有限元分析发展介绍与发展趋势

西安工业大学机电工程学院论文第1页共19页计算机辅助分析论文题目：有限元分析发展介绍与发展趋势院(系)：机电工程学院专业、班级：机械设计制造及其自动化学生姓名：西安工业大学机电工程学院论文第2页共19页有限元分析发展介绍与发展趋势摘要1965年有限元这个名词第一次出现,到今天有限元在工程上得到广泛应用,经历了三十多年的发展历史,理论和算法都已经日趋完善。有限元的核心思想是结构的离散化,就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体,实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析,这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。本文从应用的角度对系统进行建模分析，把目前应用和后继发展进行兼顾考虑，随着ansys的发展，该课题还存在大量的后续研究工作。关键字：有限元分析，结构计算，结构设计，发展趋势西安工业大学机电工程学院论文第3页共19页FiniteElementAnalysisIntroductionanddevelopmenttrendsAbstract1965finiteelementthetermfirstappeared,andtodayiswidelyusedfiniteelementinengineering,experiencedmorethan30yearsofdevelopmenthistory,theoryandalgorithmshavebeenmaturing.Thecoreideaistodiscretefiniteelementstructureissupposedtobetheactualstructureofafinitenumberofdiscreteunitscombinationrules,thephysicalpropertiesoftheactualstructurecanbeanalyzedbyadiscretebody,cometomeettheengineeringprecisionapproximationtoreplaceanalysisoftheactualstructure,sothatthetheoreticalanalysiscansolvecomplexproblemstheycannotsolvemanypracticalprojectsneedtobeaddressed.Fromtheapplicationpointofthesystemmodelingandanalysis,tobeconsideredtakingintoaccountthecurrentapplicationandsubsequentdevelopment,ansyswiththedevelopmentofthesubjectthereisalotoffollow-upresearch.KeyWords：Finiteelementanalysis,structuralcalculation,structuraldesign,developmenttrends西安工业大学机电工程学院论文第4页共19页目录摘要...............................................................2Abstract............................................................3第一节ANSYS介绍..................................................5第二节应用分析类型.................................................8第三节软件处理....................................................10第四节ANSYS优势及其发展趋势......................................13总论..............................................................17参考文献...........................................................18致谢..............................................................19西安工业大学机电工程学院论文第5页共19页有限元分析发展介绍与发展趋势一、ANSYS介绍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的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。1.1技术种类CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即FiniteElementMethod),边界元法(BEM,即BoundaryElementMethod)，有限差分法(FDM,即FiniteDifferenceElementMethod)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。