材料成形过程模拟仿真ppt课件.ppt

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1、塑性加工过程数值模拟上机实验材料模拟仿真实验室贠冰.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10主要内容主要内容n数值模拟的有限元法简介数值模拟的有限元法简介n实验室简介实验室简介n上机实验软件上机实验软件Ansys简介简介n上机实验内容及操作步骤上机实验内容及操作步骤n上机分组上机分组塑性加工过程的有限元法.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10成型过程数值分析方法的功能成型过程数值分析方法的功能n在未变形体（毛坯）与变形体（产品）之间建立运动在未变形体（毛坯）与变形

2、体（产品）之间建立运动学关系，预测塑性成形过程中材料的流动规律，包括学关系，预测塑性成形过程中材料的流动规律，包括应力场、应变场的变化、温度场变化及热传导等。应力场、应变场的变化、温度场变化及热传导等。n计算材料的成形极限，即保证材料在塑性变形过程中计算材料的成形极限，即保证材料在塑性变形过程中不产生任何表面及内部缺陷的最大变形量可能性。不产生任何表面及内部缺陷的最大变形量可能性。n预测塑性成形过程顺利进行所需的成形力及能量，为预测塑性成形过程顺利进行所需的成形力及能量，为正确选择加工设备和进行模具设计提供依据。正确选择加工设备和进行模具设计提供依据。Laboratory of Materia

3、ls Numerical Simulation 2008/10塑性成型过程数值模拟的必要性塑性成型过程数值模拟的必要性n现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计方面提出了更高的要求计方面提出了更高的要求。n若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当，若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当，则会在成型过程中产生缺陷，造成大量的次品和废品，则会在成型过程中产生缺陷，造成大量的次品和废品，增加了模具的设计制造时间和费用。增加了模具的设计制造时间和费用。n传统工艺分析和模具设计，主要依靠工程类比和设计经传统工艺分析和模具设计，主要依

4、靠工程类比和设计经验，反复试验修改，调整工艺参数以消除成形过程中的验，反复试验修改，调整工艺参数以消除成形过程中的失稳起皱、充填不满、局部破裂等产品缺陷，生产成本失稳起皱、充填不满、局部破裂等产品缺陷，生产成本高，效率低。高，效率低。n 随着计算机技术及材料加工过程数值分析技术的快速随着计算机技术及材料加工过程数值分析技术的快速发展，可以在计算机上模拟材料成型的整个过程，分析发展，可以在计算机上模拟材料成型的整个过程，分析各工艺参数对成型的影响，优化设计。各工艺参数对成型的影响，优化设计。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10塑

5、性成形的数值模拟方法塑性成形的数值模拟方法 n上限法（上限法（Upper Bound Method）用于分析较为简单的准稳态变形问题；用于分析较为简单的准稳态变形问题；n边界元法边界元法(Boundary Element Method)用于模具设计分析和温度计算用于模具设计分析和温度计算；n有限元法（有限元法（Finite Element Method）用于大变形的体积成形和板料成形，变形过程常呈用于大变形的体积成形和板料成形，变形过程常呈现非稳态，材料的几何形状、边界、材料的性质等现非稳态，材料的几何形状、边界、材料的性质等都会发生很大的变化。都会发生很大的变化。Laboratory of

6、Materials Numerical Simulation 2008/10有限元法的基本原理有限元法的基本原理n将具有无限个自由度的连续体看成只具有有限个自由将具有无限个自由度的连续体看成只具有有限个自由度的单元集合体。度的单元集合体。n单元之间只在指定节点处相互铰接，并在节点处引入单元之间只在指定节点处相互铰接，并在节点处引入等效相互作用以代替单元之间的实际相互作用。等效相互作用以代替单元之间的实际相互作用。n对每个单元选择一个函数来近似描述其物理量，并依对每个单元选择一个函数来近似描述其物理量，并依据一定的原理建立各物理量之间的关系。据一定的原理建立各物理量之间的关系。n最后将各个单元建

7、立起来的关系式加以集成，就可得最后将各个单元建立起来的关系式加以集成，就可得到一个与有限个离散点相关的总体方程，由此求得各到一个与有限个离散点相关的总体方程，由此求得各个离散点上的未知量，得到整个问题的解。个离散点上的未知量，得到整个问题的解。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10有限元法的基本原理（二）有限元法的基本原理（二）n它对问题的性质、物体的形状和材料的性质几乎没有它对问题的性质、物体的形状和材料的性质几乎没有特殊的要求，只要能构成与有限个离散点相关的总体特殊的要求，只要能构成与有限个离散点相关的总体方程就可以按照有限

