174 高压平盖封头结构有限元分析研究
174 高压平盖封头结构有限元分析研究,压平,盖封头,结构,有限元,分析研究
第三章 高压平盖封头结构的分析2345678910111213141516171819202122231第三章 高压平盖封头结构的有限元分析3.1 建立力学分析模型图 3-1 为平头盖结构的示意图,承受的内压力为 P=10Mpa,假定封头该的材料为 35CrMo 则由机械设计手册可以查得:弹性模量 =206Gpa1E泊松比 =0.3筒体的材料为 16MnR,由机械设计手册可以查得:弹性模量 =206Gpa2E泊松比 =0.3图 3-1 高压平头盖结构的示意图由于封头结构具有轴对称性,其载荷也具有轴对称性。因此他是一个轴对称问题。选用 ANSYS 软件中的 PLANE82 单元来进行分析,2通过简化后,封头结构有限元分析的力学模型如图 3-2。图 3-2 封头结构的力学模型3.2 ANSYS 分析过程3.2.1 输入材料的参数和选取单元输入命令流:FINISH !退出当前处理器/CLEAR,START !清除当前设置/PREP7 !进入前处理器ET,1,PLANE82 ! 选取单元 PLANE82KEYOPT,1,3,1 !将单元设置为轴对称单元MPTEMP,MPTEMP,1,03MPDATA,EX,1,2.06E11 !35CrMo 的弹性模量MPDATA,PRXY,1,0.3 !35CrMo 的泊松比MPDATA,PRXY,1,0.3 !16MnR 的弹性模量MPDATA,EX,2,2.0E11 !16MnR 的泊松比3.1.2 检验输入结果1.在 ANSYS 界面找到“preprocessor”下的“add/edit/delete”选项如图 3-3 所示。出现对话框 3-4,选取命令,弹出对话框 3-5,材料参数选取正确。图 3-3 图 3-44图 3-5 单元及其材料选取结果2. 在 ANSYS 界面找到 选取 下的命令,弹出对话框 3-6.图 3-6选取对话框中 下的 命令弹出对话框 3-7,由此可知材料输入正确。5图 3-73.3 建立几何模型由于是轴对称问题,在有限元分析模型时,只要建立图 3-2 所示的力学模型即可。为了显示其轴对称性,建立的图形绕轴线旋转即可得到三维结构。生成图形的命令流为:1. *SET,H,10002. RECTNG,0,580/H,0,800/H,生成矩形面一如图 3-8 所示:6图 3-8 矩形面3. RECTNG,0,500/H,0,300/H,生成矩形面二结果如图 3-9 所示:7图 3-94. RECTNG,0,450/H,300/H,650/H,生成矩形面三结果如图 3-9 所示:8图 3-105. APTN,ALL6. LFILLT,11,10,200/H,对内部轮廓线进行倒角操作结果如图 3-11 所示:9图 3-127. LSTR,7,9连线结果如图 3-13 所示:图 3-13108. ASBL,4,1面由线分开结果如图 3-14 所示:图 3-149. ASBL,6,710. ADELE,5,1删除面及下面的线和关键点结果如图 3-15 所示:11图 3-1511. ADELE,2,1图 3-161212. ADELE,3,1图 3-1713. AADD,ALL面相加操作结果如图 3-18 所示:13图 3-18 面相加14. LFILLT,3,2,150/H,对外轮廓线进行倒角运算结果如图 3-19 所示:图 3-191415. ASBL,2,416. ADELE,1,1生成的封头剖面结果如图 3-20 所示:图 3-203.4 划分网格为了保证生成的网格是规则的并施加不同的材料性能,必须要对封头面尽心一些分割。对分割后的面采用映射方式生成网格,其操作过程的命令操作如下:1. LANG,2,7,90,0,0.47891692802984042. LANG,5,9,90,0,0.42513972294342063. LANG,3,5,90,0,0.409166507748579015由点向线作垂线结果如图 3-21 所示:图 3-214. ASBL,3,85. ASBL,2,106. ASBL,4,13面由线分开成两部分结果如图 3-22 所示:16图 3-227. TYPE,1 !设置所有面的默认属性8. MAT,19. ASEL,10. ASEL,1 !对面号 1 的面设置为第二种材料11. AATT,2,1,012. ALLSEL,ALL !