Workbench高级工程实例分析培训

ANSYS Workbench DM模块培训课件汇报人：2024-01-07•DM模块简介•DM模块基础操作•DM模块高级功能目录•DM模块实际应用案例•问题与解决方案•总结与展望01DM模块简介DM模块是ANSYS Workbench 平台上的一个模块，用于进行三维建模、模型装配和设计优化等工作。

定义支持各种CAD模型的导入和编辑，提供丰富的建模工具和装配功能，支持多目标优化和灵敏度分析等设计优化手段。

功能DM模块的定义与功能DM模块可以导入各种CAD模型，进行编辑和装配，实现与CAD模块的无缝对接。

DM模块可以与仿真模块进行关联，将设计优化结果直接应用到仿真分析中，实现设计与仿真的集成。

DM模块与其他模块的关系与仿真模块的关系与CAD模块的关系机械设计汽车设计航空航天设计电子产品设计DM模块的应用领域01020304支持各种机械零件和装配体的建模与优化，提高设计效率和质量。

支持汽车零部件的建模、装配和优化，提高汽车性能和安全性。

支持飞机和航天器的整体和零部件设计，提高设计精度和可靠性。

支持电子产品的建模、装配和优化，提高产品性能和可靠性。

02DM模块基础操作通过ANSYS Workbench DM模块创建新的有限元模型。

在ANSYS Workbench中，用户可以通过DM模块创建新的有限元模型。

首先，用户需要选择合适的单位系统，然后定义模型尺寸、材料属性等。

在创建过程中，用户可以根据需要选择不同的建模工具，如线、面、体等，进行几何建模。

创建新模型导入模型导入已有的几何模型到ANSYS Workbench DM模块中。

如果用户已经有现成的几何模型，可以通过DM模块的导入功能将其导入到ANSYS Workbench中。

用户可以选择多种格式的几何模型进行导入，如STEP、IGES、SAT等。

在导入过程中，用户还可以对模型进行修复和清理，以确保模型的正确性和完整性。

模型查看与修改在ANSYS Workbench DM模块中查看和修改有限元模型的几何和拓扑关系。

Workbench高级工程实例分析培训第1例：齿轮动态接触分析该实例系统讲解模型的导入，接触设置，齿轮实现转动的方法和原理解释，并给学员演示空载荷负载作用下的齿轮结构的应力计算比较。

图1 斜齿轮接触的有限元模型图2 动态接触过程中某一时刻的等效应力云图（空载）图3 动态接触过程中某一时刻的等效应力云图（负载200N.m）第2例：过盈装配结构分析该实例会系统讲解过盈装配结构的应力分析方法。

不同设置过盈量的计算结果比较和讨论设置过盈量的合理方法，摩擦系数，旋转速度对过盈装配应力的影响。

图4 过盈量为0.00005m时的等效应力（转速=0）图5 过盈量为0.00005m时的接触应力（转速=0）图6 过盈量为0.00005m 时的等效应力（转速=4000） 图7 过盈量为0.00005m 时的接触应力（转速=4000） 第3例：液压阀结构的分析该实例会讲解施加随空间变化的压力载荷和系统分析接触设置对求解的影响，并给出如何合理选取接触参数来实现较为准确的求解。

图8 变化压力载荷分布云图 图9 接触压力云图（摩擦系数=0.1，增强拉格朗日算法）第4例：发动机活塞机构的多体动力学分析该实例会讲解如何为多体设置驱动力和约束多体之间的运动关系的方法，并讲解柔性体的多体动力学分析和刚-柔耦合的多体动力学分析。

图10 0.12s时刻的等效应力云图（柔性体）图11 1.17s时刻的等效应力云图（柔性体）图12 0.12s时刻的等效应力云图（刚-柔耦合）图13 1.17s时刻的等效应力云图（刚-柔耦合）第5例：薄壁结构的非线性屈曲分析该实例会讲解如何在Workbench环境下完成薄壁结构的非线性屈曲分析并获得非线性屈曲载荷的方法，研究不同初始缺陷，弹塑性对非线性屈曲载荷的影响。

