本文摘要(由AI生成):
本文主要介绍了ANSYS软件的安装、使用和功能。ANSYS是一款有限元分析软件,可以用于解决各种工程问题。文章详细介绍了ANSYS Workbench的使用方法,包括导入几何模型、导入网格、导入材料库、导入载荷等。此外,文章还介绍了ANSYS Workbench的求解过程、结果查看、局部坐标系、圆柱坐标系等功能。最后,文章还介绍了ANSYS Workbench的高级网格处理、壳体与实体的接触MPC、刚柔耦合分析等功能。
-search-VM-tutorial【如远端点行为区别】
① rst文件:可用于求解过程中查看结果,也可用于疲劳分析
② 材料库选择材料、新建材料[橡胶材料新建]、新建的材料可以导出-下次使用再导入、导入材料库)
0)hypermesh可以直接生产.Cdb文件,直接导入ANSYS。支持网格及载荷的导入。
1)15.0 WB界面可以导入cdb文件,但是不支持载荷,只支持网格。
且需要ansys经典界面的处理,cdb进入经典,write新的cdb即可通过external model导入WB。
2)支持NASTRAN的.bdf,用FE-modeler
3)导入后,可以选择面【通过femodelor可以导入面积网格】,也可以通过节点命名选择节点【先选择面形成明明选择,然后对面命名右键形成节点命名选择】,可以对节点施加节点约束(平移位移、旋转位移约束rotation、定向--用于指定参考的坐标系的)、载荷(力、压力、EM传感器--施加电压)
4)节点载荷(如f=100)、是每个节点上都施加100N力。
5)经典界面可以导入hypermesh中施加的载荷,WB下只支持网格。
① 几何接口:CAD里面有ansys接口、参数-名称都是双向的
② DM:iges、支持x_t接口、创建模型、导入模型的修改、分析前的预处理{平面切割&草图切割体、印记面}、模型的参数化)
① hypermesh网格导入ansys:
② 经典{CDB文件、只有网格、载荷也有}、
③ WB界面{cdb/bdf/inp、有网格、没有载荷、还包含几何}
① 远端力:包含力和力矩
② 远端点,只能施加远端载荷【三种行为,后边讲】
③ 轴承载荷:轴承、皮带
④ 螺栓预紧力:load、displace,需要将扭矩转化为力或预紧位移
⑤ 远端位移:一个约束远端点、提供转动自由度的约束
⑥ 光滑支撑:支撑作用+对称约束{对称模型的对称面,施加这种约束}
⑦ 弹性约束:类似弹簧,但是没有阻尼{弹簧有刚度也有阻尼})
① 模型必须在+Y象限内、2d平面模型
② WB界面下,几何属性改为2D的,而且必须打开Mechanical之前就把分析类型改为2D的;
③ DM中从3D模型提取2D模型方法:切割》取XY平面内的face》概念建模下surf from face》创建》抑制其他3Dpart
④ 进入Mechanical,几何明细设置为轴对称/平面对称
⑤ 案例练习:
ü 模型“4-2Axisym_pressure_2D_12”、2D分析、
ü 材料不锈钢考虑塑性{屈服应力为250MPa,剪切模量为7.7e10}、
ü 考虑几何大变形、
ü 接触{增加2个edge、摩擦系数为0.5,双向对称类型、增光lagrange算法、每次迭代更新刚度、pinball半径取0.005mm-可自行对比自动和0.1mm以及0.005mm的结果区别}、
