ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 ANSYS Workbench 15.0 软 件 的 安 装 需 要 采 用 管 理 员 身 份 登 录 操 作 系 统, 并 顺 序 安 装 软 件 安 装 难 度 不 高, 并 且 不 同 版 本 间 的 安 装 步 骤 几 乎 一

1 第 1 章 电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 1.1 案 例 介 绍 本 案 例 对 一 个 商 用 电 梯 的 钢 结 构 框 架 进 行 静 力 学 分 析, 以 简 单 介 绍 ANSYS Workbench 15.0 静 力 学 分 析 模 块 的 操 作 和 使 用 作 为 第 一 个 案 例, 还 简 单 介 绍 了 一 些 软 件 初 始 设 置 的 经 验 与 技 巧 1.2 分 析 流 程 如 果 你 患 有 密 集 恐 惧 症, 也 许 细 密 的 网 格 线 会 让 你 很 难 受 ; 如 果 你 患 有 色 盲 或 色 弱, 彩 色 的 结 果 云 图 你 也 许 会 看 不 清 ; 如 果 你 对 未 知 领 域 的 知 识 不 知 道 如 何 学 习, 请 先 学 习 掌 握 未 知 领 域 知 识 的 学 习 方 法, 再 考 虑 是 否 开 始 学 习 有 限 元 ; 如 果 你 克 服 不 了 自 学 时 的 艰 苦 与 寂 寞, 请 放 弃 有 限 元 有 限 元 分 析 的 求 解 规 模 往 往 较 大, 由 于 32 位 操 作 系 统 所 支 持 的 最 大 内 存 容 量 约 为 4GB, 当 分 析 规 模 稍 大 时 ( 如 采 用 三 维 实 体 单 元 进 行 线 性 静 力 学 分 析, 超 过 10 万 网 格 ), 很 可 能 出 现 因 内 存 容 量 不 足 而 严 重 影 响 求 解 效 率 ( 如 采 用 直 接 求 解 器, 当 求 解 规 模 大 到 超 过 某 一 极 限 值 时, 求 解 时 间 可 能 忽 然 增 加 数 倍 或 十 几 倍 ) 或 者 无 法 满 足 求 解 时 必 需 的 内 存 容 量 而 软 件 自 动 退 出 的 情 况 从 软 件 层 面 考 虑,64 位 操 作 系 统 所 支 持 的 内 存 容 量 几 乎 可 以 满 足 各 种 规 模 有 限 元 分 析 的 需 求 ; 从 硬 件 层 面 上 讲, 主 流 的 Intel 公 司 与 AMD 公 司 的 CPU 均 支 持 64 位 技 术 因 此 笔 者 强 烈 建 议 用 户 安 装 64 位 操 作 系 统 及 64 位 版 的 ANSYS Workbench 15.0 软 件 16.0 版 仅 支 持 64 位 系 统 如 在 第 25 章 中 所 介 绍 的, 有 限 元 分 析 时, 计 算 机 的 内 存 容 量 是 决 定 能 否 求 解 或 者 能 求 解 多 大 规 模 的 必 要 性 条 件, 而 所 有 其 他 的 硬 件 性 能 ( 如 内 存 速 度 硬 盘 速 度 显 卡 速 度 CPU 浮 点 运 算 能 力 CPU 前 端 总 线 带 宽 硬 盘 容 量 主 板 的 扩 展 性 等 ) 都 是 充 分 性 条 件 一 样, 保 证 计 算 机 有 足 够 的 空 闲 内 存 容 量 用 于 求 解 是 第 一 位 的

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 ANSYS Workbench 15.0 软 件 的 安 装 需 要 采 用 管 理 员 身 份 登 录 操 作 系 统, 并 顺 序 安 装 软 件 安 装 难 度 不 高, 并 且 不 同 版 本 间 的 安 装 步 骤 几 乎 一 致 15.0 的 安 装 步 骤 较 12.1 等 老 版 本 略 显 简 化, 较 为 容 易 出 现 问 题 的 是 许 可 证 的 加 载 一 般 而 言 只 需 安 装 主 程 序 和 许 可 证 程 序, 而 无 需 安 装 适 合 于 多 机 联 网 并 行 求 解 所 用 的 MPI 程 序 等, 即 主 安 装 界 面 中 左 边 的 第 一 项 和 第 四 项 笔 者 第 一 次 安 装 ANSYS 12.1 的 时 候 花 费 了 3 天 时 间, 安 装 了 不 下 5 次 才 成 功 ; 现 在 安 装 ANSYS 15.0, 在 采 用 了 固 态 硬 盘 的 计 算 机 上 只 用 了 半 小 时 在 不 同 的 求 解 规 模 下, 15.0 的 求 解 时 间 比 14.5 平 均 快 约 10%, 因 新 版 的 ANSYS Workbench 融 入 了 最 新 的 软 件 技 术 与 算 法, 整 体 上 在 执 行 同 等 计 算 规 模 时 对 硬 件 的 需 求 较 老 版 本 更 低, 且 多 核 心 并 行 效 率 更 高, 故 选 择 高 版 本 的 软 件 在 一 定 程 度 上 是 帮 助 用 户 实 现 了 性 能 升 级 不 同 版 本 软 件 间 的 操 作 大 体 相 当, 选 择 教 材 时,12.1 13.0 14.0 14.5 15.0 都 可 以 满 足 大 部 分 情 况 新 版 教 材 主 要 对 新 功 能 和 新 思 想 进 行 介 绍 在 本 书 中, 笔 者 花 费 大 量 心 血, 以 自 己 实 际 使 用 ANSYS Workbench 15.0 软 件 的 经 验 和 学 习 有 限 元 技 术 的 方 法 为 特 色 进 行 重 点 讲 解 不 仅 仅 如 市 面 上 绝 大 多 数 教 程 一 样 对 ANSYS Workbench 15.0 软 件 的 使 用 方 法 进 行 介 绍, 更 在 书 中 遍 置 笔 者 的 实 践 经 验 技 巧 和 个 人 领 悟, 而 这 才 是 本 书 的 真 正 内 涵 所 在 注 意 : 由 于 本 书 包 含 的 信 息 量 极 大, 并 且 介 绍 的 很 多 知 识 是 可 以 在 不 同 产 品 或 不 同 应 用 下 通 用 的, 建 议 用 户 全 面 阅 读 全 部 内 容 后 逐 条 选 择 最 适 合 用 户 实 际 需 求 的 信 息 进 行 重 点 了 解 有 限 元 软 件 诞 生 后, 第 一 个 实 现 的 功 能 是 静 力 学 分 析, 也 是 计 算 结 构 力 学 分 析 领 域 中 最 基 础 的 应 用 方 向 有 限 元 软 件, 最 初 用 来 对 飞 机 结 构 进 行 数 值 模 拟 仿 真 就 CAE(Computer Aided Engineering, 计 算 机 辅 助 工 程 ) 程 序 而 言, 对 线 性 静 力 学 分 析, 在 技 术 层 面 上 早 已 不 是 难 题 可 能 存 在 的 问 题 通 常 限 于 对 大 型 问 题 的 方 便 建 模 和 有 效 求 解 在 静 力 学 分 析 中, 不 考 虑 结 构 的 惯 性 和 阻 尼 效 应, 其 用 于 荷 载 恒 定 或 变 化 速 率 不 明 显, 以 至 于 可 以 认 为 是 静 态 加 载 状 态 时 的 模 拟 开 始 第 一 个 分 析 案 例 前, 先 对 ANSYS Workbench 15.0 软 件 进 行 基 本 设 置 有 很 多 种 方 式 可 以 打 开 ANSYS Workbench 15.0, 最 常 用 的 方 式 是 单 击 开 始 Workbench 15.0, 如 图 1 1 所 示 也 可 以 使 用 单 击 开 始 所 有 程 序 ANSYS 15.0 Workbench 15.0 的 方 式 在 打 开 过 程 中, 会 弹 出 如 图 1 2 所 示 的 界 面 此 界 面 从 Workbench 13.0 以 后 就 几 乎 未 被 更 改, 其 左 下 角 显 示 当 前 内 部 插 件 的 开 启 过 程, 右 上 角 显 示 软 件 版 本 号 为 15.0 稍 等 约 半 分 钟 后 软 件 打 开 第 一 次 打 开 软 件 时 会 弹 出 欢 迎 界 面, 如 图 1 3 所 示 其 中 会 提 示 一 些 软 件 基 本 信 息 和 操 作 方 法 建 议 熟 练 后 关 闭 此 对 话 框, 以 减 少 操 作 步 骤 单 击 左 下 角 的 Show Getting Started Massage at Startup 按 钮, 再 单 击 OK 按 钮 注 意 :ANSYS Workbench 15.0 及 其 他 版 本 的 ANSYS 软 件 经 常 会 出 现 许 可 证 丢 失 的 问 题, 一 般 关 闭 软 件 重 新 打 开 即 可 打 开 设 置 菜 单 单 击 菜 单 栏 中 的 Tools( 工 具 ) Options( 设 置 ), 如 图 1 4 所 示 设 置 背 景 色 单 击 左 上 角 的 Appearance( 外 观 ) 背 景 色 主 要 根 据 个 人 习 惯 设 置 为 了 方 便 查 看, 笔 者 将 案 例 中 的 背 景 色 设 置 成 纯 白 色 ; ANSYS Logo (ANSYS 商 标 ) 设 置 成 Black ( 黑 色 ) ;Text Color( 文 字 颜 色 ) 设 置 成 蓝 色 纯 白 色 的 背 景 也 有 利 于 生 成 计 算 报 告 图 时 的 截 图 和 打 印, 如 图 1 5 所 示 2

