2.3工作臺系統(tǒng)靜態(tài)分析的軟件介紹

3、WORKBENCH 的應(yīng)用模塊。ANSYS Workbench 提供了與 ANSYS 系列

求解器相交互的強(qiáng)大方法。ANSYS Workbench由多種工程應(yīng)用模塊組成[35]。

今Mechanical:用于結(jié)構(gòu)分析、熱分析和網(wǎng)格劃分。

今Mechanical APDL:采用傳統(tǒng)的ANSYS用戶界面對高級機(jī)械和多物理場

進(jìn)行分析。

今Fluid Flow (FLUENT):采用FLUENT進(jìn)行流體力學(xué)分析。

今Fluid Flow (CFX):采用CFX進(jìn)行流體力學(xué)分析。

今Geometry ( DesignModeler ):用于創(chuàng)建和修改CAD幾何模型，為 Mechanical分析提供所用的實(shí)體模型。

今Engineering Data:用于定義材料屬性。

今Meshing Application:用于創(chuàng)建CFD和顯式動態(tài)網(wǎng)格。

今Design Exploration:用于優(yōu)化設(shè)計。

今 Finite Element Modeler:轉(zhuǎn)換 NASTRAN 和 ABAQUS 中的網(wǎng)格。

今Bladde Gen:用于創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)機(jī)械鐘的葉片幾何模型。

今ExplicitDynamics:用于顯式動力學(xué)分析，創(chuàng)建具有非線性動力學(xué)特性的

模型。

本課題在項目視圖系統(tǒng)中建立了有限元模型分析流程圖；通過工具箱對模 型進(jìn)行材料屬性模塊、網(wǎng)格劃分模塊的選擇；在Workbench的應(yīng)用模塊中選擇 Mechanical進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和網(wǎng)格劃分，選擇Geometry(DM)進(jìn)行模型的導(dǎo)入，選 擇Engineering Data對研究對象進(jìn)行材料屬性定義，選擇Design Exploration模塊

對有限元模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2.3.3    ANSYS有限元功能介紹

有限元模型包括節(jié)點(diǎn)、實(shí)常數(shù)、單元、邊界條件、材料屬性等，還有一些 用來表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征。

建立有限元模型有步驟有以下幾步^[31]:

1.      首先要確定分析方案，初步確定選取那種哪種單元類型。

2.       進(jìn)入前處理模塊，進(jìn)行幾何形狀的基本繪制。

3.       對單元類型和實(shí)常數(shù)等一些相關(guān)的條件進(jìn)行設(shè)置。

4.       進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在此之前先對網(wǎng)格密度進(jìn)行控制。

5.       將所建立的模型進(jìn)行保存。

6.     退出前處理模塊，準(zhǔn)備進(jìn)入求解模塊進(jìn)行求解計算。

對所建立的有限元模型進(jìn)行合理的簡化會對求解結(jié)果的準(zhǔn)確與否產(chǎn)生很大 的影響，所以，所建立的模型必需和實(shí)際的回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)保持一致，要能夠 反映實(shí)際回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)，所以其中對模型結(jié)構(gòu)的簡化還有邊界條 件的設(shè)置要與工作臺實(shí)際情況相一致^[31]。

ANSYS軟件主要包括三個部分：前處理模塊，求解模塊和后處理模塊。

前處理模塊的主要功能是進(jìn)行實(shí)體模型的建立和網(wǎng)格劃分，在其中可以方 便有效地建立出有限元模型；求解模塊就是對所建立的有限元模型進(jìn)行求解計 算，對實(shí)際問題進(jìn)行分析，它可以進(jìn)行多方面的分析求解，方法簡便，求解效 率高，適用非常廣泛；后處理模塊可以把計算結(jié)果用不同的方式顯示出來，其 中包括彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、透明和半透明顯示等各種圖形 方式顯示出來，也可以把計算結(jié)果用圖表或曲線的形式顯示出來。ANSYS軟件 中提供了 100多種以上的單元類型，分別可以用來模擬實(shí)際工程中不同的一些 問題^[32]。

1.    前處理模塊PREP7

ANSYS前處理模塊主要包括：定義參數(shù)、建立模型以及劃分網(wǎng)格。

2.     求解模塊SOLUTION

求解模塊是用對所建立的有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析和計算。其中可以進(jìn)行 分析類型的定義，有穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析等類型，也可以進(jìn)行載荷的施加，包 括位移，力和力矩等，還可以用來指定載荷步，包括子步數(shù)和載荷步的控制選 項^[33]。

3.     后處理模塊POST1和POST26

通過求解計算之后，就可以通過通用后處理模塊POST1和時間歷程后處理 模塊POST26對分析結(jié)果進(jìn)行查看。

ANSYS13.0將許多新增功能和工具整合進(jìn)去，它縮短了整體的求解時間， 在很多方面也進(jìn)行了改進(jìn)，包括單元、接觸、求解性能和材料等方面做出了很 大改善，從幾何建模到求解計算的時間縮短了很多，而且求解的精度也有了提 高。它將仿真和設(shè)計不斷地進(jìn)行整合，增強(qiáng)了創(chuàng)建幾何結(jié)構(gòu)的功能，對網(wǎng)格劃 分的質(zhì)量和平滑度等功能進(jìn)行了提高。

由于實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此，在結(jié)構(gòu)分析中，首先必須選擇合適 的單元。在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中，常用的單元有以下幾種：

1.      常用二維實(shí)體單元

二維實(shí)體單元，可以用于將三維復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為二維簡單的問題進(jìn)行分析 的情況^[36]。

包括的單元主要有：Plane25, Plane75, Shell61，Plane78, Plane83, Fluid81。

2.       三維實(shí)體單元

常用的三維實(shí)體單元有 Solid45, Solid92, Solid95, Solidl85，Solidl86, Solidl87。

其中，對于非線性問題的分析主要采用的單元有：Solidl85，Solidl86, Solidl87。因?yàn)檫@幾個單元有更多的材料模式，方便問題的分析，它們采用了最 新的單元技術(shù)。

對自由網(wǎng)格的應(yīng)用最好采用有中間節(jié)點(diǎn)的單元，否則單元的退化形式精度 將會大受影響。

3.       殼單元

一般彈性薄殼采用Shell63單元，對非線性或復(fù)合材料殼采用Shelll81單元。

4.       梁單元

梁單元一般采用Beaml88單元和Beaml89單元。因?yàn)檫@兩個單元可以定義 梁截面，還可以自定義梁截面，截面可以有多種材料，還可以施加和輸出三維 模式、初應(yīng)力和結(jié)果顯示^[37]。