ANSYS基本模块介绍

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1、wordANSYS简介开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案 通用仿真 电磁分析 流体力学 行业化分析 模型建造 设计分析 多目标优化 客户化 结构分析解决方案 结构非线性强大分析模块 Mechanical 显式瞬态动力分析工具 LS-DYNA 新一代动力学分析系统 AI NASTRAN 电磁场分析解决方案 流体动力学分析 行业化分析工具 设计人员快捷分析工具 仿真模型建造系统 多目标快速优化工具 CAE客户化及协同分析环境开发平台 ANSYS StructureANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS家族产品的整体优势，更专注于

2、结构分析技术的深入开发。除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。ANSYS Structure产品功能 非线性分析 几何非线性 材料非线性 接触非线性 单元非线性动力学分析 模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态 瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法响应谱分析- 单点谱- 模态 - 谐相应 - 单点谱 - 多点谱谐响应分析随机振动叠层复合材料非线性叠层壳单元高阶叠层实体单元特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置图形化- 图形化定义材料截面- 3D

3、方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果Tsai-Wu失效准则求解器 迭代求解器-预条件共轭梯度(PCG)-雅可比共轭梯度 (JCG)-非完全共轭梯度(ICCG)自然模态 直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器特征值- 分块 Lanczos法- 子空间法- 凝聚法- QR阻尼法(阻尼特征值)并行求解器 分布式并行求解器-DDS-自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群不同的CPU（或节点）求解- 支持不限CPU数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高 代数多重网格求解器-AMG- 支持多达8个CPU的共享式并行机- CPU每增加一倍，求解速度提高8

4、0- 对病态矩阵的处理性能优越, , 屈曲分析 线性屈曲分析 非线性屈曲分析 热循环对称屈曲分析断裂力学分析 应力强度因子计算 J积分计算 裂纹尖端能量释放率计算大题化小P单元技术子结构分析技术子模型分析技术设计优化优化算法- 子空间迭代法- 一阶法多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析拓扑优化二次开发特征 ANSYS参数化设计语言(APDL) 用户可编程特性（UPF） 用户界面设计语言(UIDL) 专用界面开发工具（TCL/TK） 外部命令概率设计系统(PDS)十种概率输入参数参数的相关性两种概率计算方法- 蒙特卡罗法*直接抽样* Latin

5、 Hypercube抽样- 响应面法*中心合成*Box-Behnken设计支持分布式并行计算可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度*Statistics* LHistogram* Sample Diagram- 输出参数的失效概率* Cumulative Function* Probabilities- 离散性灵敏度*Sensitivities* Scatter Diagram* Response Surface前后处理(AWE) 双向参数互动的CAD接口 智能网格生成器 各种结果的数据处理 各种结果的图形及动画显示 全自动生成计算报告支持的硬软件平台 paq Tru64 UNIX He

6、wlett-Packard HP-UX IBM RS/6000 AIX Silicon Graphics IRIX Sun Solaris Windows: 2000,NT,XP LinuxANSYS MultiphysicsTM MultiphysicsANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力

7、学到MEMS等各类工程结构。ANSYS MultiphysicsTM的图形用户界面以方便仿真流程而设计，例如“函数编辑器”可方便地输入各类函数载荷，材料定义图形界面可大大简化各类非线性材料的输入，对象相关的结果查看器大大方便了后处理过程。 ANSYS MultiphysicsTM产品功能 结构分析功能 线性非线性几何非线性 材料非线性 单元非线性 接触非线性 静力分析动力分析瞬态动力模态 谐相应 谱 随机振动屈曲分析拓扑优化 计算流体动力学 稳态/瞬态 可压缩/不可压缩层流/湍流牛顿流/非牛顿流自由/强迫/混合对流共轭固体/流体传热面-面辐射传热多组分输运自由表面风扇模型与分布阻尼固定/旋转参

8、考系电磁分析 静电场静磁场低频电磁谐波分析 瞬态分析 高频电磁谐波分析 模式分析 电路分析电磁耦合分析图形及后处理 求解过程中自动绘制收敛曲线热分析 稳态/瞬态热分析 热传导 热对流 热辐射 热焓相变声学 全耦合液固分析 近场与远场 谐波分析、瞬态分析、模态分析 耦合场分析热/结构耦合液/固耦合静电/结构耦合静磁/结构耦合声/固耦合热/电耦合热/磁耦合流体/热耦合流体/电磁耦合压电分析机械电路仿真MEMS求解器迭代求解器预条件共轭梯度（PCG） 雅可比共轭梯度求解器 (JCG) 非完全Cholesky共轭梯度求解器(ICCG) 直接求解器系数矩阵求解器 波前求解器(wavefront) 特征值

9、求解器分块Lanczos法 子空间法 凝聚法 QR阻尼法（阻尼特征值） CFD专用求解器预条件共轭残差(PCCR) 预条件广义最小残差(PGMR) 预条件双共轭梯度(PBCG) 三对角矩阵算法（TDMA） 云图、等值线图、矢量图、切片图、粒子轨迹图和动画流体计算结果的自动压力和剪应力积分结果查询和拾取，3D注释轴对称、周期对称等计算结果的3D结果扩展透明图、表面纹理支持BMP、 EPS、 TIFF、 JPEG、 VRML、 WMF、EMF等标准图形格式硬件平台paq Tru64 UNIXHewlett-Packard HP-UXIBM RS/6000 AIXSilicon Graphics I