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 图 1 1 打 开 软 件 图 1 2 程 序 开 启 界 面 图 1 3 欢 迎 界 面 图 1 4 软 件 设 置 图 1 6 所 示 为 笔 者 习 惯 的 背 景 色 设 置 在 Background Style( 背 景 风 格 ) 下 方 单 击 右 侧 的 下 拉 列 表 按 钮, 单 击 Diagonal Gradient( 梯 度 对 角 线 );Background Color( 背 景 色 ) 设 置 为 淡 淡 的 青 色, 如 图 1 6 所 示 图 1 5 图 形 背 景 设 置 图 1 6 设 置 习 惯 图 1 7 所 示 为 使 用 图 1 6 设 置 的 实 际 背 景 色 的 效 果 模 型 为 第 14 章 发 动 机 叶 片 周 期 扩 展 分 析 案 例 中 采 用 的 子 模 型 模 型 下 方 横 向 的 标 尺 实 时 显 示 了 当 前 视 角 下 的 尺 寸 ( 如 图 中 的 3

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 900mm) 右 下 角 全 局 坐 标 系 的 方 向 是 建 立 模 型 时 确 定 的 如 果 需 要 隐 藏 ANSYS Logo, 可 将 图 1 5 中 的 ANSYS Logo 栏 设 置 成 Off 开 启 测 试 模 式 测 试 模 式 (Beta Options) 是 调 用 ANSYS Workbench 平 台 中 尚 未 完 全 成 熟 的 软 件 功 能, 一 般 供 较 有 经 验 的 用 户 使 用, 以 帮 助 ANSYS 公 司 测 试 并 改 进 新 功 能 当 测 试 功 能 足 够 成 熟 稳 定 后, 会 在 最 新 版 本 的 ANSYS 软 件 中 成 为 正 式 功 能 单 击 左 上 角 的 Appearance( 外 观 ), 单 击 右 边 的 BetaOptions( 测 试 模 式 ), 如 图 1 8 所 示 图 1 7 习 惯 设 置 效 果 图 1 8 开 启 测 试 模 式 处 于 测 试 模 式 的 功 能 会 在 其 名 称 后 方 添 加 (Beta) 字 样 如 Workbench 15.0 中 的 形 状 优 化 模 块, 其 后 方 就 出 现 了 该 字 样, 代 表 其 部 分 功 能 还 处 于 测 试 阶 段 语 言 设 置 ANSYS 官 方 提 供 了 英 语 法 语 德 语 日 语 4 个 版 本 很 遗 憾, 软 件 出 品 44 年 来 没 有 官 方 的 中 文 版, 但 是 可 以 通 过 二 次 开 发 的 形 式 定 制 编 写 汉 化 的 界 面 笔 者 在 2011 年 7 月 初 学 ANSYS Workbench 12.1 时, 一 直 受 语 言 不 通 的 困 扰, 曾 经 设 置 成 日 文 版 使 用 了 三 个 月, 以 期 在 片 假 字 中 获 得 些 许 对 中 文 的 亲 切 感 无 论 如 何, 在 绝 大 多 数 用 户 无 法 使 用 中 文 界 面 的 情 况 下, 使 用 英 文 原 版 更 有 利 于 深 入 学 习 与 交 流 虽 然 在 初 学 阶 段 可 能 会 被 语 言 问 题 严 重 困 扰, 但 是 随 着 经 验 的 增 加 与 操 作 的 熟 练, 使 用 英 文 版 会 成 为 习 惯 并 且 常 用 的 英 文 词 汇 不 超 过 2000 个, 用 多 了 就 记 住 了 还 可 以 通 过 记 忆 词 汇 的 位 置 和 对 应 图 标 的 方 式 帮 助 记 忆 笔 者 2011 年 7 月 第 一 次 接 触 神 奇 的 ANSYS 软 件 是 源 自 当 时 哈 尔 滨 工 业 大 学 某 教 授 给 我 公 司 做 了 为 期 一 周 的 ANSYS 12.1 经 典 版 面 授 培 训 培 训 中 他 举 了 一 个 例 子, 曾 经 有 个 来 自 巴 基 斯 坦 的 留 学 生, 学 习 ANSYS 软 件 时 用 了 一 个 月 的 时 间, 通 过 自 学 其 帮 助 文 件 就 基 本 学 会 了 令 人 欣 慰 的 是, 当 模 型 数 据 带 有 中 文 或 将 计 算 文 件 保 存 到 中 文 目 录 时 或 者 模 块 中 使 用 中 文 标 题 等, 基 本 都 可 以 被 Workbench 完 全 识 别 例 外 的 是, 在 第 14 章 发 动 机 叶 片 周 期 扩 展 分 析 案 例 中 介 绍 了 使 用 Workbench 自 动 截 图 功 能 或 者 自 动 生 成 报 告 文 件, 将 截 图 另 存 时 保 存 目 录 出 现 中 文 字 样 会 报 错 设 置 语 言 可 单 击 Regional and Language Options( 语 言 设 置 ), 再 单 击 右 边 下 拉 菜 单 选 择 合 适 的 语 言, 如 图 1 9 所 示 并 行 计 算 设 置 数 值 模 拟 常 常 是 大 规 模 的 科 学 计 算, 一 般 依 靠 CPU 的 浮 点 计 算 能 力 进 行 偏 微 分 方 程 的 求 解, 硬 件 上 往 往 使 用 多 核 心 并 行 计 算 的 方 式 提 高 整 体 性 能 一 部 分 用 户 反 馈, 虽 然 使 用 了 具 有 多 核 心 CPU 的 计 算 机, 但 是 ANSYS Workbench 运 行 过 程 中 仍 然 只 使 用 了 一 个 核 心 如 采 用 4 核 心 8 线 程 的 CPU, 在 默 认 开 启 超 线 程 技 术 的 情 况 下 求 解 某 项 目, 在 系 统 4

