第1节CAE与ANSYS概述_原创文档.pdfVIP

第八章Ansys入门

第1节CAE与ANSYS概述

一、CAE

1）CAE的概念与分类

CAE——computeraidedengineering，即计算机辅助工程，指工程设计中的分析计算与

分析仿真。

CAE软件——ANSYS、MARC、DEFORM、DENA、SUPERFORM等。

CAE技术——有限元法、边界元法和有限差分法，其中有限元法应用的领域

最广，现已应用于结构力学（包括线性和非线性）、结构动力学、热力学、流体

力学、电路学和电磁学。

2）CAE软件的作用

1）静力和拟静力的线性与非线性分析：包括单一和复杂组合结构的弹力、

塑性、蠕变、膨胀、集合大变形、大应变、疲劳、断裂、损伤，及多体弹塑性接

触在内的变形与应力应变分析

2）线性与非线性独立分析：包括交变、爆炸冲击、随机地震，以及各种运

动荷载作用下的动力时程、振动模态、谐波响应、随机振动、屈曲和稳定性分析

等

3）稳态和瞬态热分析：包括传导、对流和辐射状态下的热、相变及热/结构

耦合。

4）静态和交变态的电磁场和电流分析：包括电磁场、电流、压电行为，以

及电磁/结构耦合分析

5）流体计算：包括常规的管内和外场的层流、湍流、热/流耦合及流/固耦

合分析

6）声场与博的传波计算：包括静态和动态声场及噪声计算，以及固体、流

体和空气波的传播分析

二、ANSYS简介

ANSYS（AnalysisSYStem）是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的

大型CAE通用有限元分析软件。

1）历史

1971年的2.0版本，2003年的7.1版本，已有30多年的历史。

2）组成

对应分析过程的前处理、求解和后处理三个阶段，ANSYS由3个模块组成。

（1）前处理模块

该模块定义求解所需要的数据，用户可以选择坐标系统、单元类型、定义实

常数和材料特性、建立实体模型并对其进行网络剖分、控制节点和单元，以及定

义耦合和约束方程等，并可预测求解过程所需文件大小及内存。

ANSYS提供了3种不同的建模方法——模型导入、实体建模和直接生成。

（2）求解模块

用户在求解阶段通过求解器获得分析结果。在该阶段用户可以定义分析类

型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解

ANSYS提供直接求解器（求解精确解）和迭代求解器（得到近似解，可节省

计算机资源和大量计算时间）

（3）后处理模块

该模块可以通过友好的用户截面获得求解过程的计算结果并对这些结果进

行运算。这些结果包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出的形式有

图形显示和数据列表两种。

等于某个分析的每一载荷步，用户可以指定每个子步、最终子步或最终子步

或最终子步和中间子步的组合写数据集，可以选择写数据组的范围，如位移、应

力及反作用力。

3）功能

（1）结构静力分析

用来求解外载荷引起的位移、应力和力。广泛应用于机械工程和结构工程。

静力分析包括非线性，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等，非线

性静力分析通常通过逐渐施加载荷完成，以获得精确解。

（2）结构动力学分析

用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响，并考虑随时间的变化、阻

尼和惯性的影响，着类载荷包括交变力（旋转机械）、冲击力（冲击或爆炸）、随

机力（地震）及其他瞬态力（诸如桥上的运动载荷）。ANSYS可求解动力学分析

问题，如瞬态动力、模态、谐波响应及随机振动响应分析等。

（3）结构非线性分析

结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化，ANSYS可求解静

态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性等。

（4）动力学分析

ANSYS可以分析大型3D柔体运动，当运动的积累起主要作用时，可使用这

些功能分析复杂结构在看见中的运动特性并确定结构中由此产生的应力、应变和

变形。

（5）热分析

对于传导、对流和辐射均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还

具有模拟材料固化和溶解过程的相变分析能力及模拟热与结构应力之间的热/结

构耦合分析能力

（6）电磁场分析

主要用于电磁场问题的分