ANSYS軟件在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

熊安平

摘 要：在目前的工程實(shí)踐工程中，往往需要用的一種實(shí)用的分析技術(shù)——機(jī)械結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。而在計(jì)進(jìn)行算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)分析時(shí)，有一款具有強(qiáng)大分析功能的軟件，即ANSYS。它在大型有限元進(jìn)行分析時(shí)擁有自己的擅長(zhǎng)之處，可以提供強(qiáng)大的后臺(tái)支持。通過ANSYS在實(shí)際工程實(shí)踐的過程中，對(duì)幾個(gè)典型例子的揣摩，詳細(xì)地總結(jié)出了該軟件在結(jié)構(gòu)分析時(shí)的基本原理與仿真的建立過程。以此為基礎(chǔ)對(duì)該軟件的推廣與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；ANSYS；CAE

ANSYS作為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件中比較高級(jí)的CAD工具之一，它的后臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)用非常之強(qiáng)大，可以為設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的平臺(tái)支持。特別的是該軟件以有限元分析為基礎(chǔ)，可以對(duì)單位的軟件進(jìn)行更為專業(yè)和準(zhǔn)確的分析。以上這些因素都是其成為大型CAE軟件所具有的優(yōu)勢(shì)。具體的來說，ANSYS具備了完備的結(jié)構(gòu)分析功能模塊，具體又包括幾何、材料以及運(yùn)動(dòng)力學(xué)的線性和非線性分析計(jì)算能力，這些強(qiáng)大的基礎(chǔ)模塊，使ANSYS在結(jié)構(gòu)的分析上具備了更加完善和全面的能力。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，我們會(huì)遇到各種各樣的是實(shí)際的問題，而有些問題是無法通過人工的分析得到具體的解決方案，并且難以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。而通過ANSYS軟件進(jìn)行建模，然后仿真計(jì)算，通過軟件分析得出的圖形，我們可以直觀的得到解決問題的理論依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。以下我們將通過對(duì)實(shí)際例子的分析，清理出ANSYS 結(jié)構(gòu)分析的基本方法和分析過程，并對(duì)其今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探索和研究。

一、 ANSYS 軟件計(jì)算分析的原理

通過對(duì)被分析實(shí)體的仿真，得到一個(gè)虛擬的模型之后，再對(duì)這個(gè)整體進(jìn)行拆分，分出有限個(gè)相互獨(dú)立但是又有關(guān)聯(lián)的單元。將完整個(gè)體看作是在節(jié)點(diǎn)處相關(guān)聯(lián)的一組單元的集合體，然后再通過軟件對(duì)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)函數(shù)的編寫，將自由的單個(gè)個(gè)體鏈接起來，再次形成一個(gè)新的整體。這個(gè)步驟完成之后，可以獨(dú)立的對(duì)單元進(jìn)行分析，然后匯總所有單元的力學(xué)、幾何結(jié)果，得到整個(gè)問題的模擬解決方案。然后對(duì)抽象的函數(shù)結(jié)果進(jìn)行解讀，就可以完整的得到整個(gè)問題的實(shí)際解決方案。

ANSYS軟件支持各種類型問題的分析。這些問題包括最簡(jiǎn)單的靜態(tài)分析，也有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)、瞬間變化、非線性問題等等。然而不論何種問題，軟件不同于人工操作之處便在于，軟件在實(shí)行的過程中，具有更加明確的標(biāo)準(zhǔn)和邏輯，以及解決問題的一套完整流程。同時(shí)，ANSYS可以對(duì)不同的有限元進(jìn)行分析，其基本的分析過程包括以下幾個(gè)步驟：

（一）建立較準(zhǔn)確的有限元仿真模型

（二）對(duì)確定的單元進(jìn)行載荷情況下的分析

（三）對(duì)上一步驟的結(jié)果進(jìn)行分析，得到邊界條件

（四）查看結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和檢驗(yàn)

二、ANSYS分析流程

（一）模型簡(jiǎn)化

解決實(shí)際問題時(shí)需要建立實(shí)體的模型，而模型的簡(jiǎn)易程度將會(huì)直接影響到問題的速度和難度。所以我們有必要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并且盡量做到合理。要求技術(shù)人員要具備一定的力學(xué)知識(shí)，以及實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。

（二）網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格的劃分也需要注意劃分的合理性。要根據(jù)模型的簡(jiǎn)易程度進(jìn)行劃分，在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的地方盡量細(xì)致的劃分，將所有可能的情況盡量考慮在內(nèi)，并在模型內(nèi)表示出來。對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大的區(qū)域，可以通過經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)?shù)膶?duì)網(wǎng)格監(jiān)護(hù)，以減少分析的時(shí)間和人工的工作量。

（三）正確選用單元形式

在單元的劃分上，ANSYS擁有豐富的分類。而在具體的單元上也有其自己的特色。在實(shí)際解決問題的，如何合理的選擇這些單元就變得非常棘手，不同的選擇會(huì)導(dǎo)致千差萬別的結(jié)果。

（四）確定邊界

不同的結(jié)構(gòu)在分析、計(jì)算之后會(huì)得到不同的邊界條件。而不同的邊界條件又代表了不同的結(jié)構(gòu)模型。而我們?cè)谶M(jìn)行仿真的過程中，需要對(duì)邊界條進(jìn)行正確的應(yīng)用。而且，我們要對(duì)一些特殊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行格外的重視，例如，對(duì)稱結(jié)構(gòu)、反對(duì)稱結(jié)構(gòu)、循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)等。在ANSYS中，有一個(gè)專門的模塊可以對(duì)邊界條件進(jìn)行分析，它就是MPC。在需要表達(dá)不同的邊界條件時(shí)，我們就可以利用這個(gè)模塊。與此同時(shí)，一定要重視邊界條件對(duì)結(jié)果的影響。

三、工程實(shí)例分析

（一）鋼架實(shí)體有如下的物理及幾何數(shù)據(jù)

1.鋼架頂面可承受1000N/m2的均布載荷；

2.在固定方式下，鋼架材料的彈性模量為2.1伊，1011N/m2，泊松比為0.3。

（二）要求：分析鋼架的變形及應(yīng)力分布

1.創(chuàng)建如下的幾何模型及有限元進(jìn)行分析。

2.對(duì)模型添加載荷之后，進(jìn)行求解。

3.查看結(jié)果。

以上軟件應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)單介紹了ANSYS在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的基本原理和步驟。通過引用ANSYS到實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，我們可以根據(jù)仿真得到的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，從而了解到機(jī)構(gòu)的各種特性。據(jù)此得到最經(jīng)濟(jì)合理的解決方案，從而使問題得到解決，改進(jìn)了產(chǎn)品的特性。

四、ANSYS在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及工業(yè)投入的加大，ANSYS軟件已廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。尤其，在重工業(yè)的作用尤為突出。隨著改革的不斷的深化以及經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，ANSYS軟件將不斷地改進(jìn)、成熟。在可以預(yù)見的將來，它會(huì)不斷地綜合各個(gè)學(xué)科以及不同的領(lǐng)域進(jìn)行仿真。同時(shí)，用戶可以通過專業(yè)的培訓(xùn)更深入的鉆研，從而游刃有余地解決更多種類的問題，處理更為棘手的情況。綜上所述，ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件將會(huì)變得越來越普及，在各個(gè)行業(yè)中起到更加重要的作用。

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