10、RIXSun SolarisIntel workstations (Windows2000/NT 4.0/XP Linux) ANSYS LS_DYNA LS_DYNA LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。 由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序(包括显式板成

11、型程序)的基础代码。1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA,其最新版本970版。PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理为LS-POST。LS-DYNA功能特点LS-DYNA程序版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序。它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主

12、，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）;军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。分析能力材料模式库(140多种)单元库接触方式50多种汽车行业的专门功能初始条件、载荷和约束功能自适应网格剖分功能ALE和Euler列式SPH算法边界元法隐式求解不可压缩流场分析多功能控制选项前后处理功能支持的硬件平台热分析LS-DYNA应用领域汽车工业航空航天国防工业电子领域制造业建筑业石油工业其它应用LS-DYNA行业应用实例 LS-DYNA的全球用户1000多家，遍布世界发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门

13、，在航空航天、汽车、国防工业、石油工业、核工业、电子工业、船舶工业等领域的应用深入广泛，解决了许多理论和实验分析所不能解决的问题，有力的促进了各行业的技术发展，产生了深远的影响。 AI*NASTRAN大型复杂结构的新选择ANSYS公司成立新的开发部门，摒弃旧Nastran体系的弊病，在ANSYS先进构架下重新建立新一代动力分析系统AI Nastran。AI Nastran 除了完全兼容其他Nastran的数据文件外，由于采用新的程序架构，在求解效率方面有明显优势。由于采用世界顶级的前后处理器AI Environment，在功能性方面和易用方面较其他Nastran软件也有巨大提高。其强大的动力学

14、分析功能和ANSYS Mechanical强大的非线性分析功能优势互补，形成世界最强的结构分析软件。AI*NASTRAN产品特性分析类型静力分析 - 有惯性释放的静力- 微分刚度- 分段线性- 循环对称- 线性屈曲换热 - 稳态（线性和非线性）- 瞬态（线性和非线性）- 角系数的计算结构动力学- 一般模态- 频率响应（直接和模态）- 瞬时响应（直接和模态）- 复杂特征解（直接和模态）- 般微分刚度模态- 一般循环对称模态子结构分析- 部件综合模态材料类型 各向同性正交各向异性各向异性复合材料单元类型一维ROD, BEAM, BAR, ELBOW, BEND, CONROD 二维 QUAD4、

15、TRIA3、SHEAR, QUAD8, TRIA6三维 HEXA, HEX8, PENTA, TETRA 轴对称 TRIARG, TRAPRG, TORDRG, TRIAAX, TRAPAX 弹簧 ELAS1, ELAS2, ELAS3, ELAS4 刚性 RROD, RBAR, RBE1, RBE2, RBE3, RSPLINE, RTEPLT 专用 oMASSi, CONM1, CONM2, GENEL, DMI, VISC 加载和边界类型静力分析- 加载 o 点 o 压力 o 重力 o 温度 o 分布 - 边界条件 o 单点 o 多点 o 强迫位移 动力学分析- 加载 o 时域 o 频域

16、 - 边界条件 o 单点o 多点 o 强迫运动 静态加载类型传统NASTRAN特性广围分析类型 通用的方程求解器强大的单元库NASTRAN结构的数据格式模块程序结构 DMAP求解器波音计算机服务（BCS） 库 - Sparse对称求解器 - 非对称求解器 - Lanczos（实和复特征）标准NASTRAN求解器 - Symmetric DEP - Inverse Powers with Shifts - Givens - Modified Givens - Householder - FEER前/后处理器 - AI*Environment - FEMAP - I-DEAS - HyperMes

17、h电磁场分析解决方案*低频电磁分析模块EMAG：采用有限元、边界元等方法对旋转机械（电动机、发电机）、传感器和执行器、换能器和变压器系统、微机电系统（MEMS）等进行电磁场仿真，并可以与ANSYS其他模块一起进行多能量领域的耦合仿真，全面满足用户需要。*高频电磁FEM法专用软件EMAX：采用有限元法的高频电磁分析模块，具有直观、流程化的用户界面，工程化的界面语言，采用有限元法全波求解技术，可分析谐振、传播、辐射和散射等问题。在高频电磁器件分析方面独具特色。* 高频电磁MOM/PO/UTD混合法专用软件FEKO：以全波分析技术矩量法（MOM）为基础，结合物理光学法（PO）、一致性几何绕射理论（U

18、TD）和快速多极子法（FMMA），尤其适用于电大尺度问题的电磁计算。在天线设计与布局、RCS、EMC分析方面独具优势。ANSYS EMAG在电子、电气工程中，电磁场仿真具有重要意义。ANSYS/Emag采用有限元、边界元等方法对旋转机械（电动机、发电机）、传感器和执行器、换能器和变压器系统、微机电系统（MEMS）等进行电磁场仿真，并可以与ANSYS其他模块一起进行多能量领域的耦合仿真，全面满足用户需要。ANSYS EMAG产品功能 静电场 - 高阶H单元和自适应P单元 - H单元和P单元 - Trefftz区域远场 - 开放边界 - 电容计算和提取 - 电场力计算 - 网格随移和重划 H单元主

