培训教程(有限元仿真分析 )(2)

说明 AUTODYN非线性显式动力分析 涡轮机械叶片设计工具 CFX高端流体分析工具 工程数据工具 LS-DYNA 显式动力分析 FEM有限元模型工具 FLUNET 流体分析 几何建模工具 机械APDL命令 机械分析模型 网格划分工具 结果后处理工具 涡轮叶栅通道网格生成工具 叶片二维性能评估工具
ANSYS Workbench DesignModeler界面
Finite Element Analysis Training
有限元分析培训
传统设计过程 设计 CAD
制造
重新设计循环
试验
批量生产
Leabharlann Baidu
CAE驱动设计过程
概念设计 设计
CAD
CAE
制 造
试 验
批量生 产
优化循环
导入或建立几何模型
HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、 MEDINA、FEMAP等
ANSYS APDL ANSYS Workbench
ANSYS Workbench的特点
1．协同访真、项目管理
集设计、仿真、优化、网格变形等功能于—体，对各种数据进行项目协同管理。
2．双向的参数传输功能
支持加与眺间的双向参数传翰功能。
3．高级的袭配部件处理工具
具有复杂装配件接触关系的自动识别触建模功能。
有限元 一般 分析流程
选择分析求解器
Nastran、ABAQUS、ADINA、Ls-Dyna、Marc、 ANSYS、Samcef、MADYMO、Radioss等
划分有限元网格
设置材料特性及单元特性
施加约束及载荷边界条件
设置分析参数
提交分析
结果后处理
划分
有限元网格
施加约束 及载荷边 界条件
Nastran
平面生成方法
From From From From From From 构建平面命令 Plane Face Point and Edge Point and Normal Three Point Coordinates 说明 基于另一个已有面创建平面 利用已有几何体表面创建平面 用一点和一条直线的边界定义平面 用一点和一条边界方向的法线定义平面 用三点定义平面 通过键入距离原点的坐标和法线定义平面
旋 平 缩 窗 局 转 移 放 口 部 缩 聚 放 焦
框 选 放 大 镜
上 一 图 面
下 轴 显 模 显 正 一 测 示 型 示 视 图 图 平 显 点 图 面 面 示
选 选 选 选 选 选 扩 择 择 择 择 择 择 展 方 点 线 面 体 选 式 择
恢复窗口布局
草绘（Sketching）工具
推荐切割工具：SpaceClaim，SolidWorks
单体零件与多体零件
单体零件的装配模型中，零件实体间接触连 接，每一个实体都独立地划分网格，节点不 共享。
多体零件的装配模 型中，零件实体间无接 触，1个零件可以有多 种材料实体，每个实体 独立划分网格但实体间 的关联被保留。 生成多体零件
ANSYS Workbench中网格划分方法
ANSYS Workbench的界面
工具箱（Toolbox）包括如下4个子组： ●Analysis System：可用在示意图中的预定义的模板。 ●Component System：可存取多种程序来建立和扩展分析系统。 ●Custom System：为耦合应用预定义分析系统。用户也可以建立自己的预定义系统。 ●Design Exploration：参数管理和优化工具。
ANSYS
Samcef Linear
FEPG
Bulk
（国产）
MSC
非线性分析
Marc
ADINA
Samcef Mecano
Fluent
Star-CD Star-CCM+
XFlow
PowerFlow
流体分析
LS-DYNA
MSC
显式分析
Dytran
Radioss
Block
MADYMO
第二讲
几何与拓扑
重复边 （T形边）
分析类型 Electric (ANSYS) Explicit Dynamics (ANSYS) Fluid Flow (CFX) Fluid Flow (Fluent) Hamonic Response (ANSYS) Linear Buckling (ANSYS) Magnetostatic (ANSYS) Modal (ANSYS) Random Vibration (ANSYS) Response Spectrum (ANSYS) Shape Optimization (ANSYS) Static Structural (ANSYS) Static Structural (SAMCEF) Steady-State Thermal (ANSYS) Thermal-Electric (ANSYS) Transient Structural(ANSYS) Transient Structural(MBD) Transient Thermal(ANSYS)
A
映射法
体映射
Aˊ
保角映射法
要求多边形有相同的顶点数。可被映射法替代。 应用较少，因为其单元形状和网格深度目前难以控制。
B
偏微分方程法
1974年，J. F. Thompson 椭圆型方程
Laplace
网格线光滑 可以处理复杂的边界线
Poisson 控制正交性 Thomas & Middlecoff
组件类型 AUTODYN BladeGen CFX Engineering Data Explicit Dynamic（LS-DYNA） Finite Element Modeler FLUNET Geometry Mechanical APDL Mechanical Model Mesh Results TurboGrid Vista TF
空间离散化： 划分网格
边线用组合直线段模拟 表面用组合平面区域模拟 实体用网格单元填充 几何离散化的实质: 确定网格节点的空间分布 网格节点实质：数值计算插值点
非结构化网格
自动化程度高，能应对复杂的几何体
数据结构简单 结构化网格 精度高，计算速度快 结构化网格可以用一套固定的方式命名，例如左图中的红色节点可以命名为i5j4， 非结构网格的节点则不能用一套固定的法则予以有序的命名。
基本几何形状的网格画法
优化网格质量：
少+饱满
钱币原理
面网格到体网格的几种生成方法
ANSYS Workbench 培训
