174 高壓平蓋封頭結構有限元分析研究

174 高壓平蓋封頭結構有限元分析研究,壓平,蓋封頭,結構,有限元,分析研究 第三章 高壓平蓋封頭結構的分析2345678910111213141516171819202122231第三章 高壓平蓋封頭結構的有限元分析3.1 建立力學分析模型圖 3-1 為平頭蓋結構的示意圖，承受的內壓力為 P=10Mpa，假定封頭該的材料為 35CrMo 則由機械設計手冊可以查得：彈性模量 =206Gpa1E泊松比 =0.3筒體的材料為 16MnR，由機械設計手冊可以查得：彈性模量 =206Gpa2E泊松比 =0.3圖 3-1 高壓平頭蓋結構的示意圖由于封頭結構具有軸對稱性，其載荷也具有軸對稱性。因此他是一個軸對稱問題。選用 ANSYS 軟件中的 PLANE82 單元來進行分析，2通過簡化后，封頭結構有限元分析的力學模型如圖 3-2。圖 3-2 封頭結構的力學模型3.2 ANSYS 分析過程3.2.1 輸入材料的參數(shù)和選取單元輸入命令流：FINISH ！退出當前處理器/CLEAR,START ！清除當前設置/PREP7 ！進入前處理器ET,1,PLANE82 ! 選取單元 PLANE82KEYOPT,1,3,1 !將單元設置為軸對稱單元MPTEMP,MPTEMP,1,03MPDATA,EX,1,2.06E11 ！35CrMo 的彈性模量MPDATA,PRXY,1,0.3 ！35CrMo 的泊松比MPDATA,PRXY,1,0.3 ！16MnR 的彈性模量MPDATA,EX,2,2.0E11 ！16MnR 的泊松比3.1.2 檢驗輸入結果1.在 ANSYS 界面找到“preprocessor”下的“add/edit/delete”選項如圖 3-3 所示。出現(xiàn)對話框 3-4，選取命令，彈出對話框 3-5，材料參數(shù)選取正確。圖 3-3 圖 3-44圖 3-5 單元及其材料選取結果2. 在 ANSYS 界面找到 選取 下的命令，彈出對話框 3-6.圖 3-6選取對話框中 下的 命令彈出對話框 3-7，由此可知材料輸入正確。5圖 3-73.3 建立幾何模型由于是軸對稱問題，在有限元分析模型時，只要建立圖 3-2 所示的力學模型即可。為了顯示其軸對稱性，建立的圖形繞軸線旋轉即可得到三維結構。生成圖形的命令流為：1. *SET,H,10002. RECTNG,0,580/H,0,800/H，生成矩形面一如圖 3-8 所示：6圖 3-8 矩形面3. RECTNG,0,500/H,0,300/H,生成矩形面二結果如圖 3-9 所示：7圖 3-94. RECTNG,0,450/H,300/H,650/H,生成矩形面三結果如圖 3-9 所示：8圖 3-105. APTN,ALL6. LFILLT,11,10,200/H,對內部輪廓線進行倒角操作結果如圖 3-11 所示：9圖 3-127. LSTR,7,9連線結果如圖 3-13 所示：圖 3-13108. ASBL,4,1面由線分開結果如圖 3-14 所示：圖 3-149. ASBL,6,710. ADELE,5,1刪除面及下面的線和關鍵點結果如圖 3-15 所示：11圖 3-1511. ADELE,2,1圖 3-161212. ADELE,3,1圖 3-1713. AADD,ALL面相加操作結果如圖 3-18 所示：13圖 3-18 面相加14. LFILLT,3,2,150/H,對外輪廓線進行倒角運算結果如圖 3-19 所示：圖 3-191415. ASBL,2,416. ADELE,1,1生成的封頭剖面結果如圖 3-20 所示：圖 3-203.4 劃分網(wǎng)格為了保證生成的網(wǎng)格是規(guī)則的并施加不同的材料性能，必須要對封頭面盡心一些分割。對分割后的面采用映射方式生成網(wǎng)格，其操作過程的命令操作如下：1. LANG,2,7,90,0,0.47891692802984042. LANG,5,9,90,0,0.42513972294342063. LANG,3,5,90,0,0.409166507748579015由點向線作垂線結果如圖 3-21 所示：圖 3-214. ASBL,3,85. ASBL,2,106. ASBL,4,13面由線分開成兩部分結果如圖 3-22 所示：16圖 3-227. TYPE,1 ！設置所有面的默認屬性8. MAT,19. ASEL,10. ASEL,1 ！對面號 1 的面設置為第二種材料11. AATT,2,1,012. ALLSEL,ALL ！