19、要通过增加网格密度来提高计算精度，P方法通过自动改变单元的阶次来满足设定的计算精度要求。对于具有大纵横比的结构（典型应用领域为具有多薄层的IC和MEMS结构），使用混合有限元边界元技术的Trefftz方法，可以实现用较少网格精确仿真静电场问题，实现对分布式电容的提取。ANSYS具备先进的静电结构耦合功能，从而可直接耦合计算电场力结构变形。同时，结构变形尤其是大变形后会引起电场计算模型的尺度变化，ANSYS的网格随移和重划功能为这种耦合计算的精确性提供了技术上的保障。静电场分析功能可以在高压开关、高压输电设备、电子产品防击穿、电子产品电容提取等领域发挥重要作用。 电流传导分析 - 复杂导体结构中

20、的电流分布 - 焦耳热生成 - 将计算出的分布电流作为磁场分析的激励条件 在微电子封装领域，不同的封装工艺要求对各种IC引脚的焊接方式、焊点形状、材料进行电流传导模拟，并分析其周围的磁场分布情况。 用电磁方法进行含杂质金属冶炼、分解、搅拌等过程中，大电流的具体分布、周围感应场的分析、能源损耗等需要进行电流传导和焦耳热生成的计算分析。 静磁场和低频交流、瞬态磁场分析 - 基于节点解的二维和三维矢量位方法 - 基于棱边元的三维矢量位方法 - 针对不同连通域和材料组成的三维标量位方法（DSP、RSP、GSP方法） - 线性材料和非线性材料（程序自带/用户输入）- 谐波分析和时变瞬态激励分析 - 绞线

21、圈和块导体 - 速度效应 - 电流和电压激励 - 麦克斯韦方法与虚功方法计算电磁力和力矩 - 线圈电阻、电感和磁链 - 储能及共能 - 感生电流分布、涡流，启动电流- 功耗（铜损、铁损） 在高电压、大电流等操作人员难以到达的控制平台中，以及自动控制发展的需要，往往采用电磁铁等继电设备开关，需要进行电磁力等分析。在电机领域，需要根据永磁体、静态、交流等不同加载分析电机的力矩特性、材料饱和、极齿形状等对电机性能的影响，也需要根据控制电路，对电机运行情况进行分析，并给出静止、启动和运行状态下的各种指标。ANSYS磁场分析功能和控制电路功能可以进行上述各种分析。在分析中，充分考虑到磁性材料的复杂性，A

22、NSYS材料库在提供部分标准材料特性的基础上，允许用户输入特殊非线性材料曲线，并保存供下次分析调用。在三维矢量问题中，针对铁磁材料和永磁材料的连通情况，提供了基于不同简化方法的差分标量位方法（DSP）、减缩标量位方法（RSP）和通用标量位方法（GSP），在相同分析精度的情况下，提高了分析速度。对于需要更高精度的分析计算时，除了采用基于节点的方法以外，还提供基于棱边元的方法，可以更为准确地处理诸如复杂形状电流加载等问题。对采用绞线圈的加载情况，还提供绞线圈单元，通过说明实常数来描述不同的线圈形式。对于电机等分析对象中含用导条等块导体的情况，采用块导体单元进行模拟。对于运动部件切割磁力线产生的反电

23、动势，可以通过设置单元的速度效应属性来进行控制。根据分析和工程实际的要求，提供基于电流和电压的加载方式，还可以根据复杂的控制电路，耦合加载点到二维或三维有限元区域，进行多相、多电路单元的控制电路加载。磁场求解后，可以在后处理中得到使用麦克斯韦方法和虚功方法计算的电磁力和力矩；可以计算绞线圈等部件的线圈电阻、电感和磁链，可以得到不同部件的储能及共能（非线性材料饱和会导致共能几倍于储能）；可以生成直接耦合到结构和温度场分析的力和焦耳热；并得到感生电流的分布和涡流损耗、线圈损耗等。电路分析和电磁场电路耦合（场路耦合）分析- 类似SPICE模式的电路单元- 电阻、电容、电感、二极管等各种元器件- 电压

24、和电流源（含受控源）- 机电耦合单元- 鼠标点击的电路创建工具- 任意复杂放置模拟电路- 与有限元区域的绞线圈和块导体耦合- 静态、谐波和瞬态分析通常，诸如电机、变压器、电磁开关等分析对象的场特性是与其外部连接电路相关的，有限元分析时需要考虑电路的一体化建模和分析。ANSYS提供类似SPICE模式的电路建模方式，模拟包括电阻、电容、电感、独立源、受控源在的线性电路和包含二极管、齐纳二极管在的非线性电路。ANSYS自带的电路创建工具可以通过图形化的电路示意图，协助用户方便的建立电路分析模型，直接对有限元场分析区域施加电压、电流等激励载荷，真正实现电路和有限元区电磁场分析的耦合。由于基于计算机仿真

