有限元分析基础2-Workbench建模

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 2022有限元分析入门与提高ANSYSworkbench2022ANSYS公司最新的有限元分析软件，是用于对各类工程仿真的全功能软件，可实施亚秒精度的计算，模拟复杂工况，用于传统的构分析、热分析、声学分析、流体分析、电磁场分析等，也可用于解决各种更具挑战性的工程问题。

本文将介绍ANSYS workbench 2022如何帮助用户入门有限元分析，也将提出学习建议，以便用户有效地提高有限元分析技能。

ANSYS workbench 2022有限元分析入门ANSYS workbench 2022提供了一系列的初学者指南，通过简单的指导，可以帮助新手快速掌握有限元分析的基本概念和技术。

例如，通过使用“建模”模块，用户可以了解如何构建分析模型，如何设置材料属性和体积，以及如何定义节点、单元和其他分析参数。

此外，“ Solution”模块可以帮助用户了解如何设置求解参数，如构建参数、设定边界条件等。

另外，ANSYS Workbench 2022还可以帮助用户解决各种复杂的工程问题，例如多体动力学、大范围的多相流体动力学、复杂的材料响应分析以及复杂的时空响应分析等。

学习有限元分析技能提高除了初学者指南，ANSYS Workbench 2022也提供了各种视频实例，用户可以通过视频实例了解有限元分析的各个细节，如如何使用POST2模块和Meshing模块，如何用ANSYS Workbench 2022设置新的分析，以及如何使用绘图工具进行数据可视化等。

此外，用户还可以通过网上或学术会议等，观看有关有限元分析的报告，以深入的理解分析技术，也可以参加各种培训课程，如《ANSYS Workbench 2022有限元分析实战》，让用户深入了解分析技术，从而提高应用有限元分析技能。

结论总而言之，ANSYS Workbench 2022是一款强大的有限元分析软件，可以帮助用户快速入门，提升对有限元分析的认识。

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。

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）。

3.2 概念建模
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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。

ANSYS经典界⾯的有限元模型导⼊Workbench，并进⾏其他分
析
将Ansys经典模式中的模型导⼊到Ansys Workbench | 坐倚北风
1.ANSYS画好⽹格
Main Menu - Preprocessor - Archive Model - Write，输出cdb⽂件
2. Woerbench
1. 进⼊Ansys Workbench，在ToolBox中双击Finite Element Modeler将其加⼊到⼯程
2. 在Model上右击，选择Add Input Mesh，将⽣成的.CDB⽂件导⼊
3. 双击Model进⼊Ansys Workbench⼏何模型编辑界⾯，可以在左侧看到所导⼊的有限元模型的详细信息
4. 在Geometry Synthesis下的Skin Detection Tool上右击，选择Create skin components。

5. 当⽣成完模型的表⾯曲⾯后，在Geometry Synthesis上右击，选择Insert - Initial Geometry，即可⽣成有限元模型
6. 在Model上右击，选择Updata，更新⼏何模型（有对号则更新成功）
3.模态分析
1.在Analysis Systems中将modal加⼊到⼯程
2.左键按住Finite Element Modeler的Model,拖到Modal模块的Model
3.双击Modal模块的model，进⼊分析。

基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括：（1）模型的简化。

这一步包含的问题最多。

实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。

这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。

在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。

（2）零件之间的联接。

装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。

我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。

如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。

如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。

在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。

我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。

但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。

此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。

1、ANSYS Workbench基本分析过程1）几何建模技术2）网格划分与有限元建模技术3）施加载荷与求解过程4）结果后处理技术2、PRO/E导入DS的两种方法1）从ANSYS Workbench中进入打开Workbench→simulation→在geometry的下拉菜单下找到文件→ok2）从PRO/E中系统中直接进入在PRO/E中打开要分析的模型→点击ANSYS按钮→下拉菜单中找到Workbench进入→new simulation→ok3、鼠标的控制方法左键用来选中实体，或对实体进行显示操作左键的功能由 Graphics工具条进行控制，用户可以选一项 (点、线、面、体) 或对视角进行控制 (转动、平动、放大或缩小)选取模式可以为框选或点选在单选模式下，点中拖拉左键可以多选用ctrl 键加左键可以在单选模式下多选或反选在框选模式下，从左到右拖拉，可选中框内实体在框选模式下，从右到左拖拉，可选中框内实体，并同时选中与框搭接的实体在选取模式下，中键转换视角点击中键拖拉鼠标，可以转动模型Shift加中键可以平移模型中键滚轮可以对模型进行缩放(这种情况下，用户不用总在图形窗口和模式转换工具条之间进行切换)在图形窗口中点击右键一下，会出现常用菜单点右键，同时拖动可以对关注的区域进行放大点击右键一次，选择“ fit”可以使图形大小适合窗口显示4、结构树为模型、材料、载荷和分析结果提供了一种很好的组织方式5、结构树中每一个分支都有一个按钮和图标，下面是对一些图标的解释:▪说明分支全部被定义▪说明还有没有输入的数据▪说明需要求解▪说明还存在问题▪“X”说明被抑制（不能被求解）▪说明体或零件被隐藏▪说明当前项待求解▪说明映射网格划分失败以上前三项是重点6、各个区域颜色表示的意思白色区域: 显示当前输入的数据在白色文本区域内的数据可以通过点击改变，有些数据的输入要求用户在屏幕上选取实体模型，然后点击“Apply”,还有的数据需要通过键盘或从下拉菜单中选取。

