17.0。

圖2-1啟動(dòng)ANSYSWorkbench17.0ANSYSWorkbench17.0啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出如圖2-2所示的歡迎界面。

圖2-2ANSYSWorkbench17.0歡迎界2.??ANSYSWorkbench17.0主界面啟動(dòng)ANSYSWorkbench17.0，此時(shí)的主界面如圖2-4所示，它主要由菜單欄、工具欄、工具箱、項(xiàng)目管理區(qū)、信息窗口、進(jìn)程窗口等組成。下面著重介紹菜單欄、工具欄、工具箱及項(xiàng)目管理區(qū)的功能。

圖2-4ANSYSWorkbench17.0主界面2.3ANSYSWorkbench17.0菜單欄菜單欄包括File(文件)、View(視圖)、Tools(工具)、Units(單位)、Extensions(擴(kuò)展)、Jobs(任務(wù))及Help(幫助)共7個(gè)菜單。File(文件)、View(視圖)、Tools(工具)、Units(單位)菜單中包括的子菜單及命令介紹如下。1.?File菜單File菜單中的命令如圖2-5所示。?Import…：導(dǎo)入外部文件，單擊Import命令會(huì)彈出圖2-6所示的對(duì)話框，在Import對(duì)話框中的文件類型欄中可以選擇多種文件類型。

圖2-5File菜單圖2-6Import文件支撐類型2.?View菜單View菜單中的相關(guān)命令如圖2-7所示。

圖2-7View菜單(1)?CompactMode(簡單模式)：單擊此命令后，ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)將壓縮為一個(gè)小圖標(biāo)

置于操作系統(tǒng)桌面上，同時(shí)在任務(wù)欄上的圖標(biāo)將消失。如果將鼠標(biāo)移動(dòng)到圖標(biāo)上，ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)將變成圖2-8所示的簡單模式。

圖2-8簡單模式ToolboxCustomization(用戶自定義工具箱)：單擊此命令將在窗口中彈出圖2-9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2-9ToolboxCustomization窗口Files(文件)：單擊此命令會(huì)在ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)下側(cè)彈出圖2-10所示的Files窗口，窗口中顯示了本工程項(xiàng)目中所有的文件及文件路徑等重要信息。

圖2-10Files窗口Properties(屬性)：單擊此命令后再單擊A7欄Results表格，此時(shí)會(huì)在Workbench平臺(tái)右側(cè)彈出圖2-11所示的PropertiesofSchematicA7:Results對(duì)話框，對(duì)話框里面顯示的是A7欄Results中的相關(guān)信息，此處不再贅述。

圖2-11PropertiesofSchematicA7：Results對(duì)話框3.?Tools菜單Tools菜單中的命令如圖2-12所示。

圖2-12Tools菜單LicensePreferences(參考注冊文件)：單擊此命令后，會(huì)彈出圖2-13所示的注冊文件對(duì)話框。

圖2-13注冊文件對(duì)話框Options...(選項(xiàng))：單擊Option命令，彈出圖2-14所示的Options對(duì)話框。圖2-14Options對(duì)話框Options對(duì)話框中主要包括以下選項(xiàng)卡：①ProjectManagement(項(xiàng)目管理)選項(xiàng)卡：在圖2-14所示的選項(xiàng)卡中可以設(shè)置ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)啟動(dòng)的默認(rèn)目錄和臨時(shí)文件的位置、是否啟動(dòng)導(dǎo)讀對(duì)話框及是否加載新聞信息等參數(shù)。②Appearance(外觀)選項(xiàng)卡：在圖2-15所示的外觀選項(xiàng)卡中可對(duì)軟件的背量、文字顏色、幾何圖形的邊等進(jìn)行顏色設(shè)置。圖2-15Appearance選項(xiàng)卡③?RegionalandLanguageOptions(區(qū)域和語言選項(xiàng))選項(xiàng)卡：在圖2-16所示的選項(xiàng)卡中可以設(shè)置ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)的語言，其中包括德語、英語、法語及日語共4種。圖2-16RegionalandLanguageOptions選項(xiàng)卡④?GraphicsInteraction(幾何圖形交互)選項(xiàng)卡：在圖2-17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2-17GraphicsInteraction選項(xiàng)卡⑤GeometryImport(幾何導(dǎo)入)選項(xiàng)卡：在圖2-18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基本幾何設(shè)置選項(xiàng)。圖2-18GeometryImport選項(xiàng)卡4.?Units菜單Units菜單如圖2-19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UnitSystems，在彈出的圖2-20所示UnitSystems對(duì)話框中可以設(shè)置用戶喜歡的單位格式。