图14 线性屈曲1阶屈曲模态云图图15加载23.14%线性屈曲载荷时的位移云图（弹塑性）图16加载33.35%线性屈曲载荷时的位移云图（弹塑性）图17 非线性屈曲分析的位移与求解子步的关系图17加载94.299%线性屈曲载荷时的位移云图（线弹性）图18 非线性屈曲分析的位移与求解子步的关系（线弹性）第6例：盘式制动器热-结构耦合分析该实例为学员系统讲解如何利用Workbench加载方便的优点和ANSYS经典版易容设置求解控制参数的优点联合解决盘式制动器这一类问题，这一实例讲为学员讲解如何为瞬态动力学设置不为0的初始速度，并分别讲解考虑热应力和不考虑热应力的操作方法。

Workbench11.0软件基本培训资料1.软件背景、特点简介1.1.软件背景W orkbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境：1997年，ANSYS公司基于广大设计的分析应用需求、特点，开发了专供设计人员应用的分析软件ANSYS DesignSpace（DS），其前后处理功能与经典的ANSYS软件完全不同，软件的易用性和与CAD接口非常棒。

2000年，ANSYS DesignSpace的界面风格更加深受广大用户喜爱，ANSYS公司决定提升ANSYS DesingnSpace的界面风格，以供经典的ANSYS软件的前后处理也能应用，形成了协同仿真环境：ANSYS Workbench Environment(AWE)。

其功能定位于：①重现经典ANSYS PP软件的前后处理功能；②新产品的风格界面；③收购产品转化后的最终界面；④用户的软件开发环境；2001年，在AWE上，开发了ANSYS DesignModeler(DM), ANSYS DesignXplorer(DX), ANSYS DesignXplorer VT(DX VT), ANSYS Fatigue Module (FM), ANSYS CAE Template 等。

当时目的是和DS共同提供给用户先进的CAE技术。

同年，ANSYS Inc.允许以前只能在ACE上运行的MP, ME, ST等产品，也可在AWE 上运行。

用户在启动这些产品时，可以选择ACE，也可选择AWE。

AWE可作为ANSYS 软件的新一代前后处理，还未支持ANSYS所有的功能，目前主要支持大部分的ME和ANSYS Emag的功能，而且与ACE的PP并存。

1.2.特点：1.2.1.协同访真、项目管理集设计、仿真、优化、网格变形等功能于一体，对各种数据进行项目协同管理。

1.2.2.双向的参数传输功能支持CAD-CAE间的双向参数传输功能；1.2.3.高级的装配部件处理工具具有复杂装配件接触关系的自动识别、接触建模功能；1.2.4.先进的网格处理功能可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理；1.2.5.分析功能支持几乎所有ANSYS Mechanica的有限元分析功能；10.0：2-D、3-D Structure Analysis（Static、Squence、Harmonic、Fatigue、Frequence、Bulking、Shape Optimization）、2-D、3-D thermal Analysis（Static、Transient）、3-D Electromagnetic等；11.0：2-D、3-D Structure Analysis（Static、Squence、Harmonic、Fatigue、Frequence、Bulking、Shape Optimization）、2-D、3-D thermal Analysis（Static、Transient）、3-D Electromagnetic等；1.2.6.内嵌可定制的材料库自带可定制的工程材料数据库，方便操作者进行编辑、应用。

ansys workbench2020工程实例解析ANSYS Workbench 2020工程实例解析随着科学技术的不断进步，大量的工程问题需要通过计算机仿真来解决。

