熊安平

摘 要：在目前的工程實踐工程中，往往需要用的一種實用的分析技術(shù)——機械結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。而在計進行算機平臺進行機械結(jié)構(gòu)分析時，有一款具有強大分析功能的軟件，即ANSYS。它在大型有限元進行分析時擁有自己的擅長之處，可以提供強大的后臺支持。通過ANSYS在實際工程實踐的過程中，對幾個典型例子的揣摩，詳細(xì)地總結(jié)出了該軟件在結(jié)構(gòu)分析時的基本原理與仿真的建立過程。以此為基礎(chǔ)對該軟件的推廣與發(fā)展趨勢進行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：機械；結(jié)構(gòu)設(shè)計；ANSYS；CAE

ANSYS作為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計軟件中比較高級的CAD工具之一，它的后臺基礎(chǔ)應(yīng)用非常之強大，可以為設(shè)計提供強大的平臺支持。特別的是該軟件以有限元分析為基礎(chǔ)，可以對單位的軟件進行更為專業(yè)和準(zhǔn)確的分析。以上這些因素都是其成為大型CAE軟件所具有的優(yōu)勢。具體的來說，ANSYS具備了完備的結(jié)構(gòu)分析功能模塊，具體又包括幾何、材料以及運動力學(xué)的線性和非線性分析計算能力，這些強大的基礎(chǔ)模塊，使ANSYS在結(jié)構(gòu)的分析上具備了更加完善和全面的能力。在實際的應(yīng)用過程中，我們會遇到各種各樣的是實際的問題，而有些問題是無法通過人工的分析得到具體的解決方案，并且難以在短時間內(nèi)進行經(jīng)驗的總結(jié)。而通過ANSYS軟件進行建模，然后仿真計算，通過軟件分析得出的圖形，我們可以直觀的得到解決問題的理論依據(jù)和經(jīng)驗總結(jié)。以下我們將通過對實際例子的分析，清理出ANSYS 結(jié)構(gòu)分析的基本方法和分析過程，并對其今后的發(fā)展趨勢進行探索和研究。

一、 ANSYS 軟件計算分析的原理

通過對被分析實體的仿真，得到一個虛擬的模型之后，再對這個整體進行拆分，分出有限個相互獨立但是又有關(guān)聯(lián)的單元。將完整個體看作是在節(jié)點處相關(guān)聯(lián)的一組單元的集合體，然后再通過軟件對進行節(jié)點之間進行關(guān)聯(lián)函數(shù)的編寫，將自由的單個個體鏈接起來，再次形成一個新的整體。這個步驟完成之后，可以獨立的對單元進行分析，然后匯總所有單元的力學(xué)、幾何結(jié)果，得到整個問題的模擬解決方案。然后對抽象的函數(shù)結(jié)果進行解讀，就可以完整的得到整個問題的實際解決方案。

ANSYS軟件支持各種類型問題的分析。這些問題包括最簡單的靜態(tài)分析，也有復(fù)雜的動態(tài)、瞬間變化、非線性問題等等。然而不論何種問題，軟件不同于人工操作之處便在于，軟件在實行的過程中，具有更加明確的標(biāo)準(zhǔn)和邏輯，以及解決問題的一套完整流程。同時，ANSYS可以對不同的有限元進行分析，其基本的分析過程包括以下幾個步驟：

（一）建立較準(zhǔn)確的有限元仿真模型

（二）對確定的單元進行載荷情況下的分析

（三）對上一步驟的結(jié)果進行分析，得到邊界條件

（四）查看結(jié)果，并對結(jié)果進行分析和檢驗

二、ANSYS分析流程

（一）模型簡化

解決實際問題時需要建立實體的模型，而模型的簡易程度將會直接影響到問題的速度和難度。所以我們有必要對模型進行簡化，并且盡量做到合理。要求技術(shù)人員要具備一定的力學(xué)知識，以及實際的工作經(jīng)驗。

（二）網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格的劃分也需要注意劃分的合理性。要根據(jù)模型的簡易程度進行劃分，在結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的地方盡量細(xì)致的劃分，將所有可能的情況盡量考慮在內(nèi)，并在模型內(nèi)表示出來。對結(jié)構(gòu)影響不大的區(qū)域，可以通過經(jīng)驗適當(dāng)?shù)膶W(wǎng)格監(jiān)護，以減少分析的時間和人工的工作量。

（三）正確選用單元形式

在單元的劃分上，ANSYS擁有豐富的分類。而在具體的單元上也有其自己的特色。在實際解決問題的，如何合理的選擇這些單元就變得非常棘手，不同的選擇會導(dǎo)致千差萬別的結(jié)果。

（四）確定邊界

不同的結(jié)構(gòu)在分析、計算之后會得到不同的邊界條件。而不同的邊界條件又代表了不同的結(jié)構(gòu)模型。而我們在進行仿真的過程中，需要對邊界條進行正確的應(yīng)用。而且，我們要對一些特殊的結(jié)構(gòu)進行格外的重視，例如，對稱結(jié)構(gòu)、反對稱結(jié)構(gòu)、循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)等。在ANSYS中，有一個專門的模塊可以對邊界條件進行分析，它就是MPC。在需要表達(dá)不同的邊界條件時，我們就可以利用這個模塊。與此同時，一定要重視邊界條件對結(jié)果的影響。

三、工程實例分析

（一）鋼架實體有如下的物理及幾何數(shù)據(jù)

1.鋼架頂面可承受1000N/m2的均布載荷；

2.在固定方式下，鋼架材料的彈性模量為2.1伊，1011N/m2，泊松比為0.3。

（二）要求：分析鋼架的變形及應(yīng)力分布

1.創(chuàng)建如下的幾何模型及有限元進行分析。

2.對模型添加載荷之后，進行求解。

3.查看結(jié)果。

以上軟件應(yīng)用實例簡單介紹了ANSYS在機械結(jié)構(gòu)分析中的基本原理和步驟。通過引用ANSYS到實際的設(shè)計過程中，我們可以根據(jù)仿真得到的結(jié)果進行準(zhǔn)確的分析，從而了解到機構(gòu)的各種特性。據(jù)此得到最經(jīng)濟合理的解決方案，從而使問題得到解決，改進了產(chǎn)品的特性。

四、ANSYS在機械結(jié)構(gòu)分析中的發(fā)展趨勢

隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及工業(yè)投入的加大，ANSYS軟件已廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。尤其，在重工業(yè)的作用尤為突出。隨著改革的不斷的深化以及經(jīng)濟不斷的發(fā)展，ANSYS軟件將不斷地改進、成熟。在可以預(yù)見的將來，它會不斷地綜合各個學(xué)科以及不同的領(lǐng)域進行仿真。同時，用戶可以通過專業(yè)的培訓(xùn)更深入的鉆研，從而游刃有余地解決更多種類的問題，處理更為棘手的情況。綜上所述，ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件將會變得越來越普及，在各個行業(yè)中起到更加重要的作用。

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