ü 网格质量要求0.95以上-接触区域网格2级加密、
ü 分析设置:初始子步10、最小子步5、最大子步100;
ü 固定内部圆盘-支撑约束外部压盘、外部压盘施加X方向-0.5mm位移去压紧内部圆盘;
ü 求解过程查看收敛曲线;
ü 求解两盘压紧情况、间隙情况、压紧力及接触剪切应力;
ü 求解外部圆盘的变形、应力、塑性变形情况;
① 怎么创建路径,怎么使用路径【后处理】(path路径、surf路径、X轴路径)
② 创建命名选择,什么时候使用【加载、后处理均可使用】
③ 变形、应力等显示方式、云图上显示网格;
① 整体控制:size、中节点、网格质量。。。
② 局部控制:method【先mesh上右击》show》可扫略的体】、size【尺寸、分段数、影响球】
③ 虚拟拓扑:把小碎面合并到大面里去;
④ 如果在关注区域去划分六面体网格,但是又不能扫略;去DM里面吧关注区域切割出来【切割之后,form a new part】;
⑤ 六面体为主网格优势:表面应力均匀;
① 几何非线性:分析设置里边打开大变形;【特殊的,如刚体运动时,必须打开大变形】
② 弹塑性:加入屈服应力、剪切模量【或者材料库的非线性材料库里选择】
③ 塑性材料--多线性:multilinear ,然后利用表格 ,输入应力+应变。[需要注意多线性时,第一行数据必须为应变为0的]
④ 非线性塑性:
(速率相关/速率无关)——速率指【如果材料的响应与加载或变形的速率无关, 那么这种材料就是速率无关的】
(标准硬化/随动硬化)
随动硬化:屈服面大小保持常数且向屈服方向传递.
⑤ 超弹性:需要试验数据(Uniaxial data);本构可以选择ogen 3 order【最大支持700%应变】
(弹簧:支持非线性、类型体到体和体到地两种、参考端、移动端)
① 用非对称行为时,contact面的选择注意:用软的或者网格密的作为contact面
② 有part为刚体时,刚体肯定要作为target面;
③ 接触类型;
④ 行为:对称、非对称、自动非对称
⑤ 接触算法:常规3种【lagrange--压力模拟接触--最大好处完全没有渗透--坏处是必须用直接求解器、罚函数--通过弹簧模拟接触、MPC--位移约束--绑定/不分离可以用MPC也可以用罚函数、增广lagrange--吧前两种算法结合--摩擦接触都用该算法】
⑥ Pinball:它有半径,用途:如果两个接触面的距离小于pinball半径,程序就认为接触开始起作用。【有大间隙的模态分析时,需要定义pinball,程序自动控制就不行】
⑦ 接触刚度:刚度越大,结果越精确【可以做多次分析,不断增大刚度,查看应力变化趋势,应力趋于稳定的时候对应的刚度是合适的】。但是刚度越大,不容易收敛。刚度默认值【弯曲分析,刚度默认值0.1,其他的默认是1】;update stiffness一般用每一个迭代步;
⑧ Offset:调整间隙用;
1、怎么获得接触面的初始间隙值?【插入contact tool》选择要查看的接触对》去让程序自动获得初始信息》查看GAP值】;
2、怎么调间隙?【吧间隙调为0】【吧间隙调大:输入负值】【吧间隙调小:输入正值】
⑨ Rammp影响:接触面慢慢合并,还是初始步就合并?