25、，因此各个元器件可以任意放置，计算机自动判别其串连、并联形式，并通过计算得到各个节点的电压、电流值。在ANSYS过节点耦合，可以实现电路与包含了非线性材料在的绞线圈和块导体有限元区域的耦合。粒子跟踪和其他- 电场和磁场分析中的带电粒子轨迹- 用户自定义单元、文件、宏命令、子程序- ANSYS参数化设计语言(APDL)- 并行处理- 优化设计和灵敏度分析- 随机有限元分析（概率设计）- 在进行电场和磁场分析后，ANSYS可以实现对带有一定电荷、质量和初速度的粒子的运动轨迹进行跟踪。综上，ANSYS提供了一整套用于静态、交流、瞬态低频电磁场分析的完整工具，可以用于静电场、静磁场、电磁场、电路、电流

26、传导等各种分析领域，可以计算各种电磁结构的电磁力、力矩、电感、电阻、电容和焦耳热、场泄漏、饱和、电场强度、磁场强度等各种关心的参数。并可以方便的和ANSYS的结构场、温度场、流体场等分析模块进行无缝耦合。ANSYS EMAXANSYS Emax是ANSYS公司的高频电磁场分析产品。应用领域包括：射频/微波无源器件，射频/微波电路，电磁干扰与电磁兼容(EMI/EMC)，天线设计和目标识别。ANSYS/Emax支持有限元计算区域所有结果的静态和动画显示。包含：电磁场强度、品质因素、S参数、电压、特征阻抗、雷达截面积（RCS）、模型区域的远场和近场、天线方向图、焦耳热损耗。在ANSYS Emax7.

27、0开始，提供快速扫频的方法。现最新版本为。用户界面- 合乎思维习惯的分析流程- 几何体、设置项分层分级树状显示- 几何建模中的“UNDO”功能- 菜单驱动式界面几何建模- 多种实体原型- 高级几何原型多种预设波导模式- 参数化实体模型- 默认附带IGES格式和ICEM CFD的TETIN格式输入- 各种CAD软件接口CATIA 4（and STL）SDRC I-DEASPro/EngineerUnigraphics SolidworksCAADS-5- 复杂模型六面体、四面体自动划分单元- 切向矢量单元- 一阶和二阶单元- 三维六面体、金字塔、四面体单元- 支持并行处理的单元（共享存式并行处理

28、，SMP）激励- 矩形波导、圆形波导、同轴线、平行板波导激励- 平面波激励- 磁场面源- 电场面源- 线电压源- 电流源：点源、线源、面源、体源材料- 有耗/无耗材料- 各向同性和正交各向异性材料- 复数形式的介电常数和导磁系数- 带频率响的材料属性边界条件- 理想导电体（PEC）- 理想导磁体（PMC）- 阻抗边界条件（IBC）- 自动生成的理想匹配层（PMA）仿真类型- 模式分析：腔体- 时谐分析：电磁波传播、辐射、散射- S参数提取的快速扫频分析后处理功能- 电磁场矢量图、云图- 腔体谐振频率- 品质因素Q- 网络S参数- 焦耳热生成- 端口功率- 电压、电流和阻抗- 近场解和远场展开值

29、- 雷达散射截面积（RCS）- 天线方向图- Touch Stone格式的S参数输出FEKO对于具有广大市场需求的高频电磁场领域，除了计算常规的电小尺寸的问题外，在雷达目标识别、天线辐射、多天线及载体耦合等领域还需要能够解决电大尺寸辐射、散射、传播问题的电磁场分析工具。基于有限元方法(FEA)的EmagHF、Emax、以及其它基于差分法等的高频电磁分析工具在处理这类开放域的问题时需要对传播空间划分网格，需要在距离分析对象周围相当距离的位置设置具有一定层数、一定厚度的吸收边界条件，由于这些参数的设置对用户有较高的工程经验要求，并难于在当前计算机硬件条件下实现大规模问题的分析。因此，ANSYS公司

30、推出了Emax的补充工具，具有矩量法（MM）计算核心，能够混合物理光学方法（PO）和一致性几何绕射理论（UTD）等高频方法的针对电大尺寸问题的计算模块FEKO。FEKO是德语Feldberechnung bei Korpernmit beliebiger Oberflache(任意复杂电磁场计算)首字母的缩写。正如产品名称所说，本产品用于复杂形状三维物体的电磁场分析。由于FEKO基于严格的积分方程方法，用户无需对传播空间进行网格划分；由于积分方程基于格林函数构建，用户无需设置吸收边界条件；只要硬件条件许可，矩量法（MM）可以求解任意复杂结构的电磁问题。对于超电大尺寸的问题，使用FEKO的混合方

31、法来进行仿真模拟：对于关键性的部位使用矩量法（MM），对其他重要的区域（一般都是大的平面或者曲面）使用PO或者UTD。另外，对PO方法，FEKO使用了棱边修正项和模拟凸表面爬行波的福克电流来提高模拟精度。这样，FEKO真正实现了MM方法和PO/UTD的混合，可以根据不同的电磁问题，对混合方法进行不同围的组合，可以根据用户的需要进行快速精确的电磁计算，得到满意的精度和速度。FEKO中如下技术的运用使矩量法能处理大围的各种复杂实际工程问题:- 用于多层介质的平面格林函数- 用于处理介质体的面积分方程（面等效原理SEP）和体积分方程（体等效原理VEP）- 介质涂敷线段、薄介质基片、球格林函数等- 用