8、元的方法求解。方程就可以按照有限元的方法求解。n有限元法能考虑多种外界因素对变形的影响，如温度、有限元法能考虑多种外界因素对变形的影响，如温度、摩擦、工具形状、材料性质不均匀等。除边界条件和摩擦、工具形状、材料性质不均匀等。除边界条件和材料的热力学模型外，有限元的求解精度从理论上看材料的热力学模型外，有限元的求解精度从理论上看一般只取决于有限元网格的疏密。一般只取决于有限元网格的疏密。n利用有限元进行数值分析可以获得成形过程多方面的利用有限元进行数值分析可以获得成形过程多方面的信息，如成形力、应力分布、应变分布、变形速率、信息，如成形力、应力分布、应变分布、变形速率、温度分布和金属的流动方向等

9、。温度分布和金属的流动方向等。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10有限元法的优点有限元法的优点n由于单元形状具有多样性，使用有限元法处理任何材料模型，任意的边由于单元形状具有多样性，使用有限元法处理任何材料模型，任意的边界条件，任意的结构形状，在原则上一般不会发生困难。材料的塑性加界条件，任意的结构形状，在原则上一般不会发生困难。材料的塑性加工过程，基本上可以利用有限元法进行分析，而其它的数值方法往往会工过程，基本上可以利用有限元法进行分析，而其它的数值方法往往会受到一些限制。受到一些限制。n能够提供塑性成形过程中变形的详细信

10、息（应力应变场、速度场、温度能够提供塑性成形过程中变形的详细信息（应力应变场、速度场、温度场、网格畸变等），为优化成形工艺参数及模具结构设计提供详细而可场、网格畸变等），为优化成形工艺参数及模具结构设计提供详细而可靠的依据。靠的依据。n虽然有限元法的计算精度与所选择的单元种类，单元的大小等有关，但虽然有限元法的计算精度与所选择的单元种类，单元的大小等有关，但随着计算机技术的发展，有限元法将提供高精度的技术结果。随着计算机技术的发展，有限元法将提供高精度的技术结果。n用有限元法编制的计算机程序通用性强，可以用于求解大量复杂的问题，用有限元法编制的计算机程序通用性强，可以用于求解大量复杂的问题，只

11、需修改少量的输入数据即可。只需修改少量的输入数据即可。n由于计算过程完全计算机化，既可以减少一定的试验工作，又可直接与由于计算过程完全计算机化，既可以减少一定的试验工作，又可直接与CAD/CAM实现集成，使模具设计过程自动化。实现集成，使模具设计过程自动化。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10模拟塑性加工过程的有限元法模拟塑性加工过程的有限元法n弹塑性有限元法弹塑性有限元法 n刚塑性有限元法刚塑性有限元法 n刚粘塑性有限元法刚粘塑性有限元法 同时考虑弹性变形和塑性变形，对同时考虑弹性变形和塑性变形，对于小塑性变形所求的未知量是

12、单元于小塑性变形所求的未知量是单元节点位移，适用于结构失稳，屈服节点位移，适用于结构失稳，屈服等问题。对于大塑性变形，采用增等问题。对于大塑性变形，采用增量法分析。既可以分析加载过程，量法分析。既可以分析加载过程，又可以分析卸载过程，计算残余应又可以分析卸载过程，计算残余应力应变及回弹、以及模具和工件之力应变及回弹、以及模具和工件之间的相互作用。可以处理几何非线间的相互作用。可以处理几何非线性和非稳态问题，其缺点是所取是性和非稳态问题，其缺点是所取是的步长不能太大，计算工作量繁重。的步长不能太大，计算工作量繁重。过去弹塑性有限元法主要适用于分过去弹塑性有限元法主要适用于分析板料成形、弯曲等工序

13、。析板料成形、弯曲等工序。对于大多数体积成形问题，弹性变对于大多数体积成形问题，弹性变形量较小，可以忽略，即可将材料形量较小，可以忽略，即可将材料视为刚塑性体。这种方法不需要用视为刚塑性体。这种方法不需要用应力应变增量进行求解，计算时增应力应变增量进行求解，计算时增量步进可取得大一些，但对于每次量步进可取得大一些，但对于每次增量变形来说，材料仍处于小变形增量变形来说，材料仍处于小变形状态，下一步计算是在材料以前的状态，下一步计算是在材料以前的累加变形几何形状和硬化特性基础累加变形几何形状和硬化特性基础之上进行的，因此，可以用小变形之上进行的，因此，可以用小变形的计算方法来处理大变形问题，并的计

