AnsysWorkbench学心笔记
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Workbench 总结1.CAD建模几个重要的概念与功能(1)PART 多体部件体from new part和布尔操纵体的区别,Part内部无接触,可定义不同材料(2)Active和Freeze冻结体(3)Slice功能与Freeze的配合使用(4)抑制体的使用suppress(5)面印记Imprint Face的功能(6)概念建模:产生面体(7)要在CAD or DM中使用Use CAD or DM to:–Simplify the geometry–Merge small edges–Merge the faces in order to reduce the number of faces–Avoid narrow faces–Keep volume gaps only where important–Decompose the geometry–Remove unnecessary geometries–Add geometries–Repair the geometry2.网格划分技巧:•Strategies to Improve Mesh Quality策略–CAD Cleanup清理–Virtual Topology拓扑–Pinch Controls微量控制–Sensible Mesh Sizing and Inflation Settings网格大小控制和膨胀设置–General Recommendations 一般建议–•Mesh Quality Metrics in ANSYS Meshing网格质量检查–Skewness 偏斜–Aspect Ratio纵横比–Worst Element最差单元•Mesh metrics available in ANSYSMeshing include:–Element Quality–Aspect Ratio–Jacob Ration–Warping Factor–Parallel Deviation–Maximum Corner Angle–Skewness1网格质量检查Two methods for determining skewness:1.Based on the Equilateral Volume deviation:•Skewness =•Applies only to triangles and tetrahedron•Default method for tris and tets偏斜=(正四面体-- 实际四面体)/ 正四面体2.Based on the deviation from a Normalized Angle deviation:•Skewness =Where θe is the equiangular face/cell (60 for tets and tris, and 90 for quads and hexas)•Applies to all cell and face shapes 单元和面•Used for prisms and pyramids 棱柱和棱锥–skewness–For Hexa, Tri and Quad: it should be less than 0.8–For tetrahedra: it should be less than 0.9Aspect Ratio纵横比(1)A spect for generic triangles and quads is a function of the ratio of longest side to the shortest side of the reconstructed quadrangles (see User Guide for details)(2)E qual to 1 (ideal) for an equilateral triangle or a square•For Aspect Ratio:–It should be less than 40, but this depends onthe flow characteristics–More than 50 may be tolerated at the inflation layers Worst Element最差单元•For Aspect Ratio:–It should be less than 40, but this depends onthe flow characteristics–More than 50 may be tolerated at the inflation layers •For Cell Size Change:It should be between 1 and 2.2策略•Model中的Virtual Topology 的功能:合并。
!ANSYS命令流学习笔记5workbench中命令流的一些应用学习重点:1. 定义单元类型2. 使用各向异性材料时,定义其单元为圆柱坐标系3. 有角度吊装时,定义吊装约束4. workbench、APDL的联合仿真案例如下:如下图模型,四个顶点通过杆件连接,进行吊装时的有限元分析。
1. 建立模型,设定必要的坐标系。
分成两个solid,内部的圆柱,剩余的矩形部分。
建立两个坐标系,分别用于指定各向异性材料的属性、吊装的固定点。
下图,建立圆柱坐标系,编号100,用于指定各向异性材料。
下图,建立直角坐标系,编号12,用于指定吊装固定点。
2. 建立named selection,方便在命令流中选择必要的元素。
下图,将四个吊装点,中间的圆柱,分别定义为任何名称,必须是英文才能用于APDL命令中。
3. 定义边界条件,施加重力加速度,在static structural 下插入command(APDL) ,内容如下/prep7allscmsel,s,c1,elem !选择c1单元所有节点,既圆柱体的所有单元emodif,all,esys,100 !其坐标系转换为100坐标系,因为缠绕的各向异性材料必须在圆柱坐标系下定义单元的坐标。
!完成对各向异性材料的坐标系设定。
