1、机械与动力工程学院机械与动力工程学院CAD/CAM工程技术研究中心工程技术研究中心Ansys Workbench前前处理及后处理及后处理技术处理技术主要内容一、一、静力学有限元分析的前处理技术静力学有限元分析的前处理技术 材料属性及网格划分 载荷及约束的施加 单/多载荷步静力求解二、二、静力学有限元分析的后处理技术静力学有限元分析的后处理技术 分析求解方法 结果查看 分析结果处理 实例操作讲解三、练习三、练习一、前处理技术 前处理前处理是创建分析模型的阶段，也是将连是创建分析模型的阶段，也是将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函
2、数来分片地表示求解域个单元内假设的近似函数来分片地表示求解域上待求的未知场函数的过程。上待求的未知场函数的过程。在正确建立在正确建立单元类型单元类型、施加载荷施加载荷及及边界条边界条件件的的材料类型材料类型、定义求解器所需的、定义求解器所需的控制卡片控制卡片等等各类满足求解所需的必要信息后，即可得到求各类满足求解所需的必要信息后，即可得到求解器可以识别的模型文件，然后解器可以识别的模型文件，然后提交求解器提交求解器进进行解算。行解算。一、前处理技术1.1材料属性及网格划分一、前处理技术1.1.1材料属性定义由于惯性载荷作用在整个系统中，由于惯性载荷作用在整个系统中，常常与结构的质量有关，因此材
3、料常常与结构的质量有关，因此材料属性中必须有密度！属性中必须有密度！一、前处理技术1.1.2网格划分 网格划分网格划分是是CAE仿真分析不可缺少的一部仿真分析不可缺少的一部分，网格的质量直接影响计算结果的精度。此分，网格的质量直接影响计算结果的精度。此外，网格划分所花费的时间也往往占整个仿真外，网格划分所花费的时间也往往占整个仿真分析的大部分，因此，网格划分工具越好、自分析的大部分，因此，网格划分工具越好、自动化程度越高，整个动化程度越高，整个CAE仿真分析效率也越高。仿真分析效率也越高。Workbench中主要有两种途径：（1）全局网格控制（2）局部网格控制一、前处理技术 网格类型 ASYS
4、 Workbench主要包括一维网格、二主要包括一维网格、二维网格和三维网格。维网格和三维网格。一维单元：由两个节点组成，主要用于杆、一维单元：由两个节点组成，主要用于杆、梁结构分析中；梁结构分析中；二维单元：包括三角形单元二维单元：包括三角形单元(3节点或节点或6节点节点)和四边形单元和四边形单元(4节点或节点或8节点节点)，主要对片体、壳体实体进行划分；主要对片体、壳体实体进行划分；三维单元：包括四面体单元三维单元：包括四面体单元(4节点或节点或10节点节点)和六面体单元和六面体单元(8节点或节点或20节点节点)。一、前处理技术 网格的节点和单元参与有限元求解 对实体模型进行网格划分，网格
5、在矩阵方程中求解。在求解开始，自动生成默认的网格。用户可以预览网格，检查是否满足要求。一、前处理技术全局网格控制通常用于整体网格划分的全局控全局网格控制通常用于整体网格划分的全局控制，包括网格基本物理场类型、网格单元尺寸制，包括网格基本物理场类型、网格单元尺寸、尺寸参数、膨胀参数及网格详细信息的查看、尺寸参数、膨胀参数及网格详细信息的查看等相关内容。等相关内容。全局网格控制一、前处理技术基本的网格控制可以在“Mesh”分支下操作 当“Global Controls”为“Basic”(默认)时,用户可以通过滑移块进行控制。“Relevance”可以设置在100 和+100之间 默认的Releva
6、nce值是0，但可以通过“Tools Control Panel Meshing:Relevance”改变值。全局网格控制Relevance=-100Nodes=1349Elements=649Relevance=0Nodes=2619Elements=1334Relevance=100Nodes=9122Elements=5149一、前处理技术网格局部控制方法：网格局部控制方法：局部网格控制方法控制方法控制尺寸控制尺寸控制接触尺寸控制接触尺寸控制加密控制加密控制面映射控制面映射控制匹配控制匹配控制挤压控制挤压控制膨胀控制膨胀控制一、前处理技术方法控制（方法控制（method）：自动网格划分（
7、）：自动网格划分（Automatic）、四面）、四面体网格划分法（体网格划分法（Tetrahedrons）、六面体网格划分（）、六面体网格划分（Hex Dominant）、扫掠法（）、扫掠法（Sweep）和多区域法（）和多区域法（MultiZone）局部网格控制一、前处理技术尺寸控制一般包括两种方法：局部尺寸控制和影响球控制，但尺寸控制一般包括两种方法：局部尺寸控制和影响球控制，但对曲面来说多了一种边界分段控制的方法。对曲面来说多了一种边界分段控制的方法。可以对局部的单元大小进行控制 对于单元尺寸，可以定义被选边、面或零件的平均单元尺寸。对于边，用户可以定义边上的划分份数。用户控制网格尺寸，可
