ANSYSWorkbench后管理组织.ppt
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1、ANSYS Workbench静力学有限元分析前、后处理技术,主讲人:张兵 2014年12月12日,ANSYS Workbench有限元分析流程:,确定分析类型,导入CAD模型,设置材料属性,设置接触关系,划分网格,添加载荷以及约束,求解选项定义,分析求解,结果后处理,生成有限元分析报告,主要内容,一、静力学有限元分析的前处理技术 材料属性 载荷及约束的施加 单/多载荷步静力求解 二、静力学有限元分析的后处理技术 分析求解方法 结果查看 分析结果处理 实例操作讲解 三、练习,一、前处理技术,前处理是创建分析模型的阶段,也是将连续的求解域离散为一组单元的组合体,用在每个单元内假设的近似函数来分片
2、地表示求解域上待求的未知场函数的过程。 在正确建立单元类型、施加载荷及边界条件的材料类型、定义求解器所需的控制卡片等各类满足求解所需的必要信息后,即可得到求解器可以识别的模型文件,然后提交求解器进行解算。,一、前处理技术,在工具箱中的Analysis SystemStatic Structural上按住鼠标左键拖曳到项目管理区中,当项目A的Symmetry红色高亮显示时,放开鼠标创建项目B,此时相关联的项数据可共享,如下图所示。,建立分析项目,一、前处理技术,1.1材料属性定义,一、前处理技术,添加材料库,(1)双击项目A中的A2栏Engineering Data项,进入下图所示的材料参数设置
3、界面,在该界面下即可进行材料参数设置。,一、前处理技术,添加材料库,(2)在界面的空白处单击鼠标右键,弹出快捷菜单中选择Engineering Data Sources(工程数据源),此时的界面会变为如下图所示的界面。,一、前处理技术,添加材料库,(3)在Engineering Data Sources表中选择A3栏General Materials,然后单击Outline of Favorites表中A11栏Stainless Steel(不锈钢)后的B11栏的(添加),此时在C11栏中会显示(使用中的)标识,如下图左所示,标识材料添加成功。 (4)在Properties of Outlin
4、e Row 11:Stainless Steel表中显示出材料的特性,如下图右所示。 (5)单击工具栏中的按钮,返回到Workbench主界面,材料库添加完毕。,添加材料图,材料参数窗口,一、前处理技术,由于惯性载荷作用在整个系统中,常常与结构的质量有关,因此材料属性中必须有密度!,一、前处理技术,添加模型材料属性,添加材料图,添加材料后的分析树,一、前处理技术,1.2 载荷施加与约束, 惯性载荷 这些载荷作用在整个系统中 需要用到质量的时候密度是必须的 结构载荷 这种载荷是作用在系统部分结构上的力或者力矩 结构约束 这些是利用约束来限制结构部件在一定范围内的移动,也就是限制结构的自由度 热载
5、荷 从结构上讲,热载荷会产生温度区域并且在整个模型上引起热扩散。,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,惯性载荷(Inertial) 是通过施加加速度实现的,在程序内部加速度是通过惯性力施加到结构上的,而惯性力的方向与所施加的加速度方向恰好相反,因为惯性力是阻止加速度所产生的变化的,一定要牢记这一点!,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,结构载荷(Inertial) 是作用在系统或部件结构上的力或力矩。力载荷集成到了结构分析的Loads子菜单中。,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,力和压力载荷 力载荷(Force
6、) 力可以施加在结构顶点、边缘或者表面等位置,且施加的力将分布到整个结构中去,当一个力施加到两个同样的表面上时,每个表面将承受这个力的一半,可以定义矢量、大小以及分量来施加。 压力载荷(Pressure) 压力载荷只能施加在表面,并且方向通常与表面的法向方向一致,正值代表进入表面,负值代表从表面出来。,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,远端载荷(Remote Force),远端载荷是在几何模型的表面或边上施加偏置的力,并设定力的初始位置,力可以通过矢量和大小或分量来定义。若在某面上施加一远端载荷后,则相当于在这个面上得到一个等效力和偏置所引起的力矩,而这个力分布在表面上,但是包括由于力偏置
7、而引起的外力偶矩。,一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,轴承载荷仅适用于圆柱形表面。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷,而轴向载荷分量则沿着圆周均匀分布。载荷可以通过矢量和幅值来定义。,轴承载荷(Bearing Load),一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,螺栓载荷就是在圆柱截面上施加预紧载荷以模拟螺栓连接,且预紧载荷值只能使用在3D模拟中加载,还需要定义一个以Z轴为主方向的局部坐标系。,螺栓载荷(Bolt Pretension),一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,力矩可以施加在任意模型表面,实体表面的点上或边缘处。假如选择了多个表面,那么力矩将分摊在这些表面上。可以通过矢量及其