選擇所有的實體13. LESIZE,8,5,114. LESIZE,10,5,115. LESIZE,13,5,116. LESIZE,18,5,117. LESIZE,2,8,118 LESIZE,5,4,11719 LESIZE,11,8,120 LESIZE,1,14,1圖 3-2321 FLST,2,3,4,ORDE,322 FITEM,2,323 FITEM,2,-424 FITEM,2,925 LCCAT,P51X26 MSHKEY,1 ！設置為映射網(wǎng)格劃分方式27 AMESH,ALL 對所有的面進行網(wǎng)格劃分結果顯示如圖 3-24.18圖 3-24 網(wǎng)格劃分28. FINISH3.5 施加載荷首先進入到 SOLUTION 處理器，由 3-2 所示的力學模型在畫好網(wǎng)格的上圖中添加載荷和約束。施加載荷的命令操作為：1. /SOLU ！進入到求解器2. DL,18,UY,施加 Y 方向的約束，結果顯示如圖 3-25.19圖 3-25 施加 Y 方向約束3. DL,19,SYMM4. SFL,6,PRES,1e7,5. SFL,7,PRES,1e7,6. SFL,1,PRES,1e7,7. SFL,11,PRES,1e7,施加載荷結果顯示如圖 3-26 所示：20圖 3-26 施加約束3.6 求解求解的命令操作為：1. SOLVE2. FINISH施加求解計算，求解計算完成時出現(xiàn)對話框如圖 3-27.圖 3-271第二章 ANSYS 簡介ANSYS 軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產品設計中的高級 CAE 工具之一。2.1 CAE 的 技 術 種 類CAE 的 技 術 種 類 有 很 多 ， 其 中 包 括 有 限 元 法 (FEM,即 Finite Element Method),邊 界 元 法 (BEM,即 Boundary Element Method)，有 限 差 法 (FDM,即 Finite Difference Element Method)等 。 每一 種 方 法 各 有 其 應 用 的 領 域 ， 而 其 中 有 限 元 法 應 用 的 領 域 越 來 越廣 ， 現(xiàn) 已 應 用 于 結 構 力 學 、 結 構 動 力 學 、 熱 力 學 、 流 體 力 學 、 電路 學 、 電 磁 學 等 。 ANSYS 有 限 元 軟 件 包 是 一 個 多 用 途 的 有 限 元 法 計 算 機 設 計 程序 ， 可 以 用 來 求 解 結 構 、 流 體 、 電 力 、 電 磁 場 及 碰 撞 等 問 題 。 因此 它 可 應 用 于 以 下 工 業(yè) 領 域 ： 航 空 航 天 、 汽 車 工 業(yè) 、 生 物 醫(yī) 學 、橋 梁 、 建 筑 、 電 子 產 品 、 重 型 機 械 、 微 機 電 系 統(tǒng) 、 運 動 器 械 等 。 軟 件 主 要 包 括 三 個 部 分 ： 前 處 理 模 塊 ， 分 析 計 算 模 塊 和 后 處理 模 塊 。 前 處 理 模 塊 提 供 了 一 個 強 大 的 實 體 建 模 及 網(wǎng) 格 劃 分 工 具 ， 用戶 可 以 方 便 地 構 造 有 限 元 模 型 ； 2分 析 計 算 模 塊 包 括 結 構 分 析 （ 可 進 行 線 性 分 析 、 非 線 性 分 析和 高 度 非 線 性 分 析 ） 、 流 體 動 力 學 分 析 、 電 磁 場 分 析 、 聲 場 分 析 、壓 電 分 析 以 及 多 物 理 場 的 耦 合 分 析 ， 可 模 擬 多 種 物 理 介 質 的 相 互作 用 ， 具 有 靈 敏 度 分 析 及 優(yōu) 化 分 析 能 力 ； 后 處 理 模 塊 可 將 計 算 結 果 以 彩 色 等 值 線 顯 示 、 梯 度 顯 示 、 矢量 顯 示 、 粒 子 流 跡 顯 示 、 立 體 切 片 顯 示 、 透 明 及 半 透 明 顯 示 （ 可看 到 結 構 內 部 ） 等 圖 形 方 式 顯 示 出 來 ， 也 可 將 計 算 結 果 以 圖 表 、曲 線 形 式 顯 示 或 輸 出 。 軟 件 提 供 了 100 種 以 上 的 單 元 類 型 ， 用 來 模 擬 工 程 中 的 各 種結 構 和 材 料 。 該 軟 件 有 多 種 不 同 版 本 ， 可 以 運 行 在 從 個 人 機 到 大型 機 的 多 種 計 算 機 設 備 上 ， 如PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等 。 