Workbench是一种仿真软件，用于对复杂系统进行建模、分析和优化。

下面是Workbench仿真的基本流程：问题定义：首先，需要明确所要解决的问题，并将其转化为可量化的目标。

例如，优化产品设计、改善工艺流程或提高系统性能等。

建模：在Workbench中进行建模，将系统的各个组成部分以及它们之间的相互作用表示出来。

可以使用Workbench提供的各种建模工具，例如几何建模、材料定义、边界条件设置等。

分析设置：根据问题的要求，设置仿真分析的参数，例如加载条件、约束条件、材料性质等。

可以选择使用Workbench提供的各种分析类型，例如结构分析、流体分析、热分析等。

网格划分：对建模进行网格划分，将连续的物体分割为离散的有限元或有限体积单元。

网格划分的精度和质量对仿真结果的准确性和可靠性有重要影响。

求解器设置：选择适当的求解器，并设置求解器参数。

求解器是用于解决仿真问题的核心部分，通过迭代计算得出系统的响应。

运行仿真：运行仿真分析，Workbench会自动进行计算，并生成相应的仿真结果。

可以监视仿真的进展，并根据需要对计算进行调整。

结果分析：对仿真结果进行分析和解释。

Workbench提供了丰富的结果后处理工具，可以用于可视化、数据提取、报表生成等。

优化和改进：根据仿真结果，进行优化和改进。

可以通过调整设计参数、改变工艺流程或优化系统配置等方式，以满足问题的要求。

验证和验证：验证仿真结果的准确性和可靠性，与实际情况进行对比。

如果需要，可以进行进一步的验证实验。

结果报告：根据仿真结果和分析，生成结果报告。

报告应包括问题定义、建模过程、分析设置、仿真结果和结论等。

以上是Workbench仿真的基本流程，具体的步骤和操作可以根据具体问题和需求进行调整和扩展。

ansys workbench 2022有限元分析入门与提高ANSYSWorkbench2022是一款很受欢迎的有限元分析软件，它能够帮助工程师快速解决各种类型的结构力学问题和复杂材料性质的分析问题。

本文将针对有限元分析的基础知识介绍ANSYS Workbench 2022，并以实际的例子探讨ANSYS Workbench 2022如何帮助工程师解决结构有限元分析中的问题。

1. ANSYS Workbench 2022有限元分析：软件简介ANSYS Workbench 2022是一款建立在ANSYS有限元解决器之上的强大的软件工具，可以帮助工程师解决许多结构力学问题和复杂材料性质的问题，比如振动和强度分析。

有限元分析是一种分析技术，它可以帮助研究工程师计算并分析各种不同类型的材料在不同环境下的行为。

ANSYS Workbench 2022包含了大量的有限元分析功能，使工程师能够对实际的物理系统进行有效的分析。

2. ANSYS Workbench 2022有限元分析：功能概述ANSYS Workbench 2022能够结合了有限元分析的众多功能，此外还提供了高度的可扩展性和易用性，使用户能够快速解决各种复杂的结构力学问题，具体功能如下：（1）多种结构力学分析：ANSYS Workbench 2022提供了多种不同类型的结构力学分析，比如强度分析、温度分析、振动分析、时域分析等，可以帮助研究工程师精确的计算物体的特性。

（2）网格划分：ANSYS Workbench 2022可以帮助研究者快速地对实际物体进行网格划分，并以其为基础进行数值模拟计算。

（3）对结果进行可视化：ANSYS Workbench 2022可以帮助研究者清楚地看到模拟结果，以便客观地理解结果。

3. ANSYS Workbench 2022有限元分析：实际案例下面以空气盒子为实际例子，介绍如何利用ANSYS Workbench 2022使用有限元分析来解决实际模型的问题。

基于ANSYS workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计使用ANSYS Workbench进行汽车传动轴的有限元分析和优化设计是一种常见的方法。

以下是基于ANSYS Workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计的一般步骤：1.创建几何模型：使用CAD软件创建传动轴的几何模型，并将其导入到ANSYS Workbench中。

确保几何模型准确、完整，并符合设计要求。

2.网格划分：对传动轴几何模型进行网格划分，将其划分为离散的单元。

选择合适的网格划分方法和单元类型，以确保模型的准确性和计算效率。

3.材料属性定义：定义传动轴所使用的材料的力学性质，如弹性模量、泊松比、密度等。

确保选择适当的材料模型，以准确模拟材料的行为。

4.载荷和约束定义：定义施加在传动轴上的载荷，如扭矩、轴向力等。

同时，定义约束条件，如固定轴承端点、自由转动等。

5.设置分析类型和求解器：根据实际情况选择适当的分析类型，如静态、动态、模态等。

配置求解器设置，选择合适的求解器类型和参数。

6.进行有限元分析：运行有限元分析，计算传动轴的应力、变形和振动等。

根据分析结果，评估传动轴的性能和强度。

7.优化设计：根据有限元分析的结果，对传动轴的结构进行优化设计。

通过调整传动轴的几何形状、材料或其他参数，以提高其性能。

8.重新进行有限元分析：对优化后的设计进行再次有限元分析，以验证优化结果。

如果需要，可以多次进行重复优化和分析的步骤。

9.结果评估和优化验证：评估优化结果的有效性，并验证传动轴在实际工况下的性能。

根据需求进行修正和改进。

请注意，基于ANSYS Workbench的有限元分析和优化设计需要一定的专业知识和技能。

ANSYSWorkbench17·0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）。