⑩ Contact tool有2个:一个是接触创建前,来获得初始接触信息的;另一个就是后处理中用于查看接触压力、间隙、状态、摩擦应力;
静力做瞬态过程:打开惯性释放即可;
① 第一类:瞬态分析:载荷随时间变化【step可以只定义一个】
跟静力分析的区别:1、载荷可以随时间变化;2、考虑惯性影响;3、如下图:step及子步控制、加载通过tablor表格方式
② 第二类:瞬态分析:冲击/碰撞:
③ 第三类:刚体运动分析【关节】
④ 第四类:刚柔耦合分析【关节、接触、】
注意约束跟实际一致性:不要总用fix约束,多用一些其他的,比如圆柱约束、压缩约束、弹性约束、远端位移约束
技巧:
初始计算:频率范围大一些,间隔大一些,也就是计算输出的结果少一点;【结果中查看变形随频率的响应曲线》】
进一步计算:要么围绕关注的频率,取一小段频率范围+小间隔,计算
进一步计算:要么围绕激振的振幅最大频率,取一小段频率范围+小间隔,计算
分析设置:单点【所有约束上加载的谱一致】、多点【不同约束上加载的谱不一致】
加载:加速度【单位m/s2】、速度、位移
定量分析【有确定的载荷、也有确定的应力、应变等】
定性分析:基于概率;1sigma、3sigma等。
定义输入、输出参数
参数管理:可以手动输入多组输入参数值
优化:定义输入参数的范围,定义目标,设置样本个数,求解;
<0.35KG;<112MPA;
(命名选择:几何的、节点单元的;节点加载必须通过命名选择【先选节点,右键添加命名选择】;后处理查看节点、单元结果需要命名选择;)
(路径:分3种,通过2点,通过边,通过X轴;)
(节点命名选择)
(远端点:加载远端载荷、远端位移【如需要约束轴的旋转,一般可以通过建立远端点,施加远端位移,来控制自转等;】)
(质量点:顾名思义)
(刚柔体混合使用,往往使得有限元分析工作事半功倍)
就是谐响应分析,只是加载的一般为单位位移、单位远端位移等,结果输出远端点的反作用力F即可;
看做结构体,即不考虑流体的运动;可进行包含流体的结构、热等分析;
(chart的使用,瞬态分析中使用,需要随时间变化的载荷)
(大型的求解,耗时很大,求解中间,可以提取rst文件,到经典界面查看结果情况)
(后处理、加载、裂纹、循环对称、等)
(接触详细设置里,将contact的容差类型从slider改为value,然后输入value值,则在该值范围内的面可以自动创立接触)
接触刚度:是影响收敛及精度最主要参数;
(属于网格领域,但实际上是对几何进行的处理,尤其对复杂结构件的关键区域至关重要,可以大幅提高网格质量;)
需要DM建立点point ,然后通过连接类型的spot weld建立点焊即可;
DM中,创建spot焊点,方法如下,注意选择所有的体;导入mech中自动创建spot weld;
15、ANSYS Workbench多工况分析二个方法—多step及WB流程
16、ANSYS Workbench复杂模41、型网格控制技巧1—面size
(见advanced案例)
(1)加入裂纹:椭圆的两个半径,裂纹周边1mm的半径加密网格(largest contour radius),裂纹周长上分段数如16(circumferential divisions),半径1mm方向段数(mesh contours)
(2)裂纹方向:需要垂直于面,如下图。需要建立局部坐标系(裂纹默认为沿局部坐标系的X轴正方向模型延伸)。
(3)划分网格:需要用四面体网格或自动网格,然后对裂纹创建自动网格。
(4)后处理:裂纹工具:fracture上选某一个裂纹,然后插入k1为应力密度因子,J积分考虑弹塑性,G1为能量因子;其他:总体应力等。
(5)裂纹描述:初始裂纹为闭合的,加力求解后出现裂纹缝隙。
18、ANSYS Workbench大间隙接触问题的处理技巧
0)摩擦接触间隙5mm问题:
大间隙问题:瞬态分析【更多的载荷步,可以更好的扑捉接触瞬间】;静力分析最好先通过位移载荷让间隙合并再加载其他载荷;
