《ANSYS 14熱力學/電磁學/耦合場分析自學手冊》——1.3 ANSYS簡介

本節書摘來自異步社群《ansys 14熱力學/電磁學/耦合場分析自學手冊》一書中的第1章，第1.3節,作者： 胡仁喜 , 張秀輝 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

ansys 14熱力學/電磁學/耦合場分析自學手冊

ansys軟體是融合結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟體，可廣泛用于核工業、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫學、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業及科學研究。該軟體可在大多數計算機及作業系統中運作，從pc到工作站直到巨型計算機，ansys檔案在其所有的産品系列和工作平台上均相容。ansys多實體耦合場的功能，允許在同一模型上進行各式各樣的耦合計算成本，如：熱—結構耦合、磁—結構耦合以及電—磁—流體—熱耦合，在pc上生成的模型同樣可運作于巨型機上，這樣就確定了ansys對多領域多變工程問題的求解。

1.3.1 ansys的發展

ansys能與多數cad軟體結合使用，實作資料共享和交換，如autocad、i-deas、pro/engineer、nastran、alogor等，是現代産品設計中的進階cad工具之一。

ansys軟體提供了一個不斷改進的功能清單，具體包括：結構高度非線性分析、電磁分析、計算流體力學分析、設計優化、接觸分析、自适應網格劃分、大應變/有限轉動功能以及利用ansys參數設計語言（apdl）的擴充宏指令功能。基于motif的菜單系統使使用者能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行資料輸入和功能選擇，為使用者使用ansys提供“導航”。

1.3.2 ansys的功能

1．結構分析

靜力分析——用于靜态載荷。可以考慮結構的線性及非線性行為，例如：大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等。

模态分析——計算線性結構的自振頻率及振形，譜分析是模态分析的擴充，用于計算由随機振動引起的結構應力和應變（也叫做響應譜或psd）。

諧響應分析——确定線性結構對随時間按正弦曲線變化的載荷的響應。

瞬态動力學分析——确定結構對随時間任意變化的載荷的響應。可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為。

特征屈曲分析——用于計算線性屈曲載荷并确定屈曲模态形狀（結合瞬态動力學分析可以實作非線性屈曲分析）。

專項分析——斷裂分析、複合材料分析、疲勞分析。

專項分析用于模拟非常大的變形，慣性力占支配地位，并考慮所有的非線性行為。它的顯式方程求解沖擊、碰撞、快速成型等問題，是目前求解這類問題最有效的方法。

2．ansys熱力學分析

熱力學分析一般不是單獨的，其後往往進行結構分析，計算由于熱膨脹或收縮不均勻引起的應力。熱分析包括以下類型。

相變（熔化及凝固）——金屬合金在溫度變化時的相變，如鐵合金中馬氏體與奧氏體的轉變。

内熱源（例如電阻發熱等）——存在熱源問題，如加熱爐中對試件進行加熱。

熱傳導——熱傳遞的一種方式，當相接觸的兩物體存在溫度差時發生。

熱對流——熱傳遞的一種方式，當存在流體、氣體和溫度差時發生。

熱輻射——熱傳遞的一種方式，隻要存在溫度差時就會發生，可以在真空中進行。

3．ansys電磁分析

電磁分析中考慮的實體量是磁通量密度、磁場密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、耗能及磁通量洩漏等。磁場可由電流、永磁體、外加磁場等産生。磁場分析包括以下類型。

靜磁場分析——計算直流電（dc）或永磁體産生的磁場。

交變磁場分析——計算由于交流電（ac）産生的磁場。

瞬态磁場分析——計算随時間随機變化的電流或外界引起的磁場。

電場分析——用于計算電阻或電容系統的電場。典型的實體量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。

高頻電磁場分析——用于微波及rf無源元件，波導、雷達系統、同軸連接配接器等。

4．ansys流體分析

流體分析主要用于确定流體的流動及熱行為。流體分析包括以下類型。

cfd（coupling fluid dynamic，耦合流體動力）——ansys/flotran提供強大的計算流體動力學分析功能，包括不可壓縮或可壓縮流體、層流及湍流以及多組分流等。

聲學分析——考慮流體媒體與周圍固體的互相作用，進行聲波傳遞或水下結構的動力學分析等。

容器内流體分析——考慮容器内的非流動流體的影響。可以确定由于晃動引起的靜力壓力。

流體動力學耦合分析——在考慮流體限制品質的動力響應基礎上，在結構動力學分析中使用流體耦合單元。

5．ansys耦合場分析

耦合場分析主要考慮兩個或多個實體場之間的互相作用。如果兩個實體場之間互相影響，單獨求解一個實體場是不可能得到正确結果的，是以需要一個能夠将兩個實體場組合到一起求解的分析軟體。例如：在壓電力分析中，需要同時求解電壓分布（電場分析）和應變（結構分析）。