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。
關鍵詞： ANSYS；機械；結(jié)構(gòu)分析；應用
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的大型通用CAE軟件，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級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，通過應力、應變云圖直觀展示構(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力分布。
①創(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；
�、鄄榭唇Y(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)設計中，設計人員可以根據(jù)仿真分析的結(jié)果進一步了解機構(gòu)的性能特點，主動地尋求最佳設計方案，使產(chǎn)品的設計更為合理，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]，其技術涵蓋多個學科領域。隨著發(fā)展，ANSYS提供的機械工程仿真技術將越來越成熟。設計人員以真正耦合的方式使用 ANSYS技術，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注和應用。
參考文獻：
[1]谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學專業(yè)教學中的應用[J].中國冶金教育，2013（4）.
[2]莫維尼.有限元分析：ANSYS理論與應用[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)化設計在機械設計中的應用[J].應用技術，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.