1)5mm间隙问题,运动接触上以后才会起摩擦作用【当然不是完全接触上,而是间隙=pinball半径时接触就开始起作用】,
2)尽量使用对称模型(加入边界约束,更容易收敛)
3)使用瞬态分析,小时间步,网格要小;接触刚度值默认为1,如果出现渗透,可以采用大一些的接触刚度,我下面的采用的刚度是2,刚度值越大结果越精确,只是太大不容易收敛。
4)使用PCG迭代求解器,快速。
1、建立壳体、实体模型,间距比如为0.1mm
2、进入mech,手动创建接触,bonded类型;壳体的边作为接触面,实体的面作为目标面;采用MPC算法,接触的约束类型使用inside pinball-couple U to Rot,pinball半径控制为0.2mm(比实际间距略大一点)。
3、设置约束、载荷、求解即可。
考虑螺栓螺纹接触【Geometric Modification】、渗透量
【目的:不需要建立螺纹,计算时可以考虑螺纹,减少计算时间】
1)接触中的Geometric Modification,基于局部坐标系。
ü 它只需要两个“点”来定义一个坐标轴。
ü 2D轴对称模型也可以定义螺栓螺纹接触。螺栓轴需要平行于Y轴。
2)参数设置:
Mean diameter螺纹半径,如M10则为10mm;
Pitch distance 螺距,即2个螺牙距离;
Thread angle 螺牙角度,即2个螺牙间的夹角;
3)接触结果功能更好。接触压力显示更贴切。
21、ANSYS Workbench关节使用、关节-接触混合使用
22、ANSYS Workbench刚柔耦合分析(mechanical--trancient)
(arm臂例子,再次学习关节建立)(简易机构例子,如曲柄滑块机构,混合使用接触、关节、刚体、柔体,达到更快速、准确解决问题的目的)
(分析步骤,见ADVANCED案例)
(先进行刚体动力学分析,再进行静力学分析;目的是通过刚体动力学分析获得关节载荷,然后静力中计算关节载荷引起的应力位移等;)
先静力分析,
然后复 制一份,然后将第一个的solution拖入第二个的setup上,
然后修改第二个的几何,进行切分,只留关注部分模型
然后打开第二个的mech,
ü 细化网格,
ü “submodeling”导入切割面的位移/温度(可仅导入切割面的位移即可)。
ü 约束、载荷继续保留,需要重新制定面等;
25、ANSYS Workbench高速旋转静力分析
(见advanced案例)
(加载力、温度等,可以与函数相关:如输入函数表达式“10+0.8*X”)
27、ANSYS Workbench循环对称模态分析--几何/Symmetry/cycle(见advanced案例)
》需要建立圆柱局部坐标系(Y轴需要沿着旋转中心);
》插入symmtry再插入cyclic region,(定义高边、低边,就是模型的旋转截取的切割面;选择建立的局部轴坐标系)
》通过VIEW》visual expansion查看扩展结果(可自动给出全模型的结果云图)
28、循环对称精力
静力分析时,如果模型是轴对称的,或者1/n对称的,则可以取1/n模型,建立循环对称,进行静力分析!!
结果较好!且结果会自动显示全模型!
圆柱坐标系的Y轴方向:必须为旋转方向【可以在坐标系的设置里修改】
使用循环对称后,,,划网格为什么画不出来????使用全六面体,或者自动划分然后局部加密网格【如果求解报错,网格清除】
29、ANSYS Workbench流固耦合FSI
(见advanced-流固偶尔会FSI案例)
design asses**ent为设计评估,做载荷组合用的。
32、载荷在不同载荷步中抑制与否
33、mechanical batch方式求解
1)直接ansys batch求解,输入cdb文件,制定输出目录,直接求解即可。
2)可以输出rst、out等文件
3)Cdb文件可以用txt打开查看:
4)另外,可以通过bat格式文件直接求解,类似lsdyna的。
