三一重工 ANSYS Workbench 150 有限元分析培训(第二讲).pdf

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1、有限元分析培训 Finite Element Analysis Training 北京市三一重机有限公司研究本北京市三一重机有限公司研究本院院数字化数字化样机所样机所 邵世林邵世林 喻炜喻炜 董董大大鹏鹏 设计 CAD 制造 试验 批量生产 重新设计循环 传统设计过程 概念设计 设计 CAD CAE 制造 试验 批量生产 CAE驱动设计过程 优化循环 划分 有限元网格 施加约束及载荷边界条件 导入或建立几何模型导入或建立几何模型HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、MEDINA、FEMAP等选择分析求解器选择分析求解器Nastran、ABAQUS、ADINA、Ls-Dy

2、na、Marc、ANSYS、Samcef、MADYMO、Radioss等划分有限元网格划分有限元网格施加约束及载荷边界条件施加约束及载荷边界条件设置材料特性及单元特性设置材料特性及单元特性设置分析参数设置分析参数提交分析提交分析结果后处理结果后处理有限元 一般 分析流程 非线性分析 流体分析 ANSYS Samcef Linear Nastran Bulk FEPG （国产）Fluent MSC Marc ADINA Star-CD Star-CCM+XFlow PowerFlow Samcef Mecano 显式分析 LS-DYNA MSC Dytran Radioss Block MADY

3、MO 第二讲 几何与拓扑 自由边表示一条只属于一个曲面的边。共享边表示一条属于或被两个相邻曲面共享的边。重复边是属于三个或多个曲面的。自由边 共享边 重复边（T形边）体表示曲面围成的封闭空间，可以是任何形状。体是三维的对象，可以用来自动划分四面体和六面体网格。流体分析中对应的是域。Geometry（几何要素）Point：点 Curve：曲线 Surface：面 Solid：体 网格 Nodes：节点 Elements：单元 Grid（网格要素）Vertex：点 Edge：边 face：面 Block：块 Line（直线）Bezier（贝塞尔曲线）Cubic Spline（三次样条曲线）：三次样

4、条曲线是很重要的曲线类型，它以多段三次样条曲线逼近用户指定点，各段曲线之间光滑连接。Poly line（多折线）：多折线与三次样条曲线同样要指定两个以上的控制点才能生成 Interpolate（插值曲线）：给出若干个点，插值曲线经过所有给出的点。NURBS（非均匀有理 B 样条曲线）：曲线必须定义点数、曲 线的阶次、N URBS 点的数据、节点、齐次坐标、节点向量等。常见的曲面类型常见的曲面类型 OpenGLOpenGL简介简介 Open Graphics Library 交互式3D图像标准。目前唯一真正具有开放性、平台无关性和厂商公平性的图形工业标准。VertexVertex 定点定点 Fr

5、ame BufferFrame Buffer 帧缓冲区帧缓冲区 Matrix StackMatrix Stack矩阵堆栈矩阵堆栈 PixelPixel 像素像素 颜色模式：3+1 Green Red Blue RGB +AlphaRGB +Alpha 红绿蓝红绿蓝 +透明度透明度 仿射 投影变换 光照计算 纹理计算 反走样 关键控制点 边线用组合直线段模拟 表面用组合平面区域模拟 实体用网格单元填充 几何离散化的实质几何离散化的实质:确定网格节点的空间分布确定网格节点的空间分布 网格节点实质：数值计算插值点 非结构化网格 结构化网格 空间离散化：划分网格 自动化程度高，能应对复杂的几何体 数据

6、结构简单 精度高，计算速度快 网格是对几何模型数据进行离散的一种方式。网格质量直接影响求解精度、求解收敛性和求解速度。划分网格是有限元分析中最耗时间的部分。结构化网格可以用一套固定的方式命名，例如左图中的红色节点可以命名为i5j4，非结构网格的节点则不能用一套固定的法则予以有序的命名。A A 映射法映射法 体映射 AA 保角映射法保角映射法 要求多边形有相同的顶点数。可被映射法替代。应用较少，因为其单元形状和网格深度目前难以控制。B B 偏微分方程法偏微分方程法 1974年，J.F.Thompson 椭圆型方程 控制正交性 网格线光滑 可以处理复杂的边界线 Poisson Laplace Th

7、omas&Middlecoff 基本几何基本几何形状的网格画法形状的网格画法 优化网格质量优化网格质量：少少+饱满饱满 钱币原理 面网格到体网格的几种生成方法面网格到体网格的几种生成方法 ANSYS Workbench 培训 ANSYS WorkbenchANSYS Workbench ANSYS APDLANSYS APDL ANSYS APDL-ANSYS参数化设计语言 ANSYS Parametric Design Language 1997年 ANSYS DesignSpace 2000年 ANSYS Workbench Environment 1协同访真、项目管理 集设计、仿真、优化

