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ANSYS Mechanical高級結構力學分析 - 功能特色與解決方案
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作者:shbasewin
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發(fā)布時間: 2019-11-18
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功能特色
完備的分析功能
以結構力學分析為主，涵蓋線性、非線性、靜力、動力、疲勞、斷裂、復合材料、優(yōu)化設計、概率設計、熱及熱結構耦合、壓電等分析中幾乎所有的功能。
快速求解大型模型能力
ANSYS結構求解加入了并行算法來加快求解速度：整個求解過程采用并行處理，包括剛度矩陣生成，線性方程組求解和結果計算都采用并行處理。
并且提供基于GPU的獨特技術。該技術與并行計算結合可以進一步提高計算速度。
具有出色的加速比，能在數(shù)百個處理器上實現(xiàn)萬億次浮點計算。另外，高級技術包括子結構（CMS），子模型和專有加速技術可有效解決大型模型處理難題。
穩(wěn)健的非線性分析
利用單元和材料技術的堅實基礎，提供穩(wěn)定先進的非線性求解計算方法，并提供先進的功能，用戶可以模擬各種非線性物理現(xiàn)象。
? 材料模型庫
為準確理解材料的力學行為，ANSYS在仿真材料庫中添加了大量的材料模型, 包括：彈性、粘彈性、塑性、粘塑性、蠕變、超彈性，墊片和各向異性等方面。客戶可以采用諸如金屬、橡膠、塑料、玻璃、泡沫、混凝土、生物材料和特殊合金等本構模型。
? 零件間相互作用關系
強健、完整的接觸類型包括面-面，線-面和線-線接觸適用于剛體、柔性體接觸中可考慮零件間相互滑動引起的各向同性及各向異性的摩擦計算。
? 復雜問題的強健求解算法
ANSYS結構力學求解器提供了多種方程求解方案。包括直接稀疏矩陣求解、共軛梯度迭代求解(PCG)，雅可比共軛梯度求解 (JCG)等。
? 創(chuàng)建自定義單元和材料
較高級應用和研究需要自定義材料和自定義的單元形式，采用ANSYS工具，通過使用自定義單元可以擴充原有功能，自定義材料或自定義子程序可創(chuàng)建自定義模型，如摩擦等。
接觸磨損分析
獨特的CAD-CAE協(xié)同及網(wǎng)格技術
? 雙向參數(shù)互動的CAD接口
CAD設計與CAE仿真，實現(xiàn)模型共享，設計參數(shù)雙向關聯(lián)。
? 智能網(wǎng)格生成器
全自動六面體網(wǎng)格劃分技術將復雜的模型自動生成六面體為主的網(wǎng)格。
可以根據(jù)分析類型直接把網(wǎng)格劃分成結構網(wǎng)格、電磁網(wǎng)格、CFX流體網(wǎng)格、LS-DYNA或AutoDyn顯式網(wǎng)格。
可以在多個CPU上對各個零部件逐一劃分網(wǎng)格，分網(wǎng)效率大幅提升，串行分網(wǎng)提升高達4倍，并行分網(wǎng)速度提升高達27倍。
高級求解方案
? 剛柔體分析
ANSYS Mechanical可分析復雜的承受大范圍運動的零件裝配體，例如：車輛懸架系統(tǒng)，加工過程中的機器人操作手，飛機起落架系統(tǒng)。為更快更有效地解決此類問題，ANSYS提供了多剛體動力分析模型。
? 轉子動力學
轉子動力學主要運用于旋轉機械的分析和診斷，該功能通常用于發(fā)動機、汽輪機、汽車發(fā)動機、計算機磁盤等分析。轉子動力學可有效計算結構臨界速度和不平衡荷載。
ANSYS具有模態(tài)和瞬態(tài)分析功能，對應梁、殼、實體單元，通過生成Campbell圖來確定單盤或多盤系統(tǒng)的臨界速度。通過界面輸入外部軸承特征數(shù)據(jù)來建立軸承模型。對具有旋轉對稱性的幾何模型模態(tài)和諧響應分析，通過建立周期對稱模型可有效減少計算時間。
? 復雜接觸條件下的振動分析（剎車制動嘯叫分析）
制動盤產(chǎn)生大量持續(xù)的摩擦引起的振動，最直接的結果就是制動嘯叫，這對工程師及研究人員而言，都是個挑戰(zhàn)。
使用ANSYS技術，用戶可通過復特征值求解確定不穩(wěn)定模態(tài)。三種不同的模態(tài)計算方法提供不同準確性及計算速度之間的多種選擇，包括考慮不同水平的預應力狀態(tài)。
耦合場分析功能
Mechanical支持直接和間接耦合，包括流體-結構-傳熱-電磁的多場耦合。
ANSYS工具可幫助你計算熱-結構，熱-電，壓電和聲學影響，使用耦合單元可進行全部自由度的強耦合分析。
強大的腳本自動化任務
