1_ANSYS_Workbench简介
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ANSYS workbench 接触简介
Contact Status Open p
Contact Status Open p
Penetration
Gap
Penetration
Gap
Closed 法向拉格朗日法
3-8
Closed 罚函数法
Penetration
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
积分点探测
节点探测
3-9
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 对于特定的“绑定”和“不分离”两个面间的接触类型,可用多点约束 (MPC) 算法.
– MPC 内部添加约束方程来“联结”接触面间的位移 – 这种方法不基于罚函数法或Lagrange乘子法 .它是直接有效的关联绑定接触面 方式。 – MPC算法基础的绑定接触也支持大变形效应
– “N “Normal lL Lagrange” ” 法是因为拉格朗日乘子公式用于法线方向而罚函 数 方法用于切线方向而得名的.
3-12
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
… 公式对比
Training Manual
• 下表列出不同接触算法的比较，用“+”表优势，“-”表劣势:
F
当接触协调性不被强制时会发生渗透.
Contact
Target
F
3-4
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
B. 接触公式
• 对非线性接触实体表面, 可使用罚函数或增强拉格朗日公式:
ANSYS Workbench简介
FeModeler
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench其他模块 其他模块
• ANSYS Workbench 其他模 块介绍: 块介绍
– BladeModeler – CFX – AutoDYN
BladeModeler用户界面 用户界面
CFX用户界面 用户界面
AutoDYN用户界面 BASIC TRAINING 用户界面 ANSYS
• 死网格的新生
ANSYS BASIC TRAINING
AutoDYN介绍 介绍
• AutoDYN和Workbench无缝传递数据 AutoDYN和Workbench无缝传递数据
– 直接把Workbench中的DS文件导入AutoDYN 直接把Workbench中的DS文件导入AutoDYN Workbench中的DS文件导入 – AutoDYN 同步更新Workbench的数据 同步更新Workbench Workbench的数据 – AutoDYN可以导入其他模型的文件 AutoDYN可以导入其他模型的文件
Workbench关键技术－模型处理 关键技术－ 关键技术
• 系统级装配
– 自动探测装配接触关系
直升飞机的螺旋桨转动部件的 装配分析 个零件， 个装配联 （共358个零件，769个装配联 个零件 结关系） 结关系）
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－网格划分 关键技术－ 关键技术
• • • •
CAD中设计参数的继承和使用 CAD中设计参数的继承和使用 设计参数在CAD系统中修改， Workbench中只需刷新 CAD系统中修改 设计参数在CAD系统中修改，在Workbench中只需刷新 在Workbench中参数优化之后在CAD系统中只需刷新 Workbench中参数优化之后在CAD系统中只需刷新 中参数优化之后在CAD 对主流CAE CAE软件的仿真数据转换 对主流CAE软件的仿真数据转换
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。
它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。
本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。
1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。
它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。
1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。
（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。
（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。
在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。
（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。
（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。
（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。
Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。
我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。
ANSYS Workbench简介
– 热传递（稳态和瞬态）： • 求解温度场和热流。与温相关的导热系数、对流系数的材料。
– 磁场:
• 执行三维静磁场分析。 – 形状优化:
• 使用拓扑优化技术显示可能发生体积减小的区域。
1、简介
Mechanical Application
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
5、Workbench 单位制
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
• 复制现有的单位系统，以创建用户单位系统，然后修改。 • 用户单位系统可以输出和输入。
6、 Workbench 基本分析流程
4、Workbench 文件管理
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
从Workbench―View‖菜单启动“Files‖选项，会出现一个窗口，包含所有文件的详细信 息和位置。