8、、网格变形等功能于体，对各种数据进行项目协同管理。2双向的参数传输功能 支持加与眺间的双向参数传翰功能。3高级的袭配部件处理工具 具有复杂装配件接触关系的自动识别触建模功能。4先进的网格处理功能 可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理。5分析功能 支持几乎所有州sYs的有限元分析功能，6.可定制的材料库 自带可定制的工程材料数据库者进行编辑、应用。7易学易用 界面友好，工程应用的整体性、流程性都大大增强。ANSYS Workbench采用的方法(单元类型、求解器、结果处理方式等)与经典ANSYS是一样的，只不过Workbench采用了更加工程化的方式来适应操作者，使即使是没有多长有限元软件应用

9、经历的人也能很快地完成有限元的分析工作。ANSYS Workbench的特点 零件/装配/参数 参数 CAE模型 CAE结果 ANSYS Workbench 工程数值模拟一般过程如下：1、选择工程问题的分析类型，将分析系统加入工程流程图 2、使用分析系统 3、DesignModeler建立几何模型或CAD接口关联几何模型。4、利用提供的工程材料或自定义来分配材料属性。5、施加载荷和边界条件。6、设置需要求解得到的结果。7、计算求解。8、查看评估结果。9、添加关联系统 10、查看参数和设计点 11、生成有限元数值模拟分析报告。主菜单包括：文件操作【File】，窗口显示【View】，工具【Tool

10、s】，单位制【Units】，帮助信息【Help】基本工具条包括：新建文件【New】，打开文件【Open】，保存文件【Save】，另存为文件【Save As】，导入模型【Import】，紧凑视图模式【Compact Mode】ANSYS Workbench的界面 工具箱（Toolbox）包括如下4个子组：Analysis System：可用在示意图中的预定义的模板。Component System：可存取多种程序来建立和扩展分析系统。Custom System：为耦合应用预定义分析系统。用户也可以建立自己的预定义系统。Design Exploration：参数管理和优化工具。ANSYS Work

11、bench的界面 分析类型 说明 Electric(ANSYS)ANSYS电场分析 Explicit Dynamics(ANSYS)ANSYS显式动力学分析 Fluid Flow(CFX)CFX流体分析 Fluid Flow(Fluent)FLUENT流体分析 Hamonic Response(ANSYS)ANSYS谐响应分析 Linear Buckling(ANSYS)ANSYS线性屈曲 Magnetostatic(ANSYS)ANSYS静磁场分析 Modal(ANSYS)ANSYS模态分析 Random Vibration(ANSYS)ANSYS随机振动分析 Response Spectr

12、um(ANSYS)ANSYS响应谱分析 Shape Optimization(ANSYS)ANSYS形状优化分析 Static Structural(ANSYS)ANSYS结构静力分析 Static Structural(SAMCEF)SAMCEF结构静力分析 Steady-State Thermal(ANSYS)ANSYS稳态热分析 Thermal-Electric(ANSYS)ANSYS热电耦合分析 Transient Structural(ANSYS)ANSYS结构瞬态分析 Transient Structural(MBD)MBD 多体结构动力分析 Transient Thermal(A

13、NSYS)ANSYS瞬态热分析 组件类型 说明 AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析 BladeGen 涡轮机械叶片设计工具 CFX CFX高端流体分析工具 Engineering Data 工程数据工具 Explicit Dynamic（LS-DYNA）LS-DYNA 显式动力分析 Finite Element Modeler FEM有限元模型工具 FLUNET FLUNET 流体分析 Geometry 几何建模工具 Mechanical APDL 机械APDL命令 Mechanical Model 机械分析模型 Mesh 网格划分工具 Results 结果后处理工具 Turbo

14、Grid 涡轮叶栅通道网格生成工具 Vista TF 叶片二维性能评估工具 ANSYS Workbench DesignModeler界面 正视图 显示点 模型显示 显示平面 轴测图 下一图面 上一图面 框选放大镜 局部聚焦 窗口缩放 缩放 平移 旋转 扩展选择 选择体 选择面 选择线 选择点 选择方式 选择 恢复窗口布局恢复窗口布局 草绘（草绘（Sketching）工具）工具 推荐切割工具：推荐切割工具：SpaceClaim，SolidWorks 构建平面命令 说明 From Plane 基于另一个已有面创建平面 From Face 利用已有几何体表面创建平面 From Point and Edge 用一点和一条直线的边界定义平面 From Point and Normal 用一点和一条边界方向的法线定义平面 From Three Point 用三点定义平面 From Coordinates 通过键入距离原点的坐标和法线定义平面 平面生成方法 多体零件的装配模型中，零件实体间无接触，1个零件可以有多种材料实体，每个实体独立划分网格但实体间的关联被保留。单体零件的装配模型中，零件实体间接触连接，每一个实体都独立地划分网格，节点不共享。生成多体零件 单体零件与多体零件 ANSYS Workbench中网格划分方法 ANSYS Workbench几何切割原则几何切割原则