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 的 任 务 管 理 器 中 查 看 CPU 占 用 率, 一 直 维 持 在 13% 左 右 的 水 平 上, 或 在 主 板 BIOS 中 关 闭 超 线 程 技 术 后 CPU 占 用 率 一 直 维 持 在 25% 左 右 这 可 能 是 在 ANSYS 软 件 中 未 开 启 多 核 心 并 行 计 算 功 能 的 原 因 单 击 Solution Process ( 求 解 核 心 数 ) Default Execution Mode ( 默 认 模 式 ), 其 默 认 为 Serial ( 串 行 ), 下 拉 选 择 Parallel( 并 行 ), 如 图 1 10 所 示 这 是 使 软 件 调 用 多 核 心 计 算 的 简 单 方 法 当 使 用 多 台 计 算 机 组 成 的 集 群 时,ANSYS 一 般 使 用 基 于 MPI 的 并 行 通 信 方 案 图 1 9 软 件 语 言 图 1 10 并 行 计 算 设 置 虽 然 已 经 在 此 处 开 启 了 并 行 计 算, 但 是 软 件 默 认 的 可 并 行 核 心 数 仅 是 2 对 于 绝 大 多 数 用 户 使 用 的 物 理 核 心 数 量 大 于 两 个 的 计 算 机, 单 纯 用 此 法 仍 无 法 完 全 发 挥 CPU 性 能, 需 要 手 工 设 置 核 心 数 量 单 击 Mechanical APDL( 机 械 设 计 APDL), 在 右 边 的 Processors( 核 心 数 量 ) 下 方 输 入 实 际 的 物 理 核 心 数 量, 此 处 暂 时 为 20 此 处 设 置 的 核 心 数 如 果 超 过 了 计 算 机 实 际 的 物 理 核 心 数, 求 解 时 软 件 会 发 出 警 告, 但 不 影 响 计 算 注 意 : 软 件 实 际 可 调 用 的 最 大 核 心 数 量 受 到 计 算 机 物 理 核 心 数 量 与 软 件 许 可 证 中 对 核 心 数 量 限 制 的 限 制 ( 一 般 为 8 个 物 理 核 心 ), 两 者 取 较 小 值 现 在, 几 乎 全 部 的 多 核 心 CPU 都 使 用 超 线 程 技 术, 以 增 强 部 分 应 用 下 的 执 行 效 率 笔 者 做 了 其 他 条 件 相 同 的 情 况 下, 是 否 开 启 CPU 的 超 线 程 技 术, 求 解 时 间 的 测 试 结 论 是 采 用 直 接 求 解 器 进 行 分 析, 关 闭 超 线 程 技 术 后, 会 较 默 认 开 启 时, 在 CPU 长 时 间 满 负 荷 运 行 的 求 解 时 节 约 10% 左 右 的 计 算 时 间 关 闭 超 线 程 技 术 需 要 在 计 算 机 开 机 的 硬 件 自 动 检 测 阶 段 进 入 BIOS 中 设 置 其 设 置 方 法 随 不 同 的 主 板 BIOS 而 略 有 差 异, 请 用 户 自 行 参 考 主 板 说 明 书 在 刚 刚 升 级 到 15.0 版 本 时, 笔 者 也 做 了 一 个 同 样 的 分 析 项 目, 不 同 网 格 数 量 下,14.5 版 与 15.0 版 求 解 时 间 的 对 比 测 试 结 论 是 15.0 大 约 比 14.5 快 10% 所 以 追 求 新 版 本 是 有 利 的 当 分 析 规 模 较 大 或 者 可 能 分 析 规 模 不 大, 但 是 求 解 所 需 的 内 存 容 量 超 过 计 算 机 实 际 的 内 存 容 量 时, 需 要 的 磁 盘 空 间 可 能 会 很 大, 需 要 设 置 一 个 较 大 的 工 作 空 间, 否 则 软 件 会 报 错 而 自 动 退 出 计 算 单 击 Mechanical APDL, 将 Database Memory( 数 据 库 空 间 ) 从 默 认 值 512MB 调 小, 最 小 为 32MB, 此 处 设 置 成 64MB, 并 将 Workspace Memory( 演 算 空 间 ) 的 容 量 从 默 认 值 1024MB 调 大 至 102400MB 计 算 机 通 过 内 存 条 得 到 物 理 内 存 ANSYS 运 行 时 除 了 需 要 物 理 内 存 空 间 外, 还 需 要 一 定 5