ANSYS 發(fā) 布 10.0 新 版 本 美 國 賓 夕 法 尼 亞 州 6 月 2 日 消 息 ： 作 為 優(yōu) 化 產 品 研 發(fā) 流 程 的仿 真 技 術 及 軟 件 的 開 發(fā) 者 和 革 新 者 ， ANSYS 公 司 （ 納 斯 達 克 股 票代 號 ： ANSS） 今 天 發(fā) 布 ANSYS 10.0 新 版 本 。 新 版 本 在 性 能 、 易用 性 、 協(xié) 同 工 作 及 耦 合 技 術 ， 如 流 固 耦 合 ， 等 方 面 有 很 大 提 高 。10.0 新 版 本 是 在 目 前 的 9.0 軟 件 的 基 礎 上 研 發(fā) 的 ， 與 其 有 很 好 的兼 容 性 ， 將 于 7 月 正 式 投 入 市 場 。 延 續(xù) 了 ANSYS 一 貫 強 大 的 耦 合 場 技 術 ， 10.0 版 本 為 復 雜 的 流固 耦 合 （ FSI） 問 題 提 供 了 更 完 善 的 解 決 方 案 。 該 版 本 整 合 了 世 界一 流 的 應 力 分 析 和 流 體 分 析 技 術 ， 形 成 了 一 套 完 整 的 FSI 解 決 方3案 。 通 過 適 合 于 特 定 場 要 求 的 網(wǎng) 格 劃 分 ， 一 個 單 一 的 幾 何 體 可 以應 用 于 兩 種 場 。 該 版 本 提 供 了 有 效 地 解 決 FSI 動 力 學 分 析 的 信 息交 換 功 能 。 目 前 市 場 上 沒 有 任 何 其 他 的 FSI 軟 件 可 以 提 供 如 此 強大 的 穩(wěn) 健 性 和 高 度 的 精 確 性 分 析 。 另 外 ， 該 版 本 可 以 在 多 個 機 群進 行 并 行 處 理 解 決 超 大 模 型 。 “ANSYS 10.0 代 表 了 最 先 進 的 CAE 整 合 技 術 ， 較 9.0 有 了顯 著 的 提 高 ” ， ANSYS 公 司 總 裁 兼 首 席 執(zhí) 行 官 Jim Cashman 說 ，“我 們 一 直 致 力 于 拓 展 ANSYS 仿 真 技 術 的 廣 度 和 深 度 ， 同 時 建 立各 種 類 型 的 仿 真 分 析 軟 件 的 空 前 大 連 盟 。 得 益 于 ANSYS Workbench 整 合 CAE 技 術 的 架 構 ， 我 們 創(chuàng) 建 了 建 模 、 仿 真 、 分 析 、前 后 處 理 的 一 系 列 無 縫 鏈 接 。 10.0 新 版 本 整 合 了 世 界 上 最 優(yōu) 秀 的結 構 、 熱 、 流 體 等 分 析 功 能 。 ” ANSYS10.0 加 入 了 旋 轉 機 械 和 葉 片 設 計 工 具 ， 豐 富 了Workbench 環(huán) 境 下 的 行 業(yè) 化 功 能 。 即 ANSYS BladeModeler， 一 款針 對 旋 轉 機 械 葉 片 構 件 的 高 效 的 三 維 設 計 工 具 ； 以 及 ANSYS TurboGrid， 一 款 高 質 量 的 葉 片 設 計 六 面 體 網(wǎng) 格 劃 分 工 具 。 “結 合 了 ANSYS CFX 和 渦 輪 專 用 的 前 后 處 理 CFD 功 能 ， 10.0版 本 提 供 了 渦 輪 機 械 設 計 和 分 析 完 整 的 解 決 方 案 ， ”ANSYS 公 司副 總 裁 兼 總 經 理 Chris Reid 說 ， “應 力 分 析 、 計 算 流 體 動 力 學分 析 或 流 固 耦 合 分 析 的 模 型 可 以 直 接 建 立 ， 通 過 CAD 系 統(tǒng) 連 通 性 ，可 以 把 模 型 擴 展 到 上 下 游 部 件 ， 最 終 完 成 整 個 模 型 的 分 析 。ANSYS Workbench 是 提 供 此 功 能 上 獨 一 無 二 的 環(huán) 境 ， 借 此 空 氣 動4力 學 工 程 師 可 以 進 行 CFD 設 計 ， 同 時 確 認 結 構 特 征 。 這 將 大 幅 度縮 短 設 計 流 程 。 ” 在 機 械 應 用 領 域 ， ANSYS 10.0 包 括 了 ANSYS Workbench 下全 部 的 熱 瞬 態(tài) 分 析 功 能 。 這 不 僅 幫 助 用 戶 進 行 非 常 復 雜 的 時 域 仿真 ， 同 時 ANSYS Workbench 也 可 自 動 完 成 很 多 建 模 和 求 解 工 作 。這 樣 可 以 輕 松 快 速 地 求 解 設 備 在 一 定 運 行 時 間 內 的 熱 性 能 。 