圖2-19Units菜單圖2-20UnitSystems對(duì)話框5.?Help菜單在Help菜單中，軟件可實(shí)時(shí)地為用戶提供軟件操作及理論上的幫助。6.?ANSYSWorkbench17.0工具欄ANSYSWorkbench17.0的工具欄如圖2-21所示。圖2-21工具欄2.4ANSYSWorkbench17.0工具箱工具箱位于ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)的左側(cè)，圖2-22所示的工具箱中包括AnalysisSystems、ComponentSystems、CustomSystems、DesignExploration和ExternalConnectionSystems這5類分析模塊。圖2-22工具箱菜單1.?AnalysisSystems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相同分析的類型，如靜力分析包括ANSYS求解器分析和Samcef求解器分析兩種，如圖2-23所示。圖2-23分析系統(tǒng)2.?ComponentSystems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)包括的模塊如圖2-24所示。圖2-24組件系統(tǒng)3.?CustomSystems在圖2-25所示的用戶自定義系統(tǒng)中，除了軟件默認(rèn)的幾個(gè)多物理場耦合分析工具外，ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)還允許用戶自己定義常用的多物理場耦合分析模塊。圖2-25用戶自定義系統(tǒng)4.?DesignExploration(設(shè)計(jì)優(yōu)化)圖2-26所示為設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊，允許用戶使用其中的工具對(duì)零件產(chǎn)品的目標(biāo)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析。圖2-26設(shè)計(jì)優(yōu)化2.5ANSYSWorkbench17.0項(xiàng)目管理區(qū)項(xiàng)目管理區(qū)，是用來進(jìn)行Workbench的分析項(xiàng)目管理的，它通過圖形來體現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)所需要的工作流程。項(xiàng)目通常按照從左到右、從上到下的模式進(jìn)行管理。當(dāng)需要進(jìn)行某一項(xiàng)目的分析時(shí)，通過在Toolbox的相關(guān)項(xiàng)目上雙擊或直接按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到項(xiàng)目管理區(qū)即可生成一個(gè)項(xiàng)目。如圖2-27所示，在Toolbox中選擇StaticStructural后，項(xiàng)目管理區(qū)即可建立StaticStructural分析項(xiàng)目。圖2-27創(chuàng)建分析項(xiàng)目注：項(xiàng)目管理區(qū)可以建立多個(gè)分析項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目均是以字母(A、B、C等)編排的，同時(shí)各項(xiàng)目之間也可建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析，譬如對(duì)同一模型進(jìn)行不同的分析項(xiàng)目，這樣它們即可共用同一模型。另外在項(xiàng)目的設(shè)置項(xiàng)中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中通過選擇TransferDataToNew或TransferDataFromNew，亦可通過轉(zhuǎn)換功能創(chuàng)建新的分析系統(tǒng)，如圖2-28所示。圖2-28轉(zhuǎn)換功能快捷菜單在進(jìn)行項(xiàng)目分析的過程中，項(xiàng)目分析流程會(huì)出現(xiàn)不同的圖標(biāo)來提示操作，各圖標(biāo)的含義如表2-1所示。表2-1分析項(xiàng)目選項(xiàng)中的圖標(biāo)含義圖標(biāo)圖標(biāo)含義

執(zhí)行中斷：上行數(shù)據(jù)丟失，分析無法進(jìn)行

需要注意：可能需要修改本單元或上行單元

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(huì)刷新單元)