32、于模拟真实地面的集总反射系数近似/Sommerfeld积分- 快速多极子（FMM）和多层快速多极子（MLFMM）解算方法使用FEKO的高频方法，根据计算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，可以求解成百上千个波长的电磁问题。同时，由于电磁波工程实用频率总是在不断攀升的，待分析的电磁问题的电尺寸也越来越大，FEKO提供了单机多CPU并行、多机网络并行等程序版本以及支持大存（最大可达到16GB）运行的UNIX版本等，以满足工程实用需要FEKO的高频方法，根据计算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，可以求解成百上千个波长的电磁问题。同时，由于电磁波工程实用频率总是在不断攀升的，待分析的电磁问题的电

33、尺寸也越来越大，FEKO提供了单机多CPU并行、多机网络并行等程序版本以及支持大存（最大可达到16GB）运行的UNIX版本等，以满足工程实用需要。利用其独特计算技术，FEKO可以处理各种复杂材料构成的均匀背景介质、分层介质问题，可以考虑地面、海面的反射效果，可以考虑微带电路、微带天线等多层结构问题，可以计算电磁场强度、S参数、电压、输入阻抗、雷达截面积（RCS）、远场和近场、天线方向图、增益、极化、特殊吸收比（SAR）等，并做结果的云图、矢量、动画、切片显示。在ANSYS统一的前后处理器（ANSYSPrepPost）中，可以方便地建立诸如飞机、舰船、导弹、坦克、汽车等复杂分析对象的高频电磁计算

34、模型（几何模型和MM/PO/UTD网格模型）。也可以直接输入各种高级CAD软件（如UG、Pro/E、CATIA等）创建的几何模型，然后再自动剖分网格，避免电磁分析人员在构建几何模型方面花费过多时间。FEKO的时域电磁场分析功能通过傅氏变化和逆变换来实现时域和频域的转换，并提供了多种常用的电磁脉冲激励模式（诸如高斯脉冲、三角脉冲、双指数脉冲、斜坡函数等）。对于工程中的宽频响应分析，采用分段步进或者自适应频率选择，来得到频带响应。FEKO独具特色的自适应频率采样（AFS）技术使其具有快速而精确的扫频计算能力。该技术利用有理样条函数来自动选择扫频计算的采样点，采样点的梳密分布与响应曲线直接相关（比如

35、，在谐振频率处会自动增加采样点），在同等精度下，该技术极减少了扫频分析的计算时间。FEKO具有良好的优化设计能力，基于多种优化算法（诸如单纯形法、共扼梯度法、准牛顿法等等），可针对增益、隔离、RCS、辐射方向图、阻抗系数、反射系数、近场场值等指标进行优化分析，达到分析设计一体化的目的。FEKO应用领域ANSYS矩量法和混合方法高频电磁分析模块FEKO在如下领域得到了广泛的应用：天线设计基于其独特的高频算法，FEKO广泛应用于包括线天线、面天线、喇叭天线、反射面天线、相控阵天线、微带天线等各种天线结构的设计中，计算和优化各种关心的天线性能参数。天线布局飞机、舰船、车辆等载体上的天线在工作状态下其

36、输入阻抗、方向图等会受到载体的影响，载体的电尺寸通常都比较大，FEKO独特的MM/PO/UTD混合方法对这样的电大尺寸问题非常适用，能有效地优化载体上天线及天线系统的布局方案，类似的影响还包括地面、水面、天线附近的大型目标等。雷达散射截面（RCS）计算对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面（目标识别）计算也通常是电大尺寸问题，同样，FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。EMC/EMI分析EMC/EMI分析的涵盖围非常广泛，FEKO适用于系统级的高频EMC/EMI计算，象前面提到的天线布局分析实际上就可以完成天线系统的EMC计算。FEKO的很多特有技术对EMC分析非常有效，比

37、如：有多种方法可以模拟介质体和磁性结构、能有效处理真实地面、用多层介质函数可以分析印刷电路板、特别善于处理电大尺寸问题的高频混合算法、自适应频率采样（AFS）技术特别适合于宽带EMC分析等等。介质体和铁磁材料FEKO的面等效原理和体等效原理对介质体、铁磁材料体等结构提供有效的计算方式。同时，其在平面多层介质、涂敷线、介质基片等应用领域也提供相应的处理手段。流体动力学分析* 流体动力学分析专用软件CFX：CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。借助于其独一无二的，有别于其它CFD软件的技术特点，CFX领导着新一代高性能CFD商业软件的整体

38、发展趋势。* 旋转机械一体化解决方案TASCflow ：CFX推出的专业旋转机械设计与分析模块TASCflow占据着90%以上的旋转机械CFD市场份额。与CFX-BladeGen和CFX-TurboGrid两个模块紧密配合，在旋转机械领域向用户提供从设计到CFD分析的一体化解决方案。* 飞行器外流分析专用软件CART3D ：NASA从1995年开始开发了专门用于飞行器的亚、跨、超音速气动力设计和分析的Cart3D软件。它的最大特点是专业性强、使用方便、计算速度快、精度高、能自动生成复杂组合体网格并自动完成计算过程、计算结果可靠。ANSYS CFX-流体动力学分析技术的开拓者CFX是全球第一个通

