ansysworkbench有限元总结.docx

Constant amplitude load Fully reversed（完全相反）恒定振幅载荷（比如对称循环载荷），线性linear，半对数曲线semi-log，对对数曲线log-log，Non-Constant amplitude load history data（历程数据）非恒定振幅载荷exterior英kstri(r)美kstrin.外部，外面，表面，外形，外观;外貌;影视外景，戏，影视户外布景;adj.外面的，外部的，外表上的，表面的;contoursn.外形，轮廓( contour的名词复数 );地图上表示相同海拔各点的)等高线;控制模型的云图显示方法wireframe英wafrem美wafremn.线框图;“Edges” 按钮允许用户显示未变形的模型或者划分网格的模型capped覆盖的1. 通过选择“Probe” prb n.医（对伤处等的）针探，探查;医探针，取样器;探头;探测仪;按钮，能够查询模型上的结果， 在模型上被查询的值处点击鼠标左键去添加一个注释. 使用“Label” 按钮去选择和删除不想要的注释。2. 国标规定，对钢铁材料，应力循环次数采用107次，对有色金属材料采用108或更多的周次。3. 常用机械工程材料碳素结构钢：Q235，优质碳素结构钢45，65Mn.45号钢的尺寸为25mm经过正火后的热处理s=355MPa，b=600MPa. 65Mn的尺寸为25mm经过正火后的热处理s=430MPa，b=735MPa.4. 定义拓扑优化问题同定义其他线弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性（弹性模量和泊松比，也许还有密度），选择拓扑优化合适的单元类型，生成有限元模型，并根据特定的拓扑优化问题需要的判据进行一下两种应用之一的分析。1）施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步线性结构静力分析；2）施加边界条件，做模态分分析。静力没时间概念 时间步（time step）就是荷载的计数不代表时间 “非比例”（Non-Proportional）。5. Workbench中Import-*.x_t的格式。Workbench中实体默认的单元是10节点的四面体单元SOLID187和20节点的六面体单元SOLID186，壳用的4节点的四边形单元SHELL181，梁用2节点的梁单元BEAM188。6. 在线性静力结构分析中，材料属性只需要定义杨氏（弹性）模量及泊松比。同时必须明白：1）假如有任何惯性载荷，必须定义材料的密度；2）热膨胀系数和传热系数在热载荷的时候才需要确定；3）若要进行疲劳分析，则需要Fatigue Module add_on license。6 Workbench中对装配体定义的是对称接触，所谓不对称接触是指一个面为目标面，而另一个面为接触面，反之，当两面都为接触面或者目标面时则称为对称接触，因任何一边都可以渗透到另一边。Workbench中共有4种接触类型，分别是绑定（Bonded）、不分离（No-Separation）、无摩擦及粗糙接触。其中绑定和不分离接触是基础的线性行为，求解时仅需要迭代一次。无摩擦及粗糙接触是非线性行为，求解时需要迭代多次。需要注意：这都是基于小变形理论。7 力载荷Force（N）：力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。当一个力施加在两个同样的表面上时，每个表面将承受这个力的一半。压力载荷Pressure:压力只能施加在表面并且通常与表面的法向一致。轴承载荷Bearing Load：其仅适用于圆柱表面。其径向分量据投影面积来分布压力和载荷，而轴向载荷分量则沿着圆周均匀分布。一个圆柱表面只能施加一个轴承载荷，假如一个圆柱表面切分为两个部分，那么在施加轴承载荷的时候一定要保证这两个圆柱面都要选中。远端载荷Remote Force：允yun许用户在面或者边上施加偏置的力。运用了理论力学中的平移定理，在某一面上加载了一个远端载荷后相当于在这个面上将得到一个等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩，而这个力分布在表面上，但是包括由于力偏置而引起的外力偶矩。力矩载荷Moment：对于实体，力矩可以施加在任意表面8 Workbench中输出三个主应力，可选择Vectorvekt(r)矢量 Principal主要，第一的，entities实体Workbench边界约束：固定约束fixed support：在顶点、边缘或面上约束所有的自由度，对于实体限制x、y、z的平移；面体和线体：限制x ，y和z 方向上的移动和绕各轴的转动。