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1、第第1313章章 ANSYSANSYS新界面新界面WorkbenchWorkbench环境环境前面几章讲解了如何使用前面几章讲解了如何使用ANSYS传统界面进行问题的传统界面进行问题的建模，求解以及结果分析和显示。本章主要介绍建模，求解以及结果分析和显示。本章主要介绍ANSYS新界新界面面Workbench集成环境的基本情况，如何基于集成环境的基本情况，如何基于ANSYS12.1版版本的本的“项目视图（项目视图（ProjectSchematicView）”功能，将整个仿功能，将整个仿真流程的建立模型，划分网格，求解和查看结果更加紧密的真流程的建立模型，划分网格，求解和查看结果更加紧密的组合在一
2、起，通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场组合在一起，通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场分析流程。分析流程。13.1 ANSYS Workbench13.1 ANSYS Workbench概述概述在工业应用领域中，为了提高产品设计质量、缩短在工业应用领域中，为了提高产品设计质量、缩短周期、节约成本，计算机辅助工程（周期、节约成本，计算机辅助工程（CAE）技术的应用越来）技术的应用越来越广泛，设计人员参与越广泛，设计人员参与CAE分析已经成为必然。这对分析已经成为必然。这对CAE分分析软件的灵活性、易学易用性提出了更高的要求。析软件的灵活性、易学易用性提出了更高的要求。13.1.1 AN
3、SYS Workbench13.1.1 ANSYS Workbench产品设计流程产品设计流程在在ANSYS12.1版本中，版本中，ANSYS对对Workbench构架进行构架进行了重新设计，全新的了重新设计，全新的“项目视图（项目视图（ProjectSchematicView）”功功能改变了用户使用能改变了用户使用Workbench仿真环境（仿真环境（Simulation）的方式。）的方式。在一个类似在一个类似“流程图流程图”的图表中，仿真项目（的图表中，仿真项目（Projects）中的各）中的各种任务以相互连接的图形化方式清晰地表达出来，使用户可以种任务以相互连接的图形化方式清晰地表达出来
4、，使用户可以非常方便的理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态非常方便的理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态等。等。图图ANSYSWorkbench主要产品设计流程主要产品设计流程13.1.2 ANSYS Workbench13.1.2 ANSYS Workbench文件格式文件格式ANSYS12.1Workbench会自动创建所有相关文件，会自动创建所有相关文件，包括一个项目文件和一系列的子目录。用户应允许包括一个项目文件和一系列的子目录。用户应允许Workbench管理这些目录的内容，最好不要手动修改项目目管理这些目录的内容，最好不要手动修改项目目录的内容或结构。否则会引起程序
5、读取出错的问题。录的内容或结构。否则会引起程序读取出错的问题。13.2 ANSYS Workbench13.2 ANSYS Workbench安装和启动配置安装和启动配置在安装经典在安装经典ANSYS的时候，可以选择将的时候，可以选择将ANSYS12.1Workbench同时安装。具体安装过程可以参考第一章同时安装。具体安装过程可以参考第一章ANSYS安装部分的内容。本节主要介绍如何启动和配置安装部分的内容。本节主要介绍如何启动和配置ANSYSWorkbench。13.2.1 ANSYS 12.1 Workbench 13.2.1 ANSYS 12.1 Workbench 启动启动ANSYSW
6、orkbench有两种启动方式：从有两种启动方式：从Windows开开始菜单启动和从始菜单启动和从CAD系统启动。系统启动。1从从Windows开始菜单启动开始菜单启动Workbench2从从CAD系统进入系统进入Workbench（以（以Solidworks为例）为例）13.2.2 ANSYS 12.1 Workbench 13.2.2 ANSYS 12.1 Workbench 配置配置ANSYS12.1Workbench的配置包括在的配置包括在ANSYSWorkbench环境内根据需要可以展开或闭合显示在工具箱的项目，环境内根据需要可以展开或闭合显示在工具箱的项目，选择选择ANSYSWor