选择所有的实体13. LESIZE,8,5,114. LESIZE,10,5,115. LESIZE,13,5,116. LESIZE,18,5,117. LESIZE,2,8,118 LESIZE,5,4,11719 LESIZE,11,8,120 LESIZE,1,14,1图 3-2321 FLST,2,3,4,ORDE,322 FITEM,2,323 FITEM,2,-424 FITEM,2,925 LCCAT,P51X26 MSHKEY,1 !设置为映射网格划分方式27 AMESH,ALL 对所有的面进行网格划分结果显示如图 3-24.18图 3-24 网格划分28. FINISH3.5 施加载荷首先进入到 SOLUTION 处理器,由 3-2 所示的力学模型在画好网格的上图中添加载荷和约束。施加载荷的命令操作为:1. /SOLU !进入到求解器2. DL,18,UY,施加 Y 方向的约束,结果显示如图 3-25.19图 3-25 施加 Y 方向约束3. DL,19,SYMM4. SFL,6,PRES,1e7,5. SFL,7,PRES,1e7,6. SFL,1,PRES,1e7,7. SFL,11,PRES,1e7,施加载荷结果显示如图 3-26 所示:20图 3-26 施加约束3.6 求解求解的命令操作为:1. SOLVE2. FINISH施加求解计算,求解计算完成时出现对话框如图 3-27.图 3-271第二章 ANSYS 简介ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发,它能与多数 CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等, 是现代产品设计中的高级 CAE 工具之一。2.1 CAE 的 技 术 种 类CAE 的 技 术 种 类 有 很 多 , 其 中 包 括 有 限 元 法 (FEM,即 Finite Element Method),边 界 元 法 (BEM,即 Boundary Element Method),有 限 差 法 (FDM,即 Finite Difference Element Method)等 。 每一 种 方 法 各 有 其 应 用 的 领 域 , 而 其 中 有 限 元 法 应 用 的 领 域 越 来 越广 , 现 已 应 用 于 结 构 力 学 、 结 构 动 力 学 、 热 力 学 、 流 体 力 学 、 电路 学 、 电 磁 学 等 。 ANSYS 有 限 元 软 件 包 是 一 个 多 用 途 的 有 限 元 法 计 算 机 设 计 程序 , 可 以 用 来 求 解 结 构 、 流 体 、 电 力 、 电 磁 场 及 碰 撞 等 问 题 。 因此 它 可 应 用 于 以 下 工 业 领 域 : 航 空 航 天 、 汽 车 工 业 、 生 物 医 学 、桥 梁 、 建 筑 、 电 子 产 品 、 重 型 机 械 、 微 机 电 系 统 、 运 动 器 械 等 。 软 件 主 要 包 括 三 个 部 分 : 前 处 理 模 块 , 分 析 计 算 模 块 和 后 处理 模 块 。 前 处 理 模 块 提 供 了 一 个 强 大 的 实 体 建 模 及 网 格 划 分 工 具 , 用户 可 以 方 便 地 构 造 有 限 元 模 型 ; 2分 析 计 算 模 块 包 括 结 构 分 析 ( 可 进 行 线 性 分 析 、 非 线 性 分 析和 高 度 非 线 性 分 析 ) 、 流 体 动 力 学 分 析 、 电 磁 场 分 析 、 声 场 分 析 、压 电 分 析 以 及 多 物 理 场 的 耦 合 分 析 , 可 模 拟 多 种 物 理 介 质 的 相 互作 用 , 具 有 灵 敏 度 分 析 及 优 化 分 析 能 力 ; 后 处 理 模 块 可 将 计 算 结 果 以 彩 色 等 值 线 显 示 、 梯 度 显 示 、 矢量 显 示 、 粒 子 流 迹 显 示 、 立 体 切 片 显 示 、 透 明 及 半 透 明 显 示 ( 可看 到 结 构 内 部 ) 等 图 形 方 式 显 示 出 来 , 也 可 将 计 算 结 果 以 图 表 、曲 线 形 式 显 示 或 输 出 。 软 件 提 供 了 100 种 以 上 的 单 元 类 型 , 用 来 模 拟 工 程 中 的 各 种结 构 和 材 料 。 该 软 件 有 多 种 不 同 版 本 , 可 以 运 行 在 从 个 人 机 到 大型 机 的 多 种 计 算 机 设 备 上 , 如PC, SGI, HP, SUN, DEC, IBM, CRAY 等 。 