14、算方法来处理大变形问题，并且计算模型较简单。刚塑性有限元且计算模型较简单。刚塑性有限元法常用于一些金属的冷加工问题。法常用于一些金属的冷加工问题。热加工（再结晶温度以上）应变热加工（再结晶温度以上）应变硬化效应不显著，材料对变形速硬化效应不显著，材料对变形速度具有较大的敏感性，因此，在度具有较大的敏感性，因此，在研究热加工问题时要采用粘塑性研究热加工问题时要采用粘塑性本构关系。把热加工时金属视为本构关系。把热加工时金属视为非牛顿不可压缩流体，建立了相非牛顿不可压缩流体，建立了相应的有限元列式，可以进行稳态应的有限元列式，可以进行稳态流动的热力耦合计算，刚粘塑性流动的热力耦合计算，刚粘塑性有限元

15、法常用来分析拉拔、挤压、有限元法常用来分析拉拔、挤压、轧制等工艺过程轧制等工艺过程。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10著名有限元分析软件著名有限元分析软件nABAQUS：大型有限元软件：大型有限元软件,广泛模拟性能广泛模拟性能,杰出的非线性分析杰出的非线性分析能力能力nALGOR：大型通用有限元分析、机械动力仿真软件：大型通用有限元分析、机械动力仿真软件nADINA：大型通用有限元分析：大型通用有限元分析nHyperWorks：世界领先、功能强大的：世界领先、功能强大的CAE应用软件包应用软件包nCOMSOL Multiph

16、ysics(原原FEMLAB)：功能强大的专业多物：功能强大的专业多物理场耦合理场耦合CAE分析软件分析软件nDeformnMSC系列：系列：Nastran、ADAMS、Marc、Autoforge等等nAnsys材料加工模拟实材料加工模拟实验室简介验室简介.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10材料模拟仿真实验室材料模拟仿真实验室n地点地点:创业楼创业楼314（材料学院实验测试中心）（材料学院实验测试中心）n“211工程工程”实验室实验室n实验室由一台惠普小型机服务器、两台实验室由一台惠普小型机服务器、两台IBM工工作站及作站

17、及36台台PC机构成局域网。机构成局域网。n大型软件：大型软件：Marc、Ansys、Patran、Autoforge、Mvision、Thermal-calcLaboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10MSC.MarcnMarc是功能齐全的高级非线性有限元是功能齐全的高级非线性有限元求解器，提供了丰富的单元库，多种求解器，提供了丰富的单元库，多种复杂特性的材料模型，可以进行复杂复杂特性的材料模型，可以进行复杂边界条件下的结构、温度场、电场、边界条件下的结构、温度场、电场、磁场分析，还可以进行流磁场分析，还可以进行流-热热-固、土壤固

18、、土壤渗流、声渗流、声-结构、电结构、电-磁、电磁、电-热以及热热以及热-结构等多场耦合模拟；结构等多场耦合模拟；Marc支持多支持多CPU分析和大规模并行处理，提供了分析和大规模并行处理，提供了开放式用户环境，各种子程序接口使开放式用户环境，各种子程序接口使用户能方便地访问并修改程序设置，用户能方便地访问并修改程序设置，极大地扩展了极大地扩展了Marc的分析能力。的分析能力。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10MSC.Marc/MentatMentat是非线性有限元分是非线性有限元分析的前后处理图形交互界面，析的前后处理图形

19、交互界面，具有一流实体造型功能，全具有一流实体造型功能，全自动网格划分和建模能力，自动网格划分和建模能力，可以直观灵活地定义多种材可以直观灵活地定义多种材料模型和边界条件，控制分料模型和边界条件，控制分析过程、递交分析、自动检析过程、递交分析、自动检查模型的完整性，实时监控查模型的完整性，实时监控分析，可视化处理计算结果，分析，可视化处理计算结果，并可直接访问常用的并可直接访问常用的CAD/CAE系统。系统。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10MSC.Patrann开放的工程分析框架结构开放的工程分析框架结构n图形用户界面方便

