CAE培训课件四ansys workbench DM模块

求解软件主要包括: ADAM3 S， Recydn，CATIA，UG
CAE分支-结构及疲劳
结构疲劳分析主要涉及: 零部件的刚度、强度、模 态、疲劳耐久等。
求解软件主要包括: Nastran, ABAQUS, Hyperworks , Fe-safe, Fatigue等，也即隐4 式算法（低速）。
与CAD(Design)， CAM(Manufacture)对应 CAE，借助现代计算11 机（硬件及软件），对
CAE概念
12
CAE 理论基础(结构)
F
13
CAE 理论基础(结构)
14
CAE 分析流程
前处理
几何 网格 单元 装配 材料 约束
求解
模态 刚度 强度 碰撞 冲击 耦合
后处理
位移 应力 应变 能量 振型
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优化
结构 尺寸 连接 材料
报告
背景 模型 云图 曲线 建议
CAE 分析实例
16
CAE 分析实例
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CAE 分析实例
18
CAE报告解读
19
CAE角色及总结
CAE是算 命的？？？
“工程是一种近似对 而不是完全错的艺术”
“Engineering is the art of being approximately right
法（高速）。
6
CAE分支-NVH
NVH分析主要涉及: 整车或零部件的振动、噪声 等
求解软件主要包括: Nas7tran, Sysnoise, Actran等
CAE分支-流场分析
流场分析主要涉及: 整车的外流场(风阻)、空调的除霜风道、 乘客舱流场及温度场、散热器、冷凝器、风扇热交换零件的 流场、整车密封性等。

•
ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench - DesignModeler ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench ANSYS Workbench

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。
在模型创建或导入后，用户可以在DM模块中对模型进行查看和修改。用户可以调整模型的尺寸、位 置、方向等几何参数，也可以对模型进行布尔运算、分割、倒角等操作。此外，用户还可以查看模型 的拓扑关系，以确保模型的正确性。
航空发动机叶片分析
总结词
利用DM模块对航空发动机叶片进行详细的结构和振动分析，确保其安全可靠 。
详细描述
在DM模块中建立发动机叶片的三维模型，进行详细的有限元分析和振动分析。 通过分析结果，评估叶片的结构强度和振动特性，确保其在各种工况下的安全 性和可靠性。
桥梁结构稳定性分析
总结词
利用DM模块对桥梁结构进行稳定性 分析和优化，提高桥梁的安全性和使 用寿命。
减少不必要的操作
避免重复导入和导出模型，优化操 作流程。
提高分析效率的策略
自动化脚本
编写脚本或宏以自动化重 复性任务，提高工作效率 。
分析流程优化
合理安排分析流程，如先 进行网格划分再进行求解 ，以减少不必要的等待时 间。
团队协作
多人协作完成大型项目， 合理分配任务，提高整体 效率。
06
总结与展望
功能
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。
DM模块与其他模块的关系
与CAD模块的关系
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。
与仿真模块的关系
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。
下的疲劳性能。

草图
特征类型…
• “到下一个”类型: • 在加料操作将延伸轮廓到所遇到的第一个面 • 在剪切、印记及切片操作中，将轮廓延伸至所遇到的第一个面或体
特征类型…
草图
特征类型…
• “到面”类型：可以延伸拉伸特征到有一个或多个面形成的边界
• 对多个轮廓而言要确保每一个轮廓至少有一个面和延伸线相交，否则导致延 伸错误
蒙皮/放样…
• 蒙皮/放样重定位: • 创建蒙皮/放样或编辑选取对象时可以调整剖面的顺序 • 高亮待重新排列的剖面，然后点击鼠标右键 • 从弹出菜单中选择
3D特征细节（拉伸）
3D 特征
所有的细节都在这里!
布尔操作
在模型中 冻结体特 征吗?
布尔操作
• 对3D特征可以运用以下5种不同的布尔操作:
• 添加材料： • 该操作总是可用创建材料并合并到激活体中。
• 划分网格中: 1个实体，1个物体 • 完全作为一个实体划分网格
• 无接触区
DM Mesh
DM
体和零件…
• 范例（续）：
• 设计模型：有3个实体的1 个多体零 件
• 划分网格中：1个多体零件，3个体/ 实体
• 每一个实体都独立划分网格，但实体 间的节点连续性被保留
DM Mesh
DM
3D特性
• 通过3D特征操作由2D草图生成3D几何体 。 • 常见的特征操作包括:
体和零件
• Design Modeler主要用来给分析环境提供几何体，为此我们必须了解 DM是如何处理不同几何体的。
• Design Modeler包括三种不同体类型 :
• 实体：由表面和体组成 • 表面体：由表面但没有体组成 • 线体：完全由边线组成，没有面和体