39、过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，是英国AEA Technology公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD技术的不断发展。目前，CFX已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。回顾CFX发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的CFD新技术的研发和应用。1995年，CFX收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC公司，推出了

40、专业的旋转机械设计与分析模块CFX-Tascflow，CFX-Tascflow一直占据着90%以上的旋转机械CFD市场份额。同年，CFX成功突破了CFD领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD技术发展的重要里程碑。CFX一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。作为CFX的前处理器，ICEMCFD优质的网格技术进一步确保CFX的模拟结果精确而可靠。2003年，CFX加入了全球最大的CAE仿真软件ANSYS的大家庭中。

41、我们的用户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在的多物理场及多场耦合整体解决方案。CFX将永远和我们的用户伙伴一起，用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。CFX产品特点CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。借助于其独一无二的，有别于其它CFD软件的技术特点，CFX领导着新一代高性能CFD商业软件的整体发展趋势。精确的数值方法和大多数CFD软件不同的是，CFX采用了基于有限元的有限体积法，在保证了有限体积法的守恒特性的基础上，吸收了有限元法的数值精确性。- 基于有限元的有限体积法，对六面体网格单元

42、采用24点插值，而单纯的有限体积法仅采用6点插值。 - 基于有限元的有限体积法，对四面体网格单元采用60点插值，而单纯的有限体积法仅采用4点插值。CFX在湍流模型的应用上，也一直是业界领先的。除了常用的湍流模型外，CFX最先使用了大涡模拟（LES）和分离涡模拟（DES）等高级湍流模型。快速稳健的求解技术CFX是全球第一个发展和使用全隐式多网格耦合求解技术的商业化软件，这种革命性的求解技术克服了传统算法需要“假设压力项求解修正压力项”的反复迭代过程，而同时求解动量方程和连续性方程，加上其采用的多网格技术，CFX的计算速度和稳定性较传统方法提高了12个数量级，更重要的是，CFX的求解器获得了对并行

43、计算最有利的几乎线形的“计算时间-网格数量”求解性能，这使工程技术人员第一次敢于计算大型工程的真实流动问题。CFX突出的并行功能还表现在它可以网络上UNIX、LINUX、WINDOWS平台之间随意并行。丰富的物理模型CFX的物理模型是建立在世界最大的科技工程企业AEA Technology50余年科技工程实践经验基础之上，经过近30年的发展，CFX拥有包括流体流动、传热、辐射、多相流、化学反应、燃烧等问题的丰富的通用物理模型；还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批复杂现象的实用模型。此外，CFX为用户提供了从方便易用的表达式语言（CEL）到

44、功能强大的用户子程序的一系列不同层次的用户接口程序，允许用户加入自己的特殊物理模型。旋转机械一体化解决方案在旋转机械领域，CFX向用户提供从设计到CFD分析的一体化解决方案。提供了三个旋转机械设计分析的专用工具：BladeGen、TurboGrid、TASCFlow。BladeGen是交互式涡轮机械叶片设计工具。用户通过修改元件库参数或完全依靠BladeGen中的工具设计各种旋转和静止叶片元件及新型叶片，对各种轴向流和径向流叶型，从CAD设计到CFD分析在数分钟即可完成。TurboGrid为叶栅通道网格生成工具。她采用了创新性的网格模板技术，结合参数化能力，工程师不仅可以既快捷又简单地为绝大多

45、数叶片类型生成高质量叶栅通道网格。所需用户提供的只是叶片数目、叶片及轮毂和外罩的外形数据文件。TASCflow是全球公认最好的旋转机械工程CFD软件，由于特为旋转机械裁制的完整软件体系，以及在旋转机械行业十多年的专业经验，TASCflow被旋转机械领域90%以上的企业作为主要的气动/水动力学分析和设计工具，其中包括GE，Pratt & Whitney, Rolls Royce，Westing House，ABB，Siemens，CE，VoithHycho等企业界巨擎。CFX求解功能总体功能二维或三维流动旋转坐标系多重参考坐标系定常或非定常流动不可压或可压流动浮力驱动流非牛顿流 - Bingha

46、m - Bird-Carreau - Cross - Herschel-Bulkley - Power Law模型 - User Fortran 湍流 - 模型 - 低雷诺数 模型 - 低雷诺数Wilcox模型 - 低雷诺数Menter修正 k-?模型 - RNG 模型 - 代数雷诺应力模型 - 微分雷诺应力模型 - 微分雷诺通量模型 - SST（Shear Stress Transport）模型 - 大涡模型化学反应动力学多孔介质多组分流体并行计算多相流分析燃烧分析自由表面传热 - 粘性加热 - 对流 - 传导 - 辐射传热Monte Carlo法 Discrete Transfer法P1法

47、Surface-to-Surface法Gibbs法 - 流固耦合传热数值方法 - 基于有限元的有限体积方法 - 有限体积法 - 全隐式的耦合算法 - SIMPLE和PISO耦合算法 - 线性的或二阶时间差分混合差分迎风格式高阶迎风格式QUICK格式CONDIF格式TVD/MUSCL格式CCCT格式多相流专题 欧拉多相流 最为一般的欧拉多相流，可包含任意组合、任意数目的固、液、气物质，允许多种不同类型、多种尺寸的颗粒、液滴和气泡存在，并且每一相都可由多种组分构成，如空气中的水蒸气，水中的示踪剂。数学上的每一相（不同尺寸围的颗粒被CFX视为数学上不同的相）有单独的速度、温度和密度场并通过输运方程求