為 了 滿 足 日 益 增 加 的 對 大 型 復 雜 問 題 及 時 有 效 的 分 析 需 求 ，ANSYS 10.0 的 并 行 求 解 器 如 今 可 增 加 了 對 CPU 和 通 信 技 術 的 選 擇余 地 。 除 了 支 持 Ethernet 和 Gigabit Ethernet， ANSYS 10.0 還支 持 Myrinet 和 InfiniBand。 相 對 于 以 前 的 架 構 ， ANSYS 10.0能 以 最 少 的 成 本 滿 足 高 性 能 的 機 群 計 算 。 本 著 以 低 成 本 硬 件 設 備 提 供 高 性 能 解 決 方 案 的 目 標 ， ANSYS Workbench 現(xiàn) 可 支 持 Windows XP 64 位 機 的 AMD 和 EMT64 芯 片 集 。此 項 改 革 解 決 了 許 多 用 戶 在 Windows 操 作 系 統(tǒng) 下 運 行 大 型 模 型 所面 臨 的 2GB 內 存 限 制 。 另 外 ， 它 也 使 得 ANSYS 用 戶 不 再 需 要 寫 硬盤 就 能 完 成 整 個 求 解 ， 從 而 節(jié) 約 求 解 時 間 。 對 于 用 戶 ， 這 將 幫 助 他 們 更 加 經 濟 有 效 地 解 決 大 型 模 型 問 題 ，如 那 些 低 頻 穩(wěn) 態(tài) 和 全 瞬 態(tài) 電 磁 分 析 問 題 。 ANSYS 10.0 并 行 求 解器 可 以 解 決 高 于 一 億 自 由 度 的 大 型 電 磁 問 題 ， 在 CAE 行 業(yè) 獨 樹 一幟 。 在 高 頻 電 磁 領 域 ， 10.0 版 本 提 供 了 一 個 新 的 模 式 端 口 。 此 端口 大 大 簡 化 了 集 成 電 路 （ IC） 、 射 頻 識 別 (RFID)和 射 頻 微 機 電 系5統(tǒng) (MEMS)等 多 種 設 備 分 析 傳 輸 線 端 口 的 建 模 。 標 準 算 例 顯 示 ， 利用 此 端 口 建 模 ， 可 以 顯 著 縮 小 模 型 尺 寸 ， 在 保 證 精 確 的 頻 域 計 算結 果 前 提 下 ， 節(jié) 約 30 到 50 的 求 解 時 間 和 內 存 需 求 。 新 版 本 增 加 了 旋 轉 機 械 的 陀 螺 效 應 ， 它 提 高 了 ANSYS 對 渦 輪機 械 和 其 他 旋 轉 結 構 的 轉 子 動 力 學 分 析 的 能 力 。 在 耦 合 場 領 域 ，結 構 熱 電 磁 三 場 耦 合 分 析 中 增 加 熱 彈 阻 尼 (TED)， 一 個 在 金屬 、 制 陶 及 MEMS 領 域 非 常 重 要 的 內 耗 裝 置 。 ANSYS 繼 續(xù) Workbench 主 旋 律 ， 提 供 我 們 的 用 戶 可 供 選 擇 的全 自 動 或 個 人 控 制 的 強 大 分 析 軟 件 。 我 們 在 核 心 的 網(wǎng) 格 處 理 技 術上 有 十 足 的 增 強 ， 在 ANSYS Workbench 各 個 應 用 程 序 間 共 享 網(wǎng) 格 。另 外 ， 雙 向 參 數(shù) 互 動 的 CAD 接 口 的 穩(wěn) 健 性 也 得 到 了 提 高 。ANSYS® ICEM CFD 10.0 通 過 混 合 網(wǎng) 格 剖 分 新 功 能 和 CAD 模型 細 節(jié) 處 理 功 能 ， 提 供 了 完 整 的 一 系 列 網(wǎng) 格 劃 分 工 具 以 模 擬 真 實世 界 ， 如 汽 車 引 擎 罩 下 的 散 熱 分 析 和 汽 車 碰 撞 分 析 。 “ANSYS 10.0 是 ANSYS 跨 出 的 又 一 大 步 ， 在 每 種 場 都 是 這 樣 ，也 包 括 各 種 場 在 ANSYS Workbench 的 耦 合 ， ”ANSYS 公 司 副 總 裁兼 總 經 理 Mike Wheeler 說 ， “沒 有 其 他 任 何 一 家 CAE 公 司 可 以與 我 們 相 匹 敵 ， 在 一 個 單 一 的 CAE 環(huán) 境 下 提 供 如 此 廣 泛 的 解 決 方案 。 ” ANSYS DesignSpace 通 過 DesignSpace， 設 計 工 程 師 可 以 在 產 品 設 計 階 段 對 3D CAD 中 生 成 的 模 型 （ 包 括 零 件 和 裝 配 件 ） 進 行 應 力 變 形 分 析 、 熱 及6熱 應 力 耦 合 分 析 、 振 動 分 析 和 形 狀 優(yōu) 化 ， 同 時 可 對 不 同 的 工 況 進行 對 比 分 析 。 