20、易用图形用户界面方便易用nCAD模型直接访问和几何建模模型直接访问和几何建模n智能化模型处理：可把几何模型上的智能化模型处理：可把几何模型上的载荷、边界条件、材料及单元特性转载荷、边界条件、材料及单元特性转化为有限元信息。化为有限元信息。n自动有限元建模自动有限元建模n完全的分析集成：将多种分析软件技完全的分析集成：将多种分析软件技术集成到术集成到Patran一个公共环境中，共一个公共环境中，共用一个模型。用一个模型。n数据库不同平台相互兼容数据库不同平台相互兼容n用户化技术：在用户化技术：在Patran的框架系统中的框架系统中直接嵌入自行开发的应用程序和功能直接嵌入自行开发的应用程序和功能n

21、结果可视化处理结果可视化处理n开放的软件开发环境开放的软件开发环境:全功能的编程语全功能的编程语言言PCLLaboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10AnsysnAnsys软件是集结构、热、流软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，可通用有限元商用分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、油化工、航空航天、机械制造、能源、电子、造船、汽车交通、能源、电子、造船、汽车交通、国防工业、土木工程、生物医国防工业、土木工程、生物医学、轻工

22、、地矿、水利、日用学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。家电等一般工业及科学研究。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10Thermo-calcnThermo-calc是世界上最好的是世界上最好的多元相图计算软件。多元相图计算软件。nThermo-calc基于热力学的基基于热力学的基本原理，对于各种合金的平衡本原理，对于各种合金的平衡相图、各种温度下相的种类及相图、各种温度下相的种类及相对量均可进行定量分析计算。相对量均可进行定量分析计算。nThermo-cal的热力学数据库涵的热力学数据库涵盖了广泛的材料系列，而且

23、数盖了广泛的材料系列，而且数据准确可靠。据准确可靠。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10DictranDictra主要用来模拟多主要用来模拟多元系统中扩散控制的相元系统中扩散控制的相变。变。n可以计算扩散方程、热可以计算扩散方程、热动力学平衡方程、流量动力学平衡方程、流量平衡方程及相界面的移平衡方程及相界面的移动等。动等。DICTRA的基本结构Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10MSC.MvisionnMSC.Mvision 是一个全面商品化的材料数据信息系统

24、，包括大是一个全面商品化的材料数据信息系统，包括大量应用于航空航天和汽车行业的量应用于航空航天和汽车行业的 材料数据，可以为用户提供最材料数据，可以为用户提供最丰富、最广泛的材料数据信息，如材料的构成图象丰富、最广泛的材料数据信息，如材料的构成图象(含金相含金相)，材料的成分含量，材料的各种特性数据，材料数据的测试环境材料的成分含量，材料的各种特性数据，材料数据的测试环境信息，生产厂家及材料出厂牌号数据等，并可将材料特性作为信息，生产厂家及材料出厂牌号数据等，并可将材料特性作为设计变量用于设计、分析阶段的整个过程。设计变量用于设计、分析阶段的整个过程。Mvision的材料构的材料构造器和评估器

25、可帮助用户建立和评估自己的材料数据信息系统。造器和评估器可帮助用户建立和评估自己的材料数据信息系统。模拟软件模拟软件ANSYS简介简介.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10简介内容简介内容nANSYS公司公司nANSYS的技术特点的技术特点nANSYS的产品家族的产品家族nANSYS功能概览功能概览nANSYS其他分析实例其他分析实例nANSYS的模块及其功能的模块及其功能nANSYS的基本操作的基本操作Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS简介简介n

26、Ansys公司是由美国公司是由美国著名力学专家，匹兹著名力学专家，匹兹堡大学力学系教授堡大学力学系教授John Swanson博士博士于于1970年创建发展起年创建发展起来的，是世界来的，是世界CAE行行业最大的公司。业最大的公司。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS的技术特点的技术特点n能实现多场及多场耦合分析能实现多场及多场耦合分析n实现前后处理、分析求解及多场分析统一的数据库。实现前后处理、分析求解及多场分析统一的数据库。n融前后处理与分析求解于一身。融前后处理与分析求解于一身。n强大的非线性分析功能强大的非线