ANSYS 发 布 10.0 新 版 本 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 6 月 2 日 消 息 : 作 为 优 化 产 品 研 发 流 程 的仿 真 技 术 及 软 件 的 开 发 者 和 革 新 者 , ANSYS 公 司 ( 纳 斯 达 克 股 票代 号 : ANSS) 今 天 发 布 ANSYS 10.0 新 版 本 。 新 版 本 在 性 能 、 易用 性 、 协 同 工 作 及 耦 合 技 术 , 如 流 固 耦 合 , 等 方 面 有 很 大 提 高 。10.0 新 版 本 是 在 目 前 的 9.0 软 件 的 基 础 上 研 发 的 , 与 其 有 很 好 的兼 容 性 , 将 于 7 月 正 式 投 入 市 场 。 延 续 了 ANSYS 一 贯 强 大 的 耦 合 场 技 术 , 10.0 版 本 为 复 杂 的 流固 耦 合 ( FSI) 问 题 提 供 了 更 完 善 的 解 决 方 案 。 该 版 本 整 合 了 世 界一 流 的 应 力 分 析 和 流 体 分 析 技 术 , 形 成 了 一 套 完 整 的 FSI 解 决 方3案 。 通 过 适 合 于 特 定 场 要 求 的 网 格 划 分 , 一 个 单 一 的 几 何 体 可 以应 用 于 两 种 场 。 该 版 本 提 供 了 有 效 地 解 决 FSI 动 力 学 分 析 的 信 息交 换 功 能 。 目 前 市 场 上 没 有 任 何 其 他 的 FSI 软 件 可 以 提 供 如 此 强大 的 稳 健 性 和 高 度 的 精 确 性 分 析 。 另 外 , 该 版 本 可 以 在 多 个 机 群进 行 并 行 处 理 解 决 超 大 模 型 。 “ANSYS 10.0 代 表 了 最 先 进 的 CAE 整 合 技 术 , 较 9.0 有 了显 着 的 提 高 ” , ANSYS 公 司 总 裁 兼 首 席 执 行 官 Jim Cashman 说 ,“我 们 一 直 致 力 于 拓 展 ANSYS 仿 真 技 术 的 广 度 和 深 度 , 同 时 建 立各 种 类 型 的 仿 真 分 析 软 件 的 空 前 大 连 盟 。 得 益 于 ANSYS Workbench 整 合 CAE 技 术 的 架 构 , 我 们 创 建 了 建 模 、 仿 真 、 分 析 、前 后 处 理 的 一 系 列 无 缝 链 接 。 10.0 新 版 本 整 合 了 世 界 上 最 优 秀 的结 构 、 热 、 流 体 等 分 析 功 能 。 ” ANSYS10.0 加 入 了 旋 转 机 械 和 叶 片 设 计 工 具 , 丰 富 了Workbench 环 境 下 的 行 业 化 功 能 。 即 ANSYS BladeModeler, 一 款针 对 旋 转 机 械 叶 片 构 件 的 高 效 的 三 维 设 计 工 具 ; 以 及 ANSYS TurboGrid, 一 款 高 质 量 的 叶 片 设 计 六 面 体 网 格 划 分 工 具 。 “结 合 了 ANSYS CFX 和 涡 轮 专 用 的 前 后 处 理 CFD 功 能 , 10.0版 本 提 供 了 涡 轮 机 械 设 计 和 分 析 完 整 的 解 决 方 案 , ”ANSYS 公 司副 总 裁 兼 总 经 理 Chris Reid 说 , “应 力 分 析 、 计 算 流 体 动 力 学分 析 或 流 固 耦 合 分 析 的 模 型 可 以 直 接 建 立 , 通 过 CAD 系 统 连 通 性 ,可 以 把 模 型 扩 展 到 上 下 游 部 件 , 最 终 完 成 整 个 模 型 的 分 析 。ANSYS Workbench 是 提 供 此 功 能 上 独 一 无 二 的 环 境 , 借 此 空 气 动4力 学 工 程 师 可 以 进 行 CFD 设 计 , 同 时 确 认 结 构 特 征 。 这 将 大 幅 度缩 短 设 计 流 程 。 ” 在 机 械 应 用 领 域 , ANSYS 10.0 包 括 了 ANSYS Workbench 下全 部 的 热 瞬 态 分 析 功 能 。 这 不 仅 帮 助 用 户 进 行 非 常 复 杂 的 时 域 仿真 , 同 时 ANSYS Workbench 也 可 自 动 完 成 很 多 建 模 和 求 解 工 作 。