基于ANSYS Workbench的铁路信号点灯单元有限元分析
ANSYS workbench有限元模拟教程接触分析
第五章控制程序及监控界面的开发控制系统的效率和性能一方面决定于系统的硬件设计，另一方面在很大程度上取决于应用程序的设计质量。
只有将系统的硬件和软件有机的结合在一起，相辅相成，才能使系统最大程度的发挥效率。
软件是计算机控制系统的神经中枢，控制系统中的控制任务最终是靠软件即应用程序的执行来完成的。
因此软件开发占有相当重要的地位，本实验室自控系统是由三大软件支撑的，分别是利用PLC 编程软件STEP7 V5.2，嵌入式组态软件MCGS，以及虚拟仪器Labview7.0所开发的程序。
STEP7基础软件是用于西门子公司SIMATIC S7、SIMATIC C7和SIMATIC WinAC 等控制系统的标准开发软件，主要用于完成控制程序的开发。
本实验室包含的设备种类多、数量大、各设备间关系复杂。
实验室的操作者要全面、综合和有效地监控、操作和管理试验系统并不是件容易的事情，因此还需要设计合理的控制操作界面，本实验室利用MCGS嵌入式组态软件开发出形象的控制界面，并利用其提供的动画功能仿真试验系统的运行状态。
无论是研究性试验还是本科教学试验，都需要采集大量的数据，并需要对这些数据作分析、存储、曲线显示等，因此本试验室采用Labview开发数据采集程序。
因为他们的界面和和操作模仿物理仪器，如示波器和万用表，所以Labview 程序被称作虚拟仪器，。
在Labview中包含了一系列进行采集、分析、显示的工具，能很快的帮助解决复杂数据采集问题。
通过这些软件的应用，可以构造强大的实验室自控系统。
§5.1控制程序方案确定§5.1.1控制算法的选择随着智能控制技术的发展，不断有空调控制算法方面的报道，现已有模糊控制、神经网络控制、自适应控制、解耦控制在变风量空调系统中的应用的思想，但这些研究成果多为仿真结果，在实际应用还用一定的距离，而PID算法控制简单、抗干扰性好、可靠性高等优点[46]。
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、代码少，可靠性高等优点，使得PID在工程中应用达90%以上。
ansys有限元分析基本流程
A N S Y S有限元分析基本流程-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章实体建模第一节基本知识建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。
建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。
一、实体造型简介1．建立实体模型的两种途径①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模：②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。
2．实体建模的三种方式(1)自底向上的实体建模由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。
(2)自顶向下的实体建模直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。
(3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。
自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。
二、ANSYS的坐标系ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。
①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。
②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。
③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。
④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。
1．全局坐标系全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。
在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。
总体坐标系是一个绝对的参考系。
ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。
ANSYS有限元分析
ANSYS有限元分析作者：王奕衡来源：《中国科技博览》2019年第12期[摘要]在任何工程领域，包括城市道路领域，有限元分析是进行现代科学计算的非常的重要的方法之一，利用有限元分析可以得到几乎所有的复杂的工程结构的各种机械性能信息，还有就是可以直接按照工程设计进行各种各样的评价和判断，也可以按照各种工程事故来进行技术层面上的分析。
[关键词]有限元；ANSYS中图分类号：TP603 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0115-01一、有限元基本知识有限元方法是用来解答各种比较复杂的数学和物理问题的重要的实践方法，也是用来是处理和解决各种复杂的工程问题的重要分析手段。
这种方法的应用和实施主要包括三个方面：计算原理、计算机软件、计算机硬件。
上述所说三个方面同时也是相互联系的，并且任何一个方面都不可以缺少。
计算机应用技术的迅猛发展，可以使这种有限元方法的使用更加普遍地被接受，所以可以称之为最广泛使用的分析工具，目前，世界上十分之九以上的机械产品和装备都要采用有限元方法进行分析，并且还要进一步进行设计修改和优化。
有限单元法也是一种单纯的数值性的求解问题的方法，这种方法的原理是“化整为零”，也就是说把连续体离散化分为有限个单元，实质上结构离散化是用虚线或虚面把具有连续性质的介质划分为无数个有限性的单元，我们一般可以看做是由一定数目的一定大小的“单元”所组成，各个单元相互之间却是由有限多个节点互相组合联系起来的，这种方法得出的计算结果是基本未知量在结点处的一系列离散值，从而可以推断并求出其它的待定量。
