通用有限元软件ANSYS介绍

cowry

通用有限元软件ANSYS介绍

cowry

摘要：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。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同模块，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，目前版本为ANSYS 11.0版。
关键词：ANSYS 有限元
1 ANSYS Multiphysics介绍
    通常所说的ANSYS是指ANSYS Multiphysics，它是融结构、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。
    ANSYS软件开发了与CAD软件接口，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，实现数据的共享和双向交换，使用户在ＣＡＤ软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到ＣＡＥ软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，及时调整设计方案，有效提高分析效率，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
    软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。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；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、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；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。
软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。此外，还允许用户根据自己的需要对软件进行扩充，包括用户自定义单元属性、自定义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂准则和裂纹扩展规律等。
    该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等,目前版本为ANSYS 11.0版。
2 ANSYS Multiphysics主要分析功能
    ANSYS主要提供结构分析、热分析、电磁分析、流体分析和耦合场分析。
2.1结构分析结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。
l静力分析：用于静态荷载，可以考虑结构的非线性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等。
l动力分析：包括质量和阻尼效应；模态分析，计算结构的固有频率和振型；谐响应分析，确定结构对辐值已知、频率按正弦曲线变化的荷载的响应；瞬态动力分析，确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，而且可以包含非线性特性。
l其它结构分析功能：谱分析、随机振动、特征值屈曲、子结构和子模型。
l用ANSYS/LS-DYNA进行显式动力分析：模拟以惯性力为主的大变形分析，用于模拟碰撞、挤压和快速成形等。
2.2 热分析热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热和热损耗、温度梯度、热流量。可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。
l稳态分析：忽略时间效应。
l瞬态分析：确定以时间为函数的温度等，可模拟相变（融化及凝固）。
2.3 电磁分析
l低频电磁场分析：分析用于计算电磁设备中的磁场。磁场分析中考虑的物理量是：磁通量、磁场密度、磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。包括静磁场分析、交变磁场分析、瞬态磁场分析。
l高频电磁场分析：模拟电磁波传播装置。例如：微波及RF无源组件、波导、同轴连接器。电磁场分析中考虑的物理量是：S-参数、Q-因子、反射波损耗、电解质及传导损耗。
l电场分析：计算电压或电荷引起的电场。例如：高压装置，微机电系统（MEMS），传输线。典型的物理量是：电场强度和电容。
l电流传导：计算在给定电压下的导体的电流。
l电路耦合：电磁设备的电路耦合。
2.4 流体分析
l计算流体动力分析(CFD)：用于确定流体中的流动状态和温度。ANSYS/FLOTRAN能模拟层流和湍流，可压缩和不可压缩流体，以及多组份流。应用于航空航天、电子元件封装、汽车设计。典型的物理量是：速度、压力、温度和对流换热系数。
l声学分析：用于模拟流体介质和周围固体的相互作用。例如：扬声器，汽车内部，声纳。典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。
l封闭流体分析：模拟容器内的非流动流体的影响，确定由晃动引起的压力。例如：油罐，其它液体容器。
l热和质量的传输：用一维单元计算两点之间由质量迁移（如在一个管子中）产生的热量。
2.5 耦合场分析      
       耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。因为两个物理场之间相互影响，所以不能单独求解一个物理场，需要将两个物理场结合到一起求解。
    电场-结构耦合：压电分析。
    流体-结构耦合：声学分析。
    磁场-热耦合：感应加热。
    结构－电－热耦合接触：点焊。
    内流场-温度-结构耦合：航空发动机。
    电磁-热-结构-流体耦合：冶金电磁搅拌炉。