这 样 可 以 轻 松 快 速 地 求 解 设 备 在 一 定 运 行 时 间 内 的 热 性 能 。 为 了 满 足 日 益 增 加 的 对 大 型 复 杂 问 题 及 时 有 效 的 分 析 需 求 ,ANSYS 10.0 的 并 行 求 解 器 如 今 可 增 加 了 对 CPU 和 通 信 技 术 的 选 择余 地 。 除 了 支 持 Ethernet 和 Gigabit Ethernet, ANSYS 10.0 还支 持 Myrinet 和 InfiniBand。 相 对 于 以 前 的 架 构 , ANSYS 10.0能 以 最 少 的 成 本 满 足 高 性 能 的 机 群 计 算 。 本 着 以 低 成 本 硬 件 设 备 提 供 高 性 能 解 决 方 案 的 目 标 , ANSYS Workbench 现 可 支 持 Windows XP 64 位 机 的 AMD 和 EMT64 芯 片 集 。此 项 改 革 解 决 了 许 多 用 户 在 Windows 操 作 系 统 下 运 行 大 型 模 型 所面 临 的 2GB 内 存 限 制 。 另 外 , 它 也 使 得 ANSYS 用 户 不 再 需 要 写 硬盘 就 能 完 成 整 个 求 解 , 从 而 节 约 求 解 时 间 。 对 于 用 户 , 这 将 帮 助 他 们 更 加 经 济 有 效 地 解 决 大 型 模 型 问 题 ,如 那 些 低 频 稳 态 和 全 瞬 态 电 磁 分 析 问 题 。 ANSYS 10.0 并 行 求 解器 可 以 解 决 高 于 一 亿 自 由 度 的 大 型 电 磁 问 题 , 在 CAE 行 业 独 树 一帜 。 在 高 频 电 磁 领 域 , 10.0 版 本 提 供 了 一 个 新 的 模 式 端 口 。 此 端口 大 大 简 化 了 集 成 电 路 ( IC) 、 射 频 识 别 (RFID)和 射 频 微 机 电 系5统 (MEMS)等 多 种 设 备 分 析 传 输 线 端 口 的 建 模 。 标 准 算 例 显 示 , 利用 此 端 口 建 模 , 可 以 显 着 缩 小 模 型 尺 寸 , 在 保 证 精 确 的 频 域 计 算结 果 前 提 下 , 节 约 30 到 50 的 求 解 时 间 和 内 存 需 求 。 新 版 本 增 加 了 旋 转 机 械 的 陀 螺 效 应 , 它 提 高 了 ANSYS 对 涡 轮机 械 和 其 他 旋 转 结 构 的 转 子 动 力 学 分 析 的 能 力 。 在 耦 合 场 领 域 ,结 构 热 电 磁 三 场 耦 合 分 析 中 增 加 热 弹 阻 尼 (TED), 一 个 在 金属 、 制 陶 及 MEMS 领 域 非 常 重 要 的 内 耗 装 置 。 ANSYS 继 续 Workbench 主 旋 律 , 提 供 我 们 的 用 户 可 供 选 择 的全 自 动 或 个 人 控 制 的 强 大 分 析 软 件 。 我 们 在 核 心 的 网 格 处 理 技 术上 有 十 足 的 增 强 , 在 ANSYS Workbench 各 个 应 用 程 序 间 共 享 网 格 。另 外 , 双 向 参 数 互 动 的 CAD 接 口 的 稳 健 性 也 得 到 了 提 高 。ANSYS® ICEM CFD 10.0 通 过 混 合 网 格 剖 分 新 功 能 和 CAD 模型 细 节 处 理 功 能 , 提 供 了 完 整 的 一 系 列 网 格 划 分 工 具 以 模 拟 真 实世 界 , 如 汽 车 引 擎 罩 下 的 散 热 分 析 和 汽 车 碰 撞 分 析 。 “ANSYS 10.0 是 ANSYS 跨 出 的 又 一 大 步 , 在 每 种 场 都 是 这 样 ,也 包 括 各 种 场 在 ANSYS Workbench 的 耦 合 , ”ANSYS 公 司 副 总 裁兼 总 经 理 Mike Wheeler 说 , “没 有 其 他 任 何 一 家 CAE 公 司 可 以与 我 们 相 匹 敌 , 在 一 个 单 一 的 CAE 环 境 下 提 供 如 此 广 泛 的 解 决 方案 。 ” ANSYS DesignSpace 通 过 DesignSpace, 设 计 工 程 师 可 以 在 产 品 设 计 阶 段 对 3D CAD 中 生 成 的 模 型 ( 包 括 零 件 和 装 配 件 ) 进 行 应 力 变 形 分 析 、 热 及6热 应 力 耦 合 分 析 、 振 动 分 析 和 形 状 优 化 , 同 时 可 对 不 同 的 工 况 进行 对 比 分 析 。 