48、解场参数，方程之间用相间质量传输、动量传输和热量传输进行耦合。 所有流动围的阻力关系式： 粘性流，牛顿流，不规则气泡流，冠状流气泡流的松弛阻力因子虚拟质量力壁面润滑力和提升力局部低温冷却的沸腾模型颗粒动力学理论模型湍流耗散和由气泡引起的湍流相间传质模型 计算连续相与离散相之间的组分传递过程，基于双膜理论。 均相流自由表面模型 如液面晃动，液体注入，油水混合等问题。采用表面力模型后可以计算诸如微尺度流体力学，微重力和毛细现象这样的问题。由于可采用高阶MUSCL差分格式和一种表面锐化算法，该模型在液面处的收敛性非常好。 移动网格自由表面模型 按单相流计算自由液面，网格通过移动和变形捕捉液面形状。该

49、模型可有效减少数值耗散，在给定的网格数量下可获得更为锐化的液面形状。CFX 多相流专题 拉格朗日多相流CFX用拉格朗日方法跟踪多个颗粒或液滴在流动区域的运动，并考虑颗粒与连续相之间的质量、动量和热量传输，允许连续相的比热随温度变化并且允许连续相为非牛顿流体。该模型亦可跟踪无质量颗粒的轨迹。CFX分别为油滴燃烧，煤粉燃烧和喷雾干燥发展了专用的颗粒输运模型，在进行辐射计算时可实现颗粒/辐射的双向耦合。 气泡流CFX最新的气泡流模型采用了新的阻力关系式，从而可以考虑粘性、Newtonian、气泡变形和球状冠的影响。该模型还考虑了高浓度、虚质量、壁面力、升力、湍流耗散和气泡导致的湍动的影响。该模型将特

50、别适合于多相混合器和gas-lift反应器。 MUSIG(Multiple Size Group)模型该模型是欧共体ADMIRE项目的研究成果。对于必须了解气泡直径分布的问题，MUSIG提供了非常独特并且有效的方法。该模型采用类似人口平衡的方法，同时考虑气泡的破碎和融合现象，从而计算各种粒径气泡的分布规律。 沸腾用最新的过冷沸腾模型，用户可计算许多有沸腾现象的流动问题，从电厂的蒸汽发生器到低温物理和制冷等等。该模型除考虑了bulkcondensation外，还将heat partition at walls考虑进convective，quenching and evaporativeponen

51、ts。 流化床CFX可计算流化床中的非定常，二维或三维多相流问题。该模型不仅考虑了床层动力学，多种大小密度的颗粒，传热，侵蚀和煤粉的挥发，而且考虑了当颗粒达到最大堆积率时的阻力和颗粒间额外作用力的变化。在最新的版本中，CFX包含了基于颗粒动力学理论的最先进和皮实的流化床模型。 particle-laden 流CFX专为partical-laden流发展了一个代数滑移模型。在partical-laden流中，微小颗粒或气泡很快即达到其平衡速度。该模型可包括任意数量的颗粒或气泡种类，并考虑了不同种类颗粒或气泡的体积分数对滑移速度的影响，它比采用一般的连续/离散多相流模型处理这类问题更有效。 凝固模

52、型主要用于模拟连续浇铸过程。模型中考虑了潜热的瞬态变化，凝固区的流动阻力，相变过程中的湍流率减。CFX独具特色的前处理 CFX的前处理模块ICEM CFD是一个高度智能化的、为专业CFD分析软件提供高质量网格的软件，她的两大特色是：先进的网格剖分技术和一劳永逸的CAD模型处理工具。先进的网格剖分技术 在CFD计算中，网格技术是影响求解精度和速度的重要因素之一。CFX的前处理模块ICEM CFD向用户提供业界领先的高质量网格技术，其强大的网格划分功能可满足CFD对网格划分的严格要求：边界层网格自动加密|、流场变化剧烈区域网格局部加密、网格自适应用于激波捕捉、分离流模拟、高质量的全六面体网格提高计

53、算速度和精度、非常复杂空间的四、六面体混合网格等。 - 独特的采用映射技术的六面体网格划分功能通过雕塑方法在拓扑空间进行网格划分，自动映射到物理空间，可在任意形状的模型中划分出六面体网格； - 映射技术自动修补几何表面的裂缝或洞，从而生成光滑的贴体网格； - 采用O-形（、外O-形）网格生成技术来生成六面体的边界层单元； - 网格质量检查功能可以检查、标识质量差的单元。独特的网格“光滑”功能，可用来对已有的网格进行均匀化处理，从而大大提高了网格质量； - 划分得到的网格是可编辑的，如转换单元类型：棱柱四面体、所有网格四面体、二次单元线性单元等； - ICEM CFD的操作过程可以形成“命令流”

