有限元分析與ANSYS軟件應(yīng)用【轉(zhuǎn)發(fā)】

2018-04-14 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1.有限元分析

有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬。使用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素(即單元),就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。可類比“化圓為直”來(lái)理解——用割圓法計(jì)算圓周長(zhǎng)實(shí)際上就體現(xiàn)了離散逼近的思想。圖1為一個(gè)梯子的物理模型和有限元模型,通過(guò)把梯子進(jìn)行單元離散,形成有限元模型來(lái)模擬真實(shí)系統(tǒng)。

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圖1 梯子的物理模型和有限元模型

有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成,對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的)近似解,然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件),從而得到問(wèn)題的解。因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替,所以這個(gè)解不是準(zhǔn)確解,而是近似解。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解,而有限元不僅計(jì)算精度高,而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。

怎樣才能達(dá)到最好的“近似”?對(duì)該問(wèn)題還沒(méi)有一個(gè)容易的解決方案。這完全依賴于模擬的對(duì)象和模擬方式。我們將盡力通過(guò)本課程為你提供指導(dǎo)。

為何要采用有限元分析:

減少模型試驗(yàn)

計(jì)算機(jī)模擬,容許對(duì)大量假設(shè)情況進(jìn)行快速有效的試驗(yàn)。

模擬不適合在原型上進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

例如:器官移植,人造膝蓋

有限元分析優(yōu)勢(shì):

節(jié)省費(fèi)用
節(jié)省時(shí)間——縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期
創(chuàng)造出更可靠的高品質(zhì)的設(shè)計(jì)

有限元分析軟件目前最流行的有:ANSYS、ABAQUS、MSC等。

2.ANSYS軟件

ANSYS軟件是美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件。適合世界范圍各工程領(lǐng)域的工程師們使用,部分功能如下:

結(jié)構(gòu)分析

線性分析
非線性分析

—材料非線性,幾何非線性,接觸非線性

動(dòng)力學(xué)分析

—模態(tài),諧響應(yīng),瞬態(tài)動(dòng)力學(xué),譜分析,隨機(jī)振動(dòng)

—ANSYS LS-DYNA進(jìn)行顯式動(dòng)力學(xué)分析

熱分析

穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析

流體分析(包括CFD,聲學(xué),和其他流體分析)

低頻和高頻電磁場(chǎng)分析

耦合場(chǎng)分析

ANSYS產(chǎn)品家族:

ANSYS—用于高級(jí)非線性結(jié)構(gòu)分析和多物理場(chǎng)有限元求解分析。
ANSYS Workbench—與CAD軟件包完美結(jié)合的完整仿真環(huán)境,包括幾何建模,網(wǎng)格處理,結(jié)構(gòu)/熱分析,和優(yōu)化分析。
CFX—CFD求解器,包括耦合以及并行的CFX-5求解器。
ICEM CFD—具有通用前后處理功能的強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分工具,包括生成復(fù)雜CFD網(wǎng)格的ICEM CFD以及創(chuàng)建良好的結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格。

ANSYS與Workbench的區(qū)別

ANSYS早期是沒(méi)有Workbench的。只有經(jīng)典的ANSYS。ANSYS與Workbench的內(nèi)核是一樣的。ANSYS是一種經(jīng)典的有限元操作,特點(diǎn)是命令流強(qiáng)大,但人機(jī)交互能力弱,而Workbench是一種平臺(tái)型的操作,封裝了很多過(guò)程和軟件,操作簡(jiǎn)單。ANSYS經(jīng)典什么分析都可以做,但有些操作做不到平臺(tái)型,所以Workbench就沒(méi)有那些功能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),Workbench能做的,ANSYS都能做,但ANSYS能做的,Workbench不一定能做。

ANSYS模塊:

ANSYS Multiphysics—為各行業(yè)提供廣泛的耦合物理場(chǎng)分析工具,在一個(gè)軟件產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)包括結(jié)構(gòu)、熱、流體、聲以及電磁等多種分析功能。
ANSYS Mechanical—結(jié)構(gòu)和熱分析工具,涵蓋完整的非線性和線性單元,從金屬材料到橡膠材料的多種材料準(zhǔn)則,以及最全面的高效求解器。
ANSYS Structural—提供ANSYS強(qiáng)大的非線性以及線性結(jié)構(gòu)求解功能,以便快速得到高效、可靠的結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果。
ANSYS Professional—易學(xué)易用的結(jié)構(gòu)、熱分析。
ANSYS Design Space—為設(shè)計(jì)師提供的用于概念形成、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品驗(yàn)證、易學(xué)易用的軟件包。
ANSYS LS-DYNA—為滿足客戶設(shè)計(jì)需要,ANSYS LS-DYNA融合了LS-DYNA顯式動(dòng)力求解技術(shù)以及ANSYS前后處理技術(shù),幫助工程師實(shí)現(xiàn)碰撞試驗(yàn)、金屬成型、沖壓和突變失效的模擬分析。
ANSYS Emag—用于滿足低頻電磁分析市場(chǎng)的需要。