et,10,10 !定义编号为10的,link10单元r,10,0.01 !定义编号为10的实常数0.01,用于定义link10单元的截面积0.01mm^2*get,nmax,node,,num,max !获取node的最大数值,储存在nmax名称的变量里csys,12 !调用csys12坐标系n,nmax+1, !csys坐标原点建立node,后面会将其固定,既吊装的固定点mat,1type,10 !选取编号10的单元类型real,10 !选取编号10的实常数cmsel,s,kk1,node !选择kk1点,kk1已经定义为named selection*get,k1,node,,num,max !获取已选节点中的节点数最大值,既kk1的节点编号,取值为k1cmsel,s,kk2,node ! k2,k3,k4方法类型k1*get,k2,node,,num,maxcmsel,s,kk3,node*get,k3,node,,num,maxcmsel,s,kk4,node*get,k4,node,,num,maxalls !全选e,nmax+1,k1e,nmax+1,k2e,nmax+1,k3e,nmax+1,k4 !建立四个link单元d,nmax+1,allalls/sol此外,下图中单位必须保持一致,不然计算很容易出问题。
ANSYSWorkbench使⽤中99%的时候都会⽤到的操作本⽂源⽂来⾃公众号CAD初学者结合个⼈经验,介绍⼀些ANSYS Workbench使⽤过程中的⼀些实⽤操作,主要包括:印记⾯建⽴、局部⽹格信息读取、求解设置(载荷步、并⾏计算、求解过程信息查看)以及结果后处理(节点结果输出、Surface、Path等)。
1 模型中的印迹⾯经典版的ANSYS中,可以直接施加载荷在节点上从⽽实现某个局部范围上的载荷施加,但在ANSYSWorkbench中就不怎么⽅⾯。
Workbench中有⼀个功能可以实现在局部区域施加载荷,即创建Imprint face(印记⾯功能)。
该功能须在Geometry中进⾏编辑,随后在Mechanical中将载荷局部施加在所创建的印记⾯上。
对于外部导⼊的模型,geometry编辑时,先对操作对象进⾏解冻(Unfreeze),若为geometry所建模型则⽆需此操作。
根据需求,在所需平⾯内绘制载荷施加形状,这⾥为圆。
在modeling中对该草图进⾏拉伸,在拉伸选项中选择Imprint Face并generate。
完成印记⾯的添加如下:2 ⽹格2.1 ⽹格质量检查在Mesh→Statistics→Mesh metric中,可选择不同项对单元⽹格质量进⾏综合评估。
常⽤的包括单元质量(ElementQuality)、单元长宽⽐(AspectRatio)、雅克⽐(JacobianRatio)以及最⼤⾓度(MaximumCorner Angle)等。
通过合理的⽹格划分⽅法,综合考虑这⼏项单元质量指标,有助于计算过程的顺利进⾏(尤其是遇到⾮线性求解)。
⽹格质量:单元长宽⽐:单元雅克⽐:单元最⼤顶⾓:2.2 局部⽹格信息输出对于局部区域的⽹格信息,可通过建⽴Named selection导出信息。
右键选择Named Selection选项,选择Export,导出txt⽂件,即可得到该区域的⽹格及其节点信息,包括单元编号、单元类型、节点编号。
非常有用ansys自学笔记平面域字符为:什么是子午面? rz面虚功原理:外力在虚位移上的总虚功等于变形体内应力在虚应变上的总虚变形功最小势能原理:对于任何弹性结构,若其总势能表达为弹性位移函数,则当他处于平衡时其总势能必然最小面积坐标:三角形单元上常用一种单元局部的自然坐标构造单元的插值函数,可以给有限元的公式推导带来很多方便三节点环状单元分析:轴对称空间问题中所有未知量都是r、z 相关的函数,那么空间问题可以转化为在子午面上的二维数学问题为提高有限元的计算精度,准确反映物体内应力状态,可以采用一些较精密的单元类型逆矩阵的计算方法?自然坐标系的定义: 是沿质点的运动轨道建立的坐标系.在质点运动轨道上任取一点作为坐标原点O,质点在任意时刻的位置,都可用它到坐标原点O的轨迹的长度来表示.在自然坐标系中,两个单位矢量是这样定义的: 切向单位矢量: 沿质点所在点的轨道切线方向; 法向单位矢量: 垂直于在同一点的切向单位矢量而指向曲线的凹侧.可见这两个单位矢量的方向,也是随质点位置的不同而不同的. 在自然坐标系中表示质点速度,是非常简单的,因为无论质点处在什么位置上速度都只有切向分量,而没有法向分量.自然坐标系不仅适用于平面运动,也可以用于三维空间的运动.不过在三维情况下,应该引入两个法向单位矢量.Ansys有限元分析的基本流程:建模—划分网格—加载—求解—后处理图形显示窗口最下方:mat代表材料;type 代表单元类型;real 代表实常数;csys代表坐标系统号Save—db保存当前数据库;resume—db从保存的文件中恢复数据(非常重要);powrgrph 切换图形显示模式Report generator 报告生成器,用于完成有限有分析后生成一份完整的报告。
Import 导入其他cad软件生成的模型Export 导出iges格式的文件实用菜单中关于select(选取):该菜单用于实体模型或有限元模型中对象的选取,在复杂模型中该功能非常实用,它还可以对组件和部件进行管理entities选择对象;components组件管理器Comp/assembly:组件部件;everything:选择模型中的所有对象;图形对象指的是点线面体单元等;everything blow:选择某类对象;plotctrls(绘图控制):全拼为plot controls,该菜单中各个选项用于控制模型的各类对象的显示,以及其他数据等;pan zoom rotate :图形变换,包括模型的移动、缩放、旋转,其功能类似于主界面中的”图形显示功能集”view settings :视角设置,用于设定模型的观察角度numbering:编号设置。
workbench软件个人学习总结接触区分workbench中的各种接触主要是从两个方面来区分,一个是是否允许法相分离,一个是是否允许切向位移。
注意不同软件对接触中各个面的叫法不唯一,目标面对应于主面,接触面对应从面(接触面网格小刚度小易变性)remote force与force区别remote force类似于abaqus中的耦合约束也就是我们所说的运动耦合(不可变形)与分布耦合(可变性),并且可以设置耦合区域的行为(变形或者不变形)。
此外我们应该注意workbench中刚体施加力或者位移载荷时使用remote force与remote displacement。
接触中adjust to touch与add offset. Offset = 0的区别Adjust to Touch: 如果有间隙,则消除间隙,如果没有,保持初始状态;Add offset, Offset=0: 保持初始状态,而不论有无间隙。
offect为正值,两个接触面靠近,offset为负值两个接触面远离。
两面如果有间隙在后处理中一样有间隙,只是处理时按照offset的值将接触面做适当偏离。
接触中的pinball regionpinball region是接触的一个搜索范围,在此区域内的所有面都会被定义为可能发生接触的地方。