ANSYS/DesignSpace 擁 有 智 能 化 的 非 線 性 求 解 專 家系 統(tǒng) ， 可 自 動 設 定 求 解 控 制 ， 得 到 收 斂 解 ； 用 戶 不 需 具 備 非 線 性有 限 元 知 識 即 可 完 成 過 去 只 有 專 家 才 能 完 成 的 接 觸 分 析 。 2.2 ANSYS 軟 件 提 供 的 分 析 類 型1.結 構 靜 力 分 析 用 來 求 解 外 載 荷 引 起 的 位 移 、 應 力 和 力 。 靜 力 分 析 很 適 合 求解 慣 性 和 阻 尼 對 結 構 的 影 響 并 不 顯 著 的 問 題 。 ANSYS 程 序 中 的 靜力 分 析 不 僅 可 以 進 行 線 性 分 析 ， 而 且 也 可 以 進 行 非 線 性 分 析 ， 如塑 性 、 蠕 變 、 膨 脹 、 大 變 形 、 大 應 變 及 接 觸 分 析 。 2.結 構 動 力 學 分 析 結 構 動 力 學 分 析 用 來 求 解 隨 時 間 變 化 的 載 荷 對 結 構 或 部 件 的影 響 。 與 靜 力 分 析 不 同 ， 動 力 分 析 要 考 慮 隨 時 間 變 化 的 力 載 荷 以及 它 對 阻 尼 和 慣 性 的 影 響 。 ANSYS 可 進 行 的 結 構 動 力 學 分 析 類 型包 括 ： 瞬 態(tài) 動 力 學 分 析 、 模 態(tài) 分 析 、 諧 波 響 應 分 析 及 隨 機 振 動 響應 分 析 。 3.結 構 非 線 性 分 析 結 構 非 線 性 導 致 結 構 或 部 件 的 響 應 隨 外 載 荷 不 成 比 例 變 化 。ANSYS 程 序 可 求 解 靜 態(tài) 和 瞬 態(tài) 非 線 性 問 題 ， 包 括 材 料 非 線 性 、 幾 何非 線 性 和 單 元 非 線 性 三 種 。 4.動 力 學 分 析 7ANSYS 程 序 可 以 分 析 大 型 三 維 柔 體 運 動 。 當 運 動 的 積 累 影 響 起主 要 作 用 時 ， 可 使 用 這 些 功 能 分 析 復 雜 結 構 在 空 間 中 的 運 動 特 性 ，并 確 定 結 構 中 由 此 產 生 的 應 力 、 應 變 和 變 形 。 5.熱 分 析 程 序 可 處 理 熱 傳 遞 的 三 種 基 本 類 型 ： 傳 導 、 對 流 和 輻 射 。 熱傳 遞 的 三 種 類 型 均 可 進 行 穩(wěn) 態(tài) 和 瞬 態(tài) 、 線 性 和 非 線 性 分 析 。 熱 分析 還 具 有 可 以 模 擬 材 料 固 化 和 熔 解 過 程 的 相 變 分 析 能 力 以 及 模 擬熱 與 結 構 應 力 之 間 的 熱 結 構 耦 合 分 析 能 力 。 6.電 磁 場 分 析 主 要 用 于 電 磁 場 問 題 的 分 析 ， 如 電 感 、 電 容 、 磁 通 量 密 度 、渦 流 、 電 場 分 布 、 磁 力 線 分 布 、 力 、 運 動 效 應 、 電 路 和 能 量 損 失等 。 還 可 用 于 螺 線 管 、 調 節(jié) 器 、 發(fā) 電 機 、 變 換 器 、 磁 體 、 加 速 器 、電 解 槽 及 無 損 檢 測 裝 置 等 的 設 計 和 分 析 領 域 。 7.流 體 動 力 學 分 析 ANSYS 流 體 單 元 能 進 行 流 體 動 力 學 分 析 ， 分 析 類 型 可 以 為 瞬 態(tài)或 穩(wěn) 態(tài) 。 分 析 結 果 可 以 是 每 個 節(jié) 點 的 壓 力 和 通 過 每 個 單 元 的 流 率 。并 且 可 以 利 用 后 處 理 功 能 產 生 壓 力 、 流 率 和 溫 度 分 布 的 圖 形 顯 示 。另 外 ， 還 可 以 使 用 三 維 表 面 效 應 單 元 和 熱 流 管 單 元 模 擬 結 構 的流 體 繞 流 并 包 括 對 流 換 熱 效 應 。 8.聲 場 分 析 程 序 的 聲 學 功 能 用 來 研 究 在 含 有 流 體 的 介 質 中 聲 波 的 傳 播 ，或 分 析 浸 在 流 體 中 的 固 體 結 構 的 動 態(tài) 特 性 。 這 些 功 能 可 用 來 確 定8音 響 話 筒 的 頻 率 響 應 ， 研 究 音 樂 大 廳 的 聲 場 強 度 分 布 ， 或 預 測 水對 振 動 船 體 的 阻 尼 效 應 。 9.