有限元分析基础2-Workbench建模
Workbench有限元静力学分析.ppt
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和 结构相应随时间的变化非常缓慢。
2.1 结构静力分析简介
静力分析所施加的载荷类型有
外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力 强迫位移 温度载荷 能流
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤 b. 模型剖分
5)模型剖分：为了对应力集中区域进行较准确的捕捉，划分 有限元网格之前，通常需要对几何模型进行适当的剖分，以 利于网格的划分。选择Utility Menu>WorkPlane>Display Working Plane，然后选择Utility>WorkPlane>Offset WP by Increments，在Offset WP对话框的Degrees框中输入：0,-90,0 然后点击OK确定。
Basic>Analysis Options:选择Small Displacement Static Sol’n Option选项指定采用的求解器 实际上，求解控制对话框的绝大多数默认选项对于静力线性分
析是合适的，用户只需要作很少的设置。
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.2 施加载荷并求解
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.1 建模
选择的材料特性可以是线性或者是非线性，可以是各 向同性或者各向异性材料，并且可以随温度变化或者 与温度无关。
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>-ConstantIsotropic/Orthotropic
选项获得结果数据，如应力和应变等。
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。
基于Creo和Workbench的齿轮参数化建模及有限元分析
482020.增刊CMTM1 引 言塔式起重机工作时，频繁旋转、提升、下降，在此复杂的工况下，其齿轮系统将受到扭转、振动，齿轮系统容易发生机械共振，过早出现疲劳失效。
因此，塔机齿轮系统设计时，有必要对齿轮固有特性进行分析。
另外，齿轮发生断齿、齿面点蚀、磨损、黏着磨损、齿面塑性变形等失效，其根本原因是齿轮在弯曲应力以及接触应力共同作用下，而发生变形和断裂以及造成的表面磨损。
综合考虑以上两方面原因，对齿轮进行静力学分析和模态分析非常有必要。
传统齿轮设计效率低、周期长，本文首先利用Creo 软件完成渐开线齿轮参数化建模，然后通过Workbench 软件实现齿轮应力、模态分析，探索一种新的齿轮设计方法，为同类型产品设计分析提供一定参考。
2 齿轮参数化建模为适应新的市场形势，旨在解决制造企业三维设计软件在使用性、交互性、数据转换以及对硬件配置需求等问题，美国PTC 公司在2010年推出的一款新的CAD 设计软件Creo 。
本文主要利用Creo 中Parametric 模块强大的三维参数化建模功能，通过 “参数”“关系”“模型基准”“曲线”等命令，建立参数化渐开线圆柱齿轮模型，弥补了workbench 不易创建复杂模型的缺点，提高了设计效率。
2.1 齿轮参数渐开线齿轮基本参数主要有：齿轮、模数、压力角、齿顶高系数、变位系数、削顶系数等，本文中选用的齿轮参数如表1所示。
摘 要：塔机在起吊和转运时对传动齿轮产生强大的冲击和振动，因此在塔机设计时，对其传动齿轮静力学和动力学分析非常必要性。
本文基于Cero 三维建模软件实现塔机渐开线直齿轮参数化建模，并通过Workbench 软件创建有限元模型，根据实际情况对齿轮施加边界条件和载荷，实现了齿轮的静力学和模态分析。
为渐开线齿轮设计和实际生产中如何避免共振提供一定理论参考。
关键词：塔机；齿轮；参数化建模；模态分析中图分类号：TH13 文献标识码：B基于Creo和Workbench的齿轮参数化建模及有限元分析Parametric modeling and finite element analysis of gear based on Creo and Workbench张 帅/ZHANG Shuai 1 刘凤永/LIU Fengyong 1 陈冬冬/CHEN Dongdong 2（1.徐州罗特艾德回转支承有限公司，江苏 徐州 2210002.徐工集团徐工消防安全装备有限公司，江苏 徐州 221000）名 称描 述赋 值z 齿数37m 模数12apha 压力角/°20ha 齿顶高系数 1.0c 齿顶系数0.25d 分度圆直径/mm #m*z db 基圆直径/mm #m*z*cos(apha)da 齿顶圆直径/mm #d+2*m*(ha+x)df 齿根圆直径/mm #d-2*m*(ha+c-x)x 变位系数0k 削顶系数0b齿宽/mm100注：表中“#”中的数值无需输入，通过“关系”模块会自动生成。
Ansys Workbench有限元分析