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 的 工 作 空 间 求 解 规 模 较 大 时,ANSYS 程 序 实 际 需 要 的 内 存 空 间 经 常 大 于 真 实 的 内 存, 额 外 的 内 存 即 为 虚 拟 内 存 ( 通 过 使 用 计 算 机 的 一 部 分 硬 盘 空 间 来 代 替 物 理 内 存 由 于 硬 盘 的 读 写 速 度 约 为 内 存 的 百 分 之 一, 当 程 序 不 得 不 调 用 虚 拟 内 存 时, 其 整 体 性 能 受 到 严 重 影 响, 以 至 于 可 能 的 求 解 时 间 是 内 存 空 闲 容 量 较 多 时 的 数 十 倍 ) 被 用 来 作 为 虚 拟 内 存 的 硬 盘 空 间 又 称 为 交 换 空 间 工 作 空 间 分 为 两 部 分 : 数 据 库 空 间 (Database Memory) 和 演 算 空 间 (Workspace Memory) 数 据 库 空 间 与 几 何 建 模 设 置 的 边 界 及 载 荷 等 数 据 有 关 ; 演 算 空 间 则 用 来 进 行 所 有 内 部 的 计 算, 如 单 元 矩 阵 的 形 成 布 尔 计 算 等 如 果 模 型 数 据 库 太 大, 导 致 数 据 库 空 间 不 足 时,ANSYS 程 序 就 会 调 用 虚 拟 内 存 ; 如 果 演 算 空 间 不 能 满 足 内 部 计 算 需 要 的 空 间, 则 ANSYS 程 序 会 分 配 额 外 的 内 存 去 满 足 其 需 要 Database 设 置 过 小, 还 会 导 致 读 取 结 果 文 件 时 间 过 长 设 置 位 置 如 图 1 11 所 示 图 1 11 并 行 核 心 数 模 型 接 口 设 置 要 具 有 与 其 他 软 件 之 间 的 模 型 接 口 功 能, 需 要 相 应 的 许 可 证 支 持 本 书 中 所 有 案 例 采 用 的 模 型 均 使 用 三 维 机 械 设 计 软 件 Solidworks 建 立, 并 导 入 ANSYS Workbench 15.0 平 台 计 算 Workbench 平 台 使 用 的 模 型 内 核 基 于 Parasolid (X T) 平 台 虽 然 Workbench 15.0 可 以 识 别 几 乎 全 部 建 模 软 件 建 立 的 模 型, 但 是 当 模 型 保 存 为 *.X T 格 式 时 具 有 最 好 的 识 别 精 度 与 速 度 建 议 使 用 其 他 软 件 建 立 分 析 模 型 的 用 户, 尽 量 将 模 型 另 存 为 此 格 式 如 果 遇 到 部 分 特 征 不 识 别 等 错 误 时, 也 可 以 尝 试 *.igs 或 *.spt 等 其 他 中 间 格 式 文 件 导 入 学 习 优 化 设 计 模 块 的 预 备 知 识 虽 然 使 用 中 间 格 式 可 以 提 高 物 理 模 型 的 识 别 精 度 与 速 度, 但 是 如 果 模 型 需 要 使 用 Workbench 优 化 设 计 模 块 进 行 模 型 特 征 数 据 识 别 时, 建 议 仍 使 用 建 模 软 件 默 认 的 格 式 导 入 注 意 : 不 是 所 有 的 模 型 特 征 数 据 都 能 被 识 别 默 认 情 况 下, 只 有 当 模 型 特 征 数 据 的 前 方 包 含 DS 字 样 时 才 可 以 被 识 别 如 果 模 型 是 使 用 Workbench 平 台 自 带 的 DM 模 块 建 立 的, 则 特 征 数 据 的 首 字 母 默 认 为 DS, 可 全 部 被 识 别 由 于 Solidworks UG Pro/e 等 三 维 机 械 设 计 软 件 在 建 模 能 力 与 操 作 易 用 性 方 面 均 远 超 ANSYS 自 带 的 DM 模 块 或 SCDM 模 块, 因 此 笔 者 放 弃 了 使 用 DM 模 块 建 立 物 理 模 型 的 方 式, 而 将 DM 模 块 仅 用 于 模 型 导 入 合 并 模 型 和 建 立 点 焊 之 用 当 然,SCDM 模 块 修 改 与 修 复 模 型 的 能 力 是 非 常 强 大 的 6

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 进 行 优 化 设 计 分 析 时, 需 要 将 模 型 的 尺 寸 等 特 征 数 据 被 Workbench 识 别, 并 依 照 一 定 的 优 化 算 法 迭 代 计 算, 找 到 最 优 解 而 默 认 的 其 他 软 件 ( 除 DM 模 块 外 ) 建 立 的 模 型, 由 于 特 征 数 据 的 标 题 与 Workbench 的 默 认 值 DS 不 同, 往 往 无 法 被 识 别 单 击 Geometry Import( 模 型 导 入 ), 在 右 边 的 Filtering Prefixes and Suffixes( 首 字 母 与 下 标 过 滤 ) 文 本 框 中 将 默 认 的 DS 字 样 删 除 这 样 Workbench 可 将 模 型 的 全 部 特 征 参 数 识 别, 如 图 1 12 所 示 图 1 12 模 型 接 口 如 果 需 要 进 行 参 数 化 的 特 征 数 量 较 少, 而 模 型 特 征 数 量 极 大, 建 议 用 户 在 设 置 如 尺 寸 等 参 数 的 时 候 将 其 修 改 成 方 便 识 别 的 名 称 在 大 量 的 尺 寸 参 数 中 找 到 需 要 进 行 参 数 化 的 特 征, 可 以 将 其 修 改 成 如 图 1 13 所 示 的 形 式 举 个 例 子, 将 Solidworks 软 件 中 默 认 的 尺 寸 特 征 D4@ 草 图 2 修 改 为 D4 需 要 参 数 化 的 @ 草 图 2, 尺 寸 数 据 为 70, 单 位 为 mm 将 模 型 导 入 一 个 分 析 模 块 后 单 击 Geometry 下 方 相 应 的 模 型 零 件, 即 可 在 Details of 1 1 ( 模 型 1 1 的 详 细 信 息 ) 下 的 CAD Parameters(CAD 参 数 化 ) 下 方 找 到 刚 刚 修 改 的 D4 需 要 参 数 化 的 @ 草 图 2, 尺 寸 数 据 仍 为 70, 单 位 为 mm 已 经 被 选 择 的 参 数 化 数 据 的 前 方 也 会 出 现 蓝 色 的 P(Parameters, 参 数 化 ) 字 样 再 次 单 击 它 会 删 除 选 择, 如 图 1 14 所 示 图 1 13 参 数 化 首 字 母 图 1 14 参 数 被 识 别 7

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 如 果 一 个 分 析 项 目 存 在 已 选 的 参 数 化 数 据, 回 到 项 目 管 理 区 时 会 出 现 如 图 1 15 所 示 的 效 果 在 静 力 学 分 析 模 块 下 方 增 加 了 B8 Parameters( 参 数 化 ) 定 制 化 工 具 箱 如 果 购 买 了 高 级 许 可 证, 在 Toolbox( 工 具 箱 ) 中 往 往 包 含 较 多 的 模 块 图 标 由 于 常 用 的 模 块 并 不 多, 为 了 看 起 来 更 加 清 爽, 可 以 不 显 示 部 分 模 块 的 图 标 单 击 项 目 左 下 方 的 ( 查 看 全 部 模 块 / 定 制 ) 按 钮, 在 右 边 弹 出 的 Toolbox Customization( 定 制 化 工 具 箱 ) 中 勾 选 需 要 的 图 标, 如 Modal( 模 态 分 析 模 块 ) 关 闭 时 单 击 左 下 方 的 Back( 回 退 ), 如 图 1 16 所 示 图 1 15 参 数 化 效 果 图 1 16 定 制 化 工 具 箱 第 二 个 设 置 并 行 核 心 数 量 的 位 置 : 需 要 进 入 一 个 分 析 模 块 后 方 可 设 置 双 击 Toolbox( 工 具 箱 ) 中 Analysis Systems( 分 析 系 统 ) 里 的 任 意 一 个 模 块, 如 图 1 16 中 的 Model( 模 态 分 析 模 块 ) 再 导 入 任 意 一 个 模 型, 以 方 便 进 入 分 析 模 块 中 进 行 设 置 打 开 模 态 分 析 模 块 后 Project Schematic( 项 目 管 理 区 ) 中 会 生 成 相 应 的 分 析 模 块, 其 中 A 代 表 第 一 个 模 块 A1 的 名 称 为 Model ( 模 态 分 析 模 块 ), 代 表 此 模 块 用 于 进 行 模 态 分 析 ; A2 Engineering Data ( 工 程 数 据 ) 内 包 含 分 析 所 需 的 材 料 属 性 的 设 置,Workbench 默 认 的 材 料 为 结 构 钢 ;A3 Geometry( 模 型 ) 代 表 分 析 所 用 的 物 理 模 型, 它 可 以 是 使 用 该 模 块 (DM 模 块 ) 建 立 的, 也 可 以 是 从 其 他 建 模 软 件 导 入 的 ;A4 Model( 有 限 元 模 型 ) 代 表 将 物 理 模 型 离 散 化 以 建 立 适 合 分 析 的 有 限 元 模 型, 通 常 称 之 为 画 网 格 ;A5 Setup( 荷 载 ) 代 表 加 入 到 有 限 元 模 型 上 的 荷 载 与 边 界 条 件 数 据 ;A6 Solution( 求 解 ) 求 解 设 置 与 对 有 限 元 模 型 方 程 组 的 计 算 ;A7 Results( 结 果 ) 对 计 算 完 成 的 结 果 进 行 提 取 和 分 析 从 1 到 7, 自 上 而 下 的 顺 序 操 作 也 是 一 个 基 本 有 限 元 分 析 所 需 要 的 流 程 右 击 A3 Geometry( 模 型 ) 并 选 择 Import Geometry( 导 入 模 型 ), 选 择 第 15 章 性 能 试 验 台 子 模 型 技 术 案 例 中 使 用 的 直 线 模 块 模 型, 单 击 直 线 模 块 s.x T 文 件, 此 处 出 现 的 几 个 模 型 文 件 是 在 之 前 的 分 析 中 已 被 使 用 的, 如 果 需 要 新 添 加 则 单 击 Browse( 浏 览 ) 选 项 进 行, 如 图 1 17 所 示 双 击 A4 Model( 有 限 元 模 型 ) 进 入 Design Simulation( 设 计 分 析 ) 模 块 模 态 分 析 模 块 属 于 DS 模 块 的 一 部 分, 如 图 1 18 所 示 进 入 后 单 击 DS 模 块 菜 单 栏 上 的 Tools( 工 具 ) Solve Process Settings( 求 解 过 程 设 置 ), 8

