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ANSYS大型通用有限元分析(FEA)软件-3D实时软件

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ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程(CAE)软件,能与多数计算机辅助设计(CAD,computer Aided design)软件接口,实现数据的共享和交换,如Creo, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等。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。

在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大,操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元分析软件,在历年的FEA评比中都名列第一。目前,中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

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),有限差分法(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、流体力学、电路学、电磁学、热力学、声学、化学化工反应等。

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;

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。

开发应用

ANSYS日前宣布推出业界领先的工程设计仿真软件最新版ANSYS 16.0,其独特的新功能,为指导和优化产品设计带来了最优的方法和提供了更加综合全面的解决方案。工程仿真软件ANSYS 16.0在结构,流体,电磁,多物理场耦合仿真、嵌入式仿真技术各方面都有重要的进展。

能实现电子设备的互联

电子设备连接功能的普及化、物联网发展趋势的全面化,需要对硬件和软件的可靠性提出更高的标准。最新发布的ANSYS 16.0,提供了众多验证电子设备可靠性和性能的功能,贯穿了产品设计的整个流程,并覆盖电子行业全部供应链。在ANSYS 16.0中,全新推出了“ANSYS电子设计桌面”(ANSYS Electronics Desktop)。在单个窗口高度集成化的界面中,电磁场、电路和系统分析构成了无缝的工作环境,从而确保在所有应用领域中,实现仿真的最高的生产率和最佳实践。ANSYS 16.0 中另一个重要的新功能是可以建立三维组件(3D Component)并将它们集成到更大的装配体中。使用该功能,可以很容易地构建一个无线通信系统,这对日益复杂的系统设计尤其有效。建立可以直接仿真的三维组件,并将它们存储在库文件中,这样就能够很简便地在更大的系统设计中添加这些组件,而无需再进行任何激励、边界条件和材料属性的设置,因为所有的内部细节已经包含在三维组件的原始设计之内。

仿真各种类型的结构材料

减轻重量并同时提升结构性能和设计美感,这是每位结构工程师都会面临的挑战。薄型材料和新型材料是结构设计中经常选用的,它们也会为仿真引入一些难题。金属薄板可在提供所需性能的同时最大限度地减少材料和重量,是几乎每个行业都会采用的“传统”材料,采用ANSYS 16.0 ,工程师能够加快薄型材料的建模速度,迅速定义一个完整装配体中各部件的连接方式。ANSYS 16.0 中提供了高效率的复合材料设计功能,以及实用的工具,便于更好地理解仿真结果。

简化复杂流体动力学工程问题

产品变得越来越复杂,同时产品性能和可靠性要求也在不断提高,这些都促使工程师研究更为复杂的设计和物理现象。ANSYS 16.0不仅可简化复杂几何结构的前处理工作流,同时还能提速多达40%。工程师面临多目标优化设计时,ANSYS 16.0通过利用伴随优化技术和可实现高效率多目标设计优化,实现智能设计优化。新版ANSYS 16.0除了能简化复杂的设计和优化工作,还能简化复杂物理现象的仿真。对于船舶与海洋工程应用,工程师利用新版本可以仿真复杂的海洋波浪模式。旋转机械设计工程师(压缩机、水力旋转机械、蒸汽轮机、泵等)可使用傅里叶变换方法,高效率地获得固定和旋转旋转机械组件之间的相互作用结果。

基于模型的系统和嵌入式软件开发

基于系统和嵌入式软件的创新在每个工业领域都有非常显著的增长。各大公司在该发展趋势下面临着众多挑战,尤其是如何设计研发这些复杂的系统。ANSYS 16.0面向系统研发人员及其相应的嵌入式软件开发者提供了多项新功能。针对系统工程师,ANSYS 16.0具备扩展建模功能,他们可以定义系统与其子系统之间复杂的操作模式。随着系统变得越来越复杂,它们的操作需要更全面的定义。系统和软件工程师可以在他们的合作项目中可以进行更好的合作,减少研发时间和工作量。ANSYS 16.0增加了行为图建模方式应对此需求。在航空领域,ANSYS 16.0针对DO-330的要求提供了基于模型的仿真方法,这些工具经过DO-178C验证,有最高安全要求等级。这是首个面向全新认证要求的工具。