4、Workbench 文件管理
存档：快速生成包含所有相关文件的压缩文件
1、简介
Training Manual
Workbench 环境支持两种类型的应用程序： – 本地应用(workspaces):目前的本地应用包括工项目管理，工程数据和优化设 计 • 本机应用程序的启动，完全在Workbench窗口运行。 – 数据综合应用: 目前的应用包括Mechanical, Mechanical APDL, Fluent, CFX, AUTODYN 和其他。
3、Workbench环境
– 磁场:
• 执行三维静磁场分析。 – 形状优化:
• 使用拓扑优化技术显示可能发生体积减小的区域。
1、简介
Mechanical Application
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
5、Workbench 单位制
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
• 复制现有的单位系统，以创建用户单位系统，然后修改。 • 用户单位系统可以输出和输入。
6、 Workbench 基本分析流程
4、Workbench 文件管理
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
从Workbench―View‖菜单启动“Files‖选项，会出现一个窗口，包含所有文件的详细信 息和位置。
4、Workbench 文件管理
存档：快速生成包含所有相关文件的压缩文件
1、简介
Training Manual
Workbench 环境支持两种类型的应用程序： – 本地应用(workspaces):目前的本地应用包括工项目管理，工程数据和优化设 计 • 本机应用程序的启动，完全在Workbench窗口运行。 – 数据综合应用: 目前的应用包括Mechanical, Mechanical APDL, Fluent, CFX, AUTODYN 和其他。
3、Workbench环境
ANSYS Workbench Environment
Design Modeler
• DesignModeler (DM) 是 ANSYS Workbench的组件之一. • DM是类似CAD的建模器，更是为分析服务的建模器:
– 创建参数化的模型 :
• 带有尺寸和约束的“二维草图”工具
– 为分析目的进行独特的几何修补操作:
• • • • • • • 简化处理细小几何特性 点焊设置 平面分割 将实体薄板模型转换成表面模型 中面抽取 自动生成梁单元 闭合缝隙
AutoDYN介绍 介绍
• AutoDYN和Workbench无缝传递数据
– 直接把Workbench中的DS文件导入AutoDYN – AutoDYN 同步更新Workbench的数据 – AutoDYN可以导入其他模型的文件
点击进入AutoDYN 点击进入
同 步 更 新
形成AutoDYN文件 文件 形成
• FEA模型转换
– ANSYS – NASTRAN – ABAQUS
• 几何重构
– 由网格模型自动创建几何模型
FeModeler
Workbench其他模块 其他模块
• ANSYS Workbench 其他模块 介绍:
– – – – BladeModeler CFX AutoDYN ……
BladeModeler用户界面 用户界面
CFX用户界面 用户界面
AutoDYN用户界面 用户界面
BladeModeler介绍 介绍
• BladeModeler是专业的涡轮叶 片设计软件，能在短时间内设 计出形状复杂的叶片，或对已 有的叶片几何进行修改。
CFX介绍 介绍
• CFX是全隐式耦合算法的流体动力学软件
– CFX和Workbench数据无缝传递 – 模拟燃烧，多相流，化学反应等复杂流场 – ANSYS CFX还可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等软件配合，实现流体分析和结构分析，电磁分 析等的耦合。
Ansys Workbench详解教程
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
2020/6/29
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
2
有限元基本概念
概念
把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有
限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的 平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能
够进行综合求解的整体。 有限元法的基本思想—离散化。
节点 单元 载荷 约束 分析类型
2020/6/29
3
ANSYS Workbench12.0 基础培训讲义
（内部共享）
2020/6/29
1
主要内容
一、有限元基本概念
二、Ansys Workbench 软件介绍
基本操作 有限元分析流程的操作 静力学分析与模态分析 FEA模型的建立
（本次培训不涉及非线性问题 ，所讲内容主要针对三维实体单元。 ）
2020/6/29
求解得到节点位移
根据弹性力学公式得到单元应变、应力
7
有限元法的基本步骤
1. 结构离散； 2. 单元分析
a. 建立位移函数 b. 建立单元刚度方程
n
y ii
i
k e e F e
c. 计算等效节点力
3. 进行单元集成； 4. 得到节点位移；
K F
5. 根据弹性力学公式计算单元应变、应力。
8
ANSYS Workbench 软件介绍
2020/6/29
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
2
有限元基本概念
概念
把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有
限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的 平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能
够进行综合求解的整体。 有限元法的基本思想—离散化。
节点 单元 载荷 约束 分析类型
2020/6/29
3
ANSYS Workbench12.0 基础培训讲义
（内部共享）
2020/6/29
1
主要内容
一、有限元基本概念
二、Ansys Workbench 软件介绍
基本操作 有限元分析流程的操作 静力学分析与模态分析 FEA模型的建立
