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。

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。

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。