对于线性接触(绑定、不分离)一般不能指定pinball region,因为在pinball region区域内所有的面默认为接触。
当我们不能分辨加载载荷以后,接触的区域是我们一般使用pinnball region。
workbench过盈接触建模的时候不考虑过盈量,过盈量的设置通过workbench接触下面interface treatment 来处理,一般通过offect来设置。
时间积分效应所谓的时间积分效应,是指在完全法瞬态分析中与时间相关的一些因素,主要包括以下两个方面。
一是与时间相关的力,即惯性力和阻尼力,它们都是动力问题的特有属性。
Workbench学习一、接粗问题1)bondede(绑定):AWE关于接触的默认设置。
不允许面或线间有相对滑动或分离。
可以将此区域看作被连接在一起。
因为接触长度/面积是保持不显得,所以这种接触可以用作线性求解。
如果接触是从数学模型中设定的,程序将填充所有间隙,忽略所有渗透。
2)NO Separation(不分离):这种接触方式和绑定类似。
它只适用于面,不允许接触区域的面分离,但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
3)Frictionless(无摩擦):这种接触类型代表单边接触,即如果出现分离则法相压力为零,只适用于面接触。
因此,根据不同的载荷,模型可以出现间隙。
它是非线性求解,因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。
假设摩擦系数为零,则允许自由滑动。
使用这种接触方式时,需注意模型约束的定义,防止出现欠定义。
程序会给装配体加上弱弹簧,帮助固定模型,以得到合理的解。
4)Rough(粗糙的):这种接触方式和无摩擦类似,但表现为完全的摩擦接触,即没有相对滑动,只使用与面接触,默认情况先,不自动消除间隙。
这种情况相当于接触体检的摩擦系数为无穷大。
5)Frictional(有摩擦):这种情况下,在发生相对滑动前,两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。
有点像胶水。
模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力,作为接触压力的一部分,一旦剪应力超过此值,两面将发生相对滑动。
只适用于面接触,摩擦系数可以是任意非负值。
前两种绑定和不分离的接触式最基础的线性行为,仅仅需要迭代一次; Bonded:无相对位移,如共用节点。
NO Seperation:法向不分离,切向可以有小位移。
、后面三种为非线性接触:Frictionless:法向可分离,但不渗透,切向自由滑动。
Rough:法向可分离,不渗透,切向不滑动。
Frictional:法向可分离,不渗透,切向滑动,有摩擦力。
无摩擦以及粗糙接触是非线性行为,需要多次迭代,但是,需要注意的是仍然利用了校变形理论的假设。
ansys学习笔记⼀、Ansys标题栏的作⽤介绍1.File:清除并新建clear & strat new更改⼯作名change jobname更改⼯作⽬录change directory更改主题change title重新获得⼀个⼯作名resume jobname 第⼆个⼯作名保存save\saveas 写⼯作⽇记输⼊输出read input\switch output⽂件清单list ⾥⾯含有所有保存的⽂件运作⽂件file operation:copy、rename、delete进出⼝import\export⽣成报告reporte cenerator2.Select3.List:这就是file⽂件⾥的list菜单⽂件file单元element 在这可以查询所有实常数的属性,并对其进⾏校验Attributes+Realconst 单元属性及实常数Attributes Only 单元属性Nodes+Attributes 节点及单元属性Nodes+Attr+RealConst特性properties All Real constants 所有的实常数Specified Real Constants 特殊实常数4.Plot5.Plotcrtls6.Workplane7.Parameters8.Macro9.Menuctrls10.Help11.Ansys toolbar12.Ansys main menu:Session editor 编辑会议Finish 结束Radiation Opt 辐射选项:Matrix method 矩阵⽅法Radiosity meth ⽆线电⽅法⼆、基础操作1.更改⼯作⽬录:File-Change Directory 然后选择⼯作⽬录2.更改jobname作业名File-Change jobname 为了使所有⽣成的⽂件名都随之⽽改变,需单机对话框中的Newlog and error files。
第2章ANSYS Workbench几何建模在有限元分析之前,最重要的工作就是几何建模,几何建模的好坏直接影响到计算结果的正确性。
一般在整个有限元分析的过程中,几何建模的工作占据了非常多的时间,同时也是非常重要的过程。
本章将着重讲述利用ANSYS Workbench自带的几何建模工具—DesignModeler进行几何建模,同时也简单介绍Creo及SolidWorks软件的几何数据导入方法及操作步骤。
学习目标:(1)熟练掌握DesignModeler平台零件几何建模的方法与步骤;(2)熟练掌握DesignModeler平台外部几何的导入方法;(3)熟练掌握DesignModeler平台装配体及复杂几何的建模方法。
2.1 DesignModeler平台概述DesignModeler是ANSYS Workbench 14.0的几何建模平台,DesignModeler与大多数CAD软件有相似之处,但是也有一些其他CAD软件所不具有的功能。
DesignModeler主要是为有限元分析服务的几何建模平台,所以有许多功能是其他CAD软件所不具备的,如梁单元建模(Beam)、包围(Enclose)、填充(Fill)、点焊(Spot Welds)等。
2.1.1 DesignModeler平台界面图2-1所示为刚启动的DesignModeler平台界面,如同其他CAD软件一样,DesignModeler平台有以下几个关键部分:即菜单栏、工具栏、命令栏、图形交互窗口、模型树及草绘面板、详细视图及单位设置等。
在几何建模之前先对常用的命令及菜单进行详细介绍。
2.1.2 菜单栏菜单栏中包括File(文件)、Create(创建)、Concept(概念)、Tools(工具)、View(视图)及Help(帮助)共6个基本菜单。