• In Design Simulation, there are three types of bodies which can be analyzed.
– Solid bodies are general 3D volumes/parts. – Surface bodies are only areas. – Line bodies are only curves.
3-5
ANSYS Workbench - Simulation
General Preprocessing Procedure
… Types of Bodies
Training Manual
• Solid bodies are geometrically and spatially 3D:
– These are meshed with higher-order tetrahedral or hexahedral solid elements with quadratic shape functions
• In this chapter, navigating through the GUI without the Wizards will be covered.
Model shown is from a sample Mechanical Desktop assembly.
February 2, 2004 Inventory #002010
• Surface bodies are geometrically 2D but spatially 3D:
Training Manual
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics

2000，4
ANSYS常用单元介绍
Combin14 弹簧阻尼单元，可用于一维、二维、三维中的轴
向拉压和改变。 具有轴向拉压、改变才能。 单元选项：K1---线性、非线性求解选项； K2—1D自由度选项〔包括平动自由 度和转动自由度〕 K3----2D、3D自由度选项 〔包括平动自由度和转动自由度〕 实常数： K---弹簧刚度； CV1----阻尼系数； CV2---非线性阻尼系数。
2000，4
ANSYS常用单元介绍
PLANE42 2D构造实体单元。 可用于平面应力、平面应变、轴对称。有四个节点，每个
节点两个平动自由度。 具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变功能。 单元选项：K1—单元坐标系定义〔平行于总体坐标系或以IJ 边为基准〕；
根据节点间位移协调关系。U11= U22，V11=V22 又根据各节点的平衡条件有
{F}=[K]{δ}
2000，4
有限元分析步骤
有限元法可分为几步：
• 构造的离散化 • 选择位移形式 即假定位移是坐标的某种简单的函数这种函数称为位移 形式或插值函数通常选多项式作为位移形式一般来说， 多项式的项数应等于单元的自由度数。
2000，4
ANSYS文件构造件〕 Jobname.dbb 〔备份文件〕 Jobname.rst 〔构造分析结果文件〕 Jobname.rth 〔热分析结果文件〕 Jobname.rmg 〔电磁场分析结果文件〕 Jobname.rfl 〔流体分析结果文件〕 Jobname.tri 〔三角化刚度矩阵文件〕 Jobname.emat 〔单元矩阵文件〕 Jobname.esav 〔单元保存文件〕
2000，4
ANSYS文件构造〔续〕
文本文件 Jobname.log〔命令日志文件〕 Jobname.err〔错误及警告信息文件〕

五 载荷与边界条件
惯性载荷
1．加速度：Acceleration
2．重力加速度：Standard earth Gravity
♣施加在整个喂型上，单位是长度比上时间的平方。 ♣加速度可以定义为分量或矢量的形式。 ♣物体运动方向为加速度的反方向。
3．角加速度：Rotational Velocity
♣根据所选的单位制系统确定它的值。 ♣重力加速度的方向定义为整体坐标系或局部坐标系的其中一个坐标轴方向。 ♣物体运动方向与重力加速度的方向相同。 ♣整个模型以给定的速率绕轴转动。 ♣以分量或矢量的形式定义。 ♣输入单位可以是弧度每秒(默认选项)，也可是度每秒。
与面正交的方向施加在面上，指向面内为正，反之为 负。单位是单位面积的力。
2．静水压力：Hydrostatic Pressure
在面(实体或壳体)上施加一个线性变化的力，模拟结构 上的流体载荷。流体可能处于结构内部或外部，另外还需 指定：加速度的大小和方向、流体密度、代表流体自由面 的坐标系。壳体则需要指定顶面/底面。
四 连接关系
接触类型
对于理想无限大的Knormal , 零穿透. 但对于罚函数法， 这在数值计算中是不可能，但是只要Xpenetration 足够 小或可忽略，求解的结果就是精确的。
四 连接关系
接触类型
Pure Penalty 和Augmented Lagrange 公式使用积分点探测，Normal Lagrange 和MPC 公式 使用节点探测(目标法向)。节点探测在处理边接触时会稍好一些，但是，通过局部网格细化， 积分点探测也会达到同样的效果。
四 连接关系
信息检查
四 连接关系
连接矩阵图
信息检查
颜色标签
五 载荷与边界条件