需要更新：數(shù)據(jù)改變時(shí)單元的輸出也要相應(yīng)地更新

更新完成：數(shù)據(jù)已經(jīng)更新，將進(jìn)行下一單元的操作

輸入變動(dòng)：單元是局部最新的，但上行數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)也可能導(dǎo)致其發(fā)生改變2.6Workbench項(xiàng)目管理1.復(fù)制及刪除項(xiàng)目將鼠標(biāo)移動(dòng)到相關(guān)項(xiàng)目的第1欄(A1)，單擊鼠標(biāo)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(xiàng)目，如圖2-30所示。例如B項(xiàng)目就是由A項(xiàng)目復(fù)制而來的，如圖2-31所示。將鼠標(biāo)移動(dòng)到項(xiàng)目的第1欄(A1)，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Delete(刪除)命令，即可將項(xiàng)目刪除。圖2-30項(xiàng)目快捷菜單圖2-31復(fù)制項(xiàng)目2.關(guān)聯(lián)項(xiàng)目在ANSYSWorkbench17.0中進(jìn)行項(xiàng)目分析時(shí)，需要對(duì)同一模型進(jìn)行不同的分析，尤其是在進(jìn)行耦合分析時(shí)，項(xiàng)目的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行交叉操作。為避免重復(fù)操作，Workbench提供了關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的協(xié)同操作方法，創(chuàng)建關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的方法如下：在工具箱中按住鼠標(biāo)左鍵，拖曳分析項(xiàng)目到項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建項(xiàng)目B，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到項(xiàng)目A的相關(guān)項(xiàng)時(shí)，數(shù)據(jù)可共享的項(xiàng)將以紅色高亮顯示，如圖2-32所示，在高亮處松開鼠標(biāo)，此時(shí)即可創(chuàng)建關(guān)聯(lián)項(xiàng)目。如圖2-33所示為新創(chuàng)建的關(guān)聯(lián)項(xiàng)目B，此時(shí)相關(guān)聯(lián)的項(xiàng)呈現(xiàn)暗色。圖2-32高亮顯示圖2-33創(chuàng)建關(guān)聯(lián)項(xiàng)目2.7Workbench文件管理Workbench通過創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)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(jìn)行人工修改，必須通過Workbench進(jìn)行自動(dòng)管理。當(dāng)創(chuàng)建并保存文件后，便會(huì)生成相應(yīng)的項(xiàng)目文件(.wbpj)以及項(xiàng)目文件目錄，項(xiàng)目文件目錄中會(huì)生成眾多子目錄，例如保存文件名為gangguan_mesh_files，生成的文件為FirstFile.wbpj，文件目錄為gangguan_mesh_files。ANSYSWorkbench17.0的文件目錄結(jié)構(gòu)如圖2-34所示。圖2-34文件目錄結(jié)構(gòu)3.1工程項(xiàng)目創(chuàng)建 3.2模型建立 3.3網(wǎng)格劃分 3.4加載并求解 3.5后處理 3.6Workbench案例 3.1工程項(xiàng)目創(chuàng)建ANSYSWorkbench17.0項(xiàng)目的窗口和項(xiàng)目管理方法都已在第2章中介紹，本節(jié)用一個(gè)實(shí)例進(jìn)一步介紹。(1)?啟動(dòng)ANSYSWorkbench17.0后，單擊左側(cè)Toolbox中的AnalysisSystem，將FluidFlow模塊直接拖曳到ProjectSchematic中，如圖3-1所示，此時(shí)會(huì)在ProjectSchematic中生成一個(gè)如同Excel表格一樣的Fluent分析流程圖表。圖3-1創(chuàng)建Fluent分析項(xiàng)目(2)雙擊AnalysisSystem中的StaticStructural(靜態(tài)結(jié)構(gòu))分析模塊，此時(shí)會(huì)在ProjectSchematic中的項(xiàng)目A下面生成項(xiàng)目B，如圖3-2所示。圖3-2創(chuàng)建結(jié)構(gòu)分析項(xiàng)目(3)雙擊ComponentSystem中的SystemCoupling模塊，此時(shí)會(huì)在ProjectSchematic中的項(xiàng)目B下面生成項(xiàng)目C，如圖3-3所示。圖3-3創(chuàng)建SystemCoupling模塊(4)創(chuàng)建好3個(gè)項(xiàng)目后，單擊A2欄Geometry不放，直接拖曳到B3欄Geometry中，如圖3-4所示。圖3-4數(shù)據(jù)共享5)同樣操作，將B5欄Setup拖曳到C2欄Setup中，將A4欄Setup拖曳到C2欄Setup中，操作完成后項(xiàng)目的連接形式如圖3-5所示。此時(shí)在項(xiàng)目A和項(xiàng)目B的Solution表中的圖標(biāo)變成了

