第3章 ANSYS结构场有限元仿真分析

3.1 分析流程及步骤

分析流程及考虑的问题：

1）准备阶段：

① 分析类型：项目涉及的领域，电、热、结构？静态、模态…？

② 构建模型：建立什么样的分析模型？二维还是三维？是整体建模还是部分建模？模型是否具有对称性？模型是否可以简化？

2）前处理。建立或导入几何模型、材料属性、模型网格划分、接触设置、施加荷载和边界条件，定义需要查看的结果。

3）求解：求解方法。

4）后处理：查看结果，检查结果的合理性。

基本步骤：

1. 启动Workbench并建立分析项目

Step1：在Windows系统下选择“开始”→“所有程序”→ANSYS→Workbench，进入主界面。

Step2：主界面Toolbox中的Analysis Systems→Static Structural，即可在Project Schematic创建分析项目A静态结构分析，如图3-1所示。

2. 添加材料库

在静力结构分析中，材料属性仅需要定义弹性模量及泊松比。

Step1：双击项目A中的A2（Engineering Data）选项，进入图3-2所示的工程材料数据库进行材料参数设置。

Step2：在界面的空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources（工程数据源），界面变为如图3-3所示界面。原界面窗口中的Outline of Schematic B2：Engineering Data消失，被Engi-neering Data Sources及Outline of Favorites取代。

Step3：在Engineering Data Source表中选择A3栏General Materials选项并勾选相应的B3栏，单击Outline of General Materials表中最后一栏“click here to add a new material”，输入自定义材料的名称（见图3-4）。

Step4：输入自定义材料名称，在Outline of General Material表格中选中刚刚自定义的材料，此时材料名前面有个问号，说明还没有设置材料属性。在左边Toobox中双击或拖放新材料所需要的材料属性，从而将相应的材料性能添加到自定义材料所对应的Properties of Outline表格中去，然后输入对应的属性值，如图3-5所示。保存后单击自定义材料后B栏的“添加”按钮，此时相应的C栏中会显示“使用中”标识。

3. 几何模型

DM中建立模型（略）或导入几何模型。

Step1：在A3（Geometry）上右击，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse…命令，此时会弹出“打开”对话框。

Step2：在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入xxx. x_t几何体文件（见图3-6），进入到DesignModeler界面，单击“Generate”按钮，即可显示生成的几何体，如图3-7所示。A3（Geometry）后的“？”变为“√”，表示实体模型完成，如图3-8所示。

4. 添加材料属性

Step1：双击主界面项目管理区项目A中的A4栏Model选项，进入Mechanical界面（见图3-9）。

Step2：在Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Geometry选项下，选择要添加材料的零件，在零件对应的信息表Material项下的“Assignment”域中选择材料，为零件添加材料属性（见图3-10）。列表中材料是通过“Engineering Data”导入的。

5. 网格划分

Step1：如图3-11所示，选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Mesh选项，在De-tails of“Mesh”列表中设置网格，如图3-12所示。

Step2：在Outline（分析树）中的Mesh选项右击，在弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，进行网格划分。

6. 分析设置

Step1：如图3-13所示，双击主界面项目管理区项目A中的A5栏Setup选项，进入Mechanical界面。选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Static Structural选项下的“Analysis Settings”，进行分析设置。

Step2：如图3-14所示，在Details of“Analysis Settings”表中“Step Controls ”项进行求解步控制：人工时间步控制和自动时间步控制，指定分析中的分析步数目和每步的终止时间（在静态分析里的时间用于跟踪）。

Step3：如图3-15所示，在Details of“Analysis Settings”表中“Solver Controls ”项进行求解方法选择。两种求解方式（默认是Program Controlled）：直接求解（稀疏矩阵法）、迭代求解（PCG预共轭梯度法）；Weak springs：尝试模拟得到约束不足的模型。

Step4：如图3-16所示，在Details of“Analysis Settings”表中“Output control”指定哪类结果将被写入结果文件。在开始一个分析之前要先查看文档，确定最终可以得到所需的结果。只保存想要的结果，减小文件大小。

7. 添加载荷、约束

如图3-17所示，“Loads”栏下显示了各种载荷，选择要添加载荷的点、线、面或体，选择添加的载荷类型，在Details of“Force”表中定义载荷值和方向。

约束：以单元自由度的形式定义的。x、y和z方向上的平移，绕x、y和z轴的转动。边界条件能加载在几何或者节点上。

（1）固定约束，限制点、边或面的所有自由度。对于实体，限制x、y和z方向上的移动；对于面体和线体，限制x、y和z方向上的移动和绕各轴的转动。

（2）位移约束，在点、边或面上施加已知位移。允许给出x、y和z方向上的平动位移，“0”表示该方向是受限的，而空白表示该方向自由，如图3-18所示。

（3）无摩擦约束，在面上施加法向约束（固定）。对实体而言，可以用于模拟对称边界约束，如图3-19所示。

8. 求解

选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Static Structural选项下的“Solution”，添加求解结果项，如图3-20所示。点击工具栏中的“Solve”进行求解，如图3-21所示。

9. 结果后处理

选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Static Structural选项下的“Solution”中已定义求解结果项，查看分析结果。详细信息查看Details of“xx”表（见图3-22）。

10. 保存文件退出程序

点击Modle界面右上角“×”号，关闭Modle界面。在workbench界面中，点击左上方“File-Save as”，将模型分析保存为“xxxx分析”。点击右上角“×”号关闭，完成模型分析。