六面体
球体
圆柱体
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
• 面修补的功能（Surface Patch）：用来填补表面体的小间 隙，如填补面体中的小孔洞。
– 间隙的边界必须是封闭的环 – 如果面体中没有封闭的环，可以借助其它面体的边界
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
• 名称选定(name selection)
– 允许用户建立一个可以转换成Design Simulation的指定选择(named selections)
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
• Joint主要功能：表面体粘结
– Design Simulation划分网格时，将它们的接触面作为共有的拓扑形 状(shared topology )
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
• 抽中面功能（Mid-Surface）
– 通过人工选择要操作的实体 – 可以通过设置厚度范围来选择 – 抽取后能够自动记住厚度
ANSYS BASIC TRAINING
DM模型处理
• Enclosure
– Enclosure 功能：在模型周围或内部生成代表空间的体。在Design Simulation 中封闭体的材料可以被定义为气体或流体。
ANSYS BASIC TRAINING
DM建模
• 基于CAD思想的几何建模功能
– 通过草图建立模型 – 参数驱动 – 通过拉伸、旋转、拖拉等生成体 – 通过约束建立装配关系
• 两个基本操作模式
– 草绘 (2D) 标签 – 实体 (3D) 标签

• 详细的CAD支持列表在DS 的在线帮助中有 • 对于UNIX, UG NX 1.0支持，包括 8.0 Service Pack 3 • 对于 Mechanical Desktop, version 2004 DX (不是version 2004) 可以使用 • IGES 几何接口格式是免费的
• Licenses网络管理器FlexLM可用于ANSYS和Workbench的所 有产品
July 3, 2006 Inventory #002010 7-15
介绍
… 产品配置
Training Manual
• 因为每种产品都有不同的分析能力，在页面的右下角有一个带 标 记的表格，表明了支持的License种类:
– 培训中尽管有和ANSYS交叉的部分，但这部分课程不会专门 介绍如何使用ANSYS。有这方面需求的用户可以参加ANSYS 的入门培训。 – 这次培训的内容是ANSYS Workbench DS模块。DX和 DM也 各自有单独的培训。
July 3, 2006 Inventory #002010 7-2
– 热传递:
• 求解温度场和热流场的稳态热 分析， 允许与温度相关的 热传导和对流 支持 热应力分析
† The
list here reflects analysis capabilities possible within the Design Simulation GUI. Note, however, that the ANSYS license used dictates what functionality is available to the user.
介绍
… Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型:

– 包括Euler、Lagrange、ALE、SPH等多种求解器 – 300多种常用的材料数据库和完全的流固耦合技术 – 模拟流体、气体及固体在高速冲击或极限载荷条件下的响应及耦合
分析
ANSYS BASIC TRAINING
AutoDYN介绍
• AutoDYN和Workbench无缝传递数据
– 直接把Workbench中的DS文件导入AutoDYN – AutoDYN 同步更新Workbench的数据 – AutoDYN可以导入其他模型的文件
− Workbench关键技术
− Workbench产品特点
FeModeler
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench其他模块
• ANSYS Workbench 其他模 块介绍:
– BladeModeler – CFX – AutoDYN
BladeModeler用户界面
CFX用户界面
AutoDYN用户AN界SY面S BASIC TRAINING
创建统一仿真环境
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench简介
• 纲要： − Workbench概述
− Workbench模块介绍
− Workbench关键技术 − Workbench产品特点
创建统一仿真环境
ANSYS BASIC TRAINING
Workbench主要模块
• ANSYS Workbench 主要由四个模块组成: – Design Modeler用来建立CAD几何模型，为分析作准备； – Design Simulation是用ANSYS的分析模块，实现网格划分 、求解以及后处理； – Design Xplorer用于研究变量的输入（几何、载荷等）对 响应（应力、频率等）的影响，可实现优化； – FE Modeler 用来把其它有限元网格模型转化为ANSYS识 别的数据库文件.

– Each node has three translational degrees of freedom (DOF) for structural or one temperature DOF for thermal
– Good for general representation of CAD models
– The Context Toolbar and the Details View update depending on what branch of the Outline Tree is selected
– Use of the Outline Tree will be emphasized in this chapter
Chapter Three
General Preprocessing
ANSYS Workbench - Simulation
General Preprocessing Procedure
总体概述
标题添加
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Training Manual
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February 2, 2004 Inventory #002010
3-5
ANSYS Workbench - Simulation
General Preprocessing Procedure
A. Geometry Branch
• After importing a model either (a) directly from a supported CAD system or (b) from the Workbench Projects Page, the Geometry branch lists available parts.