Ansys Workbench培训大纲 Ansys有限元分析Ansys Workbench的基础知识，包括基本操作、几何建模方法、网格划分方法、mechanical基础等内容；Ansys Workbench的工程应用，包括线性静态结构分析、模态分析、谐响应分析、随机振动分析、瞬态动力学、显示动力学分析、热分析、线性屈曲分析和结构非线性分析、接触分析及流体动力学分析等相关知识1． Workbench技术Workbench技术特点CAD-CAE协同仿真概述DesignModeler建模功能综述实体模型的建立，板壳、梁模型的建立DM几何修补工具，创建参数化模型，DM与DS的双向整合针对有限元分析的几何建模技巧与特殊要求从CAD导入几何模型2．DesignModeler建模DM 用户界面DM 草图模式DM 3D几何体DM高级3D几何体DM 概念建模DM 参数化模型3．DesignSimulation基本架构和分析流程DS基础DS通用前处理: 几何模型导入, 接触，网格划分，命名选择，坐标系DS高质量的有限元网格划分技术和使用技巧DS结构静力线性分析的基本流程和使用技巧DS各种工程载荷和边界条件的处理方法DesignSimulation的非线性概述材料、几何、接触非线性的基本过程与应用技巧4．DesignSimulation基本架构和分析流程DS结果后处理：查看，显示，输入结果，结果组合DS如何提高有限元分析的精度DS与CAD软件的交互性及参数传递DS通过参数管理器和多工况多方案的优化方法快速完成分析5．DesignSimulation的工程分析类型疲劳分析动力学分析：瞬态等分析基本过程与技巧DesignSimulation稳态热分析：热分析基础，基本的热传递分析，热分析模式，实例分析:建模，求解及后处理DesignSimulation瞬态热分析：时间与载荷步，子步及平衡迭代，收敛准则，初始温度，阶跃及渐变载荷输出控制，查看瞬态分析结果，耦合场分析：热应力分析有限元基本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整体进行综合求解。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第2章-创建 Workbench 几何模型
第2章 创建Workbench几何模型 几何模型是进行有限元分析的基础，在工程项目进行有限元分析之前必须对其建立有效的几何模型，可以采用★ 了解2.1 认识DesignModelerDesignModeler（本书将其简写为DM）是ANSYS Workbench 17.0集成的几何建模平台，DM类似于其他的CAD建模工具，不同的是它主要为FEM服务，因此具备了一些其他CAD软件不具备的功能，如Beam Modeling（梁模型）、Spot Welds（点焊设置）、Enclosure Operation（包围体操作）、Fill Operation（填充操作）等。
在进行基本建模操作之前，先来认识一下DM的基本操作。
2.1.1 进入DesignModeler在ANSYS Workbench主界面的项目管理区中双击Geometry（几何体），即可进入DM，初次进入后会弹出如图2-1所示的DM操作界面。
在菜单栏中依次选择Units→需要的单位，即可选择相应的单位制，如图2-2所示。
通常情况下可根据绘图需要选择Millimeter（毫米mm），同时选中Always use project unit（总采用项目单位）复选框，建模过程中单位不能再更改。
在DM中几何建模通常是由CAD几何体开始的，有如图2-3所示的两种方式。
ANSYS Workbe nch 17.0有限元分析从入门到精通图2-1 DM主界面图2-2 选择单位图2-3 进入DM建模方式 从外部活动的CAD系统（Pro/Engineer、SolidWorks等）中探测并导入当前的CAD文件，该导入方式为Plug-in模式（双向模式），具体方法为：在DM中选择菜单栏中的File（文件）→Attach to Active CAD Geometry命令（从活动的CAD系统中导入CAD几何体）。
当外部系统是开启时，则DM与CAD之间会存在关联性。
导入DM所支持的特定格式的几何体文件（Parasolid、SAT格式等），该导入方式为Reader 模式（只读模式），具体方法为：在DM中选择菜单栏中的File（文件）→ Import External Geometry File命令（导入外部几何体文件）。
ANSYS Workbench 基础
二、ANSYS Workbench 软件介绍
基本操作
5.项目图表
• 完成前面的操作之后，请注意这里的联系只在model及以上的 等级。 • 这样就不存在热/结构耦合。
• 注意每个系统板块是给了字母标号的(A, B, C, 等)。
二、ANSYS Workbench 软件介绍
5.项目图表
在“Solution” 处投放结构系统，得到结构与热的耦合分析求解。
二、ANSYS Workbench 软件介绍
基本操作
5.项目图表
• Workbench项目示图区是定义一个system或一组system操作流程的图示法。 • 项目示图区的操作总是从左到右。 • Workbench有几个本地应用程序, 即完全在Workbench 窗口运行的:
– Project Schematic, Engineering Data and Design Exploration
结构分析
• 动力学分析 – 包括质量和阻尼效应 – 模态分析 计算固有频率及振型 – 谐响应分析 确定结构对已知幅值和频率的正弦载 荷的响应 – 瞬态动力学分析 确定结构对随时间变化载荷的响 应，可以包括非线性行为 • 其他结构功能 – 谱分析 – 随机振动 – 特征值屈曲
二、ANSYS Workbench 软件介绍
二、ANSYS Workbench 软件介绍