给定位移displacement：在顶点、边缘、面上给定已知的位移，允许在x、y、z方向给予强制位移，输入0代表此方向上即被约束，不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动。无摩擦约束frictionless support:在面上施加法向约束（固定），切向、轴向自由。对实体而言 可以用于模拟对称边界约束圆柱面约束cylindrical support施加在圆柱表面，用户可以指定是轴向，径向或者切向约束。 为轴向、径向或切向tangential约束提供单独控制 施加在圆柱面上 仅有压缩的约束：compression only support 只能在正常压缩方向施加约束 可以模拟圆柱面上受销钉、螺栓等的作用 需要进行迭代（非线性）求解 简单约束：simply supported 可以施加在梁或壳体的边缘或者顶点上 限制平移，但是所有旋转都是自由的 约束转动：fixed rotation 可以施加在壳或梁的表面、边缘或者顶点上 约束旋转，但是平移不限制9 ANSYS疲劳计算以 ASME 锅炉和压力容器规范 (ASME Boiler and Pressure Vessel Code) 第三节 (和第八节第二部分) 作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和 Miner 累积疲劳准则。Workbench可以输出export，文件类型excel file（.xls），生成报告并保存send to保存成word和ppt。10 solidworks中有优化设计算例和S-N疲劳曲线（零件和特征-材料-材料对话框），在帮助里面，可以对第一、二、三主应力进行数据拟合，看他们的走向趋势。11 Workbench中疲劳分析交变载荷时类型type为History Data（历程数据用于不定振幅载荷），并在History Data Location中指定文件为loadhistory.dat(位于模型文件夹里，复制到安装目录下)即loading-History Data Location D:ANSYS Incv130aisolCommon FilesLanguageen-usEngineering DataLoad Historiesloadhistory.dat12. 疲劳损伤积累理论（用于不定振幅载荷）疲劳损伤积累理论认为：当零件所受应力高于疲劳极限时，每一次载荷循环都会对零件造成一定量的损伤，并且这种损伤是可以积累的，当损伤积累到临界值时，零件将发生疲劳破坏。疲劳损伤积累理论和计算方法很多，较重要的有线性和非线性疲劳损伤积累理论。线性疲劳损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的，总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加，最具代表性的理论是帕姆格伦一迈因纳(Palmgren-Miner)定理。非线性疲劳损伤积累理论认为，每一次损伤是非独立的，每一次循环载荷形成的损伤与已发生的载荷大小及次数有关，其代表性的理论有柯尔顿(Corten)理论、多兰(Dolan)理论。另外还有其他损伤积累理论，但大多数是通过实验推导的经验或半经验公式。目前，应用最多的是线性疲劳损伤积累理论。帕姆格伦一迈因纳(Palmgren Miner)定理设在载荷谱该零件在给定载荷谱的作用下，可以承受6.238l03次循环。13.疲劳，（静载荷）静应力应力循环比r=1，（恒定振幅载荷）脉动循环变应力r=0，（恒定振幅载荷）对称循环变应力r=-1，（非恒定振幅载荷）非对称循环变应力-1r1.疲劳强度因子0.8，设计寿命10e6，疲劳敏感曲线最小基本载荷变化幅度为50，最大基本载荷变化幅度为200，寿命云图，安全系数云图，雨流分析法（雨流阵列图和损伤阵列图）是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术。疲劳是由于重复加载引起的，恒定振幅载荷（Constant amplitude load）是指最大和最小的应力水平恒定，比如对称循环载荷，否则称为变化振幅或者非恒定振幅载荷（Non-constant amplitude load）需要历程数据，比如随机载荷疲劳分析，应力范围 定义为 ，平均应力 定义为 ，应力幅或交变应力 是，应力比R是，当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是m=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是m=max/2，R=0的情况。疲劳分析假设是线性的，材料特性信息可以保存XML文件，对在恒定振幅、成比例载荷情况下处理疲劳时，只能包含绑定（bonded）和不分离（No-separation）的线性接触。