1997年 ANSYS DesignSpace 2000年 ANSYS Workbench Environment
ANSYS APDL---ANSYS参数化设计语言 ANSYS Parametric Design Language
完美
1 1 1 0 0° 90° 0 正多边形
Warping Factor 翘曲度
Parallel Deviation 平行度偏差 Maximum Corner Angle 最大内角 Skewness 歪斜度
3D
检查项
Element Quality 单元质量 Aspect ratio 长宽比 Jacobian Ratio 雅克比 Warping Factor 翘曲度 Parallel Deviation 平行度偏差 Maximum Corner Angle 最大内角 Skewness 歪斜度
Vertex 定点
颜色模式：3+1
Pixel 像素
Frame Buffer 帧缓冲区
Matrix Stack 矩阵堆栈
RGB + Alpha 红绿蓝 + 透明度
仿射 投影变换 光照计算 纹理计算 反走样
Green Blue Red
关键控制点
网格是对几何模型数据进行离散的一种方式。网格质量直接影响求解精度、求解 收敛性和求解速度。划分网格是有限元分析中最耗时间的部分。
重复边是属于三个或多个曲面的。
自由边
共享边
共享边表示一条属于或被两个相邻曲面共享的 自由边表示一条只属于一个曲面的边。 边。
Geometry（几何要素）
Point： 点 Curve： 曲线 Surface： 面 Solid： 体
网格 Nodes：节点 Elements：单元
Grid（网格要素）
Vertex： Edge： face： Block： 点 边 面 块
Cubic Spline（三次样条曲线）： 三次样条曲线是很重要的曲线类型，它以多段三次 样条曲线逼近用户指定点，各段曲线之间光滑连接。
Interpolate（插值曲线）： 给出若干个点，插值曲线经过所有给出的点。
常见的曲面类型
OpenGL简介
Open Graphics Library 交互式3D图像标准。目前唯一真正具有开放性、平台无关性和厂商 公平性的图形工业标准。
2D
检查项
Element Quality 单元质量 Aspect ratio 长宽比 Jacobian Ratio 雅克比
单元数
100% 95% 100% 95% 100% 95% 100% 95% 100% 95% 100% 95% 100%
标准
>0.1 <5 <7 < 1.4 < 3.3 < 0.08 < 0.1 <130° <140° <140° <150° < 0.5 < 0.75
体表示曲面围成的封闭空间，可以是任何形状。体是三维的对 象，可以用来自动划分四面体和六面体网格。 流体分析中对应的是域。
Line（直线） Bezier（贝塞尔曲线） NURBS（ 非均匀有理 B 样条曲线）： 曲线必须定义点数、曲 线的阶次、N URBS 点的数据、节点、齐次坐标、节点向量等。 Poly line（多折线）： 多折线与三次样条曲线同样要指定两个以上 的控制点才能生成
ANSYS Workbench 工程数值模拟一般过程如下：
1、选择工程问题的分析类型，将分析系统加入工程流程图 2、使用分析系统 3、DesignModeler建立几何模型或CAD接口关联几何模型。 4、利用提供的工程材料或自定义来分配材料属性。 5、施加载荷和边界条件。 6、设置需要求解得到的结果。 7、计算求解。 8、查看评估结果。 9、添加关联系统 10、查看参数和设计点 11、生成有限元数值模拟分析报告。
4．先进的网格处理功能
可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理。
5．分析功能
支持几乎所有州sYs的有限元分析功能，
6 . 可定制的材料库
自带可定制的工程材料数据库者进行编辑、应用。
7．易学易用
界面友好，工程应用的整体性、流程性都大大增强。ANSYS Workbench采用的方法 (单元类型、求解器、结果处理方式等)与经典ANSYS是一样的，只不过Workbench采用 了更加工程化的方式来适应操作者，使即使是没有多长有限元软件应用经历的人也 能很快地完成有限元的分析工作。
零件/装配/ 参数
CAE模型
参数
CAE结果
ANSYS Workbench的界面
主菜单包括：文件操作【 File 】，窗口显示【 View 】，工具【 Tools】， 单位制【 Units 】，帮助信息【 Help】
基本工具条包括：新建文件【New】，打开文件【Open】，保存文件【Save】， 另存为文件【Save As】，导入模型【Import】，紧凑视图模式【Compact Mode】
说明 ANSYS电场分析 ANSYS显式动力学分析 CFX流体分析 FLUENT流体分析 ANSYS谐响应分析 ANSYS线性屈曲 ANSYS静磁场分析 ANSYS模态分析 ANSYS随机振动分析 ANSYS响应谱分析 ANSYS形状优化分析 ANSYS结构静力分析 SAMCEF结构静力分析 ANSYS稳态热分析 ANSYS热电耦合分析 ANSYS结构瞬态分析 MBD 多体结构动力分析 ANSYS瞬态热分析
ANSYS Workbench 几何切割原则
第三讲
ANSYS Workbench 网格划分方法
网格划分命令
Automatic：程序自动划分网格 Tetrahedrons：采用四面体单元划分。 Hex Dominant：主要采用六面体单元划分，但是包含少量金字塔 单元和四面体单元 。 Sweep：扫掠划分，可以扫掠的实体划分后具有的是六面体单元，也可能包 含楔形单元，其他实体采用四面体单元划分，扫掠划分要求实体在 某一方向上具有相同的拓扑结构，在【Mesh】 分支上点击右键选 择【Show Sweepable Bodies】可以看到能够采用扫掠划分的体， 此时该体被选中。 Multizone：多重区域网格划分自动对几何体进行分解成映射区域和自由区 域，可以自动判断区域并生成纯六面体网格，对不满足条件的 区域采用更好的非结构网格划分，多重区域网格划分和扫掠网 格划分相似，但更适合于用扫掠方法不能分解的几何体。