27、性分析功能n快速求解器快速求解器n最早采用并行计算技术最早采用并行计算技术n从从PC、工作站、大型机到巨型机所有硬件平台的全部数据、工作站、大型机到巨型机所有硬件平台的全部数据文件兼容，用户界面统一。文件兼容，用户界面统一。n智能网格划分智能网格划分n可与大多数可与大多数CAD软件集成并有接口软件集成并有接口n多层次多框架的产品系列多层次多框架的产品系列n良好的用户开发环境良好的用户开发环境Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS的产品家族的产品家族ANSYS/ANSYS/FLOTRANFLOTRAN ANSYS/ANS

28、YS/EmagEmag ANSYS/ANSYS/StructuralStructural ANSYS/ANSYS/MultiphysicsMultiphysicsANSYS/ANSYS/LS-DYNALS-DYNA ANSYS/ANSYS/MechanicalMechanical ANSYS/ANSYS/LinearPlusLinearPlus ANSYS/ANSYS/ThermalThermal Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS功能概览功能概览n结构分析结构分析n热分析热分析n电磁分析电磁分析n流体分析流体分析

29、(CFD)n耦合场分析耦合场分析-多物理场多物理场Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS 结构分析结构分析 概览概览结构分析的类型结构分析的类型:n静力分析静力分析-用于静态载荷用于静态载荷.可以考可以考虑结构的线性及非线性行为，例虑结构的线性及非线性行为，例如如:大变形、大应变、应力刚化、大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等接触、塑性、超弹及蠕变等.n模态分析模态分析-计算线性结构的自振计算线性结构的自振频率及振形频率及振形.谱分析谱分析 是模态分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动的扩展，用于计算

30、由于随机振动引起的结构应力和应变引起的结构应力和应变(也叫作也叫作 响应谱或响应谱或 PSD).结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS 结构分析结构分析 概览概览(续续)n谐响应分析谐响应分析-确定线性结构对随时确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应间按正弦曲线变化的载荷的响应.n瞬态动力学分析瞬态动力学分析-确定结构对随时确定结构对随时间任意变化的载荷的响应间任意变化的载荷的响应.可以考可以考虑与静力分析相同

31、的结构非线性行虑与静力分析相同的结构非线性行为为.n特征屈曲分析特征屈曲分析-用于计算线性屈曲用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状载荷并确定屈曲模态形状.(结合瞬结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲态动力学分析可以实现非线性屈曲分析分析.)n专项分析专项分析:断裂分析断裂分析,复合材料分析，复合材料分析，疲劳分析疲劳分析Courtesy:Sikorsky AircraftLaboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS 结构分析结构分析 概览概览(续续)n用于模拟非常大的用于模拟非常大的变形，惯性力占支变形，惯性力占支配地位，

32、并考虑所配地位，并考虑所有的非线性行为有的非线性行为.n它的显式方程求解它的显式方程求解冲击、碰撞、快速冲击、碰撞、快速成型等问题，是目成型等问题，是目前求解这类问题最前求解这类问题最有效的方法有效的方法.ANSYS除了提供标准的隐式动力学分析以外，除了提供标准的隐式动力学分析以外，还提供了显式动力学分析模还提供了显式动力学分析模块块ANSYS/LS-DYNA.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS热分析概览热分析概览n热分析之后往往进行结构分热分析之后往往进行结构分析析,计算由于热膨胀或收缩计算由于热膨胀或收缩不均匀

33、引起的应力不均匀引起的应力.nANSYS功能功能:相变相变(熔化及凝固熔化及凝固),内热源内热源(例如电阻发热等例如电阻发热等)三种热传递方式三种热传递方式(热传导、热热传导、热对流、热辐射对流、热辐射)ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等及热量的获取或损失、热梯度、热通量等.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS电磁分析概览电磁分析概览n磁场分析中考虑的物理磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁

34、力矩、密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等耗及磁通量泄漏等.n磁场可由电流、永磁体、磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生外加磁场等产生.磁场分析磁场分析 用于计算磁场用于计算磁场.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS电磁分析概览电磁分析概览(续续)磁场分析的类型磁场分析的类型:n静磁场分析静磁场分析-计算直流计算直流电（电（DC)或永磁体产生或永磁体产生的磁场的磁场.n交变磁场分析交变磁场分析-计算由计算由于交流电于交流电(AC)产生的磁产生的磁场场.n瞬态磁场分析瞬态磁场分析

35、-计算随计算随时间随机变化的电流或时间随机变化的电流或外界引起的磁场外界引起的磁场.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS电磁分析概览电磁分析概览(续续)n电场分析电场分析 用于计算电阻或电容系统的电场用于计算电阻或电容系统的电场.典型的典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等.n高频电磁场分析高频电磁场分析 用于微波及用于微波及RF无源组件，波导、无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析雷达系统、同轴连接器等分析.Laboratory of Materials Nu