步骤1.General Materials全 体材料
步骤2.Gray Cast Iron灰铸 铁
步骤3.Return Project回到 工程项目管理窗口
（3）添加材料属性
23
添加40Cr(系统中不 存在的材料)
步骤1.General Materials 打勾(Edit library)编辑材料
库
19
进入尺寸标注Dimensions 步骤1.点击 General标注线段长度H1、V2 Horizontal标注水平间距H3 Vertical标注竖直间距V5
步骤2.标注尺寸
步骤3.点击Extrude拉伸
20
步骤1.Imprint Faces 步骤2.Generate 生成区域面，次面无高度、
使基础产生单位法向偏移所需的压力，输入值单位N/m3
29
载荷：
选中Static Structural(B5)
Loads(载荷)
Force(力)
选中需要加载的面，输入载荷值
Apply(应用) 30
载荷类型：
Force力载荷 Bearing Load轴承载荷：载荷作用于圆柱形表面，轴承力沿径向分布 Moment力矩载荷 Remote Force远端载荷：远端加载，可先定义局部坐标系 Bolt Pretension螺栓预紧载荷：模拟螺栓连接
双击B4
预应力模态分析
35
选中Modal(C5) Analysis Setting(分析设置) 设置阶数 Max Modes to Find:10
36
选中Solution(C6) Solve
37
在Graph(图表)区域右键-Select All Creat Mode Shape Results

启动该软件后，出现一模块选择对话框。
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5
操作界面介绍
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6
菜单
常用的几个菜单项为：
—“File > Save” 用来保存数据库文件：.dsdb —“File > Clean” 用来删除数据库中的网格或结果 —“Edit > Select All” 用来选取窗口中当前的所有实体 —“Units” 用来改变单位 —“Tools >options” 用来定制或设置选项
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21
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。
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22
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。
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9
属性窗口
属性窗口提供了输入数据的列表， 会根据选取分支的不同自动改变。
白色区域: 显示当前输入的数据。 灰色区域: 显示信息数据，不能
被编辑。
黄色区域: 未完成的信息输入。
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10
图形窗口
模型和结果都将显 示在这个区域中， 包括：
Geometry Worksheet PrintPreview ReportPreview
确定目标为点、线、面、体的 一种，点击对应的图标，单击 按钮，选中Single Select，进入选择模式，利用鼠标左键在模型上点 击进行目标的选取。 2、框选
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。

网格划分方法
混合网格：四面 体，棱柱掠网格划分
几何清理和修复 几何导入选项
装配体网格划分
自动清理
直接CAD/ 双向CAD
全局网格划分 设置 局部网格划分 设置
尺寸、影响球， match控制等
Release 14.0
Parasolid内核
合并，连 接、投影 、流体区 域提取等
工具栏
提纲树
模型选项卡 图像窗口 详情视图
状态/信息栏I
实体详情栏
单位制显示栏
Release 14.0
7
© 2011 ANSYS, Inc.
March 10, 2014
鼠标基本操作
• 鼠标左键 – 几何选择 – <CTRL> + LMB 添加/移除指定实体 – 鼠标左键按住不放+扫掠光标=连续选择 • 鼠标中键 – 旋转 – Shift + MMB : 缩放 – Ctrl + MMB : 转换视角 • 鼠标右键 – 框选缩放 – 打开快捷菜单
© 2011 ANSYS, Inc. March 10, 2014 Release 14.0
5
设置单位制
启动DM后，单位制选择菜单将会跳出 Always use project unit : 使用 WorkBench中设置的Project单位制 Always use selected unit : 使用面板 选择的单位制 Enable large model support : 启用 这个单位制去创建1000立方千米内的大 模型
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© 2011 ANSYS, Inc.
March 10, 2014
Release 14.0
详情视图
• 显示提纲树中的功能操作详情 • 输入要执行的新特征操作详细细节

点击任何一个坐标轴的箭头，视图法向即为该轴方向。
点击蓝色的“Iso”球确定等大小视图。
2.11.选择过滤器
1.模型的特性必须通过图形选取来选定目标，以便加载、规定区域等..
2.通过激活下图所示的任一个选择过滤器图标来完成特性选取(也可右击> 光标模式来完成)。
3.在选择模式中，光标变化以反映当前的选择过滤器(与图标匹配)。
2.13.窗选择
1.选取工具栏包括一个“Select Mode”按钮，允许用户用单选和窗选来选择项目
(1)选取是基于当前激活过滤器的(例如：点、边、面等)
(2)选取的类型基于拖动方向：
•从左至右的拖动，完全封闭在方框(box)内的项目被选择。
•从右至左的拖动，完全和部分封闭在方框内的项目被选择。
(3)注意方框边缘的符号区别，可以帮助用户确认执行哪种方框选择类型。
(2)3D 修改工具(第五章):Fixed radius blend, variable radius blend, chamfer.
(3)实体操作(第六章):Mirror, Move, Copy, Delete, Scale, Cut Material, Imprint Faces.
3.Concept: 生成线体(line body)或面(surface)的工具。
②通过DM或用户预定义，封闭体可以自动产生。
③自动生成的形状包括六面体、球体、圆柱体。
④不能删除或修改在模型中现有的体。
⑤创建封闭体用来做CFD 分析
(6)Parameters:激活参数管理器
(7)Options:设置用户参数选择
•Geometry,
•Graphics,
•Misc.,
•Units,