ANSYS Workbench优化设计培训课件
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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 结构非线性培训 作业 超弹曲线拟合课件
• 从示图区, 可看到已定义了Engineering (材料) Data 和Geometry (绿色对号标记).
• 接下是在Mechanical中建立和运行有限元模 型Mechanical
• 打开 Engineering Data (高亮并双击 或点击鼠 标右键并选择Edit) 来校正材料属性.
• 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不 是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,…)
• 载荷和边界条件 :
• 每个对称面上无摩擦支撑 • 伸长方向上施加位移载荷.
学习交流PPT
3
…作业 6A – 超弹曲线拟合
步骤:
• 启动 ANSYS Workbench. 浏览并打开 “WS6a_hyper.wbpj” 项目文件.
学习交流PPT
4
…作业 6A – 超弹曲线拟合
项目示图区应如右图所示.
作业 6A 超弹曲线拟合
Workbench- Mechanical 结构非线性
学习交流PPT
1
作业 6A – 超弹曲线拟合
• 目标
• 从实验数据用曲线拟合工具创建一个超弹性材料模型. • 分析 3d拉伸橡胶试样 • 图形显示结果
学习交流PPT
2
…作业 6A – 超弹曲线拟合
• 模型描述
• 3D 非线性材料大变形 (超弹性) • 三个对称平面 (1/8实际模型)
学习交流PPT
17
…作业 6A – 超弹曲线拟合
8. 查看拟合曲线并和第一次的结果进行对比
学习交流PPT
18
…作业 6A – 超弹曲线拟合
9. 将 Error Norm 从“Normalized Error” 改为“Absolute Error” 并再次运行曲线拟合.
• 接下是在Mechanical中建立和运行有限元模 型Mechanical
• 打开 Engineering Data (高亮并双击 或点击鼠 标右键并选择Edit) 来校正材料属性.
• 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不 是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,…)
• 载荷和边界条件 :
• 每个对称面上无摩擦支撑 • 伸长方向上施加位移载荷.
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3
…作业 6A – 超弹曲线拟合
步骤:
• 启动 ANSYS Workbench. 浏览并打开 “WS6a_hyper.wbpj” 项目文件.
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4
…作业 6A – 超弹曲线拟合
项目示图区应如右图所示.
作业 6A 超弹曲线拟合
Workbench- Mechanical 结构非线性
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1
作业 6A – 超弹曲线拟合
• 目标
• 从实验数据用曲线拟合工具创建一个超弹性材料模型. • 分析 3d拉伸橡胶试样 • 图形显示结果
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2
…作业 6A – 超弹曲线拟合
• 模型描述
• 3D 非线性材料大变形 (超弹性) • 三个对称平面 (1/8实际模型)
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17
…作业 6A – 超弹曲线拟合
8. 查看拟合曲线并和第一次的结果进行对比
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18
…作业 6A – 超弹曲线拟合
9. 将 Error Norm 从“Normalized Error” 改为“Absolute Error” 并再次运行曲线拟合.
《Ansys拓扑优化》课件
《ansys拓扑优化》 ppt课件
REPORTING
• 拓扑优化概述 • ANSYS拓扑优化的基本原理 • ANSYS拓扑优化的操作流程 • 拓扑优化案例分析 • 结论与展望
目录
PART 01
拓扑优化概述
REPORTING
拓扑优化的定义
拓扑优化是在给定设计空间、载荷和约束条件下，通过求解数学优化问题，确定 最优的材料分布方案，以达到结构轻量化、刚度最大化或柔度最小化的目的。
PART 05
结论与展望
REPORTING
拓扑优化在工程设计中的重要性
01
02
03
提高结构效率
通过优化材料的分布，减 少不必要的材料，降低重 量并提高结构的刚度和稳 定性。
降低制造成本
减少材料使用意味着减少 生产成本和资源消耗，同 时优化设计可降低加工难 度。
创新设计
拓扑优化能够发现传统设 计方法无法达到的全新设 计方案，为工程师提供更 多创新选择。
熟悉ANSYS软件
深入了解ANSYS拓扑优化的基本原理、操作 流程和参数设置。
建立合理的模型
根据实际工程问题，建立准确的数学模型， 并选择合适的优化算法。
迭代与调整
在优化过程中，根据收敛情况和结果反馈， 不断调整优化参数和方法。
结果验证与评估
对优化后的设计方案进行实验验证，确保其 在实际应用中的可行性和可靠性。
迭代与收敛
在优化过程中，迭代计算并检查收敛性，直 至达到预设的收敛准则或迭代次数。
结果后处理和评估
评估与验证