ANSYS Workbench 2020是一款强大的工程仿真软件，可以在多个领域中应用，比如机械工程、电子工程、结构工程等等。

本文将以ANSYS Workbench 2020为工具，解析一个实际的工程例子，介绍其实施过程和结果。

1. 工程背景介绍在本实例中，我们将解决一个机械工程问题。

假设我们需要设计一个汽车轮胎，以提高其耐磨性和减少滚动阻力。

我们需要分析不同材料和结构参数对轮胎性能的影响，以选择最佳设计方案。

2. 模型建立在ANSYS Workbench 2020中，我们首先需要建立汽车轮胎的几何模型。

我们可以使用软件内置的建模工具，或者导入现有的CAD文件。

然后，我们需要定义材料属性、边界条件和加载情况。

例如，我们可以选择橡胶作为轮胎的材料，并设置其力学性能参数。

3. 网格划分在进行仿真之前，我们需要对轮胎模型进行网格划分。

ANSYS Workbench 2020提供了多种网格划分算法和工具，可以根据需要选择合适的划分方式。

通过划分网格，我们可以将复杂的几何形状转化为简单的网格单元，为后续仿真分析提供准确的输入。

4. 材料模型和加载条件设置在ANSYS Workbench 2020中，我们可以选择不同的材料模型来描述轮胎材料的行为。

例如，我们可以使用弹性模型、塑性模型或者粘弹性模型。

根据真实的应力应变曲线，选择合适的材料模型并设置相应的参数。

同时，我们还需要定义加载条件，例如外部力、压力和温度等。

5. 求解器设置和仿真分析在ANSYS Workbench 2020中，我们可以选择不同的求解器来进行仿真分析。

根据具体问题的特点，选择合适的求解器和算法，以获得准确可靠的结果。

我们可以选择静态分析、动态分析或者模态分析等。

通过运行仿真分析，得到轮胎在不同载荷情况下的应力、应变和位移等结果。

Workbench实例入门下面将通过一个简单的分析案例，让读者对ANSYS Workbench 13.0有一个初步的了解，在学习时无需了解操作步骤的每一项内容，这些内容在后面的章节中将有详细的介绍，读者仅需按照操作步骤学习，了解ANSYS Workbench有限元分析的基本流程即可。

1.5.1案例介绍某如图1-24所示不锈钢钢板尺寸为320mmX50mmX20mm，其中一端为固定，另一端为自由状态，同时在一面上分布有均布载荷q=0.2MPa，请用ANSYS Workbench求解出应力与应变的分布云图。

1.5.2启动Workbench并建立分析项目（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 13.0 →Workbench命令，启动ANSYS Workbench 13.0，进入主界面。

（2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Component systems→Symmetry（几何体）选项，即可在项目管理区创建分析项目A，如图1-25所示。

图1-24 案例问题图1-25 创建分析项目A（3）在工具箱中的Analysis System→Static Structural上按住鼠标左键拖曳到项目管理区中，当项目A 的Symmetry红色高亮显示时，放开鼠标创建项目B，此时相关联的项数据可共享，如图1-26所示。

图1-26 创建分析项目提示：本例是线性静态结构分析，创建项目时可直接创建项目B，而不创建项目A，几何体的导入可在项目B中的B3栏Geometry中导入创建。

本例的创建方法在对同一模型进行不同的分析时会经常用到。

1.5.3导入创建几何体（1）在A2栏的Geometry 上点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry →Browse 命令，如图1-27所示，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入char01-01几何体文件，如图1-28所示，此时A2栏Geometry 后的变为，表示实体模型已经存在。

2一、材料力学的基础知识工程结构或机械的各组成部分，如建筑物的梁和柱、机床的轴，统称为构件。

当工程结构或机械工作时，构件将受到载荷的作用，为保证工程结构或机械的正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。