壓 電 分 析 用 于 分 析 二 維 或 三 維 結 構 對 AC（ 交 流 ） 、 DC（ 直 流 ） 或 任 意隨 時 間 變 化 的 電 流 或 機 械 載 荷 的 響 應 。 這 種 分 析 類 型 可 用 于 換 熱器 、 振 蕩 器 、 諧 振 器 、 麥 克 風 等 部 件 及 其 它 電 子 設 備 的 結 構 動 態(tài)性 能 分 析 。 可 進 行 四 種 類 型 的 分 析 ： 靜 態(tài) 分 析 、 模 態(tài) 分 析 、 諧 波響 應 分 析 、 瞬 態(tài) 響 應 分 析 軟 件 主 要 包 括 三 個 部 分 ： 前 處 理 模 塊 ， 分 析 計 算 模 塊 和 后 處理 模 塊 。 前 處 理 模 塊 提 供 了 一 個 強 大 的 實 體 建 模 及 網(wǎng) 格 劃 分 工 具 ， 用戶 可 以 方 便 地 構 造 有 限 元 模 型 ； 2.3 ANSYS 的 前 處 理 模 塊ANSYS 的 前 處 理 模 塊 主 要 有 兩 部 分 內 容 ： 實 體 建 模 和 網(wǎng) 格 劃 分 。一 .實 體 建 模 ANSYS 程 序 提 供 了 兩 種 實 體 建 模 方 法 ： 自 頂 向 下 與 自 底 向 上 。自 頂 向 下 進 行 實 體 建 模 時 ， 用 戶 定 義 一 個 模 型 的 最 高 級 圖 元 ， 如球 、 棱 柱 ， 稱 為 基 元 ， 程 序 則 自 動 定 義 相 關 的 面 、 線 及 關 鍵 點 。用 戶 利 用 這 些 高 級 圖 元 直 接 構 造 幾 何 模 型 ， 如 二 維 的 圓 和 矩 形 以及 三 維 的 塊 、 球 、 錐 和 柱 。 無 論 使 用 自 頂 向 下 還 是 自 底 向 上 方 法9建 模 ， 用 戶 均 能 使 用 布 爾 運 算 來 組 合 數(shù) 據(jù) 集 ， 從 而 “雕 塑 出 ”一個 實 體 模 型 。 ANS YS 程 序 提 供 了 完 整 的 布 爾 運 算 ， 諸 如 相 加 、 相減 、 相 交 、 分 割 、 粘 結 和 重 疊 。 在 創(chuàng) 建 復 雜 實 體 模 型 時 ， 對 線 、面 、 體 、 基 元 的 布 爾 操 作 能 減 少 相 當 可 觀 的 建 模 工 作 量 。 ANSYS程 序 還 提 供 了 拖 拉 、 延 伸 、 旋 轉 、 移 動 、 延 伸 和 拷 貝 實 體 模 型 圖元 的 功 能 。 附 加 的 功 能 還 包 括 圓 弧 構 造 、 切 線 構 造 、 通 過 拖 拉與 旋 轉 生 成 面 和 體 、 線 與 面 的 自 動 相 交 運 算 、 自 動 倒 角 生 成 、 用于 網(wǎng) 格 劃 分 的 硬 點 的 建 立 、 移 動 、 拷 貝 和 刪 除 。 自 底 向 上 進 行實 體 建 模 時 ， 用 戶 從 最 低 級 的 圖 元 向 上 構 造 模 型 ， 即 ： 用 戶 首 先定 義 關 鍵 點 ， 然 后 依 次 是 相 關 的 線 、 面 、 體 。 二 .網(wǎng) 格 劃 分 ANSYS 程 序 提 供 了 使 用 便 捷 、 高 質 量 的 對 CAD 模 型 進 行 網(wǎng) 格劃 分 的 功 能 。 包 括 四 種 網(wǎng) 格 劃 分 方 法 ： 延 伸 劃 分 、 映 像 劃 分 、 自由 劃 分 和 自 適 應 劃 分 。 延 伸 網(wǎng) 格 劃 分 可 將 一 個 二 維 網(wǎng) 格 延 伸 成 一個 三 維 網(wǎng) 格 。 映 像 網(wǎng) 格 劃 分 允 許 用 戶 將 幾 何 模 型 分 解 成 簡 單 的 幾部 分 ， 然 后 選 擇 合 適 的 單 元 屬 性 和 網(wǎng) 格 控 制 ， 生 成 映 像 網(wǎng) 格 。ANSYS 程 序 的 自 由 網(wǎng) 格 劃 分 器 功 能 是 十 分 強 大 的 ， 可 對 復 雜 模 型 直接 劃 分 ， 避 免 了 用 戶 對 各 個 部 分 分 別 劃 分 然 后 進 行 組 裝 時 各 部 分網(wǎng) 格 不 匹 配 帶 來 的 麻 煩 。 自 適 應 網(wǎng) 格 劃 分 是 在 生 成 了 具 有 邊 界 條件 的 實 體 模 型 以 后 ， 用 戶 指 示 程 序 自 動 地 生 成 有 限 元 網(wǎng) 格 ， 分析 、 估 計 網(wǎng) 格 的 離 散 誤 差 ， 然 后 重 新 定 義 網(wǎng) 格 大 小 ， 再 次 分 析 計10算 、 估 計 網(wǎng) 格 的 離 散 誤 差 ， 直 至 誤 差 低 于 用 戶 定 義 的 值 或 達 到用 戶 定 義 的 求 解 次 數(shù) 。 