基本操作
5.项目图表
工具栏中的选择项可以拖拉和投放在图表上，或者进行简单的双击。
二、ANSYS Workbench 软件介绍
基本操作
5.项目图表
“连接”表明系统之间的协作程度。 • 下面的例子中，拖拉和投放结构分析流程到热分析的A4下。 • 在完成操作之前，注意有不同的“投放目标”，以便在系统与系统之间提 供不同分析类型之间的联系（下一页继续）。
概念建模_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共4页]
![概念建模_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/01c2fbe643323968001c920e.png)
3.2 概念建模
– 37 –
图3-1-15 创建曲面映射面
3.2 概念建模
概念建模在DM 的Concept 菜单，主要用于创建、修改线体和面体，最终体现为梁和壳模型，如图3-2-1所示。
1．Line From Points （通过点建立线）
点选时需要按住Ctrl 键多选，同时Operation 处注意选择Add
Material 或者Add Frozen 。
前者表示添加的线体是统一的材料和
截面，后者则不然。
2．Lines Form Sketches （通过草绘建立线）
3．Lines From Edges （通过边建立线）
基于已有的2D 或3D 模型边界建立模型。
4．3D Curve （建立3D 曲线）
建立3D 曲线基于两种形式：①基于DM 里的点；②基于点云文件。
5．Split Edges （分割线体）
其中Fractional 为按比例分割；Split By Delta 为按距离分割（Sigema
为分割点距起点距
图3-2-1 Concept 菜单。
第2讲Workbench建模
适用于复杂的几何体 1. 创建二维草图(Sketch) 2. 扫掠/拉伸/旋转/缩放/合并/剪切等
Geometry CAD建模
直接建模
方法：Create->Primitives 例：创建球体，选择Sphere，在Tree Outline中会出现Sphere1，
在Details View中用户需输入相关参数，然后在Sphere1上单击右 键菜单选择Generate
Mesh 划分网格
创建——草图构建
5. 设置域属性 在Tree Outline的最下方，列出了所有的域， 选中域Solid，在Detail View中设置为 “Fluid”
Mesh启动
1. 刷新CAD数据 回到Workbench，在项目的Mesh模块上单 击右键菜单选择“Refresh”，待刷新完毕 双击Mesh模块启动
第2讲Workbench建模
User Interface 用户界面
如何启动任务
——任务类型 ——几何建模 ——划分网格 ——计算设置 ——计算 ——后处理 ——任务名(可修改)
模块的状态
User Interface 用户界面
关于模块状态的说明
Unfulfilled ( )：上游模块没有数据。 Refresh Required ( )：上游数据有变化，本级任务需要刷新数据 。例如Geometry改变，Meshing模块需要刷新数据。 Attention Required ( )：上游模块的数据已经传入本级模块，但 是本级模块的设置还未完成。例如网格（Meshing模块）已经划分完 毕，Setup模块需要等待用户设置。 Update Required ( )：设置发生改变，需要重新计算。例如更新 了Geometry模块中的参数，几何体发生改变，则Meshing模块需重新 生成网格。 Up To Date ( )：设置或计算已经完成。 Interrupted ( )：计算过程被用户中止。例如设定迭代步数1000步 ，计算到500步时被用户 中止。 Input Changes Pending ( )：设置有改动，但已有计算结果，有 待于更新。例如前一次计算已有结果，但是修改了部分设置，可以重 新计算。
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建模环境
建模环境
DesignModeler介绍 CAD接口配置
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DesignModeler介绍
DesignModeler进入方法 ➢ 方法一： • 1、在Workbench主界面中的Toolbox中双击Component Systems中的 Geometry或者将其拖至Project Schematic中。 • 2、双击第二行的Geometry选项，进入DesignModeler建模环境。
DesignModeler主菜单介绍 ➢ 主菜单包括了所有基本的菜单系统。
基本 的文 件操 作， 包括 外部 几何 模型 的导 入
3D建 模和 修改 工具
包括 线体 和面 体的 建模 工具
整体 建模 操作 、参 数管 理和 客户 化属 性设 置等
图形 显示 方式 管理
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帮助 信息
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CAD接口配置
选择分析 类型双击 或者将其 拖动至 Project Schematic 中
双击
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DesignModeler介绍