根据优化结果，评估设计的可行性和有效性 ，如有需要可进行实验验证。
结果后处理
查看拓扑优化结果，如等效应力、应变分布 等。
设计优化建议
REPORTING
• 拓扑优化概述 • ANSYS拓扑优化的基本原理 • ANSYS拓扑优化的操作流程 • 拓扑优化案例分析 • 结论与展望
目录
PART 01
拓扑优化概述
REPORTING
拓扑优化的定义
拓扑优化是在给定设计空间、载荷和约束条件下，通过求解数学优化问题，确定 最优的材料分布方案，以达到结构轻量化、刚度最大化或柔度最小化的目的。
PART 05
结论与展望
REPORTING
拓扑优化在工程设计中的重要性
01
02
03
提高结构效率
通过优化材料的分布，减 少不必要的材料，降低重 量并提高结构的刚度和稳 定性。
降低制造成本
减少材料使用意味着减少 生产成本和资源消耗，同 时优化设计可降低加工难 度。
创新设计
拓扑优化能够发现传统设 计方法无法达到的全新设 计方案，为工程师提供更 多创新选择。
熟悉ANSYS软件
深入了解ANSYS拓扑优化的基本原理、操作 流程和参数设置。
建立合理的模型
根据实际工程问题，建立准确的数学模型， 并选择合适的优化算法。
迭代与调整
在优化过程中，根据收敛情况和结果反馈， 不断调整优化参数和方法。
结果验证与评估
对优化后的设计方案进行实验验证，确保其 在实际应用中的可行性和可靠性。
迭代与收敛
在优化过程中，迭代计算并检查收敛性，直 至达到预设的收敛准则或迭代次数。
结果后处理和评估
评估与验证
根据优化结果，评估设计的可行性和有效性 ，如有需要可进行实验验证。
结果后处理
查看拓扑优化结果，如等效应力、应变分布 等。
设计优化建议
workbench教程.ppt
ANSYS, Inc. Proprietary
© 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
1-5
February 23, 2009 Inventory #002593
Introduction
A. About ANSYS, Inc.
Training Manual
ANSYS, Inc.
• Developer of ANSYS family of products
• Global Headquarters in Canonsburg, PA - USA (south of Pittsburgh)
– Development and sales offices in U.S. and around the world – Publicly traded on NASDAQ stock exchange under “ANSS” – For additional company information as well as descriptions and
• ANSYS LS-DYNA – LSTC’s LS-DYNA explicit dynamic solver technology with the pre-/post-processing power of ANSYS software. This powerful pairing can be used to simulate crash tests, metal forging, stamping, and catastrophic failures.
Training Manual
12:00 – 1:00 1:00 – 1:30 1:30 – 2:00 2:00 – 2:30 2:30 – 3:30 3:30 – 4:00 4:00 – 4:30 4:30 – 5:00
ANSYS Workbench 12.1官方中文培训教程
Workbench –Mechanical Introduction第一章简介B. ANSYS Workbench 简介Training Manual •什么是ANSYS Workbench?–ANSYS Workbench中提供了与ANSYS系统求解器的强大交互功能的方法。
这个环境提供了一个独特的CAD及设计过程的集成系统。
法这个环境提供了个独特的及设计过程的集成系统•ANSYS Workbench由多种的应用模块组成（例子）：–Mechanical：利用ANSYS的求解器进行结构和热分析。
•网格划分也包含在Mechanical应用中。
–Mechanical APDL：采用传统的ANSYS用户界面对高级机械和多物理场进行分析。
–Fluid Flow (CFX)：利用CFX进行CFD分析。
–Fluid Flow (FLUENT)：使用FLUENT进行CFD分析。
Fl id Fl(FLUENT)–Geometry (DesignModeler)：创建几何模型（DesignModeler）和CAD几何模型的修改。
Engineering Data：定义材料性能。
–Engineering Data–Meshing Application：用于生成CFD和显示动态网格。
–Design Exploration：优化分析。
()格行转–Finite Element Modeler (FE Modeler)：对NASTRAN和ABAQUS的网格进行转化以进行ansys分析。
–BladeGen (Blade Geometry) ：用于创建叶片几何模型。
–Explicit Dynamics：具有非线性动力学特色的模型用于显式动力学模拟。
Training Manual… ANSYS Workbench 简介•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窗运行•本机应用程序的启动，完全在Workbench 窗口运行。
AnsysWorkbench基础演示课件
折叠结构树
Collapse Models：折叠结构树中的Models项