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；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、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；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。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。西安工业大学机电工程学院论文第6页共19页1.2开发应用美国宾夕法尼亚州2006年6月2日消息：作为优化产品研发流程的仿真技术及软件的开发者和革新者，ANSYS公司（纳斯达克股票代号：ANSS）今天发布ANSYS10.0新版本。新版本在性能、易用性、协同工作及耦合技术，如流固耦合，等方面有很大提高。10.0新版本是在9.0软件的基础上研发的，与其有很好的兼容性，将于7月正式投入市场。延续了ANSYS一贯强大的耦合场技术，10.0版本为复杂的流固耦合（FSI）问题提供了更完善的解决方案。该版本整合了世界一流的应力分析和流体分析技术，形成了一套完整的FSI解决方案。通过适合于特定场要求的网格划分，一个单一的几何体可以应用于两种场。该版本提供了有效地解决FSI动力学分析的信息交换功能。市场上没有任何其他的FSI软件可以提供如此强大的稳健性和高度的精确性分析。另外，该版本可以在多个机群进行并行处理解决超大模型。“ANSYS10.0代表了最先进的CAE整合技术，较9.0有了显着的提高”，ANSYS公司总裁兼首席执行官JimCashman说，“我们一直致力于拓展ANSYS仿真技术的广度和深度，同时建立各种类型的仿真分析软件的空前大连盟。得益于ANSYSWorkbench整合CAE技术的架构，我们创建了建模、仿真、分析、前后处理的一系列无缝链接。10.0新版本整合了世界上最优秀的结构、热、流体等分析功能。”ANSYS10.0加入了旋转机械和叶片设计工具，丰富了Workbench环境下的行业化功能。即ANSYSBladeModeler，一款针对旋转机械叶片构件的高效的三维设计工具；以及ANSYSTurboGrid，一款高质量的叶片设计六面体网格划分工具。“结合了ANSYSCFX和涡轮专用的前后处理CFD功能，10.0版本提供了涡轮机械设计和分析完整的解决方案，”ANSYS公司副总裁兼总经理ChrisReid说，“应力分析、计算流体动力学分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通过CAD系统连通性，可以把模型扩展到上下游部件，最终完成整个模型的分析。ANSYSWorkbench是提供此功能上独一无二的环境，借此空气动力学工程师可以进行CFD设计，同时确认结构特征。这将大幅度缩短设计流程。”西安工业大学机电工程学院论文第7页共19页在机械应用领域，ANSYS10.0包括了ANSYSWorkbench下全部的热瞬态分析功能。这不仅帮助用户进行非常复杂的时域仿真，同时ANSYSWorkbench也可自动完成很多建模和求解工作。这样可以轻松快速地求解设备在一定运行时间内的热性能。为了满足日益增加的对大型复杂问题及时有效的分析需求，ANSYS10.0的并行求解器如今可增加了对CPU和通信技术的选择余地。除了支持Ethernet和GigabitEthernet，ANSYS10.0还支持Myrinet和InfiniBand。相对于以前的架构，ANSYS10.0能以最少的成本满足高性能的机群计算。本着以低成本硬件设备提供高性能解决方案的目标，ANSYSWorkbench现可支持WindowsXP64位机的AMD和EMT64芯片集。此项改革解决了许多用户在Windows操作系统下运行大型模型所面临的2GB内存限制。另外，它也使得ANSYS用户不再需要写硬盘就能完成整个求解，从而节约求解时间。对于用户，这将帮助他们更加经济有效地解决大型模型问题，如那些低频稳态和全瞬态电磁分析问题。ANSYS10.0并行求解器可以解决高于一亿自由度的大型电磁问题，在CAE行业独树一帜。“ANSYS10.0是ANSYS跨出的又大步，在每种场都是这样，也包括各种场在ANSYSWorkbench的耦合，”ANSYS公司副总裁兼总经理MikeWheeler说，“没其他任何一家CAE公司可以与我们相匹敌，在一个单一的CAE环境下提供如此广泛的解决方案。”ANSYSDesignSpace通过DesignSpace，设计工程师可以在产品设计阶段对3DCAD中生成的模型（包括零件和装配件）进行应力变形分析、热及热应力耦合分析、振动分析和形状优化，同时可对不同的工况进行对比分析。ANSYS/DesignSpace拥有智能化的非线性求解专家系统，可自动设定求解控制，得到收敛解；用户不需具备非线性有限元知识即可完成过去只有专家才能完成的接触分析。1.3软件优势对于特定的物理学领域，ANSYS的软件可让用户能更深入地钻研，从而解决更多种类的问题，处理更为复杂的情况。除了ANSYS外，没有哪家工程仿真软件供应商能提供如此深入的技术能力。西安工业大学机电工程学院论文第8页共19页ANSYS的技术涵盖多个学科领域。不论是需要结构分析、流体、热力、电磁学、显式分析、系统仿真还是数据管理，ANSYS的产品均能为各个行业的企业取得成功助一臂之力。ANSYS在所提供的工程仿真工具的广度和数量上堪称绝无仅有。以真正耦合的方式使用ANSYS技术，开发工程师即可获得符合现实条件的解决方案。综合多物理场场产品组合能使用户利用集成环境中的多个耦合物理场进行仿真与分析。ANSYS的成套产品极具灵活性。不论是为企业中新手还是能手使用；是单套部署还是企业级部署；是首次通过还是复杂分析；是桌面计算、并行计算还是多核计算，这一工程设计的高扩展性均能满足当前与未来的需求。ANSYS是唯一一家能提供客户所需能力水平的仿真软件供