01ANSYS结构力学最新技术及发展方向

©2015ANSYS,Inc.1ANSYS结构力学最新技术及发展方向吴吉宇结构工程师©2015ANSYS,Inc.2©2015ANSYS,Inc.3大型装配体©2015ANSYS,Inc.416.1提供了高效处理大型装配体组装的功能16.1提供了新自动化处理程序，使模型导入更快，提供了新的网格划分算法、并行网格划分技术和更高效的网格连接功能。©2015ANSYS,Inc.5工作流程中以印痕的方式代替共享拓扑，几何体更快速的导入Mechanical中©2015ANSYS,Inc.6针对体的并行分网可以极大的加快分网的进程©2015ANSYS,Inc.7针对壳网格改进了四边形分网的算法默认设定下，15.0的算法同样设定下，16.1的新算法©2015ANSYS,Inc.8网格连接功能可以自动探测并且保证网格共节点显示未连接的面在使用网格连接功能后，模型被很好的连接起来©2015ANSYS,Inc.9节点合并功能同样可以用来连接体，包括实体与壳的混合结构©2015ANSYS,Inc.10单元质量可以用不同颜色分布的方式来显示FindMinorMaxvalueDisplaymeshcontoursProbeelementvalues©2015ANSYS,Inc.11节点移动功能允许手动移动节点位置来改进网格质量©2015ANSYS,Inc.12焊接可以用来建立面体之间的连接缝焊跳焊©2015ANSYS,Inc.13焊接部位和其它部件可以通过网格连接功能连接©2015ANSYS,Inc.14“Detach”功能可以用来分离包含多个面的面体，使得几何修改及网格控制更加方便使用并行分网来为独立的面划分网格©2015ANSYS,Inc.15扩展了梁应力云图显示功能，包括可以显示梁结构外表面的最大最小应力最大正应力最小正应力©2015ANSYS,Inc.16接触©2015ANSYS,Inc.17改进了接触刚度更新的算法，使得接触分析更稳健而且速度更快ModelANSYS15.0.7ANSYS16.1ReductioninIterationsElectronicscomponentFailedSprayerFailedPistonFailedStentFailedBracket162Iterations121iterations25%HyperelasticHose1252Iterations756Iterations40%Thinwalledoffshorestructure952Iterations743Iterations22%Wirebending1002Iterations836Iterations17%CableHose377Iterations176Iterations53%WiperSlipstick809Iterations165Iterations80%©2015ANSYS,Inc.18“通用接触”功能可以自动识别所有可能的接触，最小化人为因素产生的误差©2015ANSYS,Inc.19接触面磨损模型的改进提供更加精确的磨损结果，并且支持自动网格重构以及自动中止求解最大接触压力.Time临界值分析自动中止©2015ANSYS,Inc.20接触跟踪功能在求解完成后也能进行添加并查看©2015ANSYS,Inc.21易用性©2015ANSYS,Inc.22持续改进的用户界面帮助用户节省更多时间当仿真的模型总数涉及几十或数以百计的装配零部件时，就有必要使得用户能够轻松地创建、管理和浏览复杂的模型。©2015ANSYS,Inc.23装配体©2015ANSYS,Inc.24改善装配管理功能，允许导入更多仿真模型细节的同时增强数据管理树的功能©2015ANSYS,Inc.25可以快速预览部件的装配位置,如果需要可以重新调整模型位置©2015ANSYS,Inc.26相比以往版本，16.1在装配模型算法上取得了显著的改进BodiesNodesElementTime(15.0/16.1)SpeedupModel1589225370499354506:53/2:312.7Model22948191628477004:30/0:357.7Model31033978721692901:54/0:532.1Model46486335506345754910:52/3:572.7©2015ANSYS,Inc.27并行接触检测显著的加快了大型装配件读取速度358零件,793接触对硬件配置w/4CPU自动检测接触时间：6sANSYS16.146sANSYS15.0©2015ANSYS,Inc.28图形和视图工具©2015ANSYS,Inc.29对象编组允许用户创建文件夹，将载荷和局部坐标系合理分组，使项目树更易于管理©2015ANSYS,Inc.30细节菜单属性添加SolverPivot检查还包括一个选项面板默认设置成检测未来所有的数据库。©2015ANSYS,Inc.31爆炸图有助于选择和查看隐藏的部分通过滑块来调整爆炸图©2015ANSYS,Inc.32项目树过滤可以基于“可见体”过滤全部项目树和全部可见体基于“可见体”过滤的3个可见体右键快捷键允许基于可见体的快速过滤或项目树过滤显示的体©2015ANSYS,Inc.33命名选择工作表的复制/拷贝/粘贴选项可以帮助更快地创建复杂的选择复制的行可以粘贴在别处，同时可以选择粘贴在上一行或者下一行。右键复制到当前行的上方右键复制到当前行的下方©2015ANSYS,Inc.34项目树上的多数项目都可以重命名当项目树中的某一项被选中后，可以通过F2或者右键“重命名”来重命名该项名称当选择项目树中多个项目时，可以对它们用同样的操作同时进行命名，选择这项操作时会弹出重命名对话框。在对话框中输入的名称各项目会共享同时，可以自动在名称后进行顺序编号©2015ANSYS,Inc.35新工具栏菜单更容易获取图片，使用下拉菜单或者直接Ctrl+C©2015ANSYS,Inc.36保守映射的算法©2015ANSYS,Inc.37目的当从外部导入力时，取得精确的合力是非常重要的，然而使用非保守的算法时通常不是精确的。