8、大小定义,遵守右手螺旋定则。,力矩(Moment),一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,线压力就是在三维模型中通过载荷密度形式给一边施加分布载荷,其定义方式有幅值和向量、幅值和分量方向(总体或局部坐标系)、幅值和切向3种。,线压力(Line Pressure),一、前处理技术,1.2.1 载荷类型,热载荷可以施加在模型上,任何温度载荷都可以施加,但在结构分析中施加一个均匀温度载荷,必须制定一个参考温度。 在Mechanical中通常先进行热分析,然后在结构分析时将计算所得到的温度作为外载荷输入。,热载荷(Thermal Condition),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,固定约束,位
9、移约束,仅压缩约束,无摩擦支撑约束,远端位移约束,弹性支撑约束,圆柱面约束,约束方程,一、前处理技术,1.2.2 约束类型,固定约束可以加载于实体、顶点、边缘、面、壳或者梁上,从而约束相对应单元的自由度。,固定约束(Fixed Support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,在加载给定位移时要注意: -可以在顶点、体边缘或面上加载已知位移 -允许在x、y和z方向给予强制位移 -当输入“0”值时,代表此方向上被约束 -如果不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动,位移约束(Displacement),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,远端位移允许在空间中的任意一个远程位置应
10、用平动和旋转位移。需要通过点取或输入坐标值定义远端的定位点,默认位置为模型质心,通常用局部坐标施加转角。,远端位移约束(Remote Displacement),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,无摩擦约束实际是在面上施加了法向约束。对称实体受到对称的外载时,这个约束可以作为对称面的边界条件,因为对称面等同于约束了法向位移。,无摩擦支撑(Frictionless Support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,仅压缩约束是指给几何体表面施加只有方法向压缩的约束,这个约束仅限制这个表面在法向正方向的约束,在Mechanical内部计算时需要进行迭代求解。,仅压缩约束(compress
11、ion only support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,圆柱面约束施加在圆柱表面,可以指定是轴向、径向或者切向约束,如下图所示。注意:该约束仅仅适用于小变形(线性)分析。,圆柱面约束(Cylindrical Support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,弹性支承允许面或边根据弹簧行为产生移动或变形。弹性支承基于定义的基础刚度【Foundation Stiffness】,即产生基础单位法向变形的压力值。,弹性支承(Elastic Support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,简支约束仅用于面体或线体模型的3D模拟,可以施加在梁或壳体的边或者顶点上,限制平移,
12、但是所有旋转都是自由的。,简支约束(Simply Support),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,可以施加在壳或梁的表面、边或者顶点上,约束旋转,但是平移不限制。,固定转动(Fixed Rotation),一、前处理技术,1.2.2 约束类型,通常分析模型中,通过建立零件或接触条件建立不同自由度之间的关系,但有时也需要构造特殊的几何特征,比如等势面,此时可以使用耦合边界条件在一组表面/边/点上创建耦合自由度,耦合约束组中所有成员的结果是相同的。耦合也可用于热和电场环境。同一个几何实体只能定义一个耦合自由度,耦合约束不能施加在有自由度约束的几何实体上。,耦合(Coupling),一、前处
13、理技术,1.2.2 约束类型,约束方程可以建立模型不同部分之间的运动关系,利用方程将一个或多个远端点自由度联系起来。约束方程为自由度值的线性组合,方程中的每一项为系数与远端自由度的乘积,线性组合的综合可以为非零值。,约束方程(Constraint Equation),一、前处理技术,附: 命名选择集,命名选择集允许把点,边,面或实体组合在一起。 它可用于网格加密控制,施加载荷和约束等。 为需要经常选择的几何集提供了一个简便方法 定义接触域 指定结果 等,命名选择集工具栏为组合几何实体提供了很好的功能:,一、前处理技术,附: 命名选择集,创建命名选择集: 选择感兴趣的点、边、面或实体,然后右击鼠
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