3ANSYS系列的其它软件非线性及动力学分析：
Mechanical
    ANSYS Mechanical是ANSYS产品家族中的结构及热分析模块，除提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。
通用显式非线性有限元程序：LS-DYNA
    LS-DYNA是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（160多种材料模型）和接触非线性（50多种接触类型）程序，是世界上最著名的通用显式非线性有限元程序分析软件。
高级疲劳耐久性分析和信号处理软件：FE-Safe
    ANSYS FE-SAFE是真正实现CAE分析、疲劳试验与疲劳设计于一体的高级结构疲劳耐久性分析和信号分析处理专用软件,界面友好，易学易用。
多体动力学仿真软件：RecurDYN
    RecurDyn是多体动力学分析软件中新技术的最佳代表。采用相对坐标系运动方程理论和完全递归求解技术，非常适合于求解大规模的多体动力学问题。
高级流体动力学分析软件：CFX
    ANSYS CFX是一款拥有世界最先进算法的成熟商业流体计算软件。功能强大的前处理器，求解器和后处理模块使ANSYS CFX能满足几乎所有工业流体的计算分析需要。
FEM法高频电磁分析：Emag HF
    ANSYS 多物理场提供了一个全波电磁求解器Emag HF，可以用于在频域求解谐振、传播、辐射、散射等电磁问题。可以对射频和微波无源器件、天线、散射分析、EMC/EMI等工程领域的电磁问题进行分析。
电大目标电磁场仿真工具：FEKO
    FEKO是基于矩量法（MoM）的全波电磁场分析软件。广泛应用于：EMC、屏蔽、耦合、天线设计、天线布局、微带天线、微波电路、带状线、介质体、散射分析等许多电小和电大电磁设计领域。
电缆电磁问题分析软件：Cable Model
    CableMod是为满足行业用户对于电磁兼容性和信号完整性效应的建模和仿真而开发的复杂电缆系统分析软件，为业界提供了完整的电子系统互连设备电磁兼容性及信号完整性分析解决方案，具有功能强大的二维场求解器以及高级网络仿真器的完整分析功能。
多目标优化模块：DesignXplorer
    DesignXplorer对CAE计算结果进行参数化处理，绘制设计空间，快速得到多项指标皆趋向于最好的设计方案。
变分优化模块：DX VT
    为工程设计人员度身定制的变分优化工具DesignXplorer VT。更深入更迅速的进行优化设计，参数灵敏度分析，鲁棒性分析，可行性分析，六西格玛设计，与参数化CAD软件无缝连接。
研发技术集成平台：Workbench
    ANSYS Workbench 是世界领先的设计仿真集成平台。她不但拥有几乎所有主流CAD/CAE的双向参数同步驱动，还包括对主流CAE软件的仿真数据转换等独特功能，同时还是一个还拥有开放性的框架，可以集成所有商业软件和用户自主开放的in-house软件。ANSYS Workbench为设计仿真提供了一个技术集成平台：设计、仿真的技术、数据可以通过Workbench实现全面的操作和管理。
研发流程集成平台：Fiper
    FIPER是一体化CAX (CAD/CAE/CAO/MDO) 过程管理和设计协同平台框架，旨在建立一个联盟式和智能化的产品开发平台，将企业设计过程的项目业务流程和CAX技术流程融合，使企业内各相关部门、乃至相互合作的企业之间都可以根据产品生命周期的不同阶段，通过该平台所提供网络门户，封装设计过程和工具、查找计算资源、访问应用和数据服务，调度和协同设计任务和设计工具、进行多学科集成自动化设计。
板成形及模具设计仿真软件：DYNAFORM
    eta/DYNAFORM是由美国ETA公司开发的用于板成形模拟的专用软件包，具有良好的易用性，包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板成形及模具设计问题。
跌落仿真专用模块：DropTest
    Drop Test是以显式非线性有限元程序LS-DYNA为求解器，为跌落模拟专门定制的模块。
全参数化实体建模：DesignModeler
    DesignModeler是一款中型的CAD软件，同时也是CAD到CAE的桥梁。简称DM。
涡轮机械叶片设计软件：BladeModeler
    ANSYS BladeModeler是一款专业的涡轮叶片设计软件。简单实用，模块丰富，自动化程度高和叶片几何生成迅速是它的四大优点。
专业级CAE前后处理环境：AI Environment
    ANSYS AI Environment是一款世界顶级的CAE分析前后处理器，为所有世界流行的CAE分析软件提供高效可靠的分析模型
专业级CFD前后处理工具：ICEM CFD
    ANSYS ICEM CFD是一款世界顶级的CFD分析前处理器，为所有世界流行的CFD软件提供高效可靠的几何分析模型和网格。
涡轮叶栅通道网格划分软件：TurboGrid
    ANSYS Turbogrid是一款专业的涡轮叶栅通道网格划分软件。简单实用，自动化程度高，网格生成迅速和网格质量高是它的四大优点。
参数化网格模型变形工具：ParaMesh
    ParaMesh是直接基于已有有限元模型，建立局部或者全局网格变形区域的拓扑参数，然后通过参数赋值变化控制网格模型的随移变形，实现基于纯网格模型的设计变形。
CAE模型解读和转换模块：FE Modeler
    FE Modeler常用CAE软件的模型解读和格式转换工具。
设计人员分析工具箱：DesignSpace
    DesignSpace是为工程意识强烈而CAE背景相对薄弱的工程设计人员度身定制的分析工具箱。不以分析功能的深入与强大取胜，而是突出CAE软件的亲和性和易用性。
Multiphysics/CFX/AUTODYN/LS-DYNA/FEKO：ANSYS高性能并行计算
    ANSYS系列CAE软件体系以功能齐全、多物理场耦合求解、以及协同仿真而著称于世。其核心是一系列面向各个方向应用的高级求解器，并行计算也主要是针对这些求解器而言。