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

ANSYS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

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。

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。

最新版本 Ansys 16.0

施加载荷

在ANSYS中,载荷包括边界条件和外部或内部作应力函数,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: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 Constraints):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。

后处理

ANSYS程序提供两种后处理器:通用后处理器和时间历程后处理器。

1. 通用后处理器也简称为POSTl,用于分析处理整个模型在某个载荷步的某个子步、或者某个结果序列、或者某特定时间或频率下的结果,例如结构静力求解中载荷步2的最后―个子步的压力、或者瞬态动力学求解中时间等于6秒时的位移、速度与加速度等。

2. 时间历程后处理器也简称为PosT26,用于分析处理指定时间范围内模型指定节点上的某结果项随时间或频率的变化情况,例如在瞬态动力学分析中结构某节点上的位移、速度和加速度从0秒到10秒之间的变化规律。

后处理器可以处理的数据类型有两种:一是基本数据,是指每个节点求解所得自由度解,对于结构求解为位移张量,其他类型求解还有热求解的温度、磁场求解的磁势等,这些结果项称为节点解;二是派生数据,是指根据基本数据导出的结果数据,通常是计算每个单元的所有节点、所有积分点或质心上的派生数据,所以也称为单元解。不同分析类型有不同的单元解,对于结构求解有应力和应变等,其他如热求解的热梯度和热流量、磁场求解的磁通量等。

公司简介

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。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。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ANSYSEKM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。

销售排行

美通社匹兹堡讯—仿真驱动产品开发解决方案全球供应商 ANSYS 公司(纳斯达克:ANSS)日前宣布,公司已经连续五年被《软件》杂志评选为世界最大的软件和服务提供商。在软件五百强评选中,ANSYS 凭借 2010 年 5.802 亿美元的收入荣登第 107 名。

软件500 强指数主要根据年收入来评选出世界最大的 500 家软件和服务企业。评选依据是世界范围内 2010 年或者 2010 年内最近的财务年度内实现的软件和服务收入。软件 500 强评选旨在帮助软件买家、投资者和利益相关者进行更好的决策,评选指标包括来自软件许可证、维护与支持、培训和软件相关服务与咨询的收入。

ANSYS 总裁兼首席执行官 Jim Cashman 表示:“对能够连续第五年荣登《软件》杂志的 500 强榜单,我们倍感荣幸,尤其是在目前复杂多变的经济环境下。在总体产品整合日渐成为企业高层战略的当前形势下,我们的稳步增长说明各行各业的机构正在战略性地利用 ANSYS 工程仿真软件实现更具竞争力的产品优势。”

历史版本

Ansys 16.0 发布于 2015-02-27
Ansys 15.0 发布于 2013-12-08
Ansys 14.5 发布于 2012-11-30
Ansys 14.0 发布于 2011-12-23
Ansys 13.0 发布于 2010-03-08
Ansys 12.0 发布于 2009-11-28
Ansys 11.0 发布于 2008-12-20

应用领域

ansys软件的应用领域非常广泛,可应用在以下领域:建筑、勘查、地质、水利、交通、电力、测绘、国土、环境、林业、冶金等方面

调度和优化

Lanmantech公司研发的licManager产品充分研究识别IBMLUM及其他主流授权机制并利用LMT核心计算模式在不影响Ansys[2] 软件许可证本身授权机制的基础上对许可证进行闲置识别、资源调度从而提高许可证的使用率。它的解决方案已被多家世界500强企业所采用。并且可以为企业节省30%左右的许可证费用。

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