（本次培训不涉及非线性问题 ，所讲内容主要针对三维实体单元。 ）
2020/6/29
求解得到节点位移
根据弹性力学公式得到单元应变、应力
7
有限元法的基本步骤
1. 结构离散； 2. 单元分析
a. 建立位移函数 b. 建立单元刚度方程
n
y ii
i
k e e F e
c. 计算等效节点力
3. 进行单元集成； 4. 得到节点位移；
K F
5. 根据弹性力学公式计算单元应变、应力。
8
ANSYS Workbench 软件介绍
Ansys_workbench学习系列教程01_认识Workbench
14
Ansys Workbench 系列学习教程
第一部分的悬臂梁理论计算结果如下： 力矩=100Nm
回路阻值仿真计算案例
弯矩： 100NM 弯曲应力(Y 方向):
解析与仿真计算对比
项目
挠度 弯矩 弯曲应力
计算值
20.2 100 127.4
仿真值
21.3 100 127.6
有限元求解满足实际工误差要求
Ansys_workbench 学习系列教程 01
认识 Ansys_WorkBench
目录
一.一个简单的仿真案例 二.理论分析与仿真对比 三.如何学好有限元仿真计算
Ansys Workbench 系列学习教程
一
回路阻值仿真计算案例
一个简单的仿真案例
0 引言
在这一章里，你将初步认识 workbench,如何利 用 workbench 完成一个材料力学中提及的悬臂 梁的力学分析。 技能点：
创建线体(Line)模型 第一步：点击 modelling 图标,选择 concept>line from sketching 第二步：点击选择已建立的 Sketch1 图标； 第三步：点击 Apply 图标； 第四步：点击 Generate 图标，生成线模型
5
Ansys Workbench 系列学习教程
回路阻值仿真计算案例
至此，完成了分析
几何模型的建立。 6.双击项目流程简图中的 model 图标 ，进入分析界面。
7.为 Line 体赋材料属性 第一步：点击选择 line body; 第二步：点击选择 Assignment 中的箭头，打开工程材料库； 第三步：点击选择 Structural Steel 完成材料赋值；
Ansys Workbench详解教程
实现上述操作，也可以利用鼠标和键
2020/4/23
B
24
制定分析方案
有限元分析（FEA）工作的定位：开发流程的什么阶段进行？ FEA分析的目标：刚度/强度，位移/应力，模态…
材料屈服？网格细化？网格较为均匀。
分析领域：结构、热 分析类型：静力分析、模态分析 材料特性、载荷、约束 网格密度 前处理：模型简化、建模技巧（对称性的利用）…
2020/4/23
B
29
2 定义材料属性
1、双击Component Systems中的Engineering Data。 2、 右击Engineering Data----edit 3、选择view中outline、properties,把General Materials等中的材料添加到
Engineering Data中，修改Density密度、Young’s modulus杨氏模量、 Poisson’s Ratio泊松比、热膨胀系数等参数。 4、点击Return to Project 5、右击Model----Update 6、右击Model-----edit 7、在模型的Material----Assignment右面的箭头可选择材料 注：软件默认的材料是Structural Steel。
8
ANSYS Workbench 软件介绍
运行软件 操作界面简介 基本操作 分析流程的各项操作
2020/4/23
B
9
运行软件
方法一：从CAD软件中进入
方法二：单击开始菜单，
选择程序命令；
从Ansys程序组
中选择
AnsysWorkbench程序。
启动该软件后，出现一模块选择对话框。
2020/4/23
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创建统一仿真环境
−
−
Workbench关键技术
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
−
Workbench概述
创建统一仿真环境
−
− −
Workbench模块介绍
Workbench关键技术 Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
ANSYS Workbench Environment 协同仿真平台
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
− −
Workbench概述 Workbench模块介绍
创建统一仿真环境
−
−
Workbench关键技术
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
参数化模型快速修改
垫片厚度 自动调整
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－模型处理
• 面模型抽取
– 能够自动记住厚度
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－模型处理
• 设置容差自动忽略细小孔洞 • 高质量全四边形网格
ANSYS BASIC TRAINING
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－网格处理
• 死网格的新生
– 只有网格，无CAD模型 – 快速进行整体模型修改
ANSYS BASIC TRAINING
关键技术总结
• • • • 导入或建立几何模型 模型处理 网格划分 网格处理
ANSYS BASIC TRAINING
形成AutoDYN文件
导入其他模型文件
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench产品总结
• • • • • • •
Design Modeler：几何建立模块 Design Simulation：计算仿真模块 Design Xplorer：优化模块 FeModeler：有限元模型转化模块 BladeModeler：叶片设计模块 CFX：流体动力学模块 AutoDYN：显式动力学模块
– 对分析人员的要求很高，主要是有限元的概念，与相关 行业功能结合较少
– 数据接口与共享不方便，处理模型的功能较弱
– 主要在设计后期使用，而不是贯穿整个设计过程
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench 概述
• 什么是 ANSYS Workbench Environment ?