3、工具条
Named Selections：命名工具条 Unit Conversion：单位转换工具
4、操作界面
Messages：Messages信息窗口 Simulation Wizard：向导
Graphics Annotations:注释
本手册对该步骤作出如下的规定： 3、导入的文件为.stp格式的文件。 4、导入模型时，路径必须为英文路径。
23
建立局部坐标系
目的：便于施加载荷与约束 A 结构树中的操作 1、在结构树中添加坐标系分支
选中结构树的Model，点击右键，选取Insert-Coordinate Systems， 便在该分支中插入了该项，展开该项出现Global Coordinate System， 此为总体坐标系。
2、添加局部坐标系 选中上一步骤添加的Coordinate Systems，
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
17
显示 /隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
14
视图显示
视图的显示主要在View菜单中进行控制。 1、图形窗口
Shade Exterior and Edges：轮廓线显示 Wireframe：线框显示 Ruler：显示标尺 Legend：显示图例 Triad：显示坐标图示
15
视图显示
2、结构树 Expand All：展开结构树 Collapse Environments：
Collapse Models：折叠结构树中的Models项
3、工具条
Named Selections：命名工具条 Unit Conversion：单位转换工具
4、操作界面
Messages：Messages信息窗口 Simulation Wizard：向导
Graphics Annotations:注释
本手册对该步骤作出如下的规定： 3、导入的文件为.stp格式的文件。 4、导入模型时，路径必须为英文路径。
23
建立局部坐标系
目的：便于施加载荷与约束 A 结构树中的操作 1、在结构树中添加坐标系分支
选中结构树的Model，点击右键，选取Insert-Coordinate Systems， 便在该分支中插入了该项，展开该项出现Global Coordinate System， 此为总体坐标系。
2、添加局部坐标系 选中上一步骤添加的Coordinate Systems，
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
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显示 /隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
14
视图显示
视图的显示主要在View菜单中进行控制。 1、图形窗口
Shade Exterior and Edges：轮廓线显示 Wireframe：线框显示 Ruler：显示标尺 Legend：显示图例 Triad：显示坐标图示
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视图显示
2、结构树 Expand All：展开结构树 Collapse Environments：
Workbench详细教程 ppt课件
2020/12/2
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建立局部坐标系
目的：便于施加载荷与约束 A 结构树中的操作 1、在结构树中添加坐标系分支
选中结构树的Model，点击右键，选取Insert-Coordinate Systems， 便在该分支中插入了该项，展开该项出现Global Coordinate System， 此为总体坐标系。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
2020/12/2
6
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整体进 行综合求解。有限元法的基本思想—离散化。
24
分析流程操作
导入模型 建立局部坐标系 定义材料属性 网格划分 施加载荷与约束 求解 后处理
2020/12/2
25
导入模型
方法一：直接从所支持的CAD软件系统进入。 方法二：从Simulation模型的From File…导入。
2020/12/2
26
导入模型
本手册对该步骤作出如下的规定： 3、导入的文件为.stp格式的文件。 4、导入模型时，路径必须为英文路径。
一般如果不对模型进行网格控制，在求解开始时会自动生成系统默认 的网格。但此时的网格质量一般无法满足求解精度的要求，为获得高质量 的网格，一般先从整体控制网格然后再对局部网格进行细化。
2020/12/2
32
网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
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。
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ANSYS Workbench 软件介绍
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21
22. 在需要的响应点上点击鼠标右
键选择Insert as Design Point，将
其插入到设计点
22
响应点不能和此处给出的一样！
WS1-11
作业1
26
Training Manual
23. 返回到 Project Page
23
24. 双击 Parameter set
24
25. 更新所有设计点
