有限元分析与ANSYS软件应用【转发】

2018-04-14 by:CAE仿真在线来源:互联网

1.有限元分析

有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。使用简单而又相互作用的元素(即单元),就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。可类比“化圆为直”来理解——用割圆法计算圆周长实际上就体现了离散逼近的思想。图1为一个梯子的物理模型和有限元模型,通过把梯子进行单元离散,形成有限元模型来模拟真实系统。

图1 梯子的物理模型和有限元模型

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所代替,所以这个解不是准确解,而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

怎样才能达到最好的“近似”?对该问题还没有一个容易的解决方案。这完全依赖于模拟的对象和模拟方式。我们将尽力通过本课程为你提供指导。

为何要采用有限元分析:

减少模型试验

计算机模拟,容许对大量假设情况进行快速有效的试验。

模拟不适合在原型上进行试验的设计

例如:器官移植,人造膝盖

有限元分析优势:

节省费用
节省时间——缩短产品开发周期
创造出更可靠的高品质的设计

有限元分析软件目前最流行的有:ANSYS、ABAQUS、MSC等。

2.ANSYS软件

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件。适合世界范围各工程领域的工程师们使用,部分功能如下:

结构分析

线性分析
非线性分析

—材料非线性,几何非线性,接触非线性

动力学分析

—模态,谐响应,瞬态动力学,谱分析,随机振动

—ANSYS LS-DYNA进行显式动力学分析

热分析

稳态热分析和瞬态热分析

流体分析(包括CFD,声学,和其他流体分析)

低频和高频电磁场分析

耦合场分析

ANSYS产品家族:

ANSYS—用于高级非线性结构分析和多物理场有限元求解分析。
ANSYS Workbench—与CAD软件包完美结合的完整仿真环境,包括几何建模,网格处理,结构/热分析,和优化分析。
CFX—CFD求解器,包括耦合以及并行的CFX-5求解器。
ICEM CFD—具有通用前后处理功能的强大的网格划分工具,包括生成复杂CFD网格的ICEM CFD以及创建良好的结构有限元网格。

ANSYS与Workbench的区别

ANSYS早期是没有Workbench的。只有经典的ANSYS。ANSYS与Workbench的内核是一样的。ANSYS是一种经典的有限元操作,特点是命令流强大,但人机交互能力弱,而Workbench是一种平台型的操作,封装了很多过程和软件,操作简单。ANSYS经典什么分析都可以做,但有些操作做不到平台型,所以Workbench就没有那些功能。简单来说,Workbench能做的,ANSYS都能做,但ANSYS能做的,Workbench不一定能做。

ANSYS模块:

ANSYS Multiphysics—为各行业提供广泛的耦合物理场分析工具,在一个软件产品中实现包括结构、热、流体、声以及电磁等多种分析功能。
ANSYS Mechanical—结构和热分析工具,涵盖完整的非线性和线性单元,从金属材料到橡胶材料的多种材料准则,以及最全面的高效求解器。
ANSYS Structural—提供ANSYS强大的非线性以及线性结构求解功能,以便快速得到高效、可靠的结构仿真结果。
ANSYS Professional—易学易用的结构、热分析。
ANSYS Design Space—为设计师提供的用于概念形成、产品设计、产品验证、易学易用的软件包。
ANSYS LS-DYNA—为满足客户设计需要,ANSYS LS-DYNA融合了LS-DYNA显式动力求解技术以及ANSYS前后处理技术,帮助工程师实现碰撞试验、金属成型、冲压和突变失效的模拟分析。
ANSYS Emag—用于满足低频电磁分析市场的需要。