ANSYS/DesignSpace 拥 有 智 能 化 的 非 线 性 求 解 专 家系 统 , 可 自 动 设 定 求 解 控 制 , 得 到 收 敛 解 ; 用 户 不 需 具 备 非 线 性有 限 元 知 识 即 可 完 成 过 去 只 有 专 家 才 能 完 成 的 接 触 分 析 。 2.2 ANSYS 软 件 提 供 的 分 析 类 型1.结 构 静 力 分 析 用 来 求 解 外 载 荷 引 起 的 位 移 、 应 力 和 力 。 静 力 分 析 很 适 合 求解 惯 性 和 阻 尼 对 结 构 的 影 响 并 不 显 著 的 问 题 。 ANSYS 程 序 中 的 静力 分 析 不 仅 可 以 进 行 线 性 分 析 , 而 且 也 可 以 进 行 非 线 性 分 析 , 如塑 性 、 蠕 变 、 膨 胀 、 大 变 形 、 大 应 变 及 接 触 分 析 。 2.结 构 动 力 学 分 析 结 构 动 力 学 分 析 用 来 求 解 随 时 间 变 化 的 载 荷 对 结 构 或 部 件 的影 响 。 与 静 力 分 析 不 同 , 动 力 分 析 要 考 虑 随 时 间 变 化 的 力 载 荷 以及 它 对 阻 尼 和 惯 性 的 影 响 。 ANSYS 可 进 行 的 结 构 动 力 学 分 析 类 型包 括 : 瞬 态 动 力 学 分 析 、 模 态 分 析 、 谐 波 响 应 分 析 及 随 机 振 动 响应 分 析 。 3.结 构 非 线 性 分 析 结 构 非 线 性 导 致 结 构 或 部 件 的 响 应 随 外 载 荷 不 成 比 例 变 化 。ANSYS 程 序 可 求 解 静 态 和 瞬 态 非 线 性 问 题 , 包 括 材 料 非 线 性 、 几 何非 线 性 和 单 元 非 线 性 三 种 。 4.动 力 学 分 析 7ANSYS 程 序 可 以 分 析 大 型 三 维 柔 体 运 动 。 当 运 动 的 积 累 影 响 起主 要 作 用 时 , 可 使 用 这 些 功 能 分 析 复 杂 结 构 在 空 间 中 的 运 动 特 性 ,并 确 定 结 构 中 由 此 产 生 的 应 力 、 应 变 和 变 形 。 5.热 分 析 程 序 可 处 理 热 传 递 的 三 种 基 本 类 型 : 传 导 、 对 流 和 辐 射 。 热传 递 的 三 种 类 型 均 可 进 行 稳 态 和 瞬 态 、 线 性 和 非 线 性 分 析 。 热 分析 还 具 有 可 以 模 拟 材 料 固 化 和 熔 解 过 程 的 相 变 分 析 能 力 以 及 模 拟热 与 结 构 应 力 之 间 的 热 结 构 耦 合 分 析 能 力 。 6.电 磁 场 分 析 主 要 用 于 电 磁 场 问 题 的 分 析 , 如 电 感 、 电 容 、 磁 通 量 密 度 、涡 流 、 电 场 分 布 、 磁 力 线 分 布 、 力 、 运 动 效 应 、 电 路 和 能 量 损 失等 。 还 可 用 于 螺 线 管 、 调 节 器 、 发 电 机 、 变 换 器 、 磁 体 、 加 速 器 、电 解 槽 及 无 损 检 测 装 置 等 的 设 计 和 分 析 领 域 。 7.流 体 动 力 学 分 析 ANSYS 流 体 单 元 能 进 行 流 体 动 力 学 分 析 , 分 析 类 型 可 以 为 瞬 态或 稳 态 。 分 析 结 果 可 以 是 每 个 节 点 的 压 力 和 通 过 每 个 单 元 的 流 率 。并 且 可 以 利 用 后 处 理 功 能 产 生 压 力 、 流 率 和 温 度 分 布 的 图 形 显 示 。另 外 , 还 可 以 使 用 三 维 表 面 效 应 单 元 和 热 流 管 单 元 模 拟 结 构 的流 体 绕 流 并 包 括 对 流 换 热 效 应 。 8.声 场 分 析 程 序 的 声 学 功 能 用 来 研 究 在 含 有 流 体 的 介 质 中 声 波 的 传 播 ,或 分 析 浸 在 流 体 中 的 固 体 结 构 的 动 态 特 性 。 这 些 功 能 可 用 来 确 定8音 响 话 筒 的 频 率 响 应 , 研 究 音 乐 大 厅 的 声 场 强 度 分 布 , 或 预 测 水对 振 动 船 体 的 阻 尼 效 应 。 9.压 电 分 析 用 于 分 析 二 维 或 三 维 结 构 对 AC( 交 流 ) 、 DC( 直 流 ) 或 任 意随 时 间 变 化 的 电 流 或 机 械 载 荷 的 响 应 。 