搜索有限元分析與ANSYS軟件應用【轉發】
2018-04-14 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
1.有限元分析
有限元分析是利用數學近似的方法對真實物理系統進行模擬。使用簡單而又相互作用的元素(即單元),就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統?？深惐取盎瘓A為直”來理解——用割圓法計算圓周長實際上就體現了離散逼近的思想。圖1為一個梯子的物理模型和有限元模型,通過把梯子進行單元離散,形成有限元模型來模擬真實系統。
圖1 梯子的物理模型和有限元模型
有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。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,對每一單元假定一個合適的(較簡單的)近似解,然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件),從而得到問題的解。因為實際問題被較簡單的問題所代替,所以這個解不是準確解,而是近似解。由于大多數實際問題難以得到準確解,而有限元不僅計算精度高,而且能適應各種復雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。
怎樣才能達到最好的“近似”?對該問題還沒有一個容易的解決方案。這完全依賴于模擬的對象和模擬方式。我們將盡力通過本課程為你提供指導。
為何要采用有限元分析:
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減少模型試驗
計算機模擬,容許對大量假設情況進行快速有效的試驗。
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模擬不適合在原型上進行試驗的設計
例如:器官移植,人造膝蓋
有限元分析優勢:
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節省費用
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節省時間——縮短產品開發周期
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創造出更可靠的高品質的設計
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域的工程師們使用,部分功能如下:
結構分析
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線性分析
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非線性分析
—材料非線性,幾何非線性,接觸非線性
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動力學分析
—模態,諧響應,瞬態動力學,譜分析,隨機振動
—ANSYS LS-DYNA進行顯式動力學分析
熱分析
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穩態熱分析和瞬態熱分析
流體分析(包括CFD,聲學,和其他流體分析)
低頻和高頻電磁場分析
耦合場分析
ANSYS產品家族:
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ANSYS—用于高級非線性結構分析和多物理場有限元求解分析。
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ANSYS Workbench—與CAD軟件包完美結合的完整仿真環境,包括幾何建模,網格處理,結構/熱分析,和優化分析。
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CFX—CFD求解器,包括耦合以及并行的CFX-5求解器。
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ICEM CFD—具有通用前后處理功能的強大的網格劃分工具,包括生成復雜CFD網格的ICEM CFD以及創建良好的結構有限元網格。
ANSYS與Workbench的區別
ANSYS早期是沒有Workbench的。只有經典的ANSYS。ANSYS與Workbench的內核是一樣的。ANSYS是一種經典的有限元操作,特點是命令流強大,但人機交互能力弱,而Workbench是一種平臺型的操作,封裝了很多過程和軟件,操作簡單。ANSYS經典什么分析都可以做,但有些操作做不到平臺型,所以Workbench就沒有那些功能。簡單來說,Workbench能做的,ANSYS都能做,但ANSYS能做的,Workbench不一定能做。
ANSYS模塊:
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ANSYS Multiphysics—為各行業提供廣泛的耦合物理場分析工具,在一個軟件產品中實現包括結構、熱、流體、聲以及電磁等多種分析功能。
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ANSYS Mechanical—結構和熱分析工具,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則,以及最全面的高效求解器。
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ANSYS Structural—提供ANSYS強大的非線性以及線性結構求解功能,以便快速得到高效、可靠的結構仿真結果。
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ANSYS Professional—易學易用的結構、熱分析。
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ANSYS Design Space—為設計師提供的用于概念形成、產品設計、產品驗證、易學易用的軟件包。
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ANSYS LS-DYNA—為滿足客戶設計需要,ANSYS LS-DYNA融合了LS-DYNA顯式動力求解技術以及ANSYS前后處理技術,幫助工程師實現碰撞試驗、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的需要。
3.實例
為了解本課程要學習的內容,本文做一個簡單的例子。
有一長l=100mm的懸臂梁,高h=5mm,寬b=5mm,彈性模量為E= 30GPa,在自由端施加集中力F=-100N,其自由端的撓度理論解為
ANSYS命令操作如下,得到的結果如圖2所示,自由端位移為-0.02138m,與理論解差距為0.2%。
命令流:
/prep7
mp,ex,1,30e6
mp,nuxy,1,0.3
et,1,beam188
sectype,1,beam,rect
secdata,5,5,4,4
k,1,0,0,0
k,2,100,0,0
lstr,1,2
esize,,20
lmesh,all
/eshape,1
nsel,s,loc,x,0
d,all,all
alls
f,node(100,0,0),fy,-100
/solu
solve
/post1
plns,u,y
圖2懸臂梁ANSYS近似解
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