1、尽量能用2D分析;不能也要尽量用对称模型的几分之一;【2D可以到经典下旋转为3D模型结果】
2、尽量用静力分析;
3、材料、边界条件一定要搞清楚,边界对结果影响最大;材料尽量考虑塑性;
4、几何尽量简化;【圆角要加入,否则容易引起应力集中,结果应力很大,无法解释】【尽量打开大变形】
5、网格不要太多,便于调试,一般8G内存,划分3万网格就差不多【需要计算3小时左右】。尽量切分为6面体,关注部位网格size减小即可;
6、接触:绑定【辅助收敛,不关注部位尽量使用bongded】+摩擦【摩擦尽量控制少】,【很多地方可以不要接触,只再关注部位施加接触即可】
7、如果做瞬态,模型尽量不要洞,影响计算速度;
8、如果不易收敛,多子步,或者瞬态分析;[如100,1,500],弱弹簧打开便于收敛;
9、远端位移控制一下自由度,便于收敛。
10、尽量不用固定约束,使用支撑约束,便于收敛,尤其是高温下;
11、但是加载时,又最好要固定约束;
12、工程问题尽量转为为多个step。
材料力学中的四种强度理论
1、第一强度理论:如混凝土、岩石、铸铁等
最大拉应力强度理论;该理论认为,材料破坏的主要因素是最大拉应力,无论何种状态,只要最大拉应力达到材料的单向拉伸断裂时的最大拉应力,则材料断裂。其中,某点的最大拉应力数值,就是其第一主应力数值;
2、第二强度理论:
最大拉应变理论该理论认为,引起材料破坏的主要因素,是最大拉应变。无论何种状态,只要最大拉应变达到材料拉伸断裂时的最大应变值,则材料断裂。此时,形式上将主应力的某一综合值与材料单向拉伸轴向拉压许用应力比较,这个综合值就是等效应力——equivalent stress。
3、第三强度理论:如压力容器
最大切应力理论;该理论认为,引起材料屈服的主要因素是最大切应力,不论何种状态,只要最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的最大切应力,则认为材料屈服。
4、第四强度理论:
畸变能理论该理论认为,弹性体在外力作用下产生变形,荷载做功、弹性体变形储能,称之为应变能(分为畸变能和体积的改变能)。引起材料屈服的主要因素是畸变能密度,无论何种状态,只要畸变能密度达到材料单向拉伸屈服时的畸变能密度,材料就屈服;
5、ansys中如何查看应力》
实体脆性结构,如混凝土、岩石、铸铁等,根据第一、第二强度理论,查看项目为第一主应力或等效应力;
塑形较强的实体结构,根据第三、第四强度理论,查看项目为应力强度(stress intensity)或Von Misses应力;
1.默认为柔性,跟远端点链接的面可以变形,类似于RBE3的链接;该类情况适用最多;
2.而刚性,则跟远端点链接的面不能变形【下图的圆孔面不变形】;类似于刚性区域即经典中的rigid region;
3.Couple,链接面具有共同的自由度,连接面具有大小一致的位移,类似于CP即couple DOFS;
在应力上右键插入收敛convergence,会自动加密网格求解几次,只要多次的应力值相差20%以内,可认为最大的应力即为网格无关(应力)解;
37、ANSYS 15新功能
1)“几何”右键,除了点质量,还可以添加分布式质量、单元定向
【相当于质量均分在一个面上】
2)Mechanical的“目录树”可以分组(GROUP)
下可以对多个零部件进行整合/拆分,整合进不同的group中;
3)装配体炸开显示
4)Mesh编辑功能:
连接、节点移动、合并等;【移动过的节点可以通过worksheet显示出来,可以恢复移动等】
节点移动,可以通过直接输入坐标系;;;
5)单元质量可以显示在mesh上
6)单元号--可以显示
点击“工具栏》annotation preference”,打开单元号即可;
7)节点连接组
同hypermesh的相邻节点联结;
不同part体之间可以实现共节点!使用网格连接功能实现的驳船全连接网格8)8)beam梁-壳体绑定
梁和beam间如何绑定?
