ANSYS-Workbench-14.0超级学习手册(第1章)

第1章ANSYSWorkbench14.0概述本章从总体上对ANSYSWorkbench14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYSWorkbench14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块AnsoftMaxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块AnsoftSimplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。同时，本章还以SolidWorks软件为例，介绍Workbench14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。学习目标：（1）了解ANSYSWorkbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYSWorkbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYSWorkbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。1.1ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。ANSYS的特色功能如下。（1）前后处理。2第1章ANSYSWorkbench14.0概述①双向参数互动的CAD接口；②智能网格生成器；③各种结果的数据处理；④各种结果的图形及动画显示；⑤全自动生成计算报告。（2）结构静力分析（线性/非线性）。（3）迭层复合材料（非线性迭层壳单元、高阶迭层实体单元、Tsai—Wu失效准则、图形化）。①非线性分析能力；②几何非线性（大变形、大应变、应力强化、旋转软化、压力载荷强化）；③材料非线性（近70种非线性材料本构模型，含弹塑性、蠕变、黏塑性、黏弹性、超弹性、非线性弹性、岩土和混凝土、膨胀材料、垫片材料、铸铁材料等）；④单元（或称边界/状态）非线性；⑤高级接触单元（点对点接触、点对面接触、刚对柔面面接触、柔对柔面面接触、线性接触（MPC）等，支持大滑移和多种摩擦模型，支持多场耦合接触）。（4）其他非线性单元（旋转铰接单元、弹簧－阻尼器单元、膜壳单元等）。（5）动力学分析能力。①模态分析（自然模态分析、预应力模态分析、循环对称模态、阻尼复模态、模态综合分析）；②谐响应分析；③瞬态分析（线性/非线性、多种算法）；④响应谱和随机振动分析（单点谱、多点谱、功率谱）；⑤转子动力学分析。（6）屈曲分析（线性屈曲、非线性屈曲、循环对称屈曲分析）。（7）高级对称分析（循环对称模态分析、循环对称结构静力分析、轴对称、平面对称和反对称）。（8）断裂力学分析（应力强度因子、J积分、裂纹尖端能量释放率）。（9）通用疲劳分析。（10）结构热分析部分（Professional）。①稳态温度场（热传导、热对流、热辐射）；②瞬态温度场（热传导、热对流、热辐射、相变）；③管流热耦合；④支持复杂热载荷和边界条件；⑤非线性特性（接触传热、非线性材料）。（11）耦合场分析部分及其他功能。①静流体分析（流固耦合静动力分析）。②声学分析（声波在各种声学介质中的传播、声波的反射和吸收（远场））。③耦合场分析。（12）设计优化：多种优化算法、多种辅助工具。1.2ANSYSWorkbench14.0平台及模块3（13）拓扑优化：拓扑形状优化、拓扑频率优化。（14）概率设计系统（PDS）。①10种概率输入参数；②参数的相关性；③两种概率计算方法：蒙特卡罗法、响应面法；④支持分布式并行计算；⑤可视化概率设计结果。（15）其他实用技术。①P单元、子结构、子模型分析技术；②单元生死分析技术；③专用单元（螺栓单元、真实截面梁单元、表面效应单元、轴对称谐波单元等）。（16）二次开发特征。①ANSYS参数化设计语言（APDL）；②用户可编程特性（UPF）；③用户界面设计语言（UIDL）；④专用界面开发工具（TCL/TK）；⑤外部命令。（17）求解器：直接求解器、多种迭代求解器、特征值求解器。（18）并行求解器。①分布式ANSYS求解器：包括两个稀疏矩阵求解器（Sparse和DistributedSparse（直接求解器））、一个PCG求解器和一个JCG求解器。②代数多重网格求解器AMG：支持多达8个CPU的共享式并行机（CPU每增加一倍，求解速度提高80%，对病态矩阵的处理性能优越）。ANSYS14.0包含大量全新的高级特性，为客户提供强化复杂工程仿真解决方案，并革新驱动高性能计算运作（HPC）。（1）继续开发和提供世界一流的求解器技术；（2）提供了针对复杂仿真的多物理场耦合解决方案；（3）整合了ANSYS的网格技术并产生统一的网格环境；（4）通过对先进的软硬件平台的支持来实现对大规模问题的高效求解；（5）继续改进最好的CAE集成环境——ANSYSWorkbench；（6）继续融合先进的计算流体动力学技术。1.2ANSYSWorkbench14.0平台及模块ANSYSWorkbench14.0软件平台的启动方法，如图1-1所示；经常使用ANSYSWorkbench14.0，程序会自动在开始菜单所有程序的上方出现Workbench14.0的快速启动图标，如图1-2所示，此时可以单击按钮启动Workbench14.0。4第1章ANSYSWorkbench14.0概述图1-1Workbench启动路径图1-2Workbench快速启动1.2.1Workbench平台界面启动后的Workbench14.0平台如图1-3所示。