©2015ANSYS,Inc.38当需要外部数据导入的载荷更好地匹配合力时，允许使用保守的算法©2015ANSYS,Inc.39保守映射的例子CFD保守算法通过保守算法得到总体变形与CFD计算的结果匹配默认设置ForceReactionRxRyRzRTotalCFD13.90410.082-372.99373.38ProfilePreserving22.2312.1930-369.22369.89Conservative14.3751.4483-368.72369.00©2015ANSYS,Inc.40复合材料©2015ANSYS,Inc.41复合材料产品仿真中面临更大的挑战复杂形状、制造等引起的材料性能的退化都增加了复合材料零件建模的复杂程度，并且需要捕捉到这些特性来提高仿真模型的精度©2015ANSYS,Inc.42新的实体模型的几何截断功能可以定义任意实体复合材料模型©2015ANSYS,Inc.43剪切、温度、退化因子允许建立含有缺陷的复合材料模型Carbon-epoxycross-sectionshowingvoids(ProfIMDaniel,NorthwesternUniversity,USA)Compositedraping:shearandwrinkling(DrMSutcliffe,UniversityofCambridge,UK)©2015ANSYS,Inc.44退化场和悬垂仿真可以考虑悬垂剪切和制造工具对材料性能的影响(a)无缺陷模型显示一个安全设计(b)包含悬垂效应后显示右下角潜在问题(c)包含温度效应后表明在根部和缺口处的关键区(d)包含材料属性退化后,关键区域出现了明显延伸（红色区域扩大）(a)(b)(c)(d)利用退化因子模拟模型局部的缺陷©2015ANSYS,Inc.45Mechanical界面对导入的ACP模型显示内容更加丰富©2015ANSYS,Inc.46导入铺层数据可以显示为层级视图或扁平视图铺层数据显示为ACP当中的模型层级以及铺层组铺层数据的扁平显示©2015ANSYS,Inc.47显示单层信息选中题纲树中某一铺层单元高亮显示为粉色显示纤维方向与单元法向还可显示横向纤维方向与单元法向详细视图更新为ACP导入单层信息©2015ANSYS,Inc.48在一个铺层中显示纤维应力可改变在一铺层中的位置选中铺层更改自定义坐标系Usearrowkeytonavigatebetweenplyresults©2015ANSYS,Inc.49在其中一层（layer）显示应力StressinSolutionCSYSofagivenlayerPast16.0andMAPDLBehaviorpreservedPast16.0databasesresumeonlywithLayers©2015ANSYS,Inc.50新MAPDL复合材料模型转换工具允许将遗留模型创建为WB/ACP项目©2015ANSYS,Inc.51材料失效©2015ANSYS,Inc.52目的除了简单的强度分析，现在工程师也越来越关注在工艺过程中引入的裂纹或者疲劳对产品的影响，从而尽量避免产品的早期失效©2015ANSYS,Inc.53斜裂纹©2015ANSYS,Inc.54裂纹坐标系在网格生成过程中自动生成位于裂纹菜单的子目录下不能直接编辑或它用在MAPDL输入文件和给定裂纹的断裂计算中可以使用©2015ANSYS,Inc.55裂纹信息栏沿着面法向:−定义裂纹坐标系统的X轴是否沿着最近表面的法向，默认是yes。投影在最近表面:−定义裂纹坐标系统的原点是否投影在最近表面的一点，默认是yes。斜裂纹标签X-Z平面的斜裂纹网格©2015ANSYS,Inc.56断裂分析中可以使用非结构化网格©2015ANSYS,Inc.57非结构化网格方法(UMM)是一种用来改善使用非结构化六面体或者四面体网格计算断裂力学参数计算精度的数值分析工具。通过该方法计算的参数结果精度接近于使用结构化六面体网格计算的结果。UMM–非结构化网格方法©2015ANSYS,Inc.58使用低阶四面体单元(SOLID285)计算斜裂纹58分析概述：结构内部有一个承受均匀拉伸载荷的斜裂纹尺寸和材料模型•宽度=40mm•长度=200mm•裂纹长度=10mm•斜裂纹角度=30度•线弹性材料模型•加载合适边界条件分别得到UMM方法打开和关闭的应力强度因子K1和K2的计算结果，并将其和理论结果进行比较，如右图所示。©2015ANSYS,Inc.59裂纹扩展工具:扩展有限元方法(XFEM)©2015ANSYS,Inc.60扩展有限元方法（XFEM）是一种无需使用网格更新或自适应来模拟裂纹扩展的一种方法；该方法使用额外的位移函数，通过扩展自由度来允许间断特性的存在，可用来模拟任意性裂纹初始及扩展过程，而不用要求重新划分网格；对扩展的裂纹使用虚节点，因此裂纹能够完全把单元切断；新形成的裂纹单元自动用基于材料定义的粘聚力模型模拟；目前只支持准静态裂纹扩展模拟。概述©2015ANSYS,Inc.61实例有限元模型裂纹生成后©2015ANSYS,Inc.62帮助文件中的断裂分析指南©2015ANSYS,Inc.63超弹体©2015ANSYS,Inc.64自适应网格重划分©2015ANSYS,Inc.65自适应网格重划分支持WB中的静态结构分析针对多个需要重划分的区域，可以同时设置多个不同的准则©2015ANSYS,Inc.66随着网格的变化来显示结果初始网格求解中第三次网格重划分求解中第二次网格重划分求解中第一次网格重划分©2015ANSYS,Inc.67收敛曲线图中监测自适应网格划分在列表数据窗口中增加了额外的一列，来显示网格是否发生了变化©2015ANSYS,Inc.68实例:连接器密封求解过程中，在网格需要重划分的地方进行了网格重