14.Workbench中的接触：Bonded（绑定）:这是AWE中关于接触的默认设置。如果接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离。可以将此区域看做被连接在一起。因为接触长度/面积是保持不变的，所以这种接触可以用作线性求解。如果接触是从数学模型中设定的，程序将填充所有的间隙，忽略所有的初始渗透。No Separation（不分离）:这种接触方式和绑定类似。它只适用于面。不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。Frictionless（无摩擦）:这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。只适用于面接触。因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。无摩擦约束给施加面上提供了垂直方向的限制。Rough（粗糙的）:这种接触方式和无摩擦类似。但表现为完全的摩擦接触，即没有相对滑动。只适用于面接触。默认情况下，不自动消除间隙。这种情况相当于接触体间的摩擦系数为无穷大。Frictional（有摩擦）:这种情况下，在发生相对滑动前，两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。有点像胶水。模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力，作为接触压力的一部分。一旦剪应力超过此值，两面将发生相对滑动。只适用于面接触，摩擦系数可以是任意非负值。Bonded无相对位移。就像共用节点一样。No-separation法向不分离，切向可以有小位移。后面三种为非线性接触Frictionless法向可分离，但不渗透，切向自由滑动Rough法向可分离，不渗透，切向不滑动Frictional法向可分离，但不渗透，切滑动，有摩擦力。 15.Workbench疲劳：载荷类型：应力比R=0与Zero-Based（基于0）载荷相同即脉动循环变应力；R=-1相当于Fully Reversed（完全相反）载荷即对称循环载荷；History Date（历程数据）与-1R1不定振幅载荷一样，另外在Workbench中还可以设置应力比Ratio。平均应力会影响S-N曲线的结果，而Analysis Type说明了程序对平均应力的处理方法：SN-None：忽略平均应力的影响；SN-Mean Stress Curves：使用多重S-N曲线；SN-Goodman，SN-Soderberg，SN-Gerber：可以使用平均应力修正理论。除了平均应力影响S-N外，还有其他一些影响sn曲线的因素，这些因素可以集中体现在疲劳强度因子 中，其值可在Fatigue Tool的细节栏中输入，这个值小于1，以便说明实际部件和试件的差异。Fatigue Tool的细节栏中的应力分量（Stress Component）让用户定义应力结果如何与疲劳曲线S-N进行比较。等效应力Equivalent（Von Mises）表示的是最大绝对主应力，最大主应力（Max Principal），最大剪切应力（Max Shear）。疲劳结果可在Fatigue Tool指定，等值线结果（Contour）包括寿命life，损伤Damage是设计寿命与可用寿命的比值，设计寿命的缺省值可通过下面进行定义Tools-control panel：fatigue-design life。Safety Factor安全系数，双轴指示：单轴应力局部区域为B值为0，纯剪切为-1，双轴的为1，等效交变应力Equivalent Alternating Stress，它是基于所选择的应利类型在考虑了载荷类型和平均应力影响后，用于询问query sn曲线的应力，曲线图结果graph results仅包含对恒定振幅分析的疲劳敏感性fatigue sensitivity。在几何方面，疲劳计算只支持体和面，线模型目前还不能输出应力结果，所以疲劳计算对于线是忽略的，线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性，但在疲劳分析并不计算线模型。Goodman理论适用于低韧性材料，对压缩平均应力没能做修正，Soderberg理论比Goodman理论更保守，并且在有些情况下可用于脆性材料，Gerber理论能够对韧性材料的拉伸平均应力提供很好的拟合，但它不能正确地预测出压缩平均应力的有害影响。任何疲劳选项的范围可以是选定的部件（parts）或部件的表面，收敛性可用于等值线结果。收敛和警告对疲劳敏感性图是无效的，因为这些图提供关于载荷的敏感性。