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 如 图 1 19 所 示 图 1 17 导 入 模 型 图 1 18 进 入 DS 模 块 单 击 Advanced( 高 级 设 置 ) 按 钮, 如 图 1 20 所 示 图 1 19 求 解 过 程 设 置 图 1 20 高 级 设 置 设 置 核 心 使 用 数 在 Max Number of Utilized Processors( 最 大 利 用 核 心 数 ) 后 方 输 入 计 算 机 实 际 的 物 理 核 心 数 量, 如 图 1 21 所 示 当 计 算 机 配 备 专 用 GPU 加 速 卡 以 及 相 应 的 驱 动 程 序 时, ANSYS 可 通 过 调 用 GPU 中 远 超 过 CPU 的 强 大 的 浮 点 计 算 能 力 来 帮 助 加 速 求 解, 需 要 13.0 以 上 的 64 位 版 软 件 在 此 设 置 GPU 加 速 当 然, 这 受 到 软 件 功 能 限 制 和 许 可 证 对 GPU 加 速 卡 数 量 的 限 制 有 关 GPU 加 速 求 解 的 知 识 在 第 29 章 中 详 细 介 绍 显 示 注 解 数 量 的 设 置 回 到 DS 模 块 的 菜 单 栏, 单 击 图 1 19 中 的 Options( 设 置 ) 选 项 如 果 加 载 的 荷 载 或 约 束 大 于 10 个, 默 认 会 仅 仅 显 示 前 10 个, 而 更 多 的 无 法 显 示, 如 图 1 22 所 示, 任 意 加 载 了 14 个 边 界 条 件 与 荷 载 后 只 能 显 示 前 10 个 有 时 这 会 丢 失 一 些 数 据 图 1 21 核 心 使 用 数 图 1 22 默 认 的 注 解 单 击 Options( 设 置 ) 左 边 的 Graphics( 如 图 1 22 所 示 ), 将 Max Number of Annotations to Show( 最 大 显 示 的 注 解 数 量 ) 后 方 设 置 成 更 大 的 数 值, 此 处 更 改 为 50 设 置 后 如 图 1 24 所 示, 已 全 部 显 示 了 14 个 边 界 条 件 及 荷 载 信 息 9

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 经 过 笔 者 测 试, 在 笔 记 本 1366 768 分 辨 率 屏 幕 下, 受 纵 向 分 辨 率 限 制, 最 多 只 能 显 示 23 个 注 解 如 需 显 示 更 多, 一 种 方 法 是 将 笔 者 台 式 机 的 EIZO 牌 15 英 寸 2048 1536 分 辨 率 液 晶 显 示 器 旋 转 90 度, 并 在 系 统 设 置 中 将 显 示 分 辨 率 设 置 成 纵 向 这 样 纵 向 分 辨 率 达 到 了 2048 像 素, 为 笔 记 本 的 约 3 倍, 就 可 以 显 示 更 多 的 注 解 了 图 1 23 最 大 注 解 数 量 图 1 24 更 改 后 的 注 解 注 意 : 可 能 这 是 ANSYS Workbench 15.0 中 的 一 个 BUG, 其 并 没 有 考 虑 到 可 能 在 某 项 分 析 中 加 载 了 数 量 较 多 的 荷 载 与 边 界 条 件 时 注 解 的 完 整 显 示 问 题 在 16.0 中 仍 有 此 问 题 第 三 个 设 置 并 行 核 心 数 量 的 位 置 : 画 网 格 时 的 多 核 心 并 行 计 算 15.0 之 前 的 早 期 Workbench 平 台 在 划 分 网 格 的 时 候 都 只 能 调 用 CPU 中 的 一 个 物 理 核 心 计 算, 这 是 一 种 无 奈 的 浪 费 虽 然 早 期 版 本 也 可 以 设 置 成 多 核 心 并 行, 但 是 并 行 效 果 不 好, 其 划 分 效 率 与 单 核 心 差 别 不 大 在 Workbench 15.0 平 台 中, 可 以 更 好 地 调 用 更 多 的 核 心 参 与 网 格 划 分 计 算, 使 得 前 处 理 操 作 效 率 大 大 提 高 官 方 的 宣 传 信 息 是 最 大 加 速 27 倍 在 Options( 设 置 ) 中, 单 击 左 边 的 Meshing( 网 格 ), 再 单 击 下 拉 菜 单 Meshing( 网 格 ), 在 右 边 的 Number of CPUs for Meshing Methods( 划 网 格 使 用 的 核 心 数 量 ) 和 Number of CPUs parallel Part Meshing( 网 格 并 行 核 心 数 ) 后 方 分 别 输 入 计 算 机 的 物 理 核 心 数 量 由 于 笔 者 笔 记 本 T6600 型 号 的 CPU 为 双 核 心, 此 处 设 置 为 2; 笔 者 台 式 机 XEON E3 1230 V2 型 号 的 CPU 为 四 核 心, 此 处 设 置 为 4 设 置 完 毕 后 单 击 OK( 确 定 ) 按 钮, 如 图 1 25 所 示 图 1 25 并 行 设 置 单 击 菜 单 栏 上 的 File( 文 件 ) Close Mechanical( 退 出 机 械 设 计 模 块 ), 如 图 1 26 所 示 至 此, 完 成 了 对 软 件 的 初 始 设 置 开 始 第 一 个 静 力 学 分 析 本 案 例 对 某 商 用 电 梯 的 钢 结 构 框 架 模 型 进 行 最 基 本 的 静 力 学 分 10