因此，它应当满足以下的要求：1）强度的要求在规定载荷作用下构件当然不应破坏。

例如，冲床的曲轴不可折断，储气罐不应爆破。

强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力。

2）刚度要求在载荷作用下，构年即使有足够的强度，但若变形过大仍不能正常工作，例如，若齿轮轴变形过大，将造成齿轮和轴承不均匀磨损，引起噪音。

机床主轴变形过大，将影响加工精度。

刚度要求就是指构件应有足够的抵抗变形的能力。

3）稳定性要求有些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。

稳定性要求就是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。

若构件的横截面尺寸不足或形状不合理，或材料选用不当，将不能满足上述要求，从而不能保证工程结构和机械的安全工作。

相反，也不应不恰当地加大横截面尺寸或选用优质材料，这虽满足了上述要求，却多使用了材料和增加了成本，造成浪费。

材料力学的任务就是保证在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。

1. 1基本概念1.1.1载荷（load）也称为力、外力、负荷等，可以分成如下所示的各种类型:1）根据构件内生成的应力来分类:拉伸载荷，压缩载荷，弯曲载荷，剪切载荷，扭转载荷。

2）采用理论公式的载荷分类：轴向力(N)、横向载荷(N)、弯矩(N·m)、扭矩(N·m)3）按载荷的分布状态分类：分布载荷（均匀分布和任意分布）集中载荷（分布载荷的范围相对狭隘情况下的近似）4）给予坐标的一点的载荷分类（在有限元法中这样的表示很多）：Fx、Fy、Fz、Mx、My、MzFx——为x 轴方向上的载荷；Mx——为绕x 轴转的弯矩载荷5）由加在构件上的载荷的变化形式分类：静载荷（不随时间变化的载荷）图1.1动载荷（不规则载荷、周期载荷、正弦波载荷、冲击载荷）图1.26）由载荷的作用位置来分类：表面力（作用于表面的载荷）物体力（作用于物体体积或质量的载荷，以加速度载荷为代表）7）由载荷的原因来分类：自重、压力载荷、水头压力、浮力、系留力、离心力载荷。

ANSYS Workbench 可以将工程中的结构场、流场、温度场、电磁场集合在同一界面中进行分析，为从事不同的仿真和从事多物理场的耦合提供了很多便利。

随着ANSYS 版本的不断升级，在Workbench 界面下进行多物理场耦合分析的功能和操作的易用性都在不断增强。

本章通过几个实例结合前面介绍的基本内容一起来体会在Workbench 界面下综合功能的应用。

本章所要学习的内容包括： ¾ 了解场的基本概念 ¾ 了解耦合场分析¾ 掌握ANSYS Workbench 耦合场分析的操作步骤11.1 多物理场耦合分析基础11.1.1 场的基本概念从数学角度而言，场是给定区域内各点数值的集合，这些数值规定了该区域内一个特定量的特性，即场是定义在空间区域上的函数，比如T 是温度场中的物理场（T 是温度场）。

从物理上而言，场是遍及一个被界定的或无限扩展的空间内的，能够产生某种物理效应的特殊物质，通常具有能量。

通俗地讲就是确定空间区域上的每一个点都有确定的物理场与之对应，则称在该区域上定义了一个场。

通常按场与时间的关系或按物理量的性质进行场的分类，如按场与时间的关系分为以下两种。

（1）静态场：场量不随时间发生变化的场。

（2）动态场：场量随时间变化而变化的场，有时候也称为时变场。

按物理量的性质分为以下两种。

（1）标量场：描述场的物理量是标量，如温度场、电位场、高度场等。

通常以函数μ（x ，y ，z ）表示。

（2）矢量场：描述场的物理量是矢量，如流场、重力场、电场、磁场等。

通常以函数F J G（x ，y ，z ）表示。

Workbench界面下进行多物理场耦合分析的功能和操作的易用性都在不断增强。

在ANSYS中多物理场的耦合方法主要有以下两种。

（1）直接耦合法：在一个分析中主要采用耦合单元方式进行仿真。

其特点是：同时求解所有自由度，数学上通常采用矩阵耦合法，在ANSYS软件中采用耦合单元实现。