恒定振幅疲劳分析步骤：a建立一个应力分析(线性,比例载荷) b定义疲劳材料特性,包括S-N曲线 c定义载荷类型和平均应力影响的处理 d求解和后处理疲劳结果Solve。不定振幅计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcyclecounting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。损伤累加是通过Palmgren-Miner法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。依据PerMiner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。15.Workbench中Coordinate system可以改变数值进行坐标系的移动，利用它，选择影响球sphere of influence可对体进行局部网格划分；网格划分也可以用于面。控制整个（全局）网格尺寸的大小Sizing-element size，relevance（-100-100）用来进行全局网格调整，relevance是对速度和网格质量的权衡，数字越大网格越密，质量越好，划分的越细但速度变慢；划分网格Method-自动，四面体，六面体等。六西格玛优化devitation/devitei/偏差，更新DOE点击update，一个抑制suppress的部件或体，不会被导入CFX-Mesh或simulation。网格划分的法则分为两种lPatchconform：与载荷和边界条件等没有关系，改变之后不必从新划分网格。lPatchindependent：与载荷和边界条件等有关系，改变之后要从新划分网格Patchindependent Algorithm：该算法在可能的地方划分大的网格，在必要的地方网格细化，计算速度快。16.模态，振动的模式阶数越高，振动的形式就越复杂，振幅较小；在少数的几个最低模式中，其振幅一般较大。频率分析就是计算这些共振（固有）频率及他们对应的振动模式（形状），计算共振频率及它们所对应的振动模式就是频率分析的所有内容，频率分析不计算位移和应力。位移结果的大小在频率分析中视没有意义的，位移结果 只能在相同的振动模式中比较模型不同部位的相对位移，并只能用于相同的振动模式。有意义的位移结果需要进行动态分析，因为存在导致模型振动的时间相关的初始激励力。基本频率即最低的共振频率，基本频率下结构体振动所需的能量相比其他所有更高的自然频率所需的能量小。固有频率：结构趋向于振荡的频率（在受到激励的情况下），通常这些值对应共振频率。固有（自然）振动模式：特定的固有频率对应唯一的振动形式。现实中的结构都有无数的固有频率及模式，模式的最大数量受制于自由度的数量。一般地，比起相同模型的应力分析而言，频率分析可以采用更粗糙的网格。模态分析包括自由模态分析（不施加边界约束和载荷）、模态分析（施加边界约束不加载荷）、有预应力的模态分析（施加载荷和边界约束），当一个实体的质量很重要但其应力和变形却不重要，这个实体能方便地处理成远程质量，并刚性地连接到承载面上，类似远程载荷。平均应力对疲劳的影响，gooodman用于脆性材料，Gerber用于韧性材料，Soderberg用于拉应力状态下的屈服强度准则等算法的解释，网格的解释，接触，载荷的解释，破坏因子damage也被称为利用率，代表结构消耗寿命的比率。破坏因子为0.35就意味着35的结构寿命被消耗了，当破坏因子为1时，疲劳失效就发生了。17.有限元基本概念：把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能够进行综合求解的整体。节点：空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。单元：一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵）。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。18.Workbench中视图的显示主要在view菜单中进行控制。1）图形窗口，Shade Exterior and Edges轮廓线显示,Wireframe线框显示,Ruler显示标尺,Legend显示图例,Triad显示坐标图示,Expand All展开结构树，Collapse Environments折叠结构树，named selections命名工具条，unit conversion单位转换工具，simulation wizard向导，section planes截面信息窗口，在图形窗口中单击鼠标右键，在弹出的选项里选择go to-hidden bodies in tree，系统自动在结构树geometry选项中弹出被隐藏的目标，以蓝色加量方式显示，在结构树中选中该项，单击右键，选择show body显示该目标。