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 析 计 算, 通 过 加 载 重 力 加 速 度 荷 载 并 在 两 端 和 中 间 设 置 共 计 三 组 固 定 位 移 约 束, 以 计 算 其 在 自 重 下 的 变 形 量 由 于 初 学 者 最 需 要 的 是 对 工 作 流 程 的 熟 悉, 因 此 本 案 例 仅 介 绍 最 基 本 的 操 作 更 改 模 块 早 在 图 1 18 中 已 经 打 开 了 一 个 模 态 分 析 模 块 其 与 本 案 例 需 要 的 静 力 学 分 析 不 同, 需 要 更 换 模 块 一 般 可 以 右 击 A1 Model( 模 态 分 析 模 块 ) 并 在 下 拉 菜 单 中 选 择 Deltree ( 删 除 ) 命 令 删 除 不 需 要 的 模 块, 再 在 Toolbox( 工 具 箱 ) 中 拖 拽 出 一 个 新 的 静 力 学 分 析 模 块 其 实 也 可 以 直 接 在 不 需 要 的 模 块 上 更 改 右 击 模 态 分 析 模 块 左 上 角 的 黑 色 三 角 形 图 标 处, 在 下 拉 菜 单 中 单 击 Replace( 替 换 ) 需 要 的 Static Sturctural( 静 力 学 分 析 模 块 ), 如 图 1 27 所 示 更 改 模 型 右 击 更 换 为 静 力 学 分 析 模 块 的 A3 Geometry( 模 型 ) 项 目, 在 下 拉 菜 单 中 单 击 Replace Geometry( 替 换 模 型 ) Browse( 浏 览 ), 如 图 1 28 所 示 图 1 26 退 出 模 块 图 1 27 更 改 模 块 图 1 28 更 改 模 型 找 到 文 件 大 小 为 640KB 的 总 装 配 体 模 型, 单 击 打 开 按 钮, 如 图 1 29 所 示 导 入 后 模 型 如 图 1 30 所 示 图 1 29 打 开 模 型 11

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 另 一 种 导 入 模 型 的 方 式 需 要 安 装 三 维 软 件 ( 如 Solidworks 等 ) 与 Workbench 15.0 之 间 的 模 型 接 口, 并 且 需 要 专 用 的 许 可 证 打 开 模 型 打 开 Solidworks 软 件 和 需 要 的 模 型, 单 击 菜 单 栏 上 的 ANSYS 15.0 ANSYS Workbench, 如 图 1 31 所 示 图 1 30 导 入 后 的 效 果 图 1 31 另 一 种 导 入 方 法 第 三 种 方 式 是 通 过 DM 模 块 打 开 稍 等 几 分 钟 后 Workbench 15.0 打 开 并 在 Project Schematic( 项 目 管 理 区 ) 下 生 成 一 个 Geometry( 模 型 ) 单 击 Toolbox( 工 具 箱 ) 下 方 的 Static Structural( 静 力 学 分 析 模 块 ), 将 其 拖 动 到 A1 Geometry ( 模 型 ) 中 这 会 自 动 将 刚 刚 导 入 的 模 型 文 件 与 静 力 学 分 析 连 接, 如 图 1 32 所 示 之 后 会 在 右 边 生 成 一 个 B1 Static Structural( 静 力 学 分 析 模 块 ) 图 1 32 打 开 静 力 分 析 划 分 网 格 双 击 B4 Model( 有 限 元 模 型 ), 如 图 1 33 所 示 由 于 模 型 零 件 较 多, 导 入 过 程 花 费 了 近 10 分 钟 图 1 34 所 示 为 导 入 进 度 和 CPU 使 用 率 最 新 版 的 Workbench 15.0 的 并 行 计 算 能 力 得 到 了 提 升, 在 之 前 版 本 尤 其 是 14.0 之 前, 该 过 程 一 般 只 能 使 一 个 核 心 100% 运 行, 而 其 他 核 心 相 对 闲 置,15.0 中 大 部 分 时 候 可 以 让 更 多 的 核 心 满 负 荷 运 行 由 图 1 34 可 见, 导 入 过 程 中 的 大 部 分 时 间 CPU 占 用 率 都 在 70% 以 上 在 此 计 算 机 平 台 下 导 入 模 型, 几 乎 可 比 之 前 的 版 本 快 一 倍 进 度 条 下 方 的 F0103001 字 样 代 表 了 正 在 导 入 的 模 型 零 件 名 直 接 导 入 由 Solidworks 软 件 创 建 的 装 配 体 模 型, 其 包 含 的 数 据 量 较 大 在 不 执 行 优 化 设 计 分 析 时, 也 可 以 考 虑 将 其 另 存 为 X t(parasolid) 或 Igs 等 中 间 格 式 这 样 模 型 文 件 更 小, 导 入 速 度 也 会 快 很 多 倍 注 意 : 对 于 多 个 零 件 的 模 型 而 言, 导 入 后 零 件 之 间 的 连 接 关 系 会 被 Workbench 默 认 地 使 用 绑 定 接 触 连 接 当 接 触 数 量 很 多 时 会 极 大 地 增 加 运 算 量, 而 且 零 件 间 的 网 格 节 点 也 不 连 续, 非 常 容 易 出 现 应 力 奇 异 现 象 为 了 降 低 计 算 量, 可 以 在 DM 模 块 中 选 中 适 当 的 零 件, 再 使 用 Form 12

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 New Part( 合 并 为 新 部 件 ) 详 细 的 操 作 过 程 将 在 第 20 章 压 力 容 器 弹 塑 性 分 析 案 例 中 介 绍 图 1 33 划 分 网 格 图 1 34 导 入 进 度 案 例 仅 做 演 示, 划 分 网 格 时 暂 时 设 置 一 个 全 局 网 格 尺 寸 进 入 模 块 后 单 击 Outline( 分 析 树 ) 下 方 的 Mesh( 网 格 ), 向 下 在 Details of Mesh( 网 格 的 详 细 信 息 ) 下 方 点 开 Sizeing( 网 尺 寸 ), 在 下 方 的 Element Size( 单 元 尺 寸 ) 后 方 输 入 50mm, 单 击 菜 单 栏 上 的 Update( 刷 新 网 格 ) 按 钮, 如 图 1 35 所 示 注 意 :Outline( 分 析 树 ) 为 用 户 提 供 了 一 个 模 型 的 分 析 过 程, 包 括 模 型 材 料 网 格 荷 载 和 求 解 管 理 等 与 导 入 模 型 中 的 多 核 心 并 行 运 行 类 似, 多 核 心 并 行 划 分 网 格 功 能 也 是 Workbench 15.0 的 重 要 革 新 它 可 以 在 大 部 分 时 间 里 让 CPU 满 负 荷 参 与 计 算, 极 大 地 提 高 了 效 率 网 格 划 分 过 程 如 图 1 36 所 示 图 1 35 刷 新 网 格 图 1 36 正 在 划 分 网 格 划 分 完 成 后 可 以 查 看 网 格 数 量 统 计 信 息 单 击 Outline ( 分 析 树 ) 中 的 Mesh ( 有 限 元 模 型 ), 然 后 打 开 Details of Mesh( 网 格 的 详 细 信 息 ) 最 下 方 的 Statistics( 网 格 统 计 ), 可 以 看 到 该 有 限 元 模 型 的 Nodes( 节 点 数 ) 为 875864 个,Elements( 单 元 数 ) 为 159696 个, 属 于 中 等 规 模, 如 图 1 37 所 示 划 分 后 的 网 格 经 过 局 部 放 大 后 如 图 1 38 所 示 注 意 : 要 在 Workbench 平 台 的 各 个 模 块 下 局 部 放 大 显 示 模 型, 可 以 在 模 型 空 间 处 右 击 并 拖 动 划 出 需 要 局 部 放 大 部 分 的 矩 形 框, 然 后 放 开 鼠 标 如 果 拖 动 的 矩 形 框 有 一 部 分 位 于 左 上 角 13