[39][40]二、有限元分析的内容和作用固体结构有限元分析的力学基础是弹性力学，但是方程求解的原理却是应用加权残值法或泛函数极值的原理，而具体的操作方法是数值化离散技术，直到最后的技术性的软件是优先与分析软件。
正因为如此，我们进行有限元分析的主要内容包含：基本变量和力学方程、数学求解原理、离散结构和连续体的有限元分析、各个方面的应用领域、分析中的建模技巧、实现分析的软件平台等等。
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
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1.2 ANSYS10.0简介
1.2.1 ANSYS 10.0发展过程 ANSYS 公 司 成 立 于 1970 年 , 是 美 国 匹 兹 堡 大 学
John Swanson 博士创建，是目前世界CAE行业最大公 司。 1.2.2 ANSYS10.0 创新之处 1.2.3 ANSYS 10.0 使用环境
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1.1.2 有限元常用术语
➢ 1.单元，有限元模型中每一个小的块体称为一个单元。 一个有限元程序提供的单元种类越多，该程序功能就 越强大。ANSYS提供一百余种单元类型。
➢ 2.节点，用于确定单元形状、表述单元特征及连接相 邻单元的点。有限元模型中的最小构成元素。
9. 优化设计及设计灵敏度分析 ●单一物理场优化 ●耦合场优化
10.二次开发功能 ●参数设计语言 ●用户可编程特性 ●用户自定义界面语言 ●外部命令
11. ANSYS土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢 筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与 隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况， 从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案， 为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
3. 热分析 ●稳态、瞬态温度场分析 ●热传导、热对流、热辐射分析 ●相变分析 ●材料性质、边界条件随温度变化
4. 电磁分析 ●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 ●交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 ●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界 引起的磁场 ●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的 物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 ●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、 雷达系统、同轴连接器等分析。
Ansys+Workbench教程有限元
创建、打开、 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File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令， File—Save Save As 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。
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，路径必须为英文路径。
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。
网格控制
目的： 目的：实现几何模型 原则： 原则：整体网格控制 有限元模型的转化 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。
显示/ 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 来隐藏目标。 当一个目标被隐 个目标，单击鼠标右键，选择 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 To— Hidden 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。
ANSYS有限元分析步骤2
布尔操作—Subtract减运算
减运算是从一个图形减去另一个图形，运算后得到的结果可能是一个与 被减图形相同维数的图形，也可能将被减图形分类成两个或多个新的图形。 新的图形之间可以有共同的边界也可有不同但重合的边界。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之
载荷
间通过节点连接，并承受一定载荷。
SOLID70单元
SOLID70具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节 点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该 单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那 么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如 SOLID45单元）
By Picking ：通过在工作平面上定位圆锥体底部的圆 心和半径以及圆锥体的高来定义圆锥体 By Dimensions：通过圆锥体的尺寸定义圆锥体
实体建模—布尔操作
在布尔运算中，对一组数据可用诸如交、并、减等逻辑运算处理。布尔运算 的目的是为了构建更复杂的模型，或者是为了消除模型之间的空隙之处。
一、前处理
2、自由度 自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性。
UY ROTY
ROTZ UZ
UX ROTX
结构 DOFs
