Ansys-Workbench详解教程全解.ppt

2020 3 24 1 ANSYSWorkbench12 0基础培训讲义 内部共享 2020 3 24 2 主要内容 一 有限元基本概念基本操作二 AnsysWorkbench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 本次培训不涉及非线性问题 所讲内容主要针对三维实体单元 2020 3 24 3 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 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 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 约束 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 有限元法的基本思想 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 2020 3 24 9 ANSYSWorkbench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 2020 3 24 10 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 2020 3 24 11 操作界面介绍 2020 3 24 12 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 SelectAll 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 2020 3 24 13 工具条 常用工具条图形工具条 2020 3 24 14 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 2020 3 24 15 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 2020 3 24 16 图形窗口 模型和结果都将显示在这个区域中 包括 GeometryWorksheetPrintPreviewReportPreview几个可以互相切换的窗口 2020 3 24 17 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 2020 3 24 18 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 2020 3 24 19 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File New命令 2 打开文档 选择File Open命令 3 保存文档 选择File Save或SaveAs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 2020 3 24 20 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ShadeExteriorandEdges 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 2020 3 24 21 视图显示 2 结构树ExpandAll 展开结构树CollapseEnvironments 折叠结构树CollapseModels 折叠结构树中的Models项3 工具条NamedSelections 命名工具条UnitConversion 单位转换工具4 操作界面Messages Messages信息窗口SimulationWizard 向导GraphicsAnnotations 注释SectionPlanes 截面信息窗口ResetLayout 重新安排界面 2020 3 24 22 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SingleSelect 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BoxSelect 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 2020 3 24 23 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GoTo HiddenBodiesinTree 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 2020 3 24 24 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 2020 3 24 25 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 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 2020 3 24 27 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 StaticAnalysis 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 2020 3 24 28 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 replaceGeometry 2020 3 24 29 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 2020 3 24 30 2定义材料属性 1 双击ComponentSystems中的EngineeringData 2 右击EngineeringData edit3 选择view中outline properties 把GeneralMaterials等中的材料添加到EngineeringData中 修改Density密度 Young smodulus杨氏模量 Poisson sRatio泊松比 热膨胀系数等参数 4 点击ReturntoProject5 右击Model Update6 右击Model edit7 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StructuralSteel 2020 3 24 31 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 2020 3 24 32 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 2020 3 24 33 网格控制 整体网格 Relevance 100 100 RelevanceCenter coarse fine 局部细化 支撑处 载荷施加位置 应力变化较大的地方 2020 3 24 34 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MappedFaceMeshing 映射网格 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 2020 3 24 36 4选择分析类型 静力学分析 StaticAnalysis 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 2020 3 24 37 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 InitialCondition 设置中指明结构预应力值来自前期静力分析结果 2020 3 24 38 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 2020 3 24 39 设置边界条件 1 类型选中结构树中的StaticStructural 单击鼠标右键选取Insert 弹出各种载荷和约束 2020 3 24 40 设置边界条件 2 载荷操作 1 添加载荷项 选中结构树中的StaticStructural 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 2020 3 24 41 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DefineBy 载荷施加的方式分量方式 Components 矢量方式 Vector Components方式CoordinateSystem 选取坐标系X Y ZComponent X Y Z方向载荷大小 2020 3 24 42 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Apply 3 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 2020 3 24 43 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 2020 3 24 44 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 2020 3 24 45 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 RemoteForce 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 2020 3 24 46 载荷 Loads 和约束 轴承载荷 BearingLoad 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 2020 3 24 47 载荷和约束 Supports 固定约束 FixedSupport 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 2020 3 24 48 载荷和约束 Supports 无摩擦约束 FrictionlessSupport 在面上施加法向约束 切向自由圆柱面约束 CylindricalSupport 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 2020 3 24 49 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 TotalDeformed 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 多种模型分析比较 如StaticStructural静力分析 右击StaticStructural 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 2020 3 24 50 2020 3 24 51 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 2020 3 24 52 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 2020 3 24 53 后处理 在 SlicePlane 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 2020 3 24 54 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 2020 3 24 55 后处理 Edges按钮 2020 3 24 56 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 ExportVideoFile能将动画保存为AVI格式 2020 3 24 57 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