这 种 分 析 类 型 可 用 于 换 热器 、 振 荡 器 、 谐 振 器 、 麦 克 风 等 部 件 及 其 它 电 子 设 备 的 结 构 动 态性 能 分 析 。 可 进 行 四 种 类 型 的 分 析 : 静 态 分 析 、 模 态 分 析 、 谐 波响 应 分 析 、 瞬 态 响 应 分 析 软 件 主 要 包 括 三 个 部 分 : 前 处 理 模 块 , 分 析 计 算 模 块 和 后 处理 模 块 。 前 处 理 模 块 提 供 了 一 个 强 大 的 实 体 建 模 及 网 格 划 分 工 具 , 用户 可 以 方 便 地 构 造 有 限 元 模 型 ; 2.3 ANSYS 的 前 处 理 模 块ANSYS 的 前 处 理 模 块 主 要 有 两 部 分 内 容 : 实 体 建 模 和 网 格 划 分 。一 .实 体 建 模 ANSYS 程 序 提 供 了 两 种 实 体 建 模 方 法 : 自 顶 向 下 与 自 底 向 上 。自 顶 向 下 进 行 实 体 建 模 时 , 用 户 定 义 一 个 模 型 的 最 高 级 图 元 , 如球 、 棱 柱 , 称 为 基 元 , 程 序 则 自 动 定 义 相 关 的 面 、 线 及 关 键 点 。用 户 利 用 这 些 高 级 图 元 直 接 构 造 几 何 模 型 , 如 二 维 的 圆 和 矩 形 以及 三 维 的 块 、 球 、 锥 和 柱 。 无 论 使 用 自 顶 向 下 还 是 自 底 向 上 方 法9建 模 , 用 户 均 能 使 用 布 尔 运 算 来 组 合 数 据 集 , 从 而 “雕 塑 出 ”一个 实 体 模 型 。 ANS YS 程 序 提 供 了 完 整 的 布 尔 运 算 , 诸 如 相 加 、 相减 、 相 交 、 分 割 、 粘 结 和 重 叠 。 在 创 建 复 杂 实 体 模 型 时 , 对 线 、面 、 体 、 基 元 的 布 尔 操 作 能 减 少 相 当 可 观 的 建 模 工 作 量 。 ANSYS程 序 还 提 供 了 拖 拉 、 延 伸 、 旋 转 、 移 动 、 延 伸 和 拷 贝 实 体 模 型 图元 的 功 能 。 附 加 的 功 能 还 包 括 圆 弧 构 造 、 切 线 构 造 、 通 过 拖 拉与 旋 转 生 成 面 和 体 、 线 与 面 的 自 动 相 交 运 算 、 自 动 倒 角 生 成 、 用于 网 格 划 分 的 硬 点 的 建 立 、 移 动 、 拷 贝 和 删 除 。 自 底 向 上 进 行实 体 建 模 时 , 用 户 从 最 低 级 的 图 元 向 上 构 造 模 型 , 即 : 用 户 首 先定 义 关 键 点 , 然 后 依 次 是 相 关 的 线 、 面 、 体 。 二 .网 格 划 分 ANSYS 程 序 提 供 了 使 用 便 捷 、 高 质 量 的 对 CAD 模 型 进 行 网 格划 分 的 功 能 。 包 括 四 种 网 格 划 分 方 法 : 延 伸 划 分 、 映 像 划 分 、 自由 划 分 和 自 适 应 划 分 。 延 伸 网 格 划 分 可 将 一 个 二 维 网 格 延 伸 成 一个 三 维 网 格 。 映 像 网 格 划 分 允 许 用 户 将 几 何 模 型 分 解 成 简 单 的 几部 分 , 然 后 选 择 合 适 的 单 元 属 性 和 网 格 控 制 , 生 成 映 像 网 格 。ANSYS 程 序 的 自 由 网 格 划 分 器 功 能 是 十 分 强 大 的 , 可 对 复 杂 模 型 直接 划 分 , 避 免 了 用 户 对 各 个 部 分 分 别 划 分 然 后 进 行 组 装 时 各 部 分网 格 不 匹 配 带 来 的 麻 烦 。 自 适 应 网 格 划 分 是 在 生 成 了 具 有 边 界 条件 的 实 体 模 型 以 后 , 用 户 指 示 程 序 自 动 地 生 成 有 限 元 网 格 , 分析 、 估 计 网 格 的 离 散 误 差 , 然 后 重 新 定 义 网 格 大 小 , 再 次 分 析 计10算 、 估 计 网 格 的 离 散 误 差 , 直 至 误 差 低 于 用 户 定 义 的 值 或 达 到用 户 定 义 的 求 解 次 数 。 