獨特的參數(shù)化設計語言APDL使用靈活，擴展了ANSYS Mechanical的應用能力。工程師可采用APDL自動執(zhí)行任務，建立自己的參數(shù)化模型、執(zhí)行優(yōu)化設計，以及構造適應的網(wǎng)格。
完備的分析功能
以結構力學分析為主，涵蓋線性、非線性、靜力、動力、疲勞、斷裂、復合材料、優(yōu)化設計、概率設計、熱及熱結構耦合、壓電等分析中幾乎所有的功能。
氣動載荷作用下飛機整機強度分析
使用鉸接、彈簧和接觸功能
快速求解大型模型能力
ANSYS結構求解加入了并行算法來加快求解速度：整個求解過程采用并行處理，包括剛度矩陣生成，線性方程組求解和結果計算都采用并行處理。
并且提供基于GPU的獨特技術。該技術與并行計算結合可以進一步提高計算速度。
具有出色的加速比，能在數(shù)百個處理器上實現(xiàn)萬億次浮點計算。另外，高級技術包括子結構（CMS），子模型和專有加速技術可有效解決大型模型處理難題。
懸架動力分析(2.5千萬DOF)
穩(wěn)健的非線性分析
利用單元和材料技術的堅實基礎，提供穩(wěn)定先進的非線性求解計算方法，并提供先進的功能，用戶可以模擬各種非線性物理現(xiàn)象。
? 材料模型庫
為準確理解材料的力學行為，ANSYS在仿真材料庫中添加了大量的材料模型, 包括：彈性、粘彈性、塑性、粘塑性、蠕變、超彈性，墊片和各向異性等方面。客戶可以采用諸如金屬、橡膠、塑料、玻璃、泡沫、混凝土、生物材料和特殊合金等本構模型。
? 零件間相互作用關系
強健、完整的接觸類型包括面-面，線-面和線-線接觸適用于剛體、柔性體接觸中可考慮零件間相互滑動引起的各向同性及各向異性的摩擦計算。
? 復雜問題的強健求解算法
ANSYS結構力學求解器提供了多種方程求解方案。包括直接稀疏矩陣求解、共軛梯度迭代求解(PCG)，雅可比共軛梯度求解 (JCG)等。
? 創(chuàng)建自定義單元和材料
較高級應用和研究需要自定義材料和自定義的單元形式，采用ANSYS工具，通過使用自定義單元可以擴充原有功能，自定義材料或自定義子程序可創(chuàng)建自定義模型，如摩擦等。
鎳鈦形狀記憶合金材料模擬
接觸磨損分析
PCG求解器速度隨CPU數(shù)量增加求解速度基本線性加快
獨特的CAD-CAE協(xié)同及網(wǎng)格技術
? 雙向參數(shù)互動的CAD接口
CAD設計與CAE仿真，實現(xiàn)模型共享，設計參數(shù)雙向關聯(lián)。
? 智能網(wǎng)格生成器
全自動六面體網(wǎng)格劃分技術將復雜的模型自動生成六面體為主的網(wǎng)格。
可以根據(jù)分析類型直接把網(wǎng)格劃分成結構網(wǎng)格、電磁網(wǎng)格、CFX流體網(wǎng)格、LS-DYNA或AutoDyn顯式網(wǎng)格。
可以在多個CPU上對各個零部件逐一劃分網(wǎng)格，分網(wǎng)效率大幅提升，串行分網(wǎng)提升高達4倍，并行分網(wǎng)速度提升高達27倍。
高級求解方案
? 剛柔體分析
ANSYS Mechanical可分析復雜的承受大范圍運動的零件裝配體，例如：車輛懸架系統(tǒng)，加工過程中的機器人操作手，飛機起落架系統(tǒng)。為更快更有效地解決此類問題，ANSYS提供了多剛體動力分析模型。
? 轉子動力學
轉子動力學主要運用于旋轉機械的分析和診斷，該功能通常用于發(fā)動機、汽輪機、汽車發(fā)動機、計算機磁盤等分析。轉子動力學可有效計算結構臨界速度和不平衡荷載。
ANSYS具有模態(tài)和瞬態(tài)分析功能，對應梁、殼、實體單元，通過生成Campbell圖來確定單盤或多盤系統(tǒng)的臨界速度。通過界面輸入外部軸承特征數(shù)據(jù)來建立軸承模型。對具有旋轉對稱性的幾何模型模態(tài)和諧響應分析，通過建立周期對稱模型可有效減少計算時間。
? 復雜接觸條件下的振動分析（剎車制動嘯叫分析）
制動盤產(chǎn)生大量持續(xù)的摩擦引起的振動，最直接的結果就是制動嘯叫，這對工程師及研究人員而言，都是個挑戰(zhàn)。
使用ANSYS技術，用戶可通過復特征值求解確定不穩(wěn)定模態(tài)。三種不同的模態(tài)計算方法提供不同準確性及計算速度之間的多種選擇，包括考慮不同水平的預應力狀態(tài)。
彈射座椅瞬態(tài)沖擊響應
葉片盤的周期對稱振動分析
耦合場分析功能
Mechanical支持直接和間接耦合，包括流體-結構-傳熱-電磁的多場耦合。
ANSYS工具可幫助你計算熱-結構，熱-電，壓電和聲學影響，使用耦合單元可進行全部自由度的強耦合分析。
強大的腳本自動化任務
獨特的參數(shù)化設計語言APDL使用靈活，擴展了ANSYS Mechanical的應用能力。工程師可采用APDL自動執(zhí)行任務，建立自己的參數(shù)化模型、執(zhí)行優(yōu)化設計，以及構造適應的網(wǎng)格。