分 析 計 算 模 塊 包 括 結 構 分 析 （ 可 進 行 線 性 分 析 、 非 線 性 分 析和 高 度 非 線 性 分 析 ） 、 流 體 動 力 學 分 析 、 電 磁 場 分 析 、 聲 場 分 析 、壓 電 分 析 以 及 多 物 理 場 的 耦 合 分 析 ， 可 模 擬 多 種 物 理 介 質 的 相 互作 用 ， 具 有 靈 敏 度 分 析 及 優(yōu) 化 分 析 能 力 ； 后 處 理 模 塊 可 將 計 算 結 果 以 彩 色 等 值 線 顯 示 、 梯 度 顯 示 、 矢量 顯 示 、 粒 子 流 跡 顯 示 、 立 體 切 片 顯 示 、 透 明 及 半 透 明 顯 示 （ 可看 到 結 構 內 部 ） 等 圖 形 方 式 顯 示 出 來 ， 也 可 將 計 算 結 果 以 圖 表 、曲 線 形 式 顯 示 或 輸 出 。 軟 件 提 供 了 100 種 以 上 的 單 元 類 型 ， 用 來 模 擬 工 程 中 的 各 種結 構 和 材 料 。 該 軟 件 有 多 種 不 同 版 本 ， 可 以 運 行 在 從 個 人 機 到 大型 機 的 多 種 計 算 機 設 備 上 ， 如PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等 。 目 前 最 新 版 本 ANSYS 12.1 同 級 別 的 軟 件 還 有 ADINA、 ABAQUS、 MSC 等 ， ADINA 和ABAQUS 在 非 線 性 計 算 功 能 方 面 比 ANSYS 強 ， ABAQUS 沒 有 流 體 計算 模 塊 ， ADINA 不 能 做 電 磁 分 析 但 是 ADINA 是 目 前 做 流 固 耦 合 最好 的 軟 件 。 三 .載 荷 在 ANSYS 中 ， 載 荷 包 括 邊 界 條 件 和 外 部 或 內 部 作 用 力 函 數(shù) ，在 不 同 的 分 析 領 域 中 有 不 同 的 表 征 ， 但 基 本 上 可 以 分 為 6 大 類 ：11自 由 度 約 束 、 力 （ 集 中 載 荷 ） 、 面 載 荷 、 體 載 荷 、 慣 性 載 荷 以 及耦 合 場 載 荷 。 1、 自 由 度 約 束 （ DOF Cinstraints） :將 給 定 的 自 由 度 用 已知 量 表 示 。 例 如 在 結 構 分 析 中 約 束 是 指 位 移 和 對 稱 邊 界 條 件 ， 而在 熱 力 學 分 析 中 則 指 的 是 溫 度 和 熱 通 量 平 行 的 邊 界 條 件 。 2、 力 （ 集 中 載 荷 ） （ Force） ： 是 指 施 加 于 模 型 節(jié) 點 上 的 集中 載 荷 或 者 施 加 于 實 體 模 型 邊 界 上 的 載 荷 。 例 如 結 構 分 析 中 的 力和 力 矩 ， 熱 力 分 析 中 的 熱 流 速 度 ， 磁 場 分 析 中 的 電 流 段 。 3、 面 載 荷 （ Surface Load） :是 指 施 加 于 某 個 面 上 的 分 布 載荷 。 例 如 結 構 分 析 中 的 壓 力 ， 熱 力 學 分 析 中 的 對 流 和 熱 通 量 。 4、 體 載 荷 （ Body Load） :是 指 體 積 或 場 載 荷 。 例 如 需 要 考 慮的 重 力 ， 熱 力 分 析 中 的 熱 生 成 速 度 。 5、 慣 性 載 荷 （ Inertia Loads） :是 指 由 物 體 的 慣 性 而 引 起的 載 荷 。 例 如 重 力 加 速 度 、 角 速 度 、 角 加 速 度 引 起 的 慣 性 力 。 6、 耦 合 場 載 荷 （ Coupled-field Loads） :是 一 種 特 殊 的 載荷 ， 是 考 慮 到 一 種 分 析 的 結 果 ， 并 將 該 結 果 作 為 另 外 一 個 分 析 的載 荷 。 例 如 將 磁 場 分 析 中 計 算 得 到 的 磁 力 作 為 結 構 分 析 中 的 力 載荷 。 2.4 Ansys 公 司 介 紹ANSYS， Inc. (NASDAQ: ANSS)成 立 于 1970 年 ， 致 力 于 工 程仿 真 軟 件 和 技 術 的 研 發(fā) ， 在 全 球 眾 多 行 業(yè) 中 ， 被 工 程 師 和 設 計 師12廣 泛 采 用 。 