7、kbench工作目录、选择操作界面背景颜色、设工作目录、选择操作界面背景颜色、设定单位制等内容。定单位制等内容。1选择选择ANSYSWorkbench模块模块2选择选择ANSYSWorkbench工作目录工作目录3选择操作界面背景颜色选择操作界面背景颜色4选择输入几何体的选项选择输入几何体的选项5设定单位制设定单位制13.2.3 ANSYS 12.1 Workbench13.2.3 ANSYS 12.1 Workbench帮助资源帮助资源ANSYS12.1Workbench在启动时会自动弹出在启动时会自动弹出GettingStarted窗口，帮助使用者了解窗口，帮助使用者了解ANSYSWork
8、bench的基本操的基本操作，其自带的英文帮助文档作，其自带的英文帮助文档tutorials详尽介绍了软件的组织详尽介绍了软件的组织格式、使用方法和相关理论，并且提供了一些经典的例子供格式、使用方法和相关理论，并且提供了一些经典的例子供用户学习。用户学习。13.3 13.3 静力学分析实例静力学分析实例在第九章中我们对结构静力学分析做了详细的介绍，在第九章中我们对结构静力学分析做了详细的介绍，介绍了平面应力、应变问题，轴对称问题，以及梁、桁架、介绍了平面应力、应变问题，轴对称问题，以及梁、桁架、壳等模型的静力学问题及工程实例。本节将以球阀为例，介壳等模型的静力学问题及工程实例。本节将以球阀为例
9、，介绍如何在绍如何在ANSYSWorkbench中进行零件的静力学分析。中进行零件的静力学分析。13.3.1 13.3.1 问题描述问题描述某球阀的进出口两端法兰端面固定，中间法兰端面某球阀的进出口两端法兰端面固定，中间法兰端面受到垂直方向的约束，忽略法兰螺栓预紧力和阀体自重，考受到垂直方向的约束，忽略法兰螺栓预紧力和阀体自重，考察在阀体内表面受到察在阀体内表面受到2MPa设计内压时的位移和应力分布。设计内压时的位移和应力分布。球阀为灰口铸铁，其材料参数为：密度球阀为灰口铸铁，其材料参数为：密度=7200kg/m3，弹性，弹性模量模量E=1.11011Pa，泊松比，泊松比=0.28。13.3.
10、2 13.3.2 问题分析问题分析阀体的实体模型应该能准确反映其实际结构，同时，在阀体的实体模型应该能准确反映其实际结构，同时，在保证计算精度的前提下，模型应尽可能简化，因此在建模过程中保证计算精度的前提下，模型应尽可能简化，因此在建模过程中对阀体的一些不影响总体性能的特征进行简化处理。在对阀体的一些不影响总体性能的特征进行简化处理。在Solidworks中建立好零件模型后，直接转化到中建立好零件模型后，直接转化到ANSYSWorkbench中进行零件的材料属性定义、网格划分、施加载荷、中进行零件的材料属性定义、网格划分、施加载荷、定义约束、求解等操作。定义约束、求解等操作。注意：在注意：在S
11、olidworks中将文件另存为中将文件另存为Parasolid格式之后，格式之后，导入导入ANSYSWorkbench中。中。13.3.3 13.3.3 建立模型建立模型和在和在ANSYS传统模式下做的工作类似，建立模型需传统模式下做的工作类似，建立模型需要完成的工作包括确定分析模块，定义材料性能，定义单元要完成的工作包括确定分析模块，定义材料性能，定义单元类型，建立或导入几何模型并划分有限元网格等。类型，建立或导入几何模型并划分有限元网格等。1选定分析模块选定分析模块2定义材料性能参数定义材料性能参数3导入几何模型导入几何模型4进入进入Mechanicalapplication5将材料性能
12、参数赋予几何模型。将材料性能参数赋予几何模型。6对几何模型进行有限元网格划分对几何模型进行有限元网格划分13.3.4 13.3.4 定义边界条件并求解定义边界条件并求解定义边界条件并求解包括在法兰面上施加固定约束、定义边界条件并求解包括在法兰面上施加固定约束、位移约束、施加压力和求解模型等内容。位移约束、施加压力和求解模型等内容。1定义边界条件定义边界条件2求解模型求解模型13.3.5 13.3.5 查看结果查看结果图图球阀的应力等值线球阀的应力等值线图图13.4 13.4 结构动力学分析实例结构动力学分析实例结构动力分析最终目的在于确定动力载荷作用下结结构动力分析最终目的在于确定动力载荷作用
13、下结构的内力、位移等量值随时间的变化规律，从而找出其最大构的内力、位移等量值随时间的变化规律，从而找出其最大值以作为设计或验算的依据。在第十章介绍了运用值以作为设计或验算的依据。在第十章介绍了运用ANSYS对对各种动力学的实际问题进行分析的步骤、技巧与方法。本节各种动力学的实际问题进行分析的步骤、技巧与方法。本节介绍如何使用介绍如何使用ANSYS12.1Workbench对某型号汽轮机的叶片对某型号汽轮机的叶片进行结构动力学分析。进行结构动力学分析。13.4.1 13.4.1 问题描述问题描述考察一个由考察一个由1Cr11MoV钢制造的某型号汽轮机叶片的钢制造的某型号汽轮机叶片的固有频率。固有
