Ansys Mechanical
功能
应用
案例
Ansys Mechanical—有限元分析软件
Ansys 提供结构分析软件解决方案，使不同级别以及背景的工程师都能够快速高效地解决复杂的结构工程问题。借助我们综合全面的结构分析工具，工程师可以仿真冲击、坠落和振动、冲击和侵彻、撞击和碰撞、乘员安全、传热、焊接疲劳、重复性载荷等等。通过一系列应用和产品集成，Ansys结构分析可帮助您应对最棘手的产品挑战。通过在设计周期的早期阶段使用我们的软件，企业可以节省成本、减少设计周期的数量并加速产品上市进程。
软件介绍
Ansys Mechanical 是一款功能全面的通用结构力学仿真分析软件，其包了线性/非线性分析、静力学、隐式动力学、显式动力学、多刚体/刚柔混合动力学、多体水动力学、复合材料分析、疲劳分析、优化分析等在内的所有结构分析功能。它可为多种类型的机械设计问题提供一系列完整的单元行为、材料模型和方程式求解器。
此外，软件还提供热分析、声学分析、压电分析以及热-结构、电-热、磁-结构、电-热-结构等多物理耦合功能；同时集成于ANSYS 协同仿真平台 Ansys Workbench，可以与ANSYS的流体产品（CFX、Fluent）、电磁产品（Maxwell）等实现无缝的电磁-流体-结构的多场耦合分析。
软件支持的有限元分析如下：
• 结构：静态和瞬态，线性和非线性；
• 动态特性：模态、谐波、随机振动、柔性和刚性动力学；
• 热分析：稳态和瞬态，温度场和热流等；
• 磁场：静磁场分析；
功能特点
Ansys Mechanical 创建了一个集成平台，该平台使用有限元分析（FEA）进行结构分析。Mechanical是一个动态环境，它拥有一系列完整的分析工具，从为分析准备几何图形到物理模型以获得更高的保真度。直观、可定制的用户界面使各级工程师能够快速、自信地获得答案。
1、线性动力学：软件可满足您对线性动力学分析的所有需求，包括模态、谐波、频谱响应和带预应力的随机振动，以及用于快速解决方案的高级求解器选项。
2、非线性：除了线性、弹性材料，您可以仿真材料在经历塑性甚至超弹性变形时的行为（橡胶和氯丁橡胶等材料）。
3、接触：软件包括一系列全面的接触功能，使您能够考虑多个零件之间的相互作用。
4、结构优化：Ansys Mechanical 包括参数、形状（网格变形）和拓扑优化。Ansys Mechanical 中的任何模型都可用于驱动参数优化。
5、热分析：仿真装配体之间的热传导、对流和辐射使您能够预测组件的温度，然后可用于检查产生的应力和变形。
6、材料：Mechanical 中可以精确建模各种材料模型，涵盖从超弹性、形状记忆合金、土壤、混凝土、塑料到金属结构等所有方面。
7、复合材料：Ansys Mechanical 有限元仿真分析软件能够从上游制造仿真工具获取数据并对短纤维复合材料进行建模。
8、流体动力学：Ansys 可解决与各类近海和海上结构的流体动力学评估有关的大多数分析要求。
9、流固耦合：根据压力和/或热载荷准确预测流固耦合。随着流固耦合的增加、以及更详细的问题评估需求，Ansys 为单向和双向耦合提供了易于使用的自动化解决方案。
10、定制化和脚本化：定制仿真工作流程的最快速简单方法。Ansys Mechanical 内部的定制化功能使重复性任务或特定工作流程能够自动化完成并在用户之间共享。
联系电话：027-87878386
邮箱：market@ueotek.com
关注武汉宇熠、UEOTEK公众号
Ansys Mechanical 产品具有广泛的应用，以下是一些常见的领域：
航空航天领域
结构强度分析： 用于评估飞机机翼、机身、起落架等关键部件在飞行过程中的受力情况，确保结构强度和安全性，比如对新型复合材料机翼的强度分析，以确定其在不同飞行姿态和载荷条件下的性能 。
热分析： 研究航空发动机的热分布和热传递过程，以及飞行器在高速飞行时的气动加热问题，像对发动机燃烧室壁面的热分析，有助于优化冷却系统设计，防止过热 。
振动与噪声分析： 分析飞机结构的振动特性和噪声传播，提高乘坐舒适性和降低噪音污染，例如对飞机客舱内的噪声源进行分析，采取相应的降噪措施。
汽车工业
碰撞安全分析： 模拟汽车在碰撞事故中的变形和能量吸收过程，为车身结构设计和安全气囊等安全装置的优化提供依据，比如对汽车前脸在正面碰撞时的变形分析，以保护车内乘客安全 。