分析类型
结构 热 电
流体 磁
自由度
位移 温度
电位 压力
磁位
节点、自由度、单元、有限元模型的关系
（载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度并 存在相互物理作用。
ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册
A.2 Design Modeler菜单栏
A.1 Workbench菜 单栏
Hale Waihona Puke A.3 Mechanical菜 单栏
作者介绍
这是《ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册》的读书笔记模板，暂无该书作者的介绍。
读书笔记
这是《ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册》的读书笔记模板，可以替换为自己的心得。
11.3.1问题描述 11.3.2项目概图 11.3.3创建草图 11.3.4 Mechanical前处理 11.3.5求解 11.3.6结果
11.4.1问题描述 11.4.2项目概图 11.4.3 Mechanical前处理 11.4.4求解 11.4.5结果
12.2结构非线性一 般过程
12.1非线性分析概 论
3.6.1定义几何 3.6.2 Mechanical默认与CFD网格 3.6.3截面位面 3.6.4使用面尺寸 3.6.5局部网格划分
4.2 Mechanical界 面
4.1 Mechanical概 述
4.3基本分析步骤
4.2.1 Mechanical菜单栏 4.2.2工具栏 4.2.3树形目录 4.2.4属性窗格 4.2.5绘图区域
9.2振动分析实 例——桥梁模 型随机振动分
析
9.1.1机振动分析过程 9.1.2 Workbench 14中进行随机振动分析
9.2.1问题描述 9.2.2项目概图 9.2.3前处理 9.2.4模态分析求解 9.2.5随机振动分析设置并求解 9.2.6查看分析结果
1
10.1热分析基 础
2
10.2热传递的 方式
1.6.1材料库 1.6.2添加库中的材料 1.6.3添加新材料
有限元ANSYS分析
第7章基于ANSYS有限元建模与应用7.1带孔平板问题分析分析的物理模型如下图7.1所示。
图7.1 平面问题的计算分析模型1、定义工作文件名及工作标题（1）定义工作文件名：Utility Menu > File > Change Jobname,在弹出的对话框中输入工作文件名为“plane”，单击“OK”。
（2）定义工作标题：Utility Menu > File > Change title,在弹出的对话框中输入工作标题名为“The Analysis of plane”，单击“OK”。
2、ANSYS分析单元设置（1）设置前处理器：Main Menu> Preferences，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，选择“Structural”,单击“OK”。
（2）定义单元类型和选项：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”对话框，单击“Add”，添加单元类型，在类型中选择Solid>Quad 4node 42，单击“OK”，“Element Types”对话框显示“Type1 Plane42”，单击“Options”，在K3栏选择“Plane strs w/thk”，单击“OK”，在“Element Types”对话框中单击“Close”，完成设置。
图7.2 单元设置图7.3 单元行为选项设置3、实常数设置，设置平面问题的厚度定义实常数：Main Menu> Preprocessor> Real Constants> Add/Edit/Delete，弹出“Real Constants”对话框，单击“Add”，加载平面类型常数，弹出对话框，单击“OK”，弹出“Real Constants Set Number 1，For PLANE42”，在THK栏中输入1，单击“OK”，载入设置，在“Real Constants”对话框中单击“Close”，完成设置。
ANSYS有限元分析基本步骤
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2.3 加载和求解
2.3.3 选择求解方法 选择合适的求解方法GUI操作如下：【Main Menu】/【Solution】（求解器）/【Analysis Type】（分析类型 ）/【Sol’n Controls】（求解控制），弹出【Solution Controls】对话框，如图2-15所示。
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2.4 结果后处理
图2-5
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第2章
有限元分析基本步骤
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基本步骤
2.1 ANSYS有限元分析典型步骤 2.2 有限元模型的建立 2.3 加载和求解 2.4 结果后处理
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2.1 ANSYS有限元分析典型步骤
ANSYS有限元典型分析大致分为三大步骤： 1）建立有限元模型； 2）加载和求解； 3）结果后处理和结果查看。
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2.2 有限元模型的建立
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2.2 有限元模型的建立
图2-1
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2.2 有限元模型的建立
• 单击【Isotropic】，弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】对话框，见图2-2。在【EX】输入栏中 输入弹性模量，在【PRXY】输入栏中输入泊松比。如图2-2所示。