1.File(文件)菜单File(文件)菜单中的命令如图2-2所示,下面对File(文件)菜单中的常用命令进行简单介绍。
尺寸问题:通常从Solidworks中绕入ANSYS的模型默认尺寸是不会改变的,如果需要检查尺寸,可以量取尺寸来检查。
但为了在ANSYS中模型得到很好的利用,在建立实体模型前,先对所分析的结构体进行规划。
有限元分析所采用的实体模型与设计所得结构模型不尽相同,所以实体模型在导入ANSYS 中分析之前,必须要在SolidWorks中进行处理。
对于在SolidWorks建立好的模型,为确保导入ANSYS后模型能正确有效,在建模时需要注意以下几点:(1)在建模时,要保持实体特征的独立性,要求在建立实体特征时不能合并实体。
(2)在模型特征中,删除掉螺纹、尖角以及对模型结构影响不大的倒圆角等特征。
(3)将装配体模型导入ANSYS之前,要做好干涉检查,保证各零件模型之间不能有干涉。
另外,在SolidWorks中建立的三维实体模型不能直接导入ANSYS进行分析,需要将模型文件保存为Parasolid(*.x_t)类型,才能被ANSYS识别ANSYS中不存在单位制所有的单位是自己统一的。
一般先确定几个物理量的单位,然后导出其它的物理量的单位。
静力问题的基本物理量是:长度,力,质量比如你长度用m,力用KN而质量用g 那么应力的单位就是KN/m*m,而不是N/m*m。
动力问题有些复杂,基本物理量是:长度,力,质量,时间比如长度用mm,力用N,质量用Kg而时间用s 以上单位错了,因为由牛顿定律:F=ma所以均按标准单位时: N=kg*m/(s*s)所以若长度为mm,质量为Kg,时间用s则有N*e-3=kg*mm/(s*s)所以,正确的基本单位组合应该是: mN(毫牛,即N*e-3), mm, Kg, s 所以,如果你要让ANSYS的单位为国际单位制,你在输入物理量之前,先将所有的物理量转换为国际单位制,如:原先你的图纸上均为毫米,比如一个矩形截面尺寸是400mm*500mm,那么,你在建模之前先转化为*然后输入的长度为和,ANSYS只知道你输入的是和,它不知道你的单位是什么。
1.模态分析不能取得参与系数;模态分析只能取得固有频率及其对应的振型。
结构包括有假设干阶固有频率(理论上无穷多),每阶固有频率都有其对应的振型,那个振型是指结构恰好依照此阶频率进行振动时,结构的振动变形形状。
假设是结构实际受到的鼓舞载荷的频率不等于任何一阶固有频率,结构如何振动呢?此刻结构的振形应该是所有的固有频率的振型的线性叠加。
也确实是包括了所有的固有频率的振型,只只是,不同的固有振型所占的比重不同,也确实是所谓的参与系数。
参与系数的值与鼓舞载荷的频率有关。
同一个结构,施加不同频率的鼓舞载荷,会取得不同的参与系数,因此会有不同的振型。
2.转矩一样有三种施加的方式:第一种,将矩转换成一对一对的力偶,直接施加在对应的节点上面.第二种,在构件中心部位成立一个节点,概念为MASS21单元,然后跟其他受力节点藕荷,形成刚性区域,确实是用CERIG命令.然后直接加转矩到主节点,即中心节点上面第三种,利用MPC184单元.是在构件中心部位成立一个节点,跟其他受力节点别离形成多根刚性梁,,从而形成刚性面.最后也是直接加载荷到中心节点上面,通过刚性梁来传递载荷.上面三种方式计算的结果大体一致,我做过实验的.只只是是后两种情形都是形成刚性区域,可是CERIG命令是要在小变形或小旋转才能用,只支持静力,线形分析.而第三种方式适用多种情形,不仅支持大应变,还支持非线形情形.假设是你需要例子,我下次在发给你看3. 初学ANSYS的人,通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼,如何选择正确的单元类型,也是新手学习时很头疼的问题。
单元类型的选择,跟你要解决的问题本身紧密相关。
在选择单元类型前,第一你要对问题本身有超级明确的熟悉,然后,关于每一种单元类型,每一个节点有多少个自由度,它包括哪些特性,能够在哪些条件下利用,在ANSYS的帮忙文档中都有超级详细的描述,要结合自己的问题,对照帮忙文档里面的单元描述来选择适当的单元类型。
1)应力是受力杆件某一截面上的某一点处的内力集度。
2) 垂直于截面的应力分量称为正应力(或法向应力),用σ表示;3) 相切于截面的应力分量称为剪应力或切应力,用τ表示。
4) 切应力为零的微分面称为主微分平面,简称主平面。
5) 主平面的法线称为应力主轴或者称为应力主方向。
6) 主平面上的正应力称为主应力。
7) 一般情况下,最大主应力,通常包括了第一主应力和第三主应力,即主应力的最大值和最小值。
8) 三个主应力中哪个力最大,是最大主应力,也叫第一主应力,第二大的叫第二主应力,最小主应力的叫第三主应力。
我们分析后查看应力,目的就是在于确定该结构的承载能力是否足够。
那么承载能力是如何定义的呢?比如混凝土、钢材,应该就是用万能压力机进行的单轴破坏试验。
也就是说,我们在ANSYS计算中得到的应力,总是要和单轴破坏试验得到的结果进行比对的。
所以,当有限元模型本身是一维或二维结构时,通过查看某一个方向,如plnsol,s,x(绘制x 方向应力云图)等,是有意义的。
但三维实体结构中,应力分布要复杂得多,不能仅用单一方向上的应力来代表结构此处的确切应力值--于是就出现了材料力学中的四种强度理论学说。
1)、第一强度理论:最大拉应力强度理论。
该理论认为,材料破坏的主要因素是最大拉应力,无论何种状态,只要最大拉应力达到材料的单向拉伸断裂时的最大拉应力,则材料断裂。
其中,某点的最大拉应力数值,就是其第一主应力数值。
2)、第二强度理论:最大拉应变理论。
该理论认为,引起材料破坏的主要因素是最大拉应变。
无论何种状态,只要最大拉应变达到材料拉伸断裂时的最大应变值,则材料断裂。
此时,形式上将主应力的某一综合值与材料单向拉伸轴向拉压许用应力比较,这个综合值就是等效应力--equivalent stress。
3)、第三强度理论:最大切应力理论。
该理论认为,引起材料屈服的主要因素是最大切应力,不论何种状态,只要最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的最大切应力,则认为材料屈服。
1.被遮挡线/面的选取:(1).隐藏接触的体;(2).在该体表面任选一个与遮挡表面相对应的表面(例如平行),然后再依次点击的面过滤器中选项。
2. 一个抑制的部件或体,不会被导入CFX-Mesh 或Simulation。
3. “Go To”特征允许快速把图形窗口上选择的体切换树状窗上对应的位置。