，即實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)傳遞。圖3-5工程數(shù)據(jù)傳遞(6)在ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)的ProjectSchematic中右擊，在彈出的圖3-6所示快捷菜單中選擇AddtoCustom。圖3-6快捷菜單(7)在彈出的圖3-7所示AddProjectTemplate對(duì)話框中輸入名字為FLUENT<>StaticStructural并單擊OK按鈕。圖3-7添加工程模板對(duì)話框(8)完成用戶自定義的分析模板添加后，單擊ANSYSWorkbench17.0左側(cè)Toolbox下面的CustomSystem，如圖3-8所示，剛才定義的分析模板已被成功添加到其中。圖3-8用戶自定義的工程項(xiàng)目3.2模型建立在有限元分析之前，最重要的工作就是幾何建模，幾何建模的好壞直接影響到計(jì)算結(jié)果的正確性。一般在整個(gè)有限元分析的過程中，幾何建模的工作占據(jù)了非常多的時(shí)間，同時(shí)也是非常重要的過程。本節(jié)簡要講述ANSYSWorkbench17.0自帶的幾何建模工具——DesignModeler。ANSYS公司在收購3D建模軟件的廠商SpaceClaim公司后，其幾何建模功能有了大幅的提高，ANSYSWorkbench17.0下的DesignModeler界面如圖3-9所示。圖3-9DesignModeler界面3.3網(wǎng)格劃分幾何建模完成后，接下來就是對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。Workbench平臺(tái)對(duì)幾何進(jìn)行劃分的平臺(tái)有兩個(gè)：一個(gè)是集成在Workbench平臺(tái)上的高度自動(dòng)化網(wǎng)格劃分工具——Meshing網(wǎng)格剖分平臺(tái)；另一個(gè)是高級(jí)專業(yè)幾何網(wǎng)格劃分工具——ICEMCFD網(wǎng)格剖分工具。Meshing幾何網(wǎng)格劃分界面如圖3-10所示。圖3-10Meshing幾何網(wǎng)格劃分界面網(wǎng)格劃分的目的是對(duì)CFD和FEA模型實(shí)現(xiàn)離散化，并用適當(dāng)數(shù)量的網(wǎng)格單元得到最精確的解。Meshing幾何網(wǎng)格劃分平臺(tái)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。(1)參數(shù)化：可以利用參數(shù)來驅(qū)動(dòng)網(wǎng)格劃分；(2)穩(wěn)定性：模型通過系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行更新；(3)高度自動(dòng)化：僅需要有限的輸入信息即可完成基本的分析類型；(4)靈活性：能夠?qū)Y(jié)果網(wǎng)格添加控制和影響(完全控制建模/分析)；(5)物理相關(guān)：根據(jù)物理環(huán)境的不同，系統(tǒng)自動(dòng)建模和分析的物理系統(tǒng)；(6)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)：適用用戶程序的開放系統(tǒng)；(7)能識(shí)取CADNeutral、MeshingNeutral、SolverNeutral等格式的文件。Meshing幾何網(wǎng)格剖分平臺(tái)可以在任何類型的分析中使用，其中包括：(1)?FEA仿真，其中包括：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、顯示動(dòng)力學(xué)分析(包括AUTODYN及ANSYSLSDYNA)和電磁分析。(2)?CFD分析，其中包括：ANSYSCFX和ANSYSFluent。3.4加?載?并?求?解有限元分析的主要目的是檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)一定載荷條件的響應(yīng)。因此，在分析中指定合適的載荷條件是關(guān)鍵的一步。在ANSYSWorkbench17.0綜合平臺(tái)下，Mechanical模塊可以對(duì)模型施加載荷和約束。圖3-11Mechanical界面載荷和約束是ANSYSWorkbench17.0中Mechanical求解計(jì)算的邊界條件，它們是以所選單元的自由度的形式定義的。在Mechanical中提供了以下4種類型的約束載荷。(1)慣性載荷：專指施加在定義好的質(zhì)量點(diǎn)上的力(PointMasses)，慣性載荷施加在整個(gè)模型上，進(jìn)行慣性計(jì)算時(shí)必須輸入材料的密度。(2)結(jié)構(gòu)載荷：施加在系統(tǒng)零部件上的力或力矩。(3)結(jié)構(gòu)約束：限制部件在某一特定區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的約束，也就是限制部件的一個(gè)或多個(gè)自由度。(4)熱載荷：施加熱載荷時(shí)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫度場，使模型中發(fā)生熱膨脹或熱傳導(dǎo)，進(jìn)而在模型中進(jìn)行熱擴(kuò)散。所有的設(shè)置完成之后就是對(duì)模型進(jìn)行求解，在Mechanical中有兩種求解器：直接求解器與迭代求解器。通常情況下，求解器是自動(dòng)選取的，當(dāng)然也可以預(yù)先設(shè)定求解器。