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图2-4
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2.4 结果后处理
时间历程后处理器 进入时间历程后处理器的方法如下： • GUI: 【Main Menu】/【TimeHist Postproc】（时间历程后处理器）。图2-4所示为在通用后处理器中显示的某平面应力 问题的分析结果示意图。
图2-5为某节点反作用力与时间的关系图。
铁路轨道有限元分析
首先，是用AutoCAD或ANSYS将轨道的几何模型建好，转成IGES格式，保存成文件，这一步工作比较繁琐但没有技术麻烦，为了方便大家，现将其上传。
见附件。
217052-RAIL60.IGES (0.0k)接着建模型导入ANSYS： File>Import>IGES定义单元1：Mesh200-----用于对平面的单元划分，注意要在Options中设置单元为4节点平面单元（QUAD 4-NODE）定义单元2：Solid45------用于实体的单元类型。
单元的形成是二维拖拉成三维！定义轨道材料常数：弹性模量210GPa，泊松比0.3。
进行平面单元划分之前，先进行合并重节点及压缩节点操作。
操作完毕后，平面的线如图所示。
轨道的受力主要在轨头上，故而上面的单元密度应该控制细一点。
另外，由于轨道结构比较长（本例采用5跨来分析），二维单元不能太细，否则总的单元数将是极其惊人的。
尝试过用自由网格划分的办法，可是拖拉后，三维单元效果不理想。
不是畸变单元太多就是总的单元数太大。
最终决定用映射方法进行网格划分。
总体的思路就是将轨道分成三部分：轨头，腹肋和底座。
先将现有的面积删除然后重新定义两根线，再由线重新定义面积。
同时将L1和L15一分为二！如图所示。
对线进行网格划分控制，采用设置等分分数的方法。
设置数据如下：101 14 44 4 410 1042 24 42 216然后将设置线的关联。
对轨头部分：上面三条线关联起来，下面三条线也关联起来，大概就是上下等分数为12，左右等分数为4。
对腹肋部分：上下等分数为4，左右等分数为10。
对支座部分：上面五条线关联起来，上下等分数为16，左右等分数为2。
设置好后，用映射方法划分网格，如图所示。
接下来是将二维网格拖拉成三维。
再做这一步之前，要切记做一件非常非常重要的事情：就是将刚才对线的关联取消！否则拖拉操作将不能成功。
将二维网格保存成rail_2Dmesh.db。
基于ANSYSWORKBENCH的装配体有限元分析
基于ANSYSWORKBENCH的装配体有限元分析基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。
装配体的仿真所面临的问题包括：（1）模型的简化。
这一步包含的问题最多。
实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。
这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。
在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。
（2）零件之间的联接。
装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。
我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。
如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。
如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。
在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。
我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。
但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。
此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。
ansys workbench有限元总结
Workbench边界约束：固定约束fixed support：在顶点、边缘或面上约束所有的自由度，对于实体限制x、y、z的平移；面体和线体：限制x ，y和z 方向上的移动和绕各轴的转动。
3.《常用机械工程材料》碳素结构钢：Q235，优质碳素结构钢45，65Mn.45号钢的尺寸为25mm经过正火后的热处理 .65Mn的尺寸为25mm经过正火后的热处理 .
4.定义拓扑优化问题同定义其他线弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性（弹性模量和泊松比，也许还有密度），选择拓扑优化合适的单元类型，生成有限元模型，并根据特定的拓扑优化问题需要的判据进行一下两种应用之一的分析。
12.疲劳损伤积累理论（用于不定振幅载荷）
疲劳损伤积累理论认为：当零件所受应力高于疲劳极限时，每一次载荷循环都会对零件造成一定量的损伤，并且这种损伤是可以积累的，当损伤积累到临界值时，零件将发生疲劳破坏。疲劳损伤积累理论和计算方法很多，较重要的有线性和非线性疲劳损伤积累理论。线性疲劳损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的，总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加，最具代表性的理论是帕姆格伦一迈因纳( Palmgren - Miner)定理。非线性疲劳损伤积累理论认为，每一次损伤是非独立的，每一次循环载荷形成的损伤与已发生的载荷大小及次数有关，其代表性的理论有柯尔顿( Corten)理论、多兰(Dolan)理论。另外还有其他损伤积累理论，但大多数是通过实验推导的经验或半经验公式。目前，应用最多的是线性疲劳损伤积累理论。
7力载荷Force（N）：力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。当一个力施加在两个同样的表面上时，每个表面将承受这个力的一半。
基于ANSYS_WorkBench大型整体舱段结构有限元分析.