ANSYS 公 司 重 點 開 發(fā) 開 放 、 靈 活 的 ， 對 設 計 直 接 進 行仿 真 的 解 決 方 案 ， 提 供 從 概 念 設 計 到 最 終 測 試 產 品 研 發(fā) 全 過 程 的統(tǒng) 一 平 臺 ， 同 時 追 求 快 速 、 高 效 和 和 成 本 意 識 的 產 品 開 發(fā) 。ANSYS 公 司 和 其 全 球 網(wǎng) 絡 的 渠 道 合 作 伙 伴 為 客 戶 提 供 銷 售 、 培 訓 和技 術 支 持 一 體 化 服 務 。 ANSYS 公 司 總 部 位 于 美 國 賓 夕 法 尼 亞 州 的匹 茲 堡 ， 全 球 擁 有 60 多 個 代 理 。 ANSYS 全 球 有 1700 多 名 員 工 ，在 40 多 個 國 家 銷 售 產 品 。 ANSYS 公 司 于 2006 年 收 購 了 在 流 體 仿 真 領 域 處 于 領 導 地 位 的美 國 Fluent 公 司 ， 于 2008 年 收 購 了 在 電 路 和 電 磁 仿 真 領 域 處 于領 導 地 位 的 美 國 Ansoft 公 司 。 通 過 整 合 ， ANSYS 公 司 成 為 全 球 最大 的 仿 真 軟 件 公 司 。 目 前 ， ANSYS 整 個 產 品 線 包 括 結 構 分 析(ANSYS Mechanical)系 列 ， 流 體 動 力 學 (ANSYS CFD(FLUENT/CFX） )系 列 ， 電 子 設 計 （ ANSYS ANSOFT） 系 列 以 及ANSYS Workbench 和 EKM 等 。 產 品 廣 泛 應 用 于 航 空 、 航 天 、 電 子 、車 輛 、 船 舶 、 交 通 、 通 信 、 建 筑 、 電 子 、 醫(yī) 療 、 國 防 、 石 油 、 化工 等 眾 多 行 業(yè) 。 ANSYS 中 國 是 ANSYS, Inc.在 中 國 的 全 資 子 公 司 ， 在 上 海 ，北 京 ， 成 都 和 深 圳 設 有 分 公 司 ， 負 責 ANSYS 在 整 個 中 國 的 業(yè) 務 發(fā)展 和 市 場 推 廣 。 目 前 在 中 國 ， ANSYS 電 子 設 計 系 列 產 品 (原ANSOFT 公 司 產 品 )由 ANSYS 中 國 直 接 負 責 市 場 、 銷 售 與 技 術 服 務等 。 ANSYS 機 械 和 流 體 仿 真 設 計 產 品 以 及 ANSYS Workbench 和13ANSYS EKM 產 品 由 渠 道 合 作 伙 伴 安 世 亞 太 科 技 有 限 公 司 （ Pera Global） 負 責 銷 售 與 技 術 支 持 。龔曙光 例題 5-1圖 平蓋封頭結構示意圖FINISH/CLEAR,START/PREP7ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,1MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,2.06E11MPDATA,PRXY,1,0.3MPDATA,PRXY,1,0.3MPDATA,EX,2,2.0E11*SET,H,1000RECTNG,0,580/H,0,800/HRECTNG,0,500/H,0,300/H,RECTNG,0,450/H,300/H,650/H,APTN,ALLLFILLT,11,10,200/H,LSTR,7,9ASBL,4,1ASBL,6,7ADELE,5,1ADELE,2,1ADELE,3,1AADD,ALLLFILLT,3,2,150/H,ASBL,2,4ADELE,1,1LANG,2,7,90,0,0.4789169280298404LANG,5,9,90,0,0.4251397229434206LANG,3,5,90,0,0.4091665077485790ASBL,3,8ASBL,2,10ASBL,4,13TYPE,1MAT,1ASEL,ASEL,1AATT,2,1,0ALLSEL,ALLLESIZE,8,5,1LESIZE,10,5,1LESIZE,13,5,1LESIZE,18,5,1LESIZE,2,8,1LESIZE,5,4,1LESIZE,11,8,1LESIZE,1,14,1FLST,2,3,4,ORDE,3FITEM,2,3FITEM,2,-4FITEM,2,9LCCAT,P51XMSHKEY,1AMESH,ALLFINISH/SOLUDL,18,UY,DL,19,SYMMSFL,6,PRES,1e7,SFL,7,PRES,1e7,SFL,1,PRES,1e7,SFL,11,PRES,1e7,SOLVEFINISH