DesignModeler界面总体介绍
标题栏 主菜单 基本工具条 图形工具条 工作平面工具条
3D建模工具条
导航树
详细信息 窗口
图形窗口
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DesignModeler介绍
3D建模
拉伸（Extrude） 旋转（Revolve） 扫掠（Sweep） 创建锥体、球体、圆环体等
（Primitives）
线面建模
线面建模概述 创建线体（Line body） 创建面体（Surface body）
CAD模型导入建模
接口导入 模型文件导入
小结
Workbench建模概述
➢有限元分析基础2-Workbench建模
Workbench建模概述
Workbench建模概述 建模环境
DesignModeler介绍 CAD接口配置
2D草图绘制
2D草图绘制概述 绘图工具（Draw Toolbox） 修改工具（Modify Toolbox） 尺寸工具（Dimensions Toolbox） 约束工具（Constraints Toolbox） 设置工具（Settings Toolbox）
DesignModeler基本工具条介绍
新
保
另
抓
撤
重
鼠
线
建
存
存
图
销
新
标
框
为
执
选
显
行
择
示
模
属
式
性
切
更
换
改
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DesignModeler介绍
DesignModele图形工具条介绍
DesignModele工作平面工具条介绍
正视于 定义草图名称
选择草图绘制的平面 小节目录 | 章目录
双击或者将其拖至 ProjectSchematic中
双击 小节目录 | 章目录
DesignModeler介绍
DesignModeler进入方法 ➢ 方法一： • 1、在Workbench主界面中的Toolbox中的Analysis Systems中选择你要进行的 分析类型，双击或者将其拖动至Project Schematic中。 • 2、双击第二行的Geometry选项，进入DesignModeler建模环境
DesignModeler介绍
DesignModeler主菜单介绍-File菜单
➢刷新输入数据
➢载入DM数据库 ➢保存工程文件 ➢几何输出 ➢动态连接开启的CAD几何 ➢导入外部几何文件 ➢导入轴几何 ➢写脚本文件 ➢运行脚本 ➢打印 ➢自动保存 ➢重读自动保存文件 ➢关闭DM平台
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➢修复硬边 ➢修复边 ➢修复合口 ➢修复孔 ➢修复尖角 ➢修复裂片 ➢修复尖端 ➢修复面
➢查询距离 ➢实体信息 ➢边界箱 ➢质量属性 ➢缺陷探测 ➢小实体查询
➢简化 ➢风扇 ➢开放 ➢设置Icepark物体类型 ➢显示Ice实体 ➢显示CAD实体 ➢重复视图
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DesignModeler介绍
DesignModeler介绍
DesignModeler主菜单介绍-Create菜单
➢创建新平面 ➢拉伸 ➢旋转 ➢扫掠 ➢放样 ➢抽壳 ➢确定倒圆角半径 ➢变半径倒圆角 ➢混合点 ➢倒角 ➢阵列 ➢体操作 ➢布尔运算 ➢切片 ➢删除面 ➢删除边线 ➢点 ➢基本几何元素 球
箱体பைடு நூலகம்
六面体
圆柱
圆锥
棱柱
DesignModeler介绍
DesignModele3D建模工具条介绍
拉伸
旋转
扫略
蒙皮/抽壳
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DesignModeler介绍
DesignModele导航树和图形介绍
导航树
图形窗口
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DesignModeler介绍
DesignModele详细信息窗口介绍
DesignModeler介绍
DesignModeler主菜单介绍-Tools菜单
➢冻结 ➢解冻 ➢选择命名 ➢属性 ➢中间面 ➢连接 ➢包含 ➢分割面 ➢对称 ➢填充 ➢曲面延伸 ➢曲面修补 ➢曲面翻转 ➢实体拉伸 ➢合并 ➢连接 ➢投影 ➢修复工具 ➢分析工具 ➢形成新部件 ➢参数 ➢电子设备 ➢接口选项
金字塔
圆环
弯曲
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DesignModeler介绍
DesignModeler主菜单介绍-Concept菜单 小节目录 | 章目录
➢由点生成线体 ➢从草绘生成线体 ➢从边生成线体 ➢3D曲线 ➢分割边 ➢从边生成面体 ➢从面生成面体 ➢截面形状
➢矩形 ➢圆形 ➢空心圆 ➢槽型 ➢工字型 ➢Z字形 ➢L型 ➢T型 ➢帽子型 ➢空心矩形 ➢用户积分 ➢用户定义
Workbench建模概述 ➢ 几何建模是结构有限元分析和最优化设计的第一步，建模的目的是建立能真实 反映实际设计和使用环境的数学模型。
➢ Workbench为用户提供了两种建模方法：
• 在Workbench自带的几何建模模块—DesignModeler中直接建立有限元模型。 在DesignModeler中建立几何模型主要有三种方法： – 自顶向下建模 – 自底向上建模 – 混合使用前两种方法建模