4.布尔操作:(creat—boolean)进行布尔运算前实体必须是freezn,进行切片操作(extrend —operation—slice)也是。
也可以在extrend进行相关布尔操作。
5.本workbench中能够导入".sat"文件6.workbench中的1个多体零件的网格划分,但实体间每个实体都独划分格但实体间的节点连续性被保留。
可以通过一个零件冻结,另外一个不冻结,来创建多体零件。
7. 创建3D 曲线(线体素):(1)现有模型点;(2)坐标(文本)文件:".txt"坐标(文本)文件的格式,#表示此行是注解,忽略空行,数据行包括5个数据域,被空格或TAB键隔开A)组号(整数)B)点号(整数)C) X 坐标D) Y 坐标E) Z 坐标注意: •在同一数据行中出现同样的组号和点号是错误的,必须是唯一的;•对于封闭曲线,最后一行的点号应该是0,并且忽略最后一点的坐标区。
8.Symmetry:进行对称切割。
9.merge topology—拓扑融合:Yes—优化特征体拓扑;No—不改变特征体拓扑。
10.fill—填充:by cavity—通过空洞;by caps—通过覆盖。
创建填充内部空隙如孔洞的冻结体,对激活或冻结实体均可进行操,在CFD应用中创建流动区域很有用。
并且可以进行网格划分。
例如:模拟密封空心管的内部流动区域。
步骤:•创建表面并封闭管道两端。
•Use>Concept>Surfaces from Edges创建端部表面•用Fill by Caps创建内部流动区域11. Drag—拖曳:按住鼠标左键用光标可以选择多个点、边不放,进行移动或者缩放。
ANSYS Workbench结构有限元高级技术培训1-结构有限元计算基本原理1.1 有限元控制方程的导出1.2 ANSYS有限元计算的过程1.3 变形,应变和应力之间的关系1.4非线性产生的原因和引入方法1.5 非线性方程的求解方法2-材料模型及工程应用1.1 材料参数的种类与分析类型的对应关系1.2 线弹性材料模型1.3 弹塑性材料模型3-高级建模技术3.1 平面模型建模方法3.2 梁-壳结构建模方法3.3 参数化建模3.4 模型的修补方法3.5 抽中面的方法3.6 填充建模4-获得高质量网格的方法4.1 网格的划分方法4.2 网格划分的控制参数4.3网格质量评定的指标4.4 SILCE在网格划分中的应用5-运动副在工程计算中的应用5.1 运动副的原理5.2 运动副的类型5.3 运动副的设置5.4 运动副在齿轮接触计算中应用5.5 运动副在机构动力学中的应用6-远端位移的原理及在工程中的应用6.1 远端位移的原理6.2 远端位移的设置6.3 远端位移的应用7-ANSYS Workbench施加复杂载荷的方法7.1 载荷的类型7.2 载荷施加的原理7.3 表格加载7.4 函数加载8-模型简化及施加合理边界条件的方法8.1 质量点在模型简化中的应用;8.2 边界条件的合理性探讨8.3 弹簧连接的使用9-结构有限元计算不收敛的原因及解决方法9.1 单体模型计算不收敛的原因及处理方法9.2 装配体模型计算不收敛的原因及处理方法10-如何获得精确的静力学结构有限元数值解10.1影响有限元解答的原因10.2 单元形状及类型对求解的影响10.3 网格密度的确定方法10.4 子模型的使用10.5 自适应求解10.6 装配体获得精确解的方法11-应力结果与部件的强度校核理论联系11.1 常用的材料力学强度理论11.2 有限元计算获得应力类型11.3 强度理论与应力结果的联系方法11.4金属材料强度的评定方法12-模态计算结果的工程应用方法12.1 模态计算获得的结果类型12.2 固有频率的应用12.3 模态振型的应用13- ANSYS Workbench在塑性加工中的应用13.1 塑性加工的类型13.2 冲压回弹的模拟13.3 板材冲断过程模拟13.4 卷压成型模拟13.5 拉拔成型模拟14-优化设计理论及工程应用14.1 优化设计术语14.2 直接优化法14.3 基于响应面的优化方法。
Ansys Workbench Study1. SpaceClaimSource->Make Independent;Component, Analysis, Share Topology, Share: for meshing;Create a coordinate system at the centre of selected objects;Use ‘Prepare’ & ‘Repair’, especially ’Imprint’ for splitting surfaces and ‘Split Body’ for simplification;No need to deal with contacts;Do not remove duplicate faces using ‘Duplicates’, which may cause body converted to surface;Table 1 Processes for modification in Ansys SpaceClaim2. Mechanical:Steady-State ThermalEngineering Data:Change the *.xml file version to Ansys versionFor creep model, it’s one period of time that counts not transient state.Units: µmksGeometry:Material assignment;Named Selection: for name selection when setting boundary conditions and postReference temperature: for zero thermal strain reference temperature, use welding temperaturesSymmetry:Model->Symmetry, Num Repeat 2, Method Half, ΔX = 1e-14m, Workbench Tools Appearance Beta check;Table 2 Processes for symmetry boundary conditions in Ansys MechanicalMeshing:Number of Divisions 3; Geometry, select one edge and Size, select all entities with the same size; Bias Type and Bias Factor;Meshing method: MultiZome/Sweep; hexagonal