基于ANSYS WorkBench大型整体舱段结构有限元分析作者：王华侨葛光远黄天曙摘要：本文利用ANSYS WorkBench 协同优化设计分析CAE环境，对航天常用大型薄壁整体铝合金舱段壳体结构的不同结构设计状态下的静强度、屈曲稳定性和振动模态进行了比较系统的分析。
并结合实例进行了说明，该整体舱段壳体结构系统分析结果为舱段壳体系列产品的结构设计与制造工艺可提供较好的参考借鉴作用。
关键词：ANSYS、协同设计、有限元分析、屈曲稳定性、振动模态、薄壁壳体1 前言ANSYS 公司是世界上最著名的CAE 公司之一，经过三十年多的发展，已经形成融结构、热、流体、电磁、声学为一体的大型通用有限元分析软件，是航空航天领域新一代最具代表性的仿真分析工具，传统结构有限元模拟分析的基本流程如下图1 所示。
这种应用有限元分析程序进行结构的应力分析的标准过程都是根据设计条件，用解析计算方法或根据经验值确定初始结构尺寸，按照该结构尺寸，用有限元程序建模、求解，再对得出的应力、刚度分析结果进行强度评定。
如果评定不合格则根据设计者的经验对初始尺寸进行修改，然后再次建模、求解，进行强度评定，如此反复，直至结果评定合格为止。
用这种方式存在设计周期长、需要进行工程试验来弥补求解的离散性等方面的不足。
图1 结构有限元模拟分析基本流程日益激烈的市场竞争已使工业产品的设计与生产厂家越来越清楚地意识到：能比别人更快地推出优秀的新产品，就能占领更多的市场。
为此，CAE 方法作为能缩短产品开发周期的得力工具，被越来越频繁地引入了产品的设计与生产的各个环节，以提高产品的竞争力。
应用基于协同结构设计优化法进行结构强度、刚度分析设计与以往的标准方法相比，具有设计周期短，设计人员工作工作量小，结构各部分结构尺寸通过优化方法确定，有利于避免材料的浪费等优点。
一个典型的CAE 优化过程通常需要经过以下的步骤来完成：（1）参数化建模：利用CAE 软件的参数化建模功能把将要参与优化的数据（设计变量）定义为模型参数，为以后软件修正模型提供可能。
ansys有限元分析案例
ansys有限元分析案例ANSYS有限元分析案例。
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它可以对结构、流体、热传导、电磁场等多个领域进行仿真分析。
在工程设计和研发过程中，有限元分析可以帮助工程师们更好地理解和预测产品的性能，从而指导优化设计方案和减少试验次数，降低产品开发成本。
本文将通过一个实际案例，介绍ANSYS有限元分析的基本流程和方法。
案例描述：假设我们需要设计一个汽车座椅支架，在使用过程中需要承受乘客的重量和车辆行驶时的振动载荷。
为了确保座椅支架的安全性能，我们需要进行有限元分析，验证其在不同载荷下的受力情况和变形情况。
1. 几何建模，首先，我们需要在ANSYS中建立汽车座椅支架的三维几何模型。
可以通过ANSYS的几何建模工具，绘制支架的外形和内部结构，包括连接件和加强筋等。
在建模过程中，需要考虑到实际生产工艺和材料特性，确保模型的真实性和可靠性。
2. 材料属性，在进行有限元分析之前，需要为支架材料定义材料属性，包括杨氏模量、泊松比、密度等。
这些参数将直接影响支架在受力时的应力分布和变形情况。
根据实际材料的力学性能数据，可以在ANSYS中设置相应的材料模型。
3. 网格划分，有限元分析的核心是将实际结构划分为有限个小单元，然后在每个单元内进行力学方程的求解。
在ANSYS中，可以通过网格划分工具对支架模型进行网格划分，确保每个单元的尺寸和形状合理，并且能够准确地反映支架的几何特征。
4. 载荷和约束，在进行有限元分析之前，需要定义支架的载荷和约束条件。
对于汽车座椅支架来说，载荷包括乘客的重量和车辆行驶时的振动载荷，约束条件包括支架的固定支撑点和连接点。
在ANSYS中，可以通过载荷和约束工具对支架模型进行加载和约束设置。
5. 求解分析，一旦模型的几何、材料、网格、载荷和约束都设置完毕，就可以进行有限元分析的求解计算。
在ANSYS中，可以选择合适的求解器进行计算，根据模型的复杂程度和计算资源的限制，选择合适的求解策略和参数，进行力学方程的求解和数值计算。
《ANSYS 有限元分析实用教程》6
ANSYS有限元分析实用教程第六章通用后处理器对模型进行有限元分析后，通常需要检查求解结果，这种检查在ANSYS中称为后处理。
本章和第七章将分别介绍ANSYS中的两个后处理器：通用后处理器（POST1）和时间历程后处理器（POST26）。
6.1 后处理器概述后处理可能是分析中最重要的一个环节，因为在任何一个分析中用户总是试图搞清楚作用荷载如何影响设计、单元划分是否合理等。