36、merical Simulation 2008/10ANSYS 流体分析流体分析 概览概览流体分析流体分析 用于确定流体的流动及热用于确定流体的流动及热行为行为.流体分析分以下几类流体分析分以下几类:nCFD-ANSYS/FLOTRAN 提供强提供强大的计算流体动力学分析功能，包大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等湍流，以及多组份流等.n声学分析声学分析-考虑流体介质与周围固考虑流体介质与周围固体的相互作用体的相互作用,进行声波传递或水进行声波传递或水下结构的动力学分析等下结构的动力学分析等.n容器内流体容器内流体 分析

37、分析-考虑容器内的考虑容器内的非流动流体的影响非流动流体的影响.可以确定由于可以确定由于晃动引起的静水压力晃动引起的静水压力.n流体动力学耦合流体动力学耦合分析分析-在考虑流体在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元构动力学分析中使用流体耦合单元.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS 耦合场分析耦合场分析概览概览n耦合场分析耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场

38、是不可能得到正个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。的分析软件。例如：例如：在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）构分析）.其他需要耦合场分析的典型情况有：其他需要耦合场分析的典型情况有：n热热应力分析应力分析n流体流体结构相互作用结构相互作用n感应加热（电磁感应加热（电磁热）热）,感应振荡感应振荡两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，

39、图示为加热后的变形后的变形.Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10其他分析实例：整车路谱疲劳分析其他分析实例：整车路谱疲劳分析n基于有限元分析的疲基于有限元分析的疲劳技术实现了：产劳技术实现了：产品设计品设计CAE仿真仿真疲劳设计重设疲劳设计重设计的现代设计研发计的现代设计研发流程流程,使疲劳设计更使疲劳设计更加高效快速和经济加高效快速和经济实用。实用。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10其他分析实例：轮毂疲劳寿命分析其他分析实例：轮毂疲劳寿命分析nFe-saf

40、e/Rotate旋转机械旋转机械疲劳分析模块，利用结构疲劳分析模块，利用结构的循环对称性提高了旋转的循环对称性提高了旋转部件的疲劳分析效率，自部件的疲劳分析效率，自动产生一系列不同旋转角动产生一系列不同旋转角度上的应力结果，计算出度上的应力结果，计算出轮毂疲劳寿命。轮毂疲劳寿命。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10其他分析实例：排气管热疲劳寿命其他分析实例：排气管热疲劳寿命n采用一排气管热分析疲采用一排气管热分析疲劳寿命计算案例，利用劳寿命计算案例，利用FE-SAFE丰富的疲劳丰富的疲劳分析结果功能，可以得分析结果功能，可以得

41、到寿命与损伤、应力安到寿命与损伤、应力安全系数、生存概率等的全系数、生存概率等的数值数值/曲线曲线/柱状图柱状图/3D等等值图等。值图等。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10其他分析实例：直升飞机的螺旋其他分析实例：直升飞机的螺旋桨转动部件的装配分析桨转动部件的装配分析n直升飞机的螺旋桨转直升飞机的螺旋桨转动部件模型共动部件模型共358个个零件，零件，769个装配联个装配联结关系。采用结关系。采用AWB的的自动探测接触功能，自动探测接触功能，可以轻松地实现零件可以轻松地实现零件之间的接触以及装配之间的接触以及装配联结关系。联结

42、关系。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10ANSYS的模块及其功能的模块及其功能n前处理模块前处理模块n求解模块求解模块n后处理模块后处理模块Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10n建立模型建立模型直接建模直接建模实体建模：自顶向下，自底向上实体建模：自顶向下，自底向上输入输入CAD系统中创建的实体模型系统中创建的实体模型输入输入CAD系统中创建的有限元模型系统中创建的有限元模型n网格划分网格划分自由网格划分自由网格划分延伸网格划分延伸网格划分映射网格划分映射网

