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UG 和ANSYS 软件在结构分析及优化设计中的应用王东梅 何清瑞吉林大学 dm_wang@[摘 要]本文利用大型设计和分析软件UG 和ANSYS 建立了轻型客车车身的几何模型和有限元模型，对客车车身侧围两种骨架结构方案进行了强度，刚度和模态分析与对比。
最后以减轻车身自重为目标对车身结构进行了优化和灵敏度分析。
为客车车身的改进设计提供了帮助。
[关键词] 客车车身结构 强度 刚度 有限元分析 结构优化 轻量化1 前 言实例客车是国内某客车企业新开发的一种中型客车。
它采用了一汽客车底盘厂制造的专业客车底盘，开发了非承载骨架结构车身，整车造型优美，乘坐舒适。
为了使该型客车车身最大限度地满足强度刚度可靠性要求[1-4]，同时使车身的材料得到更充分的利用，即尽量降低车体自重，采用有限元和优化设计理论和试验相结合的方法对车身结构的强度、刚度及整车的承载性能进行综合分析是非常有意义的。
它可以提供设计人员有关的结构参数的影响因素，提高设计可信度，从而加速新产品定型。
本文的有限元分析主要内容包括：1)实例客车及改型车身(去掉侧围腰梁部位的若干斜撑)两种车体结构承载能力（强度、刚度）的变化；2) 实例客车与改型车身的振动频率的变化；3）以降低车重为目标对车身的结构参数的优化和灵敏度分析，提出减重的目标和措施。
2 有限元模型及计算在建立车身有限元模型时，首先在UG 软件上建立车身的几何模型，并利用PATRAN 中面向ANSYS 软件的有限元前处理功能划分有限元网格，使用软件ANSYS 的弹性4节点壳单元SHELL63、弹性3点梁单元BEAM4和弹簧元COMBIN14对整个客车进行离散化，共用SHELL63单元44930个，BEAM4单元44个，弹簧元4个。
在所建的有限元模型中，反映了车身各构件的真实厚度。
在分析时所用到的材料及其力学主要参数为,材料Q235;弹性模量（pa ）2.06E11;密度（kg/m 3）7.85E3;泊松比0.3屈服极限（Mpa ）295。
ANSYS在土木工程中的应用
ANSYS是一个广泛应用的工程仿真软件，可以用于各种不同领域的工程仿真分析，包括土木工程。
土木工程是应用科学的一个分支领域，涉及到建筑物、桥梁、隧道、道路等基础设施的设计、建造和维护。
ANSYS在土木工程中的应用主要有以下几个方面：
1. 结构分析：ANSYS可以用来分析建筑物、桥梁、隧道等结构的受力和变形情况。
通过建立结构的有限元模型，并施加适当的边界条件和荷载，可以得到结构的应力、应变、位移等参数。
这对于结构的设计、优化和安全评估非常重要。
2. 地基工程：ANSYS可以用来分析地基的承载力和沉降性能。
通过建立地基的有限元模型，并考虑土壤的非线性行为，可以模拟地基承载力的传递、土壤的沉降过程等。
这对于土木工程中的地基基础设计和土壤加固方案的选择非常有帮助。
4. 流体-结构耦合分析：ANSYS可以用来分析涉及流体和结构相互作用的问题。
比如在桥梁工程中，桥墩通常会受到水流的冲击，这会影响其稳定性。
通过将流体和结构耦合起来，可以分析水流对桥墩的冲击力和振动响应的影响。
这对于土木工程中的涉水工程设计和水利工程的设计与评估非常重要。
以上只是ANSYS在土木工程中的一些应用领域的简要介绍，实际上ANSYS的应用范围非常广泛，可以满足土木工程的各种仿真分析需求。
通过使用ANSYS，土木工程师可以更好地理解和评估不同结构和土壤的力学行为，提高设计的安全性和可靠性。
本章主要讲述：1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅相关文献或查阅程序的帮助文件。
第二节ANSYS8.0软件概述ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分析功能等各方面都有巨大的改进。
ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，且无必要。
对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。
还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有限元软件的学习和应用。
本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅ANSYS 自身的帮助系统。
基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用引言：机械结构的设计和分析是现代工程领域中非常重要的一环。
为了确保机械结构的安全性、可靠性和性能优化，传统的试错方法已经远远不够高效。
基于ANSYS的有限元分析技术则成为一种强大、可靠的工具，广泛应用于机械结构的设计、分析与优化。
本文将介绍基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用，并探讨其优点和局限性。
1. 有限元分析的原理和基本步骤有限元分析是一种数值分析方法，将连续体划分为有限个单元，通过建立节点间的力学方程并求解，得出结构在不同载荷下的应力、位移等结果。
基本步骤包括几何建模、网格划分、材料属性定义、边界条件设置和求解结果分析等。
2. 实例：静力学分析以机械零件的静力学分析为例，利用ANSYS进行分析。