14、频率。1Cr11MoV钢的材料参数为：密度钢的材料参数为：密度=7800kg/m3，弹性模量，弹性模量E=2.11011Pa，泊松比，泊松比=0.28。13.4.2 13.4.2 问题分析问题分析叶片的实体模型应该能准确反映其实际结构，在叶片的实体模型应该能准确反映其实际结构，在Solidworks中建立好零件模型后，直接转化到中建立好零件模型后，直接转化到ANSYSWorkbench中进行零件的中进行零件的材料属性定义、网格划分、施加载荷、定义约束、求解等操作。利材料属性定义、网格划分、施加载荷、定义约束、求解等操作。利用模态分析可以得到叶片的固有频率，用模态分析可以得到叶片的固有频率，AN
15、SYSWorkbench中的结构中的结构模态分析是线性的，任何所施加的力载荷在模态分析中都不考虑，模态分析是线性的，任何所施加的力载荷在模态分析中都不考虑，因为叶片的叶根部分固定在叶轮上，所以假设叶片根部固定约束。因为叶片的叶根部分固定在叶轮上，所以假设叶片根部固定约束。13.4.3 13.4.3 建立模型建立模型建立模型需要完成的工作包括确定分析模块，定义建立模型需要完成的工作包括确定分析模块，定义材料性能，定义单元类型，建立或导入几何模型并划分有限材料性能，定义单元类型，建立或导入几何模型并划分有限元网格等。元网格等。1选定分析模块选定分析模块2定义材料性能参数定义材料性能参数3导入几何模
16、型导入几何模型4进入进入Mechanicalapplication5将材料性能参数赋予几何模型。将材料性能参数赋予几何模型。6对几何模型进行有限元分网对几何模型进行有限元分网13.4.4 13.4.4 定义边界条件并求解定义边界条件并求解定义边界条件并求解包括对叶根施加固定约束，设定义边界条件并求解包括对叶根施加固定约束，设置最大模态阶数等边界条件和求解模型等内容。置最大模态阶数等边界条件和求解模型等内容。1定义边界条件定义边界条件2求解模型求解模型13.4.5 13.4.5 查看结果查看结果13.5 13.5 热力学分析实例热力学分析实例在第十二章热分析中已经介绍了热分析的基本概念、在第十二
17、章热分析中已经介绍了热分析的基本概念、传热学经典理论、三种基本热传递方式等热分析基础知识、传热学经典理论、三种基本热传递方式等热分析基础知识、热分析的基本过程；热热分析的基本过程；热-结构耦合分析、热结构耦合分析、热-应力耦合分析内应力耦合分析内容和实例。热分析主要用于计算一个系统或部件的温度分布容和实例。热分析主要用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。度（热通量）等。ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它
18、热物理参方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。数。ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。本节介绍如何使用题。本节介绍如何使用ANSYS12.1Workbench对挡油环零对挡油环零件进行结构热分析。件进行结构热分析。13.5.1 13.5.1 问题描述问题描述某挡油环材料为铜合金，对其大端面施加温度载荷某挡油环材料为铜合金，对其大端面施加温度载荷467，小端面温度为恒定值，小端面温度为恒定值22，忽略大端面螺栓预紧力，
19、试求挡油，忽略大端面螺栓预紧力，试求挡油环温度场分布。挡油环材料参数为：热导系数环温度场分布。挡油环材料参数为：热导系数401W/m。13.5.2 13.5.2 问题分析问题分析在在Solidworks中建立好零件模型后，直接转化到中建立好零件模型后，直接转化到ANSYSWorkbench中进行零件的材料属性定义、网格划分、中进行零件的材料属性定义、网格划分、施加载荷、定义约束、求解等操作。该例属于稳态热分析。施加载荷、定义约束、求解等操作。该例属于稳态热分析。注意：在注意：在Solidworks中将文件另存为中将文件另存为Parasolid格式之格式之后导入后导入ANSYSWorkbench
20、中。中。13.5.3 13.5.3 建立模型建立模型建立模型需要完成的工作包括确定分析模块，定义建立模型需要完成的工作包括确定分析模块，定义材料性能，定义单元类型，建立或导入几何模型并划分有限材料性能，定义单元类型，建立或导入几何模型并划分有限元网格等。元网格等。1选定分析模块选定分析模块2定义材料性能参数定义材料性能参数3导入几何模型导入几何模型4进入进入Mechanicalapplication5将材料性能参数赋予几何模型。将材料性能参数赋予几何模型。6对几何模型进行有限元分网对几何模型进行有限元分网13.5.4 13.5.4 定义边界条件并求解定义边界条件并求解定义边界条件并求解包括在挡油环零件大端面上施定义边界条件并求解包括在挡油环零件大端面上施加温度载荷，在挡油环小端面上也同样施加温度载荷等编辑加温度载荷，在挡油环小端面上也同样施加温度载荷等编辑条件的定义以及求解模型等内容。条件的定义以及求解模型等内容。1定义边界条件定义边界条件2求解模型求解模型13.5.5 13.5.5 查看结果查看结果图图 挡油环温度场分布等值线图挡油环温度场分布等值线图