mesh is better; If use tetrahedral mesh, do not use degraded tetrahedral elementsTable 3 Processes for modification in Ansys MechanicalBoundary conditions:For convection surfaces, select the surfaces layer by layer, cross use ‘Single Select’ and ‘Box select’, make full use of ‘Hide Boday' and ‘Hide All Other Bodies’, and alternating ‘Face’ and ‘Body’;No need deal with contacts;Table 4 Processes for thermal initial and boundary conditions in Ansys MechanicalInternal Heat GenerationAnalysis Settings:Radiosity Controls for convergenceSolution:Solution Information: Solution Output to choose convergence curves;3. Mechanical: Static StructuralA quasi-static process is a process that happens slowly enough for the system to remain in internal equilibrium. The thermal stress process can be seen as quasi-static process, which means: when the temperature changes, the stress and strain changes immediately. Therefore, it doesn’t matter to use ‘Static Structural’ or ‘Transient Structural’ as they give the same result. Ansys Workbench:From ‘Steady-State Thermal’ right click ‘Solution’ select ‘Transfer Data to New’ ‘Static Structural’;Imported Load: Imported Body Temperature, Source Time: AllThermal Conditions:At the high temperature dwell time, relaxation will be fast compared to the low temperature range; thus, a stress-free state much closer to the high temperature setpoint will settle in, with an overlay of thermal and mechanical excursions. Stresses will of course be higher in the low temperature range. (Poech & Eisele, 2000)Boundary Conditions:Restrict the 6 DOF, Frictionless Support for two symmetrical surfaces, Displacement z=0 for one point;Or follow Figure 1 for any object.Figure 1 Restriction of the 6 DOFTable 5 Processes for structural boundary conditions in Ansys MechanicalElement Birth and Death:To activate/deactivate elements in a step.Analysis Settings:Set multi-step for changing loading to capture specific time points.Initial time step: 1e-2s, Minimum time step, 1e-30s; Maximum time step: around 100s for long thermal cycles;Step Controls can be defined by Time/Substeps for convergence; Nonliear Controls Force Tolerance can be increased to 5%;Large Deflection: On, for large deflection convergence;Restart Controls: add load separately, can be used for substep save in case the program exit by accident, but it will enlarge the file size dramatically!Output controls: Specified Recurrence Rate, 2 to reduce the output file size by half.Solution:Neglect the warning about the CTE reference temperature.User defined result: NLPLWK (non-linear plastic work)APDL:To output specific times:! Commands inserted into this file will be executed just prior to the ANSYS SOLVE command.! These commands may supersede command settings set by Workbench./NERR,,1000000OUTRES,erase*dim,t_out,,17! RESULTS OUTPUT TIME ARRAYt_out(1) = 