3.5后處理Workbench平臺(tái)的后處理包括：查看結(jié)果、顯示結(jié)果(ScopeResults)、輸出結(jié)果、坐標(biāo)系和方向解、結(jié)果組合(SolutionCombinations)、應(yīng)力奇異(StressSingularities)、誤差估計(jì)、收斂狀況等內(nèi)容。ANSYSWorkbench17.0平臺(tái)下，Mechanical對(duì)模型加載求解完成后就可查看結(jié)果，如圖3-12所示為模型應(yīng)力、應(yīng)變情況。圖3-12后處理結(jié)果4.1認(rèn)識(shí)DesignModeler4.1.1進(jìn)入DesignModeler 4.1.2DesignModeler的操作界面 4.1.3菜單欄介紹 4.1.4工具欄 4.1.5DesignModeler的鼠標(biāo)操作 4.2DesignModeler草繪模式 4.3創(chuàng)建3D幾何體 4.4導(dǎo)入外部CAD文件 4.5概念建模 4.6創(chuàng)建幾何體案例 4.1認(rèn)識(shí)DesignModeler4.1.1進(jìn)入DesignModeler在ANSYSWorkbench17.0主界面的項(xiàng)目管理區(qū)中雙擊Geometry，即可進(jìn)入DesignModeler，初次進(jìn)入后會(huì)彈出如圖4-1所示的DesignModeler操作界面。圖4-1DesignModeler操作界面在菜單欄中選擇Units，再選擇相應(yīng)的單位制，如圖4-2所示，通常情況下，根據(jù)繪圖需要選擇Millimeter。圖4-2選擇單位制4.1.2DesignModeler的操作界面如圖4-3所示為DesignModeler的典型操作界面，實(shí)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。DesignModeler操作界面包括菜單欄、工具欄、設(shè)計(jì)樹、圖形窗口、模式標(biāo)簽、參數(shù)列表等內(nèi)容。圖4-3DesignModeler操作界面其中設(shè)計(jì)樹提供了用戶在設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)步驟，保留了設(shè)計(jì)思路，可方便用戶的查閱與修改。參數(shù)列表提供的是建模時(shí)所用到的相關(guān)參數(shù)，通過相關(guān)參數(shù)的修改可以對(duì)模型進(jìn)行控制。模式標(biāo)簽用來進(jìn)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(jìn)行的。參數(shù)列表中顯示的是繪圖命令的詳細(xì)信息，通過參數(shù)列表可以定義相應(yīng)的尺寸值等內(nèi)容。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。4.1.3菜單欄介紹如同其他CAD軟件，DesignModeler的主要功能均集中在各項(xiàng)主菜單中，包括File、Create、Tools等內(nèi)容。1.?File菜單如圖4-4所示。圖4-4File菜單ImportExternalGeometryFile：單擊此命令，在彈出的圖4-5所示的對(duì)話框可以選擇所要讀取的文件名，此外，DesignModeler平臺(tái)支持的所有外部文件格式在“打開”對(duì)話框中的文件類型中被列出。圖4-5打開文件對(duì)話框2.?Create(創(chuàng)建)菜單如圖4-6所示，Create菜單中包含對(duì)實(shí)體操作的一系列命令，包括實(shí)體拉伸、倒角、放樣等操作，下面對(duì)Create菜單中的實(shí)體操作命令進(jìn)行簡單介紹。圖4-6Create菜單(1)?NewPlane(創(chuàng)建新平面)：單擊此命令后，會(huì)在DetailsView窗口中出現(xiàn)如圖4-7所示的平面類型設(shè)置面板，在DetailsofPlane12下的Type中顯示了6種設(shè)置新平面的類型。圖4-7平面類型(2)?Extrude(拉伸)：如圖4-8所示，本命令可以將二維的平面圖形拉伸成三維的立體圖形，即對(duì)已經(jīng)草繪完成的二維平面圖形沿著二維圖形所在平面的法線方向進(jìn)行拉伸操作。圖4-8拉伸設(shè)置面板(3)?Revolve(旋轉(zhuǎn))：單擊此命令后，出現(xiàn)圖4-9所示的旋轉(zhuǎn)設(shè)置面板。下面介紹幾種常見選項(xiàng)。圖4-9旋轉(zhuǎn)設(shè)置面板(4)?Sweep(掃掠)：單擊此命令后，彈出圖4-10所示的掃掠操作面板。下面介紹幾種常用選項(xiàng)。圖4-10掃掠設(shè)置面板(5)?Skin/Loft：單擊此命令后，彈出圖4-11所示的蒙皮/放樣操作面板。在ProfileSelectionMethod欄中可以用SelectAllProfiles或者SelectIndividualProfiles兩種方式選擇二維幾何圖形，選擇完成后，會(huì)在Profiles下面出現(xiàn)所選擇的所有輪廓幾何圖形名稱。圖4-11放樣操作設(shè)置面板(6)?Thin/Surface：單擊此命令后，彈出圖4-12所示的抽殼操作設(shè)置面板。圖4-12抽殼操作設(shè)置面板(7)?FixedRadiusBlend：單擊此命令后，彈出圖4-13所示的倒圓角設(shè)置面板。圖4-13確定半徑倒圓角設(shè)置面板(8)?VariableRadiusBlend：單擊此命令后，彈出圖4-14