8、以得到比较相对统一的网格密度，还可以得到比定义整体边的长度更密或更疏的网格。局部网格控制如图所示，左边是默认的网格划分，然而右边是局部尺寸控制。注意通过sizing控制的右边在定义的边上有相对一致的网格密度一、前处理技术 虚拟拓扑用于对导入到有限元分析界面中的几何体进行简虚拟拓扑用于对导入到有限元分析界面中的几何体进行简化与分割操作。化与分割操作。一方面，一方面，可以简化或分割实体边界线和内部边线，从而在可以简化或分割实体边界线和内部边线，从而在一定程度上减少内部节点数量，简化网格划分，提高网格划分一定程度上减少内部节点数量，简化网格划分，提高网格划分质量；质量；另一方面，另一方面，对几何体中
9、的边界线进行一定的分割处理，能对几何体中的边界线进行一定的分割处理，能够很好地改善几何体网格划分结构，从而得到更加合理的网格够很好地改善几何体网格划分结构，从而得到更加合理的网格结构，也能在一定程度上提高网格划分的总体质量；结构，也能在一定程度上提高网格划分的总体质量；最后，最后，还可以简化实体表面，从而提高选择内部几何对象还可以简化实体表面，从而提高选择内部几何对象的效率。的效率。虚拟拓扑一、前处理技术 虚拟拓扑用于对导入到有限元分析界面中的几何体进行简虚拟拓扑用于对导入到有限元分析界面中的几何体进行简化与分割操作。化与分割操作。一方面，一方面，可以简化或分割实体边界线和内部边线，从而在可以
10、简化或分割实体边界线和内部边线，从而在一定程度上减少内部节点数量，简化网格划分，提高网格划分一定程度上减少内部节点数量，简化网格划分，提高网格划分质量；质量；另一方面，另一方面，对几何体中的边界线进行一定的分割处理，能对几何体中的边界线进行一定的分割处理，能够很好地改善几何体网格划分结构，从而得到更加合理的网格够很好地改善几何体网格划分结构，从而得到更加合理的网格结构，也能在一定程度上提高网格划分的总体质量；结构，也能在一定程度上提高网格划分的总体质量；最后，最后，还可以简化实体表面，从而提高选择内部几何对象还可以简化实体表面，从而提高选择内部几何对象的效率。的效率。虚拟拓扑一、前处理技术 虚
11、拟拓扑一、前处理技术 网格检查单元质量检查单元质量检查纵横比纵横比雅克比率雅克比率翘曲因子翘曲因子平行偏差平行偏差最大转弯角最大转弯角偏度偏度正交品质正交品质一、前处理技术1.2载荷及约束的施加载荷类型惯性载荷惯性载荷结构载荷结构载荷结构约束结构约束节点载荷与节点约束节点载荷与节点约束一、前处理技术1.2载荷及约束的施加载荷类型加速度加速度重力加速度重力加速度旋转加速度旋转加速度压力压力节点载荷节点载荷静水压力静水压力力力远端载荷远端载荷轴承载荷轴承载荷螺栓载荷螺栓载荷力矩力矩线压力线压力热载荷热载荷一、前处理技术1.2载荷及约束的施加载荷类型固定约束固定约束强迫位移约束强迫位移约束仅压缩约束
12、仅压缩约束无摩擦支撑约束无摩擦支撑约束远端位移约束远端位移约束弹性支撑约束弹性支撑约束圆柱面约束圆柱面约束约束方程约束方程一、前处理技术载荷步设置1.3 单/多载荷步静力求解二、后处理技术插入结果2.1分析求解方法l 选取应力分支的模板，一些结果已经默认被要求，然而，用户可以根据需要要求别的结果 选择“Insert Results”插图显示出怎样进行添加二、后处理技术结果求解2.1分析求解方法l 定义了材料，施加载荷和约束，添加结果后，模型便做好了求解的准备了 选择“Solve”后，出现一个插图，告诉用户已经开始求解二、后处理技术2.2 分析结果查看l 求解完成后，用户可以查看到结果 结果的种
13、类取决于分析的类型 云图、矢量图、动画都可以二、后处理技术2.3 分析结果处理动画控制动画控制显示模式显示模式云图设置云图设置轮廓线显示轮廓线显示最大最大/小值显示小值显示数值探测工具数值探测工具输出输出AVI二、后处理技术位移缩放比例l 对于结构分析(静态、模态、屈曲),模型的变形情况将发生变化 在默认状态下,为了更清楚的看到结构的变化，比例系数自动被放大 用户能够改变为实际变形情况自动位移缩放系数自动位移缩放系数无位移缩放系数无位移缩放系数二、后处理技术位移缩放比例l“Geometry”按钮控制云图显示方法.ExteriorIsoSurfacesCapped IsoSurfaces二、后处
14、理技术云图设置l“Contours”按钮控制控制模型的云图显示Smooth Contours Contours Bands Isolines Solid Fill二、后处理技术轮廓显示l“Contours”按钮控制控制模型的云图显示No Wireframe Show Undeformed WireframeShow Undeformed ModelShow Element二、后处理技术矢量显示在wireframe 模式下，能更好地观察矢量图显示情况 矢量显示包含任何一个带方向的矢量结果,例如变形,主应力/应变,和热流等等二、后处理技术结果输出 来自Design Simulation 的表格数值能输出到Excel表格进行数据处理 输出Worksheet 表信息,按下面步骤进行:选择分支并且点击Worksheet 表 右击同一个分支并且选择“输出（Export）”输出云图结果 右击想输出的分支结果并且选择“输出（Export）”节点号和结果数将被输出 输出大量的数据会占用较多的CPU 时间