7. 在 Outline of all parameters中点击选中 参数P2
7
8. 双击 Design Point vs P2 显示图形
8
WS2-6
Training Manual
作业 2 – what if 分析
9. 双击 Parameters Parallel Chart (all)
9
图表的底部和顶部显示了对应参数的范围
输出参数：
Mass（质量） Equivalent stress（等效应力） Total deformation（整体变形）
WS1-2
Training Manual
ds_cutout
作业1
1
1. File>Open>Link1.dsdb
2. 双击Parameter Set，检查所有 输入和输出参数。
作业 2 What if分析
多目标优化设计
WS2-1
作业 2 – what if 分析
• Goal（目标）
– 使用参数管理器探索如图所示结构的应力、质量和变 形行为，因为在垂直载荷的ห้องสมุดไป่ตู้用下，几何参数是在发 生变化的。
• Model Description（模型描述）
– Design Modeler生成的模型由三个组件组成，约束和 载荷如右图所示。
输出参数
Mass Max deformation Max equivalent stress
DM中定义的输入参数
Thk_ds = 2.5 mm Horiz_ds = 30 mm Vert_ds = 30 mm
WS2-2
Training Manual
Thk_ds
Horiz_ds Vert_ds
作业 2 – what if 分析
7. 在特性中定义设计变量的类型 和上下限。 Ds-cutout， 4.5-5-5.5上的连续 变量。
8. Bearing load（负载）， 9-1011 上的连续变量
WS1-5
作业1
Training Manual
9. 选择DOE –默认的DOE类型是中心组合设计（Central Composite Design ）
1. File>Import>Reciver.dsdb
1
Training Manual
2
2. 双击 Parameter set， 不能进 入 Mechanical application
WS2-3
作业 2 – what if 分析
3. 在设计点表格中添加另外三个设计点
3 4
5
5. 显示状态栏
WS2-4
11. 在Current上点击鼠标右键选择 Update Selected Design Point
11
WS2-8
作业 2 – what if 分析
当前设计点的求解
Training Manual
Training Manual
4. 更新所有设计点
作业 2 – what if 分析
设计点-结果表
Training Manual
6. 默认情况下，Charts，Properties，Tables可能 不可用，可以通过 go to Main menu>View>Outline 实现
6
WS2-5
作业 2 – what if 分析
9
10
10. 查看和更新设计点
11
11. 点击 Show Progress展开状态栏
WS1-6
作业1
DOE 的表中的给出了9个设计点
Training Manual
12
12. 点击Design Points vs Parameter
13
WS1-7
13. 选择显示整 体变形对应设计 点的关系曲线
作业1
Training Manual
输入参数 输出参数
3
WS1-3
2
3. 返回到项目中
作业1
4
4. 双击 “Response Surface”启动DOE分析
Training Manual
5. 双击DOE
DOE 大纲给出了输入和输出 参数
5
WS1-4
作业1
6
7 8
Training Manual
6. 在Outline of Design of Experiments 中点击选择参数
19.选择三维模 式，如图设置X ，Y和Z轴
WS1-9
作业1
20. 点击 spider 和 local sensitivities 显示 图表
Training Manual
20
WS1-10
作业1
Training Manual
21. 在响应面上点击鼠标右键选择 Insert as Response Point，将其插入到 响应点
Training Manual
9
每一条彩线代表了一个设计点，各个参数沿图表底部显示。
WS2-7
作业 2 – what if 分析
10
Training Manual
10. 将设计点 DP2 复制到当前状态，在DP2 的P4格点击鼠标右键选择Copy inputs to Current，注意当前状态的改变。
25
26. 在 DP1上点击鼠标右键选择 Copy inputs to current和 Updated selected Design Point
27. 返回到 Project Page
27
WS1-12
作业1
28. 双击 Solution
28
检查力学结果
WS1-13
Training Manual
作业 1 实验设计
Design Exploration
WS1-1
作业1
• Goal目标
– 演示Design Exploration中进行DOE分析的 流程，并且建立响应图；
– 边界条件如图所示 在Design Modeler中建立模型
输入参数：
ds_cutout – 从中得到的几何参数 Bearing load（轴承载荷）
14
14.返回到项目页（Project Page）
15.双击 Response Surface
15
16. 更新 Response
Surface
17. 双击 Response
16
WS1-8
Training Manual
17
作业1
18
19
18. 选择二维模 式，如图设置X ，Y轴
Training Manual