54、，当几何模型尺寸改变时，只需运行Replay就可以很容易地重新划分网格； - CFX的通用网格界面（GGI）功能，允许用户将不同类型的网格块粘接，大大降低了复杂模型的网格划分难度，并为具有多重参考坐标系的问题提供了最有效的解决方案。 - 网格优化与自适应：独特的自适应网格自动划分模块。可根据迭代求解计算状态，对非结构化四面体网格或四面体与棱柱体网格的混合网格进行网格自适应调整，随时优化网格，这样，既方便了网格划分，又提高了计算精度。在有限元分析方法中，用于激波的捕捉和分离流位置的确定。下图为B747全机在马赫数0.82时的计算结果，从图中可见，通过9次网格自适应迭代，在机翼表面激波附近网格自动

55、加密，而其他区域网格变粗。 - ICEM CFD提供的网格生成工具ICEM Hexa 六面体ICEM Tetra 四面体ICEM Prism 棱柱体（边界层网格）ICEM Hybrid 四、六面体混合ICEM Autohexa 自动六面体ICEM Global 自动笛卡尔网格生成器 ICEM Quad 表面网格一劳永逸的CAD模型处理工具 ICEM CFD除了提供自己的实体建模工具之外，她的网格生成工具也可集成在CAD环境中。用户可在自己的CAD系统中进行ICEM CFD的网格划分设置，如在CAD中选择面、线并分配网格大小属性等等，这些数据可储存在CAD的原始数据库中，用户在对几何模型进行修改

56、时也不会丢失相关的ICEM CFD设定信息。另外，CAD软件中的参数化几何造型工具可与ICEM CFD中的网格生成及网格优化等模块直接联接，大大缩短了几何模型变化之后网格的再生成时间。ICEM CFD的理念是：“一劳永逸。”该接口适用于SolidWorks、CATIA、Pro/E、Ideas、Unigraphics等CAD系统。 ICEM CFD的几何模型工具的另一特色是其方便的模型清理功能。CAD软件生成的模型通常包括所有细节，甚至还有粗糙的建模过程形成的不完整曲面（俗称“烂模型”）等。这些特征对网格剖分形成巨大挑战，甚至导致分网失败。ICEM CFD提供的清理工具可以轻易处理这些问题。CF

57、X应用实例 航空航天领域CFX模拟美国F22战斗机的结果，计算状态为马赫数Ma=0.9,攻角5。图中显示的是对称面上的马赫数分布。计算共采用了260万个网格单元。由于CFX具有强大的并行功能，软件自动将网格分为若干部分，分配到网络上的各个处理器计算，这使得大规模CFD问题的计算能够在短时间得到结果。CFX模拟的升力、阻力及力矩系数都与实验值吻合的很好。汽车领域CFX为日本汽车工业协会JAA (Japan Automobile Association)模拟的某汽车外流场，图中显示了对称面、地面和车身表面的压力分布。1997年在东京召开的JAA CFD会议上，CFX现场演示了此计算结果，在日本汽车

58、界引起了轰动，并引发了汽车工业采用CFD技术进行新车研发的高潮。JAA人员认为，采用CFD模拟，可以有效地减少风洞实验次数、节省经费、加快新车的研发过程。船舶工业CFX计算的船舶问题。船行速度为2.064 m/s 或 4.03knots，整船的计算阻力为43.9 N，而实验结果为44.3N。误差几乎为1%，计算采用了CFX的自由液面模型，并用自适应网格技术来加密自由液面的网格，从而更精确地捕捉到自由液面。建筑工业英国一家建筑工程服务咨询公司BDSP用 CFX模拟的伦敦街区一角的外部风场，图中显示了建筑物表面的压力分布。BDSP的人员称，采用CFX模拟建筑物的风载，可以为建筑的强度设计提供有效的

59、压力数据，同时针对建筑物的具体特点，设计更灵活的通风系统。BDSP设计人员还借助CFX的模拟图片向客户解释一些复杂的问题。火灾通风ICF Kaiser Engineers公司是一家历史悠久的交通工业企业，被公认为是地铁通风领域的技术创新者，也是首家利用CFD技术模拟地铁火灾及通风的企业。在对几个主要CFD软件的试用之后，ICF 最终选择了CFX作为其模拟地铁火灾通风的分析工具。ICF的工程师认为，CFX的稳健性和灵活性更能满足他们的要求。图中显示为ICF模拟的某地铁站着火后的温度和速度分布。船舶工业北美的EMP公司采用CFX模拟的常规涡壳水泵。BMP的工程师说，CFX的通用网格界面（GGI）模

60、型使得他们能够用更短的时间，轻松完成涡壳和叶片的网格划分，而所得到的结果包括水泵每一点的速度和压力，这是实验测量所无法完成的。他们通过CFX模拟，分析水泵的分离区和回流区产生的原因并加以改进，提高了水泵的效率。火灾通风管壳换热器的流线及温度分布。CFX强大的全隐式耦合算法允许其同时考虑管外流体、管流体、以及管壁部分的耦合传热。通过CFX的模拟，能得到换热器局部过热的具体位置，为进一步改造提供了丰富的信息。冶金工业CFX模拟的钢水铸造过程，图中显示的是铸造模具的流线及表面温度分布。CFX丰富的物理模型中包括了凝固模型，该模型考虑了瞬态的潜热变化、凝固过程中熔融区的阻力以及相变过程中的湍流衰减。石油化工澳大利亚联邦科学与工业研究