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