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1、主要内容一、有限元基本概念 基本操作二、Ansys Workbench 软件介绍 有限元分析流程的操作 第1页/共47页有限元基本概念 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整体进行综合求解。有限元法的基本思想离散化。节点 单元 载荷 约束 分析类型 第2页/共47页Ansys Workbench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第3页/共47页运行软件方法一：直接双击桌面上的 图标。方法二：单击开始菜单，选择程序命令；从An
2、sys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。第4页/共47页操作界面介绍第5页/共47页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 Select All”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第6页/共47页 工具条 常用工具条 图形工具条第7页/共47页结构树 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
3、，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第8页/共47页属性窗口 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。第9页/共47页图形窗口 模型和结果都将显示在这个区域中，包括：Geometry Worksheet PrintPreview ReportPreview 几个可以互相切换的窗口。第10页/共47页向导 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
4、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。第11页/共47页基本操作 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、缩放第12页/共47页创建、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FileNew命令。2、打开文档。选择FileOpen命令。3、保存文档。选择FileSave或Save As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。第13页/
5、共47页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 Shade Exterior and Edges：轮廓线显示 Wireframe：线框显示 Ruler：显示标尺 Legend：显示图例 Triad：显示坐标图示第14页/共47页视图显示2、结构树Expand All：展开结构树 Collapse Environments：折叠结构树 Collapse Models：折叠结构树中的Models项3、工具条 Named Selections：命名工具条 Unit Conversion：单位转换工具4、操作界面 Messages：Messages信息窗口 Simulation
6、Wizard：向导 Graphics Annotations:注释 Section Planes:截面信息窗口 Reset Layout:重新安排界面第15页/共47页选择目标 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Single Select，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Box Select，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。第16页/共47页
7、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Go ToHidden Bodies in Tree，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。第17页/共47页旋转、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
8、标中键缩放：Shift+鼠标中键第18页/共47页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第19页/共47页 导入模型 建立局部坐标系 定义材料属性 网格划分 施加载荷与约束 求解 后处理分析流程操作第20页/共47页导入模型方法一：直接从所支持的CAD软件系统进入。方法二：从Simulation模型的From File导入。第21页/共47页导入模型 本手册对该步骤作出如下的规定：3、导入的文件为.stp格式的文件。4、导入模型时，路
9、径必须为英文路径。第22页/共47页建立局部坐标系目的：便于施加载荷与约束A 结构树中的操作1、在结构树中添加坐标系分支 选中结构树的Model，点击右键，选取Insert-Coordinate Systems，便在该分支中插入了该项，展开该项出现Global Coordinate System，此为总体坐标系。2、添加局部坐标系 选中上一步骤添加的Coordinate Systems，点击右键，选取Insert-Coordiante System，便在该分支中插入了局部坐标系项。第23页/共47页建立局部坐标系B 属性窗口中的设置3、定义原点 在图形窗口中，选取模型上的元素，在属性窗口的or
10、iginGeometry栏黄色区域出现Click to Change，点击该处。4、定义坐标轴 在属性窗口的Principal Axis中，设置Axis所需坐标轴 Define ByGeometry Selection选取模型上的元素作为该坐标轴，点击属性窗口中呈现黄色的Click to Change模型上便出现该坐标轴，观察该轴方向是否为所需方向，若不是，则第24页/共47页建立局部坐标系再次点击Click to Change，在图形窗口的左下方将出现 图标，点击该图标更改方向，然后单击属性窗口中的Apply按钮。5、定义另一坐标轴。在属性窗口的Orientation About Princ
11、ipal Axis中，设置Axis为所需另一坐标轴，其余操作与上一步定义坐标轴的步骤一致。第25页/共47页定义材料属性1、打开Simulation Wizard向导，选择 View菜单的Windows，选择Windows 中的Simulation Wizard。2、在向导中选择Verify Materials，软件 自动对模型的所有组成零件自检。3、自检完成后，在属性窗口的Definition的Materials下拉项中进行材料的设置。New Material：定义新材料。进入该项后出现Engineering Data模块，在该模块中用户可以自行输入杨氏模量、泊松比、密 度、热膨胀系数等。I
12、mport：在材料列表中选择材料。包括钢材、混凝土、灰铸铁等。注：软件默认的材料是钢材Structural Steel，一般情况下不需要进行材料的重 新设置，采用默认的即可。第26页/共47页网格控制目的：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 用户需要权衡计算成本和网格划分份数之间的矛盾。细密的网格可以使结果更精确，但是会增加计算时间和需要更大的存储空间。由于有限元分析是依靠节点来传递载荷和约束，所以网格质量的好坏直接影响到求解结果的准确度，网格划分是至关重要的前处理步骤之一。一般如果不对模型进行网格控制，在求解开始时会自动生成系统默认的网格。但此时的网格质量一般无法
13、满足求解精度的要求，为获得高质量的网格，一般先从整体控制网格然后再对局部网格进行细化。第27页/共47页网格控制 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：Contact Sizing允许接触面产生大小一致的单元；Refinement细化网格 Mapped Face Meshing映射网格；Part Relevance控制部件网格。第28页/共47页设置边界条件 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
14、束是在所选择的分析类型的分支（如模态分析、热分析等），本章以静力分析为例进行说明。第29页/共47页设置边界条件1、类型 选中结构树中的Static Structural，单击鼠标右键选取Insert，弹出各种载荷和约束。第30页/共47页设置边界条件2、载荷 操作：（1）添加载荷项。选中结构树中的Static Structural，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。第31页/共47页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 Define By：载荷施加的方式 分量方式（
15、Components）矢量方式（Vector）。Components方式 Coordinate System：选取坐标系 X、Y、Z Component：X、Y、Z方向载荷大小第32页/共47页设置边界条件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。第33页/共47页求解 求解在结构树的Sol
16、ution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、Maximum Principal（第一主应力）Minimum Principal（第三主应力）Total Deformed（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。第34页/共47页后处理 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 动画显示第35页/共47页后处理（1）云图显示Geometry按钮、Co
17、ntours按钮、Edges按钮 Geometry按钮有四种可供选择的形式:第36页/共47页后处理 在“Slice Plane”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。第37页/共47页后处理Contours按钮 该控制云图显示方法，共有四种可供选择的方法：第38页/共47页后处理Edges按钮第39页/共47页后处理最大最小值探测
18、 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，Export Video File能将动画保存为AVI格式。第40页/共47页后处理多窗口显示 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
19、该窗口即显示该应力结果，使用多窗口显示是很有用的,能同时观察数个结果。第41页/共47页后处理2、导出结果（1）输出结果 选中结构树中欲输出的结果项，点击右键选择Export，出现一对话框提示用户保存文件的类型：Excel File（.xls）、Text File（.txt）。第42页/共47页后处理（2）输出报告 Ansys Workbench可以自动生成分析报告，用户可以从工具栏中添加图片和注释。图片和注释可以添加在任何一个分支中。先选择分支，点击相应的图片和注释工具按钮。添加完图片和注释后，选择Report Preview产生HTML报告，添加的图片和注释都会在报告中出现。第43页/共47页后处理第44页/共47页后处理（3）保存报告 为了防止被覆盖，用户需要对报告进行保存。报告可以以HTML的形式通过多个渠道或内部的网络服务器发表或者导入到Word或Power point中。第45页/共47页谢 谢!第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页