ANSYS Workbench14.5参数化模型导入设置

运用ANSYS Workbench快速优化设计摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。

本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。

关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench1 前言ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。

ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。

现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。

从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。

2 优化方法与CAE在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，就是优化方法。

例如，在保证结构刚强度满足要求的前提下，通过改变某些设计变量，使结构的重量最轻最合理，这不但使得结构耗材上得到了节省，在运输安装方面也提供了方便，降低运输成本。

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 14.5功能亮点ANSYS 14.5 提供大量全新的先进功能，有助于更好地掌握设计情况从而提升产品性能和完整性。

将ANSYS 14.5的新功能与ANSYS Workbench相结合，可以实现更加深入和广泛的物理场研究，并通过扩展满足客户不断变化的需求。

ANSYS 14.5 采用的平台可以精确地简化各种仿真应用的工作流程。

同时，ANSYS 14.5 提供多种关键的多物理场解决方案、前处理和网格剖分强化功能，以及一种全新的参数化高性能计算（HPC）许可模式，可以使设计探索工作更具扩展性。

复杂3D复合材料型材复杂3D复合材料型材您可以轻松利用复杂几何形状创建3D层叠复合材料，然后方便地将这些模型与整体装配中的非复合材料部件进行组合。

ANSYS Mechanical能够根据ANSYS Composite PrepPost提供的复合材料进行进一步分析；在显式动力学方面，可利用Composite PrepPost创建复合材料模型。

在Mechanical中，您可以将多个来自Composite PrepPost和Mechanical的模型进行组合；随后在Composite PrepPost中完成后处理。

View larger image Compositespressure vessel with titanium capsView larger imageView largerimage复合材料压力容器上的全局应力结果View larger imageView largerimage使用钛合金封盖的复合材料压力容器流程定制您可以使用客户化应用工具套件（ACT）在Mechanical环境中自己创建载荷、边界条件或结果，并在用户友好环境中显示已有的脚本。

您的工作组可以利用Mechanical环境将内部解决方案整合到仿真工作流程中。

裂纹建模ANSYS 14.5推出一种易于使用的裂纹建模工具，可用于计算应力强度因子、能量释放率和J 积分等裂纹特性。

ANSYS Workbench 14.0超级学习手册(第1章)ansysworkbench14.0超级学习手册(第1章)第1章ansysworkbench14.0概述本章从总体上对ansysworkbench14.0自带软件包含结构力学模块、流体力学模块等展开详述，同时对ansysworkbench14.0最新资源整合的其他模块展开直观了解，其中包含低频电磁场分析模块ansoftmaxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块ansoftsimplorer、烦躁分析模块ncode及复合材料建模与后处理模块acp等。

同时，本章还以solidworks软件为基准，了解workbench14.0与常用的cad软件展开内置的步骤及方法。

学习目标：（1）介绍ansysworkbench软件各模块的功能；（2）掌握ansysworkbench软件与solidworks软件的集成设置；（3）掌控ansysworkbench平台的常规设置，包含单位设置、外观颜色设置等。

1.1ansys软件简介ansys提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ansys为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ansys软件就是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用型有限元分析软件。

由世界上最小的有限元分析软件公司之一、美国ansys公司研发，它能够与多数cad软件USB，同时实现数据的共享资源和互换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处置模块提供更多了一个强悍的实体建模及网格分割工具，用户可以便利地结构有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可以将计算结果以彩色等值线表明、梯度表明、矢量表明、粒子流迹表明、立体切片表明、透明化及半透明表明（可以看见结构内部）等图形方式表明出，也可以将计算结果以图表、曲线形式表明或输入。

Ansys Workbench界面命令说明1、ANSYS15 Workbench界面相关分析系统和组件说明【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化分析类型说明Electric (ANSYS) ANSYS电场分析Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析Fluid Flow (CFX) CFX流体分析Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析Modal (ANSYS) ANSYS模态分析Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析组件类型说明AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具CFX CFX高端流体分析工具Engineering Data 工程数据工具Explicit Dynamic（LS-DYNA）LS-DYNA 显式动力分析Finite Element Modeler FEM有限元模型工具FLUNET FLUNET 流体分析Geometry 几何建模工具Mechanical APDL 机械APDL命令Mechanical Model 机械分析模型Mesh 网格划分工具Results 结果后处理工具TurboGrid 涡轮叶栅通道网格生成工具Vista TF 叶片二维性能评估工具2、主菜单【File】文件操作【View】窗口显示【Tools】提供工具【Units】单位制【Help】帮助信息3、基本工具条【New】新建文件【Open】打开文件【Save】保存文件【Save As】另存为文件【Import】导入模型【Compact Mode】紧凑视图模式【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【Expand All】展开结构树【Collapse Environments】折叠结构树【Collapse Models】折叠结构树中的Models项【Named Selections】命名工具条【Unit Conversion】单位转换工具【Messages：Messages】信息窗口【Simulation Wizard】向导【Graphics Annotations】注释【Section Planes】截面信息窗口【Reset Layout】重新安排界面4、建模【Geometry】几何模型【New Geometry】新建几何模型【Details View】详细信息窗口【Graphics】图形窗口：显示当前模型状态【Extrude】拉伸【Revolve】旋转【Sweep】扫掠【Skin/Loft】蒙皮【Thin/Surface】抽壳: 【Thin】创建薄壁实体【Surface】创建简化壳【Face to Remove】删除面：所选面将从体中删除。