43、格划分自适应网格划分自适应网格划分ANSYS的前处理模块的前处理模块自底向上建模是指从最低图元向上构自底向上建模是指从最低图元向上构造模型。造模型。自顶向下建模是指定义一个高级图元，自顶向下建模是指定义一个高级图元，程序自动定义面、线及关键点。程序自动定义面、线及关键点。建立实体模型后，可使用布尔运算，建立实体模型后，可使用布尔运算，进行相加、相减、相交、分割、粘接进行相加、相减、相交、分割、粘接和重叠。和重叠。还可以拖拉、延伸、旋转、移动和复还可以拖拉、延伸、旋转、移动和复制实体模型，构造圆弧、切线、自动制实体模型，构造圆弧、切线、自动倒角生成等。倒角生成等。自由网格划分没有单元形状的限制，

44、网自由网格划分没有单元形状的限制，网格不遵循任何模式。格不遵循任何模式。映射网格划分可将几何模型分解成简单映射网格划分可将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成网格。网格控制，生成网格。延伸网格划分可将二维网格延伸成三维。延伸网格划分可将二维网格延伸成三维。自适应网格划分是在生成了具有边界条自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，程序自动生成的有件的实体模型以后，程序自动生成的有限元网格。限元网格。WZWYWXLaboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10n结构静

45、力分析：结构静力分析：n结构动力学分析结构动力学分析n结构非线性分析结构非线性分析n动力学分析动力学分析n热分析热分析n电磁场分析电磁场分析n流体动力学分析流体动力学分析n声场分析声场分析n压电分析压电分析ANSYS的求解模块的求解模块求解外载荷引起的位移、应力和力；适求解外载荷引起的位移、应力和力；适合于求解惯性和阻尼对结构影响不显著合于求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题；的问题；也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析膨胀、大变形、大应变及接触分析求解随时间变化的载荷对结构或部件的求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响；要考虑

46、随时间变化的力载荷及其影响；要考虑随时间变化的力载荷及其对惯性和阻尼的影响；对惯性和阻尼的影响；分析类型有：瞬态动力学分析、模态分分析类型有：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析析、谐波响应分析及随机振动响应分析结构非线性导致结构或部件的响应随外结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。载荷不成比例变化。Ansys可求解静态和瞬态非线性问题，包可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种性三种可以分析大型三维柔体运动。可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使当运动的积累影响起主要作用时

47、，可使用这些功能分析复杂结构在空间的运动用这些功能分析复杂结构在空间的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。应变和变形。可处理热传递的三种基本类型：传导、可处理热传递的三种基本类型：传导、对流、辐射。对流、辐射。还可以模拟材料固化和熔解的相变过程还可以模拟材料固化和熔解的相变过程以及热与结构之间的热以及热与结构之间的热结构耦合过结构耦合过程。程。可分析电感、电容、磁通量密度、涡流、可分析电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等，还可用于螺线管、电路和能量损失等，还可用于螺

48、线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析。分析。流体单元可以进行瞬态或稳态流体动力流体单元可以进行瞬态或稳态流体动力学分析，分析结果能得到每个节点的压学分析，分析结果能得到每个节点的压力和通过每个单元的流率。还可以使用力和通过每个单元的流率。还可以使用三维表面效应单元和热三维表面效应单元和热流管单元模流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。声学功能用来研究在含有流体的介质中声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体声波的传

49、播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。如确定音响话筒的频结构的动态特性。如确定音响话筒的频率响应、音乐大厅的声场强度分布或预率响应、音乐大厅的声场强度分布或预测水对振动船体的阻尼效应。测水对振动船体的阻尼效应。可分析二维或三维结构对可分析二维或三维结构对AC、DC或任或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。意随时间变化的电流或机械载荷的响应。用于换热器、振荡器、谐振器、扬声器用于换热器、振荡器、谐振器、扬声器等部件及其他电子设备的结构动态性能等部件及其他电子设备的结构动态性能分析。分析。Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10

50、n通用后处理模块通用后处理模块n时间历程响应后处理模块时间历程响应后处理模块ANSYS的的后处理模块后处理模块用于查看模型的特定点在某一或所有时间用于查看模型的特定点在某一或所有时间步内的计算结果，可获得结果数据对时间步内的计算结果，可获得结果数据对时间或频率的关系曲线及列表，如时间位移、或频率的关系曲线及列表，如时间位移、应力应变曲线等，还可以进行曲线的代应力应变曲线等，还可以进行曲线的代数运算。数运算。用于查看整个模块或所选取的部分模块用于查看整个模块或所选取的部分模块在某一子步的结果，可用图形显示各种在某一子步的结果，可用图形显示各种应力场、应变场、温度场、变形形状等，应力场、应变场、温