分 析 计 算 模 块 包 括 结 构 分 析 ( 可 进 行 线 性 分 析 、 非 线 性 分 析和 高 度 非 线 性 分 析 ) 、 流 体 动 力 学 分 析 、 电 磁 场 分 析 、 声 场 分 析 、压 电 分 析 以 及 多 物 理 场 的 耦 合 分 析 , 可 模 拟 多 种 物 理 介 质 的 相 互作 用 , 具 有 灵 敏 度 分 析 及 优 化 分 析 能 力 ; 后 处 理 模 块 可 将 计 算 结 果 以 彩 色 等 值 线 显 示 、 梯 度 显 示 、 矢量 显 示 、 粒 子 流 迹 显 示 、 立 体 切 片 显 示 、 透 明 及 半 透 明 显 示 ( 可看 到 结 构 内 部 ) 等 图 形 方 式 显 示 出 来 , 也 可 将 计 算 结 果 以 图 表 、曲 线 形 式 显 示 或 输 出 。 软 件 提 供 了 100 种 以 上 的 单 元 类 型 , 用 来 模 拟 工 程 中 的 各 种结 构 和 材 料 。 该 软 件 有 多 种 不 同 版 本 , 可 以 运 行 在 从 个 人 机 到 大型 机 的 多 种 计 算 机 设 备 上 , 如PC, SGI, HP, SUN, DEC, IBM, CRAY 等 。 目 前 最 新 版 本 ANSYS 12.1 同 级 别 的 软 件 还 有 ADINA、 ABAQUS、 MSC 等 , ADINA 和ABAQUS 在 非 线 性 计 算 功 能 方 面 比 ANSYS 强 , ABAQUS 没 有 流 体 计算 模 块 , ADINA 不 能 做 电 磁 分 析 但 是 ADINA 是 目 前 做 流 固 耦 合 最好 的 软 件 。 三 .载 荷 在 ANSYS 中 , 载 荷 包 括 边 界 条 件 和 外 部 或 内 部 作 用 力 函 数 ,在 不 同 的 分 析 领 域 中 有 不 同 的 表 征 , 但 基 本 上 可 以 分 为 6 大 类 :11自 由 度 约 束 、 力 ( 集 中 载 荷 ) 、 面 载 荷 、 体 载 荷 、 惯 性 载 荷 以 及耦 合 场 载 荷 。 1、 自 由 度 约 束 ( DOF Cinstraints) :将 给 定 的 自 由 度 用 已知 量 表 示 。 例 如 在 结 构 分 析 中 约 束 是 指 位 移 和 对 称 边 界 条 件 , 而在 热 力 学 分 析 中 则 指 的 是 温 度 和 热 通 量 平 行 的 边 界 条 件 。 2、 力 ( 集 中 载 荷 ) ( Force) : 是 指 施 加 于 模 型 节 点 上 的 集中 载 荷 或 者 施 加 于 实 体 模 型 边 界 上 的 载 荷 。 例 如 结 构 分 析 中 的 力和 力 矩 , 热 力 分 析 中 的 热 流 速 度 , 磁 场 分 析 中 的 电 流 段 。 3、 面 载 荷 ( Surface Load) :是 指 施 加 于 某 个 面 上 的 分 布 载荷 。 例 如 结 构 分 析 中 的 压 力 , 热 力 学 分 析 中 的 对 流 和 热 通 量 。 4、 体 载 荷 ( Body Load) :是 指 体 积 或 场 载 荷 。 例 如 需 要 考 虑的 重 力 , 热 力 分 析 中 的 热 生 成 速 度 。 5、 惯 性 载 荷 ( Inertia Loads) :是 指 由 物 体 的 惯 性 而 引 起的 载 荷 。 例 如 重 力 加 速 度 、 角 速 度 、 角 加 速 度 引 起 的 惯 性 力 。 6、 耦 合 场 载 荷 ( Coupled-field Loads) :是 一 种 特 殊 的 载荷 , 是 考 虑 到 一 种 分 析 的 结 果 , 并 将 该 结 果 作 为 另 外 一 个 分 析 的载 荷 。 例 如 将 磁 场 分 析 中 计 算 得 到 的 磁 力 作 为 结 构 分 析 中 的 力 载荷 。 2.4 Ansys 公 司 介 绍ANSYS, Inc. (NASDAQ: ANSS)成 立 于 1970 年 , 致 力 于 工 程仿 真 软 件 和 技 术 的 研 发 , 在 全 球 众 多 行 业 中 , 被 工 程 师 和 设 计 师12广 泛 采 用 。 ANSYS 公 司 重 点 开 发 开 放 、 灵 活 的 , 对 设 计 直 接 进 行仿 真 的 解 决 方 案 , 提 供 从 概 念 设 计 到 最 终 测 试 产 品 研 发 全 过 程 的统 一 平 台 , 同 时 追 求 快 速 、 高 效 和 和 成 本 意 识 的 产 品 开 发 。