1、建立beam的线模型,建立壳体,然后使用bond接触,定义梁-壳体(点-线)的绑定;【点作为contact面】
2、也可以通过connection》beam来绑定【只是,这种情况下的梁默认为“圆柱”截面形状的; 且梁顶面不能施加载荷;】
9)beam梁分析支持应力显示
支持应力显示:先在“solution”上改为计算应力,然后后处理就可以查看应力了,另外,后处理还有专门的beam’工具;【当然,要打开view》壳厚&beam】
10)保存图片更方便
直接图片上Ctrl+C,或者右键选择复 制到黏贴板上即可;
11)静力分析-支持网格重划分
适用于“因网格变差而求解报错的问题”,可以在网格变差后自动细化网格。
在“分析设置”下插入“非线性自适应区域”,可以对整个体施加,可以对mesh施加,也可以对体的部分位置施加【通过box】;
要求:静力分析+网格使用低阶四面体【不能要中间节点】+打开大变形;【存在自动对称接触、normal算法等时无法使用】
载荷大,需要重新划分网格时,求解过程中会自动重划分网格【一般载荷足够大,需要重新划分时才起作用】;自适应,可以在不同step中激活/不激活;重新划分网格的时间点。
12)WB进入me可以以只读模式
13)非线性收敛性能得到巨大提高
接触刚度更新技术改进使得接触分析更快、更可靠。
下图1为15.0静力分析,摩擦很多,不能收敛;
下图2为将15.0中不能收敛的模型在16.0中打开,可以收敛的很好。
14)载荷——自动把相似的放一组【如螺栓预紧力】
15)关节--3个新关节
可以考虑关节间的“间隙”。
39、ANSYS 18.0新功能
40、ANSYS19.0新功能
详见笔记及案例
》先进行静力/模态分析,网格建议四面体带中间节点(默认网格也可);
》然后,将优化拉到静力/模态上去,可先在WB下点击update即可(无汉字);
》然后,还可以修改优化目标等,再去求解;
>然后,点击优化的results,右键,transfer to Design Validation(验证)System,会生成第2个静力分析;
》然后,进入SCDM,目录树下,(1)将自动抑制的优化后的部件修改为显示,(2)同时将原先的部件抑制;(3)还要将其转化为实体solid(默认是face的);(4)再刷新,则mechanical中就看到新的部件了;(5)优化后模型划分不了网格,可以使用独立四面体。
》进入mechanical后,可以使用虚拟拓扑去合并一些面(建议自动方法);
》Solution selection:来自于静力分析还是模态分析;
》Optimization region:使用“优化区域”选择要对其执行拓扑优化的几何区域。使用对象的属性,可定义设计区域Design Region和排除区域Exclusion Region。persent to retain为保留的质量。
》Manufacturing Constraint:制造约束(程序控制即可);制造约束,有助于通过指定制造限制来缓解设计问题。
》Response Constraint:包括质量、体积、应力、频率等;如优化后,质量保留50%;
》Objective:响应类型(response Type)包括compliance(合规)、质量、体积;goal只有一个选项:minimize;【用途:如,质量合规的情况下,降低到最小;】
》后处理:marginal:临界的。
(1)大变形
(2)重启动
(3)金属塑性
(4)非线性诊断
(1)Mech_AC_160_WS1a-Auto Detection自动探测接触-pege20(较接近实际的模型及复杂接触状态)
(2)Mech_AC_160_WS1b-Connections连接-pege13(上个案例的继续)
(3)Mech_AC_160_WS2a-offset过盈配合-page33
(4)Mech_AC_160_WS2b-Stabilization稳定阻尼-pege18
(5)Mech_AC_160_WS2c-Friction摩擦-pege15(摩擦接触及pinball)
(6)Mech_AC_160_WS3a-bolt螺栓-pege35(实体及梁螺栓)
(7)Mech_AC_160_WS4a-gasket垫片-pege15
1)确定分析类型,动力学还是静力学?振动还是疲劳?
2)确定材料参数;确定是否考虑非线性
3)确定初始模型,
4)确定部件连接关系,用接触还是用关节?用关节的话有没有足够的时候去调试?
5)确定网格水平
6)确定约束、载荷,比较关键,第一步是获取实际的载荷情况,第二步是如何精确的将边界等价到软件中;
7)确定分析设置,如果是静力学,需不需要多个子步?不确定的话就需要先用简易模型测试。如果是动力学,确定总时间及该时间内的所有载荷情况及子步设置。
8)分析设置继续:需不需要多个step?需不需要打开大变形?需不需要重启动等。
9)其他注意事项,简易先用线性分析(线性接触、线性材料)、粗网格等测试边界(有没有刚体 位移?子步是不是不够多导致结果跳跃?)、分析设置等,测试没有问题后,再改为非线性。
10)后处理。