启动软件后，可以根据个人喜好设置下次启动是否同时开启导读对话框，如果不想启动导读对话框，将导读对话框底端的√去除即可。图1-3Workbench软件平台如图1-3所示，ANSYSWorkbench14.0平台界面由以下6部分构成：菜单栏、工具栏、工具箱（Toolbox）、工程项目窗口（ProjectSchematic）、信息窗口（Message）及进程窗口（Progress）。1.2ANSYSWorkbench14.0平台及模块51.2.2菜单栏菜单栏包括File（文件）、View（视图）、Tools（工具）、Units（单位）及Help（帮助）共4个菜单。下面对这4个菜单中包括的子菜单及命令详述如下。1．File（文件）菜单File菜单中的命令如图1-4所示，下面对File（文件）菜单中的常用命令进行简单介绍。（1）New：建立一个新的工程项目，在建立新工程项目前，Workbench软件会提示用户是否需要保存当前的工程项目。（2）Open…：打开一个已经存在的工程项目，同样会提示用户是否需要保存当前工程项目。（3）Save：保存一个工程项目，同时为新建立的工程项目命名。（4）SaveAs…：将已经存在的工程项目另存为一个新的项目名称。（5）Import…：导入外部文件，单击Import命令会弹出图1-5所示的对话框，在Import对话框中的文件类型栏中可以选择多种文件类型。图1-4File文件菜单图1-5Import支撑文件类型注：文件类型中的MaxwellProjectFile（*.mxwl）和SimplorerProjectFile（*.asmp）两种文件需要安装AnsoftMaxwell和AnsoftSimplorer两个软件才会出现。（6）Archive：将工程文件存档，单击Archive命令后，在弹出如图1-6所示的SaveArchive对话框中单击“保存”命令；在弹出如图1-7所示的ArchiveOptions对话框中勾选所有选项，并单击Archive按钮将工程文件存档，在Workbench14.0平台的File菜单中单击RestoreArchive命令即可将存档文件读取出来，这里不再赘述，请读者自己完成。6第1章ANSYSWorkbench14.0概述图1-6SaveArchive对话框2．View（视图）菜单View菜单中相关命令如图1-8所示，下面对View（视图）菜单中的常用命令作简要介绍。图1-7ArchiveOptions对话框图1-8View菜单（1）CompactMode（简洁模式）：单击此命令后，Workbench14.0平台将压缩为一个小图标置于操作系统桌面上，同时在任务栏上的图标将消失。如果将鼠标移动到图标上，Workbench14.0平台将变成图1-9所示的简洁模式。（2）ResetWorkspace（复原操作平台）：将Workbench14.0平台复原到初始状态。（3）ResetWindowLayout（复原窗口布局）：将Workbench14.0平台窗口布局复原到初始状态。（4）Toolbox（工具箱）：单击Toolbox命令来选择是否掩藏左侧面的工具箱，Toolbox前面有√说明Toolbox（工具箱）处于显示状态，单击Toolbox取消前面的√，Toolbox（工1.2ANSYSWorkbench14.0平台及模块7具箱）将被掩藏。图1-9Workbench14.0简洁模式（5）ToolboxCustomization（用户自定义工具箱）：单击此命令将在窗口中弹出图1-10所示的ToolboxCustomization窗口，用户可通过单击各个模块前面的√来选择是否在Toolbox中显示模块。图1-10ToolboxCustomization窗口8第1章ANSYSWorkbench14.0概述（6）ProjectSchematic（项目管理）：单击此命令来确定是否在Workbench平台上显示项目管理窗口。（7）Files（文件）：单击此命令会在Workbench14.0平台下侧弹出图1-11所示的Files窗口，窗口中显示了本工程项目中所有的文件及文件路径等重要信息。图1-11Files窗口（8）Properties（属性）：单击此命令后再单击C7Results表格，此时会在Workbench14.0平台右侧弹出图1-12所示的PropertiesofschematicC7：Results对话框，对话框里面显示的是C7Results栏中的相关信息，此处不再赘述。图1-12PropertiesofschematicC7：Results窗口3．Tools（工具）菜单Tools菜单中的命令如图1-13所示，下面对Tools中的常用命令进行介绍。（1）RefreshProject（刷新工程数据）：当上行数据中内容发生变化，需要刷新板块（更新也会刷新板块）。（2）UpdateProject（更新工程数据）：数据已更改，必须重新生成板块的数据输出。1.2ANSYSWorkbench14.0平台及模块9（3）LicensePreference（参考注册文件）：单击此命令后，会弹出图1-14所示的注册文件对话框。图1-13Tools菜单图1-14Release14.0LicensePreferenceforUser对话框（4）LaunchRemoteSolveManager（加载远程求解管理器）：单击此命令会弹出图1-15所示的远程求解管理器对话框，在这里可以进城远程求解的提交工作。图1-15LaunchRemoteSolveManager对话框10第1章ANSYSWorkbench14.0概述（5）Options（选项）：单击Option命令，弹出图1-16所示的Opti