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 的 项 目 标 题 附 近, 则 会 毫 无 放 大 反 应, 请 将 矩 形 框 适 当 远 离 标 题 放 大 模 型 也 可 以 使 用 滚 动 鼠 标 滚 轮 的 方 法 图 1 37 网 格 数 量 图 1 38 划 分 后 的 网 格 加 载 重 力 单 击 Outline( 分 析 树 ) 下 方 的 Static Structural( 静 力 学 分 析 ), 再 单 击 菜 单 栏 上 的 Inertial( 惯 性 荷 载 ) Standard Earth Gravity( 标 准 地 球 重 力 ), 如 图 1 39 所 示 图 1 40 所 示 为 默 认 重 力 加 速 度 加 载 的 方 向 其 与 本 案 例 中 需 要 的 相 反, 需 要 将 其 反 向 旋 转 图 1 39 加 载 重 力 图 1 40 自 重 方 向 注 意 :Workbench 平 台 下 自 重 加 载 后 的 箭 头 方 向 与 经 典 版 ANSYS 中 的 不 同 在 经 典 版 中 是 加 载 一 个 方 向 向 上 的 加 速 度 效 应, 以 模 拟 重 力 产 生 的 向 下 的 力 ; 而 在 Workbench 平 台 中, 改 为 更 符 合 常 识 的 向 下 加 载 更 改 重 力 方 向 单 击 Details of Standard Earth Gravity( 标 准 地 球 重 力 的 详 细 信 息 ) 中 的 Direction( 方 向 ), 下 拉 选 择 +Z, 如 图 1 41 所 示 注 意 : 该 方 向 以 模 型 坐 标 系 为 准 坐 标 方 向 需 要 参 考 模 型 空 间 右 下 角 图 1 42 所 示 为 更 改 后 的 方 向, 其 与 实 际 相 同, 更 改 成 功 施 加 约 束 在 电 梯 框 架 两 端 分 别 施 加 固 定 位 移 约 束, 并 在 框 架 接 近 中 部 的 支 撑 面 上 施 加 另 一 个 固 定 位 移 约 束, 以 模 拟 其 实 际 的 连 接 固 定 状 态 单 击 Outline( 分 析 树 ) 下 方 的 Static Structural( 静 力 学 分 析 ), 按 住 Ctrl 键 分 别 单 击 框 架 顶 部 的 两 个 固 定 面, 单 击 菜 单 栏 上 的 Supports( 支 撑 ) Fixed Support( 固 定 位 移 约 束 ), 如 14

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 图 1 43 所 示 图 1 41 更 改 方 向 图 1 42 更 改 成 功 注 意 : 固 定 位 移 约 束 是 将 约 束 所 属 范 围 内 全 部 方 向 的 自 由 度 约 束 如 与 实 际 状 态 不 同, 需 要 使 用 其 他 方 式 的 约 束 图 1 43 施 加 约 束 下 面 列 出 一 些 约 束 的 解 释 Displacement( 位 移 约 束 ) : 用 于 在 顶 点 边 或 者 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 被 约 束 不 设 定 某 方 向 ( 显 示 Free) 意 味 着 该 方 向 可 以 自 由 运 动 Remote Displacement( 远 端 位 移 ) : 允 许 在 远 端 加 载 平 动 和 旋 转 位 移, 默 认 位 置 为 几 何 模 型 的 质 心, 可 以 使 用 整 体 坐 标 系 或 局 部 坐 标 系 Frictionless Support( 无 摩 擦 约 束 ): 在 面 上 施 加 法 向 约 束 Compression Only Support( 只 压 缩 约 束 ): 在 给 定 的 表 面 施 加 法 向 仅 有 压 缩 的 约 束 由 于 不 确 定 是 否 存 在 压 缩 面 的 行 为, 需 要 迭 代 求 解 判 断 哪 个 表 面 表 示 了 压 缩 行 为, 为 非 线 性 问 题 Cylindrical Support( 圆 柱 约 束 ) : 施 加 在 圆 柱 表 面, 可 以 指 定 轴 向 径 向 或 切 向 约 束 该 约 束 仅 用 于 线 性 分 析 Simply Support( 简 支 约 束 ) : 仅 用 于 面 体 或 线 体 模 型 的 3D 模 拟, 可 以 施 加 在 梁 或 壳 的 边 或 顶 点 上, 限 制 平 移, 但 是 所 有 旋 转 都 是 自 由 的 Fixed Rotation( 固 定 转 动 约 束 ): 可 以 施 加 在 壳 或 梁 的 顶 点 边 或 表 面 上, 约 束 旋 转 但 不 限 制 平 移 15

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 Elastic Support( 弹 性 支 撑 约 束 ): 允 许 在 面 或 边 上 根 据 弹 簧 行 为 产 生 移 动 或 形 变 弹 性 支 撑 基 于 定 义 的 基 础 刚 度, 即 产 生 基 础 单 位 法 向 变 形 的 压 力 值 在 模 型 底 部 表 面 同 样 施 加 一 组 固 定 位 移 约 束, 如 图 1 44 所 示 模 型 中 部 的 约 束, 为 了 节 约 篇 幅 暂 不 介 绍, 其 加 载 方 法 同 上 本 案 例 仅 查 看 自 重 下 的 变 形 值 单 击 Outline( 分 析 树 ) 下 方 的 Solution( 分 析 ), 再 单 击 菜 单 栏 上 的 Deformation( 变 形 ) Total( 总 变 形 ), 如 图 1 45 所 示 图 1 44 另 一 个 约 束 图 1 45 变 形 结 果 准 备 工 作 已 经 完 成, 保 存 项 目 文 件 再 进 行 求 解 单 击 File( 文 件 ) Save Project( 保 存 项 目 文 件 ), 如 图 1 46 所 示 由 于 有 限 元 分 析 过 程 中 或 者 结 束 后 会 形 成 巨 大 的 结 果 文 件, 故 需 要 将 项 目 文 件 保 存 在 磁 盘 空 间 较 大 的 位 置 一 般 留 有 100GB 的 空 间 即 可 满 足 绝 大 多 数 的 情 况 在 弹 出 的 对 话 框 中 暂 时 将 项 目 名 保 存 为 2, 单 击 保 存 按 钮, 如 图 1 47 所 示 图 1 46 保 存 文 件 图 1 47 命 名 并 保 存 检 查 各 项 设 置 无 误 后 单 击 菜 单 栏 上 的 Solve( 求 解 ) 按 钮 依 照 分 析 规 模 和 计 算 机 硬 件 的 不 同, 小 规 模 分 析 的 求 解 时 间 以 分 钟 为 单 位 计 时 ; 大 规 模 分 析 时, 以 小 时 或 天 为 单 位, 如 图 1 48 所 示 求 解 过 程 中 或 完 成 后 可 以 查 看 求 解 信 息 单 击 Outline( 分 析 树 ) 下 的 Solution Information ( 求 解 信 息 ), 在 右 边 的 Worksheet( 工 作 表 ) 中 可 以 查 看 求 解 进 度 和 错 误 信 息, 如 图 1 49 所 示 尤 其 是 计 算 报 错, 提 示 error( 错 误 ) 时, 仔 细 查 看 非 常 冗 长 的 求 解 信 息 是 找 到 错 误 原 因 和 解 决 错 误 的 重 要 渠 道 16