4ANSYS 11.0的新功能
       ANSYS 新版本在CAE 功能上涉及的内容包括：高级分析、网格划分、优化、多物理场和多体动力学。

加速多步求解
    ANSYS VT 加速器，基于ANSYS 变分技术，是通过减少迭代总步数以加速多步分析的数学方法。这包括了收敛迭代和时间步迭代或者二者的综合。收敛迭代的例子是非线性静态分析，不涉及接触或塑性，而时间步迭代指的是线性瞬态结构分析，二者组合的例子，非线性结构瞬态或者热瞬态分析。
ANSYS VT软件可以应用到结构循环对称模态分析以及高频电磁谐分析。
网格变形和优化
    通过网格操作而不是实体模型，ANSYS MESH MORPHER 对于来自于CAD 的非参数几何数据，如IGES 或者STEP，以及来自于ANSYS CDB 文件的网格数据，实现了模型参数化。
流固耦合
    在11.0 的ANSYS WORKBENCH 环境中，用户可以完整地建立、求解和后处理双向流固耦合仿真。最新的版本也提供了单一后处理工具，可以用更少的时间获得复杂多物理问题的解决，并且扩展了仿真的应用领域。
    利用ANSYS CFX 软件的统一网格接口可以在ANSYS 和ANSYS CFX 之间传递FSI 载荷，所有流固耦合问题的结果的鲁棒性和精度获得了改进。
    涡轮系统一体化解决方案
    ANSYS WORKBENCH 环境提供了旋转机械设计过程所需的几何设计和分析的集成系统。ANSYS WORKBENCH作为高级物理问题的集成平台，能够让设计人员建立旋转机械的模型，比如水泵、压缩机、风扇、吹风机、涡轮、膨胀器、涡轮增压器和鼓风机。ANSYS 解决方案集成到设计过程，从而消除了中性文件传输、结果变换和重分析，使得CAE过程几周内就完成了。
统一网格技术
    ANSYS 11.0 提供给用户新的统一分网环境，帮助用户实现基于物理的网格划分解决方案，例如机械、电磁、CFD 或者显式仿真。来自于ANSYS、ANSYS ICEM CFD 和ANSYS CFX 的一流网格几乎已经延伸到ANSYS WORKBENCH 中，综合多种算法的优势，提供一个智能的、灵活且鲁棒的网格划分能力。
线性和非线性动力学
    在11.0 中，ANSYS 巩固了它的高级动力学分析能力并扩展到ANSYS WORKBENCH 中。线性和非线性结构动力学和应力分析，现在已经无缝的集成到了ANSYS WORKBENCH 仿真环境中。使得刚体和柔体的频率响应和时间历程动力学集成在一起。在一次设置中，用户现在能够选择一系列的力学行为：线性、高级非线性；完全刚体和完全柔体以及他们的组合。其他特征包括支持简单和复杂的连接和约束，基于几何的自动连接侦测，非线性材料和接触、运动学分析以及与CAD 系统的相关性。
显式动力学
    ANSYS AUTODYN 软件是与众不同的通用的显式分析工具，适合于固体、流体和气体及其交互的非线性动力学模拟。在11.0中，ANSYS AUTODYN 第一次作为ANSYS WORKBENCH 环境下的集成工具。ANSYS AUTODYN与ANSYS MESHING及ANSYS的紧密结合，提供了一个只有通过显式动力学结果才可以做出快速决策的环境。
5 小结
      ANSYS系列软件专业性强，涉及范围相当广泛。本文的目的在于使读者对ANSYS系列软件有一个初步的了解，方便实际应用中对软件的选取。
   本文的所有内容均来自网上ANSYS的相关资料。

soul

蛮全的，谢谢了！！

zrs0012003

需要，谢谢！！

tanqiangyu

写得非常好。有没有这类软件下载？