第1章ANSYS Workbench 14.0概述本章从总体上对ANSYS Workbench 14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。

同时，本章还以SolidWorks 软件为例，介绍Workbench 14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。

学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。

1.1 ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

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。

Ansys workbench流体流动与传热优化通过这种实验可是实现网格考核、结构尺寸对目标函数的影响分析、参数的敏感性分析以及工况参数对目标函数的影响分析等，找到最优的网格尺寸、结构尺寸和操作工况。

下图为典型的ANSYS workbench优化分析的示意图：其中模块与模块之间的关联可以实现交换数据。

本文采用响应面优化的方法实现流体流动与传热的模拟优化。

1．几何模型的建立一．Geometry阶段采用solidworks建立几何模型（注意本机上一定要同时有ANSYS和solidworks）。

下图为建立几何模型的过程：为了简便采用简单的模型来验证本方法。

建立一个草图圆，然后智能尺寸标注，弹出尺寸修改窗，还有尺寸设置窗口。

在这里要设置实现参数化的几何尺寸关联接口。

方法为：在尺寸设置窗口的主要指那一栏的第一个参数前面手动加上一个”DS_”，同时在模型树里面把每一步的操作名改为英文的（注意避开一些敏感字母），以下都按此操作。

然后退出草图，拉伸凸台。

这里标注第二个尺寸：拉伸长度。

鼠标指针放到拉伸特征上，这是窗口出现草图出现拉伸的尺寸，蓝色的尺寸。

然后右击该尺寸，出现尺寸设置窗口，修改主要指加上“DS_”。

至此，几何模型的创建结束，保持文档。

回到ansys workbench界面，geometry后面打上了对号，提示已经完成。

双击geometry启动DM工具。

导入刚刚创建的模型，出现导入对话框，里面有很多设置项，这里采用默认设置，点击generate按钮导入创建的几何模型。

可以看到属性里已经出现修改过的参数化尺寸。

显示两个paremeters，前面的框点击出现P表示设置成参数书尺寸了。

关闭DM，回到workbench界面。

二．Meshing阶段点击mesh启动meshing设置边界：点击geometry，然后右键选择create named selection创建边界：网格部分的控制点击mesh,在下方出现设置框。

作业1实验设计Design ExplorationTraining Manual 1•Goal目标–演示Design ExplorationDesign 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Design Modeler ds_cutout–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）输出参数：Mass（质量）Equivalent stress（等效应力）Total deformation（整体变形）Training Manual12Parameter Set 检查所有1. File>Open>Link1.dsdb1. 双击Parameter Set ，检查所有输入和输出参数。

2输入参数输出参数3. 返回到项目中31Training Manual4. 双击“Response Surface”启动DOE分析45. 双击DOEDOE 大纲给出了输入和输出DOE参数51Training Manual6. 在Outline of Design of Experiments中点击选择参数67. 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。

78. Bearing load（负载），9-10-1111 上的连续变量8Training Manual19. 选择DOE –默认的DOE 类型是中心组合设计（Central Composite Design ）910. 查看和更新设计点1011. 点击Show Progress 展开状态栏11Training Manual1DOE 的表中的给出了9个设计点131312. 选择显示整体变形对应设计点的关系曲线12. 点击Design Points vs Parameter1Training Manual1414. 返回到项目页（ProjectPage）15. 双击ResponseSurface1516. 更新ResponseSurface17. 双击Response17 16Training Manual118. 选择二维模式，如图设置X ，Y 轴1819.选择三维模式，如图设置X ，Y 和Z 轴191Training Manual 20. 点击spider 和local sensitivities 显示图表20Training Manual121. 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21其插到设计点22响应点不能和此处给出的一样！Training Manual123. 返回到Project Page2324. 双击Parameter set25. 更新所有设计点242526. 在DP1上点击鼠标右键选择Copy inputs to current 和Updated selected Design Point回到2627. 返回到Project Page271Training Manual28. 双击Solution28检查力学结果作业2What if分析多目标优化设计Training Manual•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作用下几何参数是在发形行为，因为在垂直载荷的作用下，几何参数是在发生变化的。

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。

一、Proe参数化设置与导入Workbench
模型导入到workbench中后，在DesignModeler中点击Attach，左下角Details View中，将Line Bodies设置为Yes，然后Generate，生成模型后，在Details View最下方出现参数化尺寸，在尺寸前面的方框里点击，然后出现蓝色的P，此时表明已经设置成功，返回workbench主界面后Parameter Set会自动关联。

二、Solidworks模型尺寸参数化设置与导入Workbench
1.Solidworks建模设置DS_的参数名
在solidworks左侧设计树鼠标右键点击注解，勾选“显示特征尺寸”，鼠标左键选中需要参数化的尺寸，在左侧“主要值”中将尺寸名称前面添加“DS_”,然后保存模型。

2. 在Solidworks中打开workbench。

后续过程同前面Proe导入的过程一致
Andy。

第1章ANSYS Workbench 14.0概述本章从总体上对ANSYS Workbench 14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。

同时，本章还以SolidWorks 软件为例，介绍Workbench 14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。

学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。

1.1 ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。