ANSYS Workbench之仿真计算模块的研究与应用.docx

ANSYS Workbench 之仿真计算模块的研究 与应用
作者：李子云
来源：《科技创新导报》 2011 年第 7 期

摘 要:本文详细叙述了 ANSYS Workbench 的仿真计算(DesignSimulation)的静力学分析、 模态分析以及其实际应用情况。
关键词:ANSYS DesignSimulation 仿真计算

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1674-
098X(2011)03(a)-0052-01

1 有限元分析仿真模块(DesignSimulation)

1.1 DesignSimulation 模块的概述

ANSYS Workbench Environment(AWE)[1]作为新一代多物理场协同 CAE 仿真环境,其独特的 产品构架和众多支撑性产品模块为产品整机、多场耦合分析提供了非常优秀的解决方案。它包 括三个主要模块:几何建模模块(DesignModeler)、有限元分析仿真模块(DesignSimulation)和 优化设计模块(DesignXplorer)。其中以有限元分析仿真模块(DesignSimulation)为AWE 的中心 模块。 DesignSimulation 与 DesignModeler 、 CAD 软件之间可进行双向模型参数互动、可将 ANSYS 嵌入 CAD 运行环境,使用 CAD 环境中的几何模型的链接,不存在模型转换失真的问题。同 时,DesignSimulation 从 CAD 中导入装配体时可以自动建立装配接触关系。设计人员可以在 DesignSimulation 中进行零件以及装配体性能的初步快速分析 ,并确定感兴趣的区域和性能,再 利用 DesignSimulation 中高端 CAE 仿真工具和疲劳分析模块对产品强度、动力学特性以及疲劳 进行深入的认知,确定优化设计参数,最后在多目标优化模块 DesignXplorer 中同步优化参数,改 进产品设计。
1.2 结构静力学分析

1.2.1 结构静力学概述

静力学分析用于计算在固定载荷作用下结构的响应下由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷 作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定 , 即假定 载荷和结构响应应随时间的变化非常缓慢。通过静力分析 ,设计人员可以校核结构的刚体和强度 是否满足设计要求。
1.2.2 线性静力学理论基础

在线性结构静力分析当中,位移矢量{x}通过下面的矩阵方程得到:

1.3 模态分析

1.3.1 模态分析概述

模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性 , 即结构的固有频率和振型,它们是承受 动态载荷结构设计中的重要参数。同时 ,也可以作为其他动力学分析问题的起点 ,例如,瞬态动力 学分析、谐响应分析和谱分析 , 同时模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动 力学分析所必需的前期分析过程。
1.3.2 模态分析理论基础

对于一个模态分析, 固有圆周频率 ωi 和振型 φi 都能从矩阵方程式里得到 :

2 结语

DesignSimulation 模块具有解决计算工程复杂问题的强大功能 ,包括静力学、模态分析等, 并能够真实、准确地反映出各种模型在不同情况下的响应特性 ,这有助于提高产品设计质量、缩 短周期、节约成本, 日后定能广泛地普及、应用。
参考文献

[1]李兵,何正嘉, 陈雪峰． ANSYS Workbench 设计、仿真与优化[M]．北京:清华大学出版 社,2008．
[2]雷先华． ANSYS Workbench 对 CAE 技术及流程的协同实现[J]．机械设计,2005．

[3]傅永华．有限元分析基础[M]．武汉:武汉大学出版社,2003．

[4]刘鸿文．材料力学 [M]．北京:高等教育出版社,2004．