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 图 1 48 求 解 在 Worksheet ( 工 作 表 ) 最 下 方 显 示 了 求 解 时 间 等 信 息 其 中 Maxmum total memory allocated ( 最 大 内 存 分 配 数 ) 为 9808MB, 约 为 10GB 这 意 味 着 本 计 算 至 少 需 要 配 备 16GB 内 存 的 计 算 机 才 可 以 保 证 内 存 有 足 够 的 空 闲 空 间 用 于 求 解 ( 相 对 地, 硬 盘 光 盘 U 盘 等 属 于 外 存 ), 而 不 出 现 性 能 瓶 颈, 严 重 拖 累 其 他 高 速 部 件 性 能 的 发 挥, 浪 费 宝 贵 时 间 的 情 况 ;Elapsed Time ( 消 耗 的 时 间 ) 是 查 看 求 解 消 耗 多 少 时 间 的 重 要 信 息 该 计 算 在 笔 者 XEON E3 1230 V2 版 本 CPU 和 双 通 道 16GB 内 存 台 式 机 上 的 求 解 时 间 为 2603 秒, 约 43 分 钟, 如 图 1 50 所 示 经 验 表 明, 使 用 隐 式 算 法 时, 许 多 问 题 的 计 算 成 本 大 致 与 自 由 度 数 的 平 方 成 正 比, 而 且 磁 盘 空 间 和 内 存 需 求 和 以 相 同 方 式 增 长 ; 使 用 显 式 算 法 时, 计 算 时 间 与 单 元 数 量 成 正 比, 且 大 致 与 最 小 单 元 尺 寸 成 反 比, 而 磁 盘 空 间 和 内 存 需 求 与 单 元 数 量 成 正 比, 而 与 单 元 尺 寸 无 关 用 户 可 以 根 据 实 际 情 况 进 行 估 计 图 1 49 求 解 信 息 图 1 50 求 解 时 间 结 果 处 理 为 了 让 很 微 小 的 结 构 变 形 显 得 更 明 显, 可 以 使 用 放 大 功 能 单 击 Outline ( 分 析 树 ) 下 方 的 Total Deformation( 总 变 形 ), 再 单 击 Result( 结 果 ) 后 方 的 下 拉 菜 单 也 可 以 直 接 在 空 白 处 输 入 放 大 比 例 的 系 数 该 处 为 放 大 5.7e003=5700 倍, 如 图 1 51 所 示 图 1 52 所 示 为 放 大 后 的 变 形 情 况 其 最 大 变 形 量 为 0.44414mm 由 于 中 部 有 约 束 的 存 在, 整 体 变 形 呈 现 阶 梯 状 在 ANSYS 中, 总 的 变 形 结 果 等 于 X Y Z 三 个 方 向 变 形 值 平 方 的 和 的 开 方 也 可 以 显 示 模 型 未 变 形 时 的 轮 廓 和 最 大 值 的 位 置 单 击 菜 单 栏 上 Show Undeformed Model ( 显 示 未 变 形 模 型 ) 右 侧 的 Max( 最 大 值 ) 图 标 如 模 型 较 为 复 杂, 则 开 启 此 模 式 所 需 要 的 生 成 时 间 稍 长, 如 图 1 53 所 示 如 果 需 要 查 看 任 意 点 的 变 形 值, 则 可 以 单 击 右 边 的 Probe( 探 17

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 针 ), 在 模 型 感 兴 趣 的 位 置 单 击, 即 可 显 示 该 点 的 变 形 值 图 1 51 放 大 比 例 图 1 52 变 形 结 果 图 1 54 所 示 为 该 后 处 理 的 效 果 图 1 53 未 变 形 模 式 图 1 54 后 处 理 的 效 果 保 存 并 退 出 计 算 完 成, 单 击 File ( 文 件 ) Save Project ( 保 存 项 目 文 件 ) Close Mechanical ( 关 闭 机 械 设 计 模 块 ), 如 图 1 55 所 示 图 1 55 保 存 并 退 出 18

电 梯 框 架 静 力 学 分 析 案 例 第 1 章 回 到 项 目 管 理 区, 单 击 File( 文 件 ) Exit( 退 出 ), 如 图 1 56 所 示 图 1 56 退 出 平 台 如 果 项 目 文 件 稍 有 改 变, 在 退 出 Workbench 平 台 时 还 会 提 示 一 次 保 存, 应 单 击 Yes( 确 认 保 存 ) 按 钮, 如 图 1 57 所 示 图 1 57 确 认 保 存 图 1 58 所 示 为 使 用 14.5 版 本 的 Workbench 平 台 对 相 同 模 型 划 分 网 格 时 的 CPU 使 用 率 网 格 划 分 的 大 部 分 时 间 可 让 笔 记 本 的 双 核 心 CPU 使 用 率 保 持 在 60% 左 右 与 图 1 36 的 几 乎 全 负 荷 运 行 比 较, 该 版 本 对 CPU 计 算 能 力 的 利 用 率 低 于 15.0 的 水 平 图 1 58 老 版 本 划 分 网 格 19

ANSYS Workbench 结 构 工 程 高 级 应 用 注 意 : 有 限 元 工 程 师 的 四 种 境 界 类 似 于 道 德 经 中 所 说 的 道 法 术 器 道 : 为 规 律 理 念 信 念 ; 法 : 为 正 式 颁 布 的 成 文 法 律 以 及 惩 罚 制 度 ; 术 : 是 君 主 驾 驭 臣 民, 使 之 服 从 于 统 治 的 政 治 权 术 ; 器 : 为 所 使 用 的 工 具 和 手 段 道 以 明 向, 法 以 立 本, 术 以 立 策, 器 以 成 事 易 经 系 辞 中 有 形 而 上 者 谓 之 道, 形 而 下 者 谓 之 器 道 而 虚, 器 则 实 对 于 结 构 工 程 师 而 言, 力 学 原 理 有 限 元 原 理 振 动 理 论 等 是 道, 各 种 计 算 软 件 和 硬 件 为 器 以 道 驭 器, 方 能 得 心 应 手, 以 不 变 应 万 变 只 注 重 器 的 技 法, 而 不 总 结 升 华 为 道, 未 免 有 些 盲 目, 有 些 低 效 率 对 于 软 件, 此 器 非 彼 器, 所 以 操 作 上 有 着 些 许 的 差 别 通 过 熟 悉 器 来 逐 渐 捉 摸 道, 继 而 达 到 以 道 驭 器, 才 是 更 高 层 次 的 境 界 力 学 为 本, 软 件 为 用, 本 立 则 道 生 而 术 和 法 都 是 中 间 层 级 的 境 界 只 热 衷 于 在 软 件 中 如 何 点 选 鼠 标 是 舍 本 逐 末 的 雕 虫 小 技, 但 又 是 初 学 者 的 必 经 之 路 以 此 之 上, 掌 之 其 道, 方 能 游 刃 有 余 保 存 项 目 文 件, 退 出 Workbench 15.0 平 台 至 此, 本 案 例 完 20