ANSYS軟件在機械結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
摘要： 在工程實踐中，機械結(jié)構(gòu)分析是一種常用的分析工具。ANSYS作為大型有限元分析軟件在結(jié)構(gòu)分析方面具有強大的功能。本文結(jié)合典型實例介紹了ANSYS在機械與結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，詳細闡述了ANSYS結(jié)構(gòu)分析的基本方法和分析仿真過程，探討了ANSYS軟件在機械結(jié)構(gòu)分析中的發(fā)展趨勢。
Abstract： In engineering practice， the mechanical structure analysis is common used analytical tool. ANSYS as a large finite element analytical software has powerful features in structural analysis. Combined with typical examples， this paper introduces the application of ANSYS in mechanical and structural engineering， elaborates the basic methods and simulation of ANSYS structural analysis， and discusses the development trends of ANSYS software in mechanical and structural analysis.
關(guān)鍵詞： ANSYS；機械；結(jié)構(gòu)分析；應(yīng)用
Key words： ANSYS；machinery；structural analysis；application
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）03-0203-02
0 引言
ANSYS是一款以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一[1]。ANSYS中的Structral模塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性、材料非線性、各種動力學分析等計算能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強大的功能。在實際生產(chǎn)過程中，常常會遇到各種各樣的機械結(jié)構(gòu)分析問題：如機械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等。利用ANSYS軟件對機械模型進行仿真模擬計算，通過應(yīng)力、應(yīng)變云圖直觀展示構(gòu)件的性能特點，從而為解決機械結(jié)構(gòu)中常見的問題提供理論依據(jù)。ANSYS仿真分析的結(jié)果可以幫助設(shè)計人員對實際生產(chǎn)方案作出準確的判斷，節(jié)省物力財力，為提高生產(chǎn)效率及縮短設(shè)計研發(fā)周期的產(chǎn)生有很大的作用。本文結(jié)合典型工程實例介紹了ANSYS結(jié)構(gòu)分析的基本方法和分析過程，且對ANSYS軟件在機械結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展趨勢進行了探討。
1 ANSYS軟件計算分析的原理
ANSYS軟件計算分析的原理是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限多個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限數(shù)量的節(jié)點，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一個插值函數(shù)來表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，進而利用彈性力學、固體力學、結(jié)構(gòu)力學等力學中的變分原理去建立用以求解節(jié)點未知量的有限元方程，從而將一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題[2]。求解后就可以利用解得的節(jié)點值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個集合上的場函數(shù)。
2 ANSYS機械結(jié)構(gòu)分析的步驟
用戶可以使用ANSYS軟件進行不同類型的分析。從簡單的線性、靜態(tài)分析，到復雜的非線性、瞬態(tài)分析，無論什么類型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS軟件具有多種有限元分析的能力，一個典型的ANSYS分析過程可分為以下三個步驟[3]：①創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元 （節(jié)點及單元）；②施加載荷進行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；③查看結(jié)果。包括查看分析結(jié)果；檢驗分析是否正確。
ANSYS 機械結(jié)構(gòu)分析的具體步驟如圖1所示。
3 工程實例分析
立體鋼架頂面承受1000N/m2的均布載荷，鋼架通過兩個孔的內(nèi)表面固定在墻上，鋼架材料的彈性模量為2.1×1011N/m2，泊松比為0.3，分析鋼架的變形及應(yīng)力分布。
�、賱�(chuàng)建立體鋼架幾何模型及有限元模型，如圖2、3；
�、诩虞d求解，如圖4；
③查看結(jié)果，如圖5、6、7。
通過以上例子闡述了ANSYS在機械結(jié)構(gòu)分析中的基本原理和步驟，將ANSYS用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員可以根據(jù)仿真分析的結(jié)果進一步了解機構(gòu)的性能特點，主動地尋求最佳設(shè)計方案，使產(chǎn)品的設(shè)計更為合理，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能[4]。
4 ANSYS在機械結(jié)構(gòu)分析中的發(fā)展趨勢
目前，ANSYS軟件已廣泛應(yīng)用于機械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業(yè)及科學研究[5]，其技術(shù)涵蓋多個學科領(lǐng)域。隨著發(fā)展，ANSYS提供的機械工程仿真技術(shù)將越來越成熟。設(shè)計人員以真正耦合的方式使用 ANSYS技術(shù)，可獲得符合現(xiàn)實條件的解決方案，而綜合多物理場產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個耦合物理場進行仿真與分析。ANSYS軟件可讓用戶更深入地鉆研，從而解決更多種類的問題，處理更為復雜的情況。因此，ANSYS產(chǎn)品以其靈活的仿真性能將會被越來越廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。
參考文獻：
[1]谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學專業(yè)教學中的應(yīng)用[J].中國冶金教育，2013（4）.
[2]莫維尼.有限元分析：ANSYS理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[3]鄧凡平.ANSYS 12有限元分析自學手冊[M].北京：人民郵電出版社，2011.
[4]黃一江.ANSYS結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2013（4）.
[5]劉偉，高維成等. ANSYS12.0寶典[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2010.