发动机性能分析： 评估发动机缸体、活塞等部件的受力和热负荷，提高发动机的可靠性和性能，如对发动机曲轴在高速运转时的强度和疲劳分析 。
底盘系统设计： 分析汽车底盘的悬挂系统、传动轴等部件的力学性能，优化底盘的舒适性和操控稳定性，例如对悬挂臂的受力分析，确保其在不同路况下的可靠性。
电子设备领域
芯片封装分析： 研究芯片封装过程中的热应力和变形问题，提高封装的可靠性和性能，比如对高密度芯片封装的热分析，防止因过热导致芯片损坏 。
电路板可靠性分析： 评估电路板在温度变化、振动等条件下的可靠性，优化电路板的布局和结构，例如对多层电路板在不同环境条件下的变形分析，确保其电气性能稳定。
电子设备散热分析： 分析电子设备的散热性能，设计合理的散热方案，如对笔记本电脑散热系统的分析，提高其散热效率，防止过热降频。
能源行业
风力发电机叶片分析： 对风力发电机的叶片进行强度、刚度和疲劳分析，确保叶片在强风等复杂工况下的可靠性和使用寿命，比如对大型海上风力发电机叶片的气动弹性分析，提高发电效率和稳定性。
太阳能电池板分析： 研究太阳能电池板在不同环境条件下的力学性能和热性能，优化电池板的结构和安装方式，例如对太阳能电池板在高温、强风等条件下的变形分析，防止其损坏。
核电站设备分析： 对核电站的反应堆压力容器、蒸汽发生器等关键设备进行结构分析和热分析，确保其在高温、高压等极端条件下的安全运行，如对反应堆压力容器的应力分析，防止出现裂纹等缺陷。
生物医学领域
人体骨骼力学分析： 模拟人体骨骼在不同运动状态和载荷条件下的力学行为，为骨科疾病的诊断和治疗提供依据，比如对骨折部位的力学分析，辅助医生制定手术方案。
医疗器械设计： 评估医疗器械的力学性能和安全性，如对心脏支架在血管内的受力分析，确保其能有效支撑血管，又不会对血管造成损伤 。
生物组织力学分析： 研究生物组织的力学特性，为组织工程和再生医学提供理论支持，例如对软骨组织的力学分析，有助于开发治疗软骨损伤的新方法。
机械制造领域
机械零件设计与优化： 对各种机械零件进行强度、刚度和稳定性分析，优化零件的结构和尺寸，提高零件的性能和可靠性，比如对齿轮的齿形优化分析，提高其承载能力和传动效率。
模具设计与分析： 评估模具在注塑、冲压等过程中的受力和变形情况，优化模具的结构和冷却系统，提高模具的使用寿命和成型质量，例如对注塑模具的热分析，确保塑料在模具内的均匀冷却。
焊接结构分析： 分析焊接接头的力学性能和残余应力，提高焊接结构的质量和可靠性，如对大型钢结构焊接接头的应力分析，防止出现焊接裂纹等缺陷。
一．高质量网格划分的要求
1. 一个好的网格划分可以捕获到所有重要几何细节。
2. 差的网格质量会导致收敛困难或者对物理场的描述不佳。
注：收敛困难有助于突出网格相关的误差。但是，如果结果不正确地收敛，则会在应用中导致各种各样问题。
3. 计算结果的精度在很大程度上依赖于网格质量以及几何奇异点、网格独立性等因素。
4. 满足以下条件，我们可以获得更好的网格：
4.1 单元质量或者长宽比的质量标准在一定正确范围内。
4.2 单元质量的最小值大于0.2。
4.3 网格对于所研究的物理场有效，这意味着我们需要使用网格获得所有重要的变化过程。
4.4 计算结果与网格无关。
4.5 重要的几何细节要被很好捕获到。
二． 使用Ansys Mechanical提高网格质量和独立性
以下视频演示你如何提高网格质量和独立性。
结果显示选项：
1. 非平均值
2. 平均值
3. 节点差值
4. 节点分数
5. 单元差值
6. 单元分数
7. 单元平均值
其中用到最多选项是：
1.平均值：默认情况下，应力显示为平均值，也就是说，如果一个单元有4个节点包围，则显示这4个值的平均值。
2.非平均值：这意味着单元将会显示4个不同值，而不是一个平均值。
其他值如下计算：
1.节点差值=节点最大值-节点最小值
2.节点分数=节点差值/节点平均值
3.单元差值=单元最大值-单元最小值
4.单元分数=单元差值/单元平均值
三．总结
1. 在求解过程中网格质量有很大影响。一个差的网格质量会导致错误的计算结果。
2. 网格独立性十分重要，其使得结果在两种不同网格划分下不会发生改变。
3. 你必须将应力结果的平均值和非平均值进行对比。一般准则是在没有几何奇异条件下，两者要保持5%左右误差。
4. 有限元应用重要的质量标准如下：
4.1 长宽比
4.2 单元质量：单元质量必须超过0.2。
5. 通过使用全局细化网格方法和使用划分网格选项去进一步细化感兴趣的区域。
四．单元质量查看