− ANSYS求解实际问题的新一代平台产品
Workbench关键技术－网格划分
• 自动六面体网格实例
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－网格划分
• 自动六面体网格实例
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－网格处理
• 异构CAE模型的装配
– 多种CAE软件的模型 – 界面节点无需重合
项目的多方案/多工况的 CAE结构化管理
链接共享 Y2-500-2 1120kW
项 目 管 理
ANSYS 独特技术 共享模型 装配关系 多设计方案 多工况 自动重复 一体化协同
多 方 案
多工况
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要特点
• 参数化分析
– 与CAD系统的参数全相关 – 几何尺寸、材料数据、载荷边界、计算结果等均可为参数 – 一次求解多个方案 – 多模型对比性分析
BladeModeler介绍
• BladeModeler是专业的涡轮叶片设 计软件，能在短时间内设计出形状 复杂的叶片，或对已有的叶片几何 进行修改。
ANSYS BASIC TRAINING
CFX介绍
• CFX是全隐式耦合算法的流体动力学软件
– CFX和Workbench数据无缝传递 – 模拟燃烧，多相流，化学反应等复杂流场 – ANSYS CFX还可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等软件配 导入到CFX 合，实现流体分析和结构分析，电磁分析等的耦合。
ANSYS BASIC TRAINING
AutoDYN介绍
• AutoDYN和Workbench无缝传递数据
– 直接把Workbench中的DS文件导入AutoDYN – AutoDYN 同步更新Workbench的数据 – AutoDYN可以导入其他模型的文件
点击进入AutoDYN
同 步 更 新
Workbench简介
• 纲要：
− −
Workbench概述 Workbench模块介绍
创建统一仿真环境
−
−
Workbench关键技术
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
− −
Workbench概述 Workbench模块介绍
创建统一仿真环境
CAD软件
Pro/E Unigraphics Catia SolidWK SolidEG MDT Inventor
零件/装配/参数
Workbench 设计协同 分析协同
CAE模型
FEA 求解器 ANSYS NASTRAN ABAQUS LS-DYNA CFX Fluent ...........
ANSYS BASIC TRAINING
创建统一仿真环境
−
−
Workbench关键技术
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－几何模型
• • • •
CAD中设计参数的继承和使用 设计参数在CAD系统中修改，在Workbench中只需刷新 在Workbench中参数优化之后在CAD系统中只需刷新 对主流CAE软件的仿真数据转换
Workbench关键技术－模型处理
• 自动虚拓扑
– 根据规则忽略细节 – 划分规则网格，减少单元数量
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－模型处理
自动探测 自动定义 多种类型
装 配 关 系
自动探测装配接触关系
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－模型处理
• 系统级装配
– 自动探测装配接触关系
直升飞机的螺旋桨转动部件的 装配分析 （共358个零件，769个装配联 结关系）
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench关键技术－网格划分
• 高质量的网格剖分技术
− 几何处理/修补/简化 − 四面体/高级六面体网格 − 网格编辑与修改
ANSYS BASIC TRAINING
参数
CAE结果
Workbench关键技术－几何模型
• 基于Parasolid标准的几何模型格式
– 与SolidWork、UG、PRO/E等主流CAD图形标准相同 – 输入/输出为x_t中性文件，完善的接口
• 基于CAD思想的几何建模功能
– 通过草图建立模型 – 参数驱动 – 通过拉伸、旋转、拖拉等生成体 – 通过约束建立装配关系
−
Workbench关键技术
−
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要特点
• 分析向导
• 快捷的边界条件、载荷施加工具
• 多工况对比、组合
• 参数化模型：多模型对比性分析
• 自动生成计算报告
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要特点
Workbench主要模块
• ANSYS Workbench 主要由四个模块组成:
– Design Modeler用来建立CAD几何模型，为分析作准备；
– Design Simulation是用ANSYS的分析模块，实现网格划 分、求解以及后处理； – Design Xplorer用于研究变量的输入（几何、载荷等）对 响应（应力、频率等）的影响，可实现优化； – FE Modeler 用来把其它有限元网格模型转化为ANSYS识 别的数据库文件.
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
− −
Workbench概述 Workbench模块介绍
创建统一仿真环境
−
−
Workbench关键技术
Workbench产品特点
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
− −
WorkbenNING
− Workbench把ANSYS系列产品融合在仿真平台，使数据无缝实 现传递以及共享
− Workbench为仿真模拟和设计提供了全新的平台，提高仿真效 率
− 利用ANSYS系列产品求解模块保证仿真模拟的通用性和精确性
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要：
− −
Workbench概述 Workbench模块介绍
基于知识的自动“Wizard”技术
“向导”是 引导用户一步一步地通过整个分 析流程；每一步由一系列弹出式窗口指示 ( 如：几何模型窗口)
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要特点
• 快捷的边界条件、载荷施加工具
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要特点
Workbench简介
• 纲要：
−
− − −