CAD模型处理：可直接删除的特征-螺纹孔、小孔、小边、狭小面、小凸台、小槽等。局部细化：支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。Components分量方式，矢量方式vector19workbench1）接触单元提供部件间的连接关系。每个部分维持独立的网格。这意味着，小体和大体没必要保持一致的网格精度。2）Shape Checking： Standard Mechanical 适用于线性应力，线性模型和线性热分析 Aggressive Mechanical 适用于大变形和材料非线性Initial Size Seed （初始种子大小）： Active Assembly （默认）: 初始网格大小将由激活的部件（未抑制的）决定。 Full Assembly （整个组件）： 初始网格大小不会受部件的状态（抑制或活动）的影响。（部件间的网格划分更统一） Parts（部件）：初始种子独立地建立在每个部件大小基础上 且网格不会因为部件受抑制而改变。一般给与一个细化的网格。（网格划分建立在部件种子的基础上，因此部件间的网格划分不太统一。）3） 局部的Mesh Controls （网格控制）可以应用于选择的几何模型或一个命名的选择集。只有选中了Mesh，这些功能才可行。可行的控制包括： Method Control（方法控制）：为用户提供了如何划分实体模型的选项：只能适用于实体。 Automatic（默认选项）：若可以的话，物体将被扫掠划分网格。否则，将使用Tetrahedrons下的Patch Conforming网格划分器。 Tetrahedrons：完全进行四面体网格划分。 Patch Conforming：Expansion Factor（扩展因子）控制着四面体单元的内在增长速率。 Patch Independent 网格划分：在进行网格划分时可能忽略面以及它的边界 只有当面上施加了边界条件时，它的边界是不能忽略的。 Patch Independent 选项： Maximum Element Size：初始单元划分的大小 A pprox Number of Elements ：模型中期望的单元数目（可以被其它网格划分控制覆盖） Define defeaturing Tolerance 根据大小和角度过滤掉几何边。如果设为Yes，会出现一个Defeaturing Tolerance栏，可以输入一个数值。 提示：defeaturing 可以使网格划分忽略掉small features ，而跳过它们进行网格划分。 Curvature and Proximity Refinement设为Yes ： Define by：最大单元大小或单元数目近似值 Defeaturing Tolerance （若为yes ）：为defeature边添加误差控制。 Curvature and Proximity：基于features 的曲率和近似，自动加密网格。 Num Cells across Gap 指定在狭窄空隙中的单元数目。加密受限于Min Size Limit。 Span Angle 网格将在弯曲区域进行划分，直到每个单元都在指定角度跨度内。受限于Min Size Limit. Sizing Control （大小控制） Contact Sizing Control （接触大小控制） Refinement Control（加密控制） Mapped Face Meshing （面映射网格划分（不包括EMAG 和循环） Inflation Control （膨胀控制） Pinch Control（修剪控制） Gap Tool （只不包括EMAG ）（Skewnessskju:nes）畸变度是单元相对其理想形状的相对扭曲的度量，是一个值在0 (极好的) 到1 (无法接受的)之间的比例因子.20. 1）3D 几何有六种不同网格划分方法: 自动划分 四面体 优点 任意体总可以用四面体网格 可以快速, 自动生成, 并适用于复杂几何 在关键区域容易使用曲度和近似尺寸功能自动细化网格 可使用膨胀细化实体边界附近的网格(边界层识别) 缺点 在近似网格密度情况下，单元和节点数高于六面体网格 一般不可能使网格在一个方向排列 由于几何和单元性能的非均质性，不适合于薄实体或环形体 Patch Conforming Patch Independent Patch Independent (ICEM CFD Tetra algorithm) 扫掠划分 多区 六面体支配的 CFX -网格2）面体或壳2D几何有四种不同网格划分方法: 自动的(四边形支配) (四边形支配) 三角形 均匀四边形和三角形 均匀四边形