需要用户单击工具栏上的（1）将光盘目录“\ch06\data\”中的文件复制到工作目录，启动ANSYS，单击工具栏上的按钮，打开数据库文件“beam.db”。
（2）单击Main Menu>General Postproc>Results Summary菜单查看计算得到数据集合情况，如图6.1所示。
可参考此表有目的地读入某个荷载步的结果。
第六章：通用后处理图6.1 计算结果数据情况（3）单击Main Menu>General Postproc>Read Results>Last Set菜单，可读入最后一子步的结果数据。
接下来就可以显示了查看最后一子步的结果数据了，显示的操作将在6.2节中详细讲述。
读取结果数据菜单，如图6.2所示。
常用的读取结果数据的菜单还有：图6.2 读取数据菜单●【First Set】：单击此菜单，可读入第一子步的结果数据。
●【Next Set】：单击此菜单，可读入当前子步的下一子步的结果数据。
●【Previous Set】：单击此菜单，可读入当前子步的上一子步的结果数据。
此外，用户还可以按如下几种方式读取结果数据：1．选择子步直接读取用户可以直接选择某一子步的数据进行读取。
操作如下：（1）单击Main Menu>General Postproc>Read Results>By Pick菜单，将弹出如图6.3所示的对话框。
ANSYS 有限元分析实用教程图6.3 选取子步数据 （2）选中某一子步，然后单击按钮即可把该子步数据读入数据库。
基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计
尺寸 Ｐ ｌ为 ８ ４ ５ ７ ． ｍｍ， ４ 为 ６ ． ２ Ｐ ９ ６ ｍｍ， ６ 为 ２ ３ Ｐ ５．
４ ｍｍ， ６ Ｐ７为 ３ ４ ５ ｍｍ， 行 圆 整 后 Ｐ１为 ８ ５ ５ ．４ 进 ７ ｍｍ ，
［ ］ＭｉｇＣ ｎ ，ＱａｇＺ ａ ，Ｔ ｏＨ ｎ ｎ ｕ ｎｅｏ ｉｅｅ ｔ ５ ｎ ｏｇ ｉ ｈ ｏ ａ ａ ．Ｉｆ ｅｃ ｆｄ ｆ ｎ ｎ ｌ ｆｒ
４ ８ ２ ０ ．７
比 较
减 少
２ ８ｌ ３．
降 低
０． ０ ７ ０７
提 高
２ ７ ９． ９
降 低
０． １ ７４
ｆ１ 轴箱 优化 尺寸 对一 阶固有 频率 的灵 敏度 ａ主
５ 结 束 语
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曼
、
首先 通过 对 主 轴 箱 进 行 有 限元 分 析 ， 到 主轴 得
本 文建 立 了主 轴 箱 的 有 限 元 模 型 ， 以铣 削 工 况
ANSYS有限元分析 ppt课件
.
. A. B .
分离但节点重叠的 单元A和B之间没有 信息传递（需进行 节点合并处理）
. A. B.
具有公共节点 的单元之间存 在信息传递
1.6 节点和单元 (续)
节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。
I L
I P
M L
I
J
三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ
I
K
二维或轴对称实体单元 L
• 将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中 设定有限个节点，将连续体看作只在节点处相连接 的一组单元的集合体。
• 选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单 元中假设一近似插值函数，以表示单元中场函数的 分布规律。
• 利用力学中的某种变分原理去建立用以求节点未知 量的有限单元法方程，将一个连续域中有限自由度 问题化为离散域中有限自由度问题。
i
du ui1ui
x dx
li
E i
i
E(ui1ui )
x
x
li
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并 接受该种单元类型所假定的单元形函数。
• 在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必 须确保分析时有足够数量的单元和节点来精确描述 所要求解的问题。
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 就整个直杆来说，位移函数U(x)是未知的，但对每
单元: 一组节点自由度间相互作用的 数值、矩阵描述（称为刚度或系数 矩阵)。单元有线、面或实体以及二 维或三维的单元等种类。
载荷
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单 元之间通过节点连接，并承受一定载荷。