首先，进行几何建模，包括绘制零件的实体模型和确定边界条件。
接下来，通过网格划分将实体划分为单元，选择适当的单元类型和单元尺寸以保证计算精度。
然后，为每个单元分配适当的材料属性，包括弹性模量、泊松比等。
在设定边界条件时，要考虑结构的实际工作状况，如约束支撑和作用力的施加。
最后，进行静力学分析并分析结果，得出结构的应力分布和变形情况。
3. 动力学分析与振动模态有限元分析在机械结构的动力学分析中也有广泛应用。
动力学分析主要研究结构在外部激励下的振动响应。
通过ANSYS的有限元分析，可以预测结构的固有频率、模态形状和振动响应等。
这对于设计抗震性能优良的建筑物、减振器的设计等方面有着重要意义。
4. 热力学分析与热应力热力学分析是机械结构设计中的另一个重要领域。
通过ANSYS的有限元分析，可以模拟结构在热荷载作用下的温度分布和热应力。
这对于机械结构的材料选择、冷却系统设计等方面有着重要意义。
5. 优点与局限性基于ANSYS的有限元分析技术具有以下优点：- 高度准确性：有限元分析可以提供全面而准确的结果，能够实现对结构不同部分的局部分析。
- 设计迭代快速：与传统的试错方法相比，有限元分析可以快速进行多个设计迭代，从而实现最优设计。
ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用学院 XXXX学院专业 XXXXXXXXXXXXXXXX学号 XXXXXXXX学生姓名 XXXX指导教师 XXXXXXX年 XX 月ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用【摘要】随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析（FEA）在工程设计与分析中得到了越来越广泛的应用，已经成为解决各种复杂工程分析计算问题的有效途径【1】。
本文主要利用ANSYS10.0软件来进行了结构静力分析以及模态分析。
通过对结构静力分析的求解来理解平面应力问题的特点及其ANSYS分析的过程与方法，掌握几何对称问题的建模方法以及位移约束与载荷的加载方法和操作。
通过对机翼模态的分析求解来掌握ANSYS动力学问题中关于模态分析的步骤和特点，以及ANSYS模态提取和查看的方法。
【关键词】ANASYS软件；结构静力分析；模态分析；应用举例1.前言有限元法的基本思想是把连续的几何结构离散成有限个单元，并在每个单元中设定有限个节点，从而将连续体看做仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每个单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题，求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。
ANASYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等工业和科学研究中，是目前最主要有限元分析软件之一。
结构分析是各种有限元分析中最为常见的一种类型，结构静力分析用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外载引起的系统或部件的位移、应力、应变【2】。
模态分析是结构线性动力学分析的一种，用于确定设计中的结构和机器部件的振动特性（固有频率和振型）【3】。
ANSYS经典案例分析ANSYS（Analysis System）是世界上应用广泛的有限元分析软件之一、它在数值仿真领域拥有广泛的应用，可以解决多种工程问题，包括结构力学、流体动力学、电磁学、热传导等。
本文将分析ANSYS的经典案例，并介绍其在不同领域的应用。
一、结构力学领域1.案例一：汽车碰撞分析汽车碰撞是一个重要的安全问题，对车辆和乘客都有很大的影响。
利用ANSYS进行碰撞分析可以模拟不同类型车辆的碰撞过程，并预测车辆结构的变形情况以及乘客的安全性能。
通过这些分析结果，可以指导汽车制造商改进车辆结构，提高车辆的碰撞安全性能。
2.案例二：建筑结构分析建筑结构的合理性和稳定性对于保证建筑物的安全和耐久性至关重要。
ANSYS可以对建筑结构进行强度和刚度的分析，评估结构的稳定性和安全性能。
例如，可以通过ANSYS分析大楼的地震响应，预测结构的位移和变形情况，以及评估建筑物在地震中的安全性。
二、流体动力学领域1.案例一：空气动力学分析空气动力学分析对于飞行器设计和改进具有重要意义。
利用ANSYS可以模拟飞机在不同速度下的气动性能，预测飞机的升阻比、空气动力学力矩等参数。
通过这些分析结果，可以优化飞机的设计，提高飞行性能和燃油效率。
2.案例二：水动力学分析水动力学分析对于船舶和海洋工程设计至关重要。
利用ANSYS可以模拟船舶在不同海况下的运动特性，预测船舶的速度、稳定性和抗浪性能。
通过这些分析结果，可以优化船舶的设计，提高船舶的性能和安全性能。
三、电磁学领域1.案例一：电力设备分析电力设备的稳定性和运行性能对电力系统的正常运行至关重要。
利用ANSYS可以模拟电力设备的电磁特性，预测电磁场分布、电磁场强度和电流密度等参数。
通过这些分析结果，可以评估电力设备的稳定性和运行性能，并指导电力系统的设计和改进。
2.案例二：电磁干扰分析电磁干扰是电子设备设计中常见的问题，特别是在通信和雷达系统中。
利用ANSYS可以模拟电磁干扰的传播路径和强度，预测设备的抗干扰能力。