ANSYS 公 司 和 其 全 球 网 络 的 渠 道 合 作 伙 伴 为 客 户 提 供 销 售 、 培 训 和技 术 支 持 一 体 化 服 务 。 ANSYS 公 司 总 部 位 于 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 的匹 兹 堡 , 全 球 拥 有 60 多 个 代 理 。 ANSYS 全 球 有 1700 多 名 员 工 ,在 40 多 个 国 家 销 售 产 品 。 ANSYS 公 司 于 2006 年 收 购 了 在 流 体 仿 真 领 域 处 于 领 导 地 位 的美 国 Fluent 公 司 , 于 2008 年 收 购 了 在 电 路 和 电 磁 仿 真 领 域 处 于领 导 地 位 的 美 国 Ansoft 公 司 。 通 过 整 合 , ANSYS 公 司 成 为 全 球 最大 的 仿 真 软 件 公 司 。 目 前 , ANSYS 整 个 产 品 线 包 括 结 构 分 析(ANSYS Mechanical)系 列 , 流 体 动 力 学 (ANSYS CFD(FLUENT/CFX) )系 列 , 电 子 设 计 ( ANSYS ANSOFT) 系 列 以 及ANSYS Workbench 和 EKM 等 。 产 品 广 泛 应 用 于 航 空 、 航 天 、 电 子 、车 辆 、 船 舶 、 交 通 、 通 信 、 建 筑 、 电 子 、 医 疗 、 国 防 、 石 油 、 化工 等 众 多 行 业 。 ANSYS 中 国 是 ANSYS, Inc.在 中 国 的 全 资 子 公 司 , 在 上 海 ,北 京 , 成 都 和 深 圳 设 有 分 公 司 , 负 责 ANSYS 在 整 个 中 国 的 业 务 发展 和 市 场 推 广 。 目 前 在 中 国 , ANSYS 电 子 设 计 系 列 产 品 (原ANSOFT 公 司 产 品 )由 ANSYS 中 国 直 接 负 责 市 场 、 销 售 与 技 术 服 务等 。 ANSYS 机 械 和 流 体 仿 真 设 计 产 品 以 及 ANSYS Workbench 和13ANSYS EKM 产 品 由 渠 道 合 作 伙 伴 安 世 亚 太 科 技 有 限 公 司 ( Pera Global) 负 责 销 售 与 技 术 支 持 。龚曙光 例题 5-1图 平盖封头结构示意图FINISH/CLEAR,START/PREP7ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,1MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,2.06E11MPDATA,PRXY,1,0.3MPDATA,PRXY,1,0.3MPDATA,EX,2,2.0E11*SET,H,1000RECTNG,0,580/H,0,800/HRECTNG,0,500/H,0,300/H,RECTNG,0,450/H,300/H,650/H,APTN,ALLLFILLT,11,10,200/H,LSTR,7,9ASBL,4,1ASBL,6,7ADELE,5,1ADELE,2,1ADELE,3,1AADD,ALLLFILLT,3,2,150/H,ASBL,2,4ADELE,1,1LANG,2,7,90,0,0.4789169280298404LANG,5,9,90,0,0.4251397229434206LANG,3,5,90,0,0.4091665077485790ASBL,3,8ASBL,2,10ASBL,4,13TYPE,1MAT,1ASEL,ASEL,1AATT,2,1,0ALLSEL,ALLLESIZE,8,5,1LESIZE,10,5,1LESIZE,13,5,1LESIZE,18,5,1LESIZE,2,8,1LESIZE,5,4,1LESIZE,11,8,1LESIZE,1,14,1FLST,2,3,4,ORDE,3FITEM,2,3FITEM,2,-4FITEM,2,9LCCAT,P51XMSHKEY,1AMESH,ALLFINISH/SOLUDL,18,UY,DL,19,SYMMSFL,6,PRES,1e7,SFL,7,PRES,1e7,SFL,1,PRES,1e7,SFL,11,PRES,1e7,SOLVEFINISH
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