1800, 3600, 10800, 10801, 14400, 14401, 18000, 18001, 21600, 21601, 25200, 25201, 28800, 28801, 32400, 32401, 39600OUTRES,all,%t_out% ! OUTPUT RESULTS AT TIME SPECIFIED BY THE ARRAY! Active UNIT system in Workbench when this object was created: Metric (m, kg, N, s, V, A)! NOTE: Any data that requires units (such as mass) is assumed to be in the consistent solver unit system.! See Solving Units in the help system for more information.Note: the output result will also be these specified time points! How to solve this problem? Miscellaneous:Tools, Options, Mechanical, Miscellaneous, Save Options: for auto save4. Mechanical:Transient-State ThermalAnsys Workbench:Analysis Settings: loads can change against time in one step; Set the end time for one step; Loads can be added directly in Tabular Data; Steps can be used for different processes with Element Birth and Death. Time steps can be controlled, APDL commands need to be added for specific times.Magnitude: Tabular Data/Function5. Mechanical:Transient StructuralNo need to use transient structrual solver for thermal stress, as this is for the term with time differential. For thermal stress it has the same result with ‘Static Structural’.For nonlinear stepped (not ramped) external force load, there would be dynamic effect and transient structural.6. Q3D ExtractorDefine Variables: Q3D Extractor>Design Properties;Q3D Extractor>Set Background Material: the default background material is “vacuum”;Define the Source/Sink: Right-click and then choose Select Face, right-click in the Modeler window, and then click Assign Excitation>Source/Sink from the shortcut menu.Identify the Nets: To automatically create nets: Right-click in the Modeler, and then click Auto Identify Nets from the shortcut menu.Parametric Sweep: Q3D Extractor>Optimetrics Analysis>Add Parametric.Mechanics and FEM1. Linear elasticityThe governing equations of linear elasticity are (Wikipedia):Equation of motion:σji,j+F i=ρðtt u iThese are 3 independent equations with 6 independent unknowns (stresses).Strain-displacement equations:εij=12(u j,i+u i,j)These are 6 independent equations relating strains and displacements with 9 independent unknowns (strains and displacements).Constitutive equations:σij=C ijklεklWhere C ijkl is the stiffness tensor. These are 6 independent equations relating stresses and strains.2. Viscoplastic models1) Anand model: Yield strength and creep are included; Anand model calculates the change rate of inelastic strain, including both plastic strain and creep strain, which means, the inelastic strain calculated is an accumulated quantity. The inelastic strain rate is a quasi-static quantity for Ansys Static Structural Analysis. The 9 constants: s 0,Q R ,A,ξ,m,ℎ0,ŝ,n,a . Flow equation:εin =Ae −Q RT [sinh (ξσs)]1m Evolution equations:s ={ℎ0(|B |a B |B |)}εinB =1−s s ∗ s ∗=ŝ[εin A e Q RT ]nwhere εinis the inelastic strain rate, A is the pre-exponential factor, Q is the activation energy, m is the strain rate sensitivity, ξ is the multiplier of stress, R is the gas constant, T is the absolute temperature, ℎ0is the hardening/softening constant, a is the strain rate sensitivity of hardening/softening. The quantity s ∗ represents a saturation value of s associated with a set of given temperature and strain rate. ŝ is a coefficient, and n is the strain rate sensitivity for the saturation value of deformation resistance (Wang, Cheng, Becker, & Wilde, 2001).For Anand model, make sure the plastic strain increment is enough small to capture the response.The yield strength increases while temperature drops down.Figure 2 Anand model stress-strain curvesThe plastic strain can drop down (Definition, 2010).Study Anand model deeply and consider making a GUI program to plot stress-strain curves again the Anand model constants.2) Stress relaxation is the observed decrease in stress in response to strain generated in thestructure. This is primarily due to keeping the structure in a strained condition for some finite interval of time and hence causing some amount of plastic strain. This should not be confused with creep, which is a constant state of stress with an increasing amount of strain.(Wikipedia)3) Creep (sometimes called cold flow) is the tendency of a solid material to move slowly ordeform permanently under the influence of persistent mechanical stresses. It can occur as a result of long-term exposure to high levels of stress that are still below the yield strength of the material. Creep is more severe in materials that are subjected to heat for long periods and generally increases as they near their melting point. (Wikipedia)3. Thermal stress1) Factors: Temperature, CTE difference, Temperature gradient (simple simulation verified)2) If there is only thermal condition for one body component, no other load (6 DOF restricted),the equivalent stress is 0.IGBT and Electronics1. P-N junctionBias is the application of a voltage across a p–n junction; forward bias is in the direction of easy current flow, and reverse bias is in the direction of little or no current flow. The forward-bias and the reverse-bias properties of the p–n junction imply that it can be used as a diode. (Wikipedia)2. IGBTAn insulated-gate bipolar transistor (IGBT) consists of four alternating layers (P-N-P-N) that are controlled by a metal-oxide-semiconductor (MOS) gate structure without regenerative action. (Wikipedia)3. ElectromagneticsThe Maxwell Capacitance Matrix: A Maxwell capacitance matrix provides the relation between voltages on a set of conductors to charges on the conductors.Figure 3 Capacitances between four conductors (Lorenzo, 2011)Figure 4 Maxwell capacitance matrix (Lorenzo, 2011) Equivalent frequency in LC circuit:f0=12π√LC。