ANSYS基本模块介绍
ANSYS简介
开放、灵活得仿真软件,为产品设计得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
LSDYNA
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 Structure
ANSYS Structure 就是ANSYS产品家族中得结构分析模块,她秉承了ANSYS家族产品得整体优势,更专注于结构分析技术得深入开发。除了提供常规结构分析功能外,强劲稳健得非线性、独具特色得梁单元、高效可靠得并行求解、充满现代气息得前后处理就是她得四大特色。
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
温度相关得材料属性
应力梯度跟踪
中面偏置
·图形化
图形化定义材料截面
3D方式察瞧板壳结果
逐层查瞧纤维排布
逐层查瞧分析结果
·TsaiWu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得CPU(或节点)求解
支持不限CPU数量得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得共享式并行机
CPU每增加一倍,求解速度提高80％
对病态矩阵得处理性能优越, ,
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
·参数得相关性
·两种概率计算方法
蒙特卡罗法
*直接抽样
* Latin Hypercube抽样
响应面法
*中心合成
*BoxBehnken设计
·支持分布式并行计算
·可视化概率设计结果
输出响应参数得离散程度
*Statistics
* LHistogram
* Sample Diagram
输出参数得失效概率
* Cumulative Function
* Probabilities
离散性灵敏度
*Sensitivities
* Scatter Diagram
* Response Surface
前后处理(AWE)
·双向参数互动得CAD接口·智能网格生成器
·各种结果得数据处理
·各种结果得图形及动画显示·全自动生成计算报告
支持得硬软件平台
·paq Tru64 UNIX ·HewlettPackard HPUX ·IBM RS/6000 AIX ·Silicon Graphics IRIX ·Sun Solaris
·Windows: 2000,NT,XP ·Linux
ANSYS MultiphysicsTM Multiphysics
ANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体,在统一得环境下实现多物理场及多物理场耦合得仿真分析;精确、可靠得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,功能强大得各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力学到MEMS 等各类工程结构。
ANSYS MultiphysicsTM得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得输入,对象相关得结果查瞧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、粒子轨迹图与动画
·流体计算结果得自动压力与剪应力积分
·结果查询与拾取,3D注释
·轴对称、周期对称等计算结果得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 UNIX
·HewlettPackard HPUX
·IBM RS/6000 AIX
·Silicon Graphics IRIX
·Sun Solaris
·Intel workstations (Windows2000/NT 4、0/XP Linux)
ANSYS LS_DYNA LS_DYNA
LSDYNA 就是世界上最著名得通用显式动力分析程序,能够模拟真实世界得各种复杂问题,特别适合求解各种二维、三维非线性结构得高速碰撞、爆炸与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得分析软件包。与实验得无数次对比证实了其计算得可靠性。
由J、O、Hallquist主持开发完成得DYNA程序系列被公认为就是显式有限元程序得鼻祖与理论先导,就是目前所有显式求解程序(包括显式板成型程序)得基础代码。1988年J、O、Hallquist创建LSTC公司,推出LSDYNA程序系列,并于1997年将LSDYNA2D、LSDYNA3D、LSTOPAZ2D、LSTOPAZ3D等程序合
成一个软件包,称为LSDYNA,其最新版本970版。PC版得前后处理采用ETA公司得FEMB,新开发得后处理为LSPOST。
LSDYNA功能特点
LSDYNA程序版就是功能齐全得几何非线性(大位移、大转动与大应变)、材料非线性(140多种材料动态模型)与接触非线性(50多种)程序。它以Lagrange算法为主,兼有ALE与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,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(如动力分析前得预应力计算与薄板冲压成型后得回弹计算);军用与民用相结合得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
·汽车行业得专门功能
·初始条件、载荷与约束功能
·自适应网格剖分功能
·ALE与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
·支持得硬件平台
·热分析
LSDYNA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
LSDYNA行业应用实例
LSDYNA得全球用户1000多家,遍布世界发达国家得研究机构、大学与世界各地得工业部门,在航空航天、汽车、国防工业、石油工业、核工业、电子工业、船舶工业等领域得应用深入广泛,解决了许多理论与实验分析所不能解决得问题,有力得促进了各行业得技术发展,产生了深远得影响。
AI*NASTRAN
——大型复杂结构得新选择
ANSYS公司成立新得开发部门,摒弃旧Nastran体系得弊病,在ANSYS先进构架下重新建立新一代动力分析系统AI Nastran。AI Nastran 除了完全兼容其她Nastran得数据文件外,由于采用新得程序架构,在求解效率方面有明显优势。由于采用世界顶级得前后处理器AI Environment,在功能性方面与易用方面较其她Nastran软件也有巨大提高。其强大得动力学分析功能与ANSYS Mechanical强大得非线性分析功能优势互补,形成世界最强得结构分析软件。AI*NASTRAN产品特性
分析类型
·静力分析
有惯性释放得静力
微分刚度
分段线性
循环对称
线性屈曲
·换热
稳态(线性与非线性)
瞬态(线性与非线性)
角系数得计算
·结构动力学
一般模态
频率响应(直接与模态)
瞬时响应(直接与模态)
复杂特征解(直接与模态)
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、 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
oMASSi, CONM1, CONM2, GENEL, DMI, VISC 加载与边界类型
·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
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
·广范围分析类型
·通用得方程求解器
·强大得单元库
·NASTRAN结构得数据格式
·模块程序结构
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(实与复特征)
·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
IDEAS
HyperMesh
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)、传感器与执行器、换能器
与变压器系统、微机电系统(MEMS)等进行电磁场仿真,并
可以与ANSYS其她模块一起进行多能量领域得耦合仿真,
全面满足用户需要。
* 高频电磁FEM法专用软件EMAX:采用有限元法得高频电
磁分析模块,具有直观、流程化得用户界面,工程化得界
面语言,采用有限元法全波求解技术,可分析谐振、传播、
辐射与散射等问题。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(UTD)与快速多极子法(FMMA),尤其适用于
电大尺度问题得电磁计算。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)、传感器与执行器、换能器与变压器系统、微机电系统(MEMS)等进行电磁场仿真,并可以与ANSYS其她模块一起进行多能量领域得耦合仿真,全面满足用户需要。
ANSYS EMAG产品功能
静电场
高阶H单元与自适应P单元
H单元与P单元
Trefftz区域远场
开放边界
电容计算与提取
电场力计算
网格随移与重划
H单元主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得阶次来满足设定得计算精度要求。对于具有大纵横比得结构(典型应用领域为具有多薄层得IC与MEMS结构),使用混合有限元－边界元技术得Trefftz 方法,可以实现用较少网格精确仿真静电场问题,实现对分布式电容得提取。
ANSYS具备先进得静电－结构耦合功能,从而可直接耦合计算电场力－结构变形。同时,结构变形尤其就是大变形后会引起电场
计算模型得尺度变化,ANSYS得网格随移与重划功能
为这种耦合计算得精确
性提供了技术上得保障。
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
复杂导体结构中得电流分布
焦耳热生成
将计算出得分布电流作为磁场分析得激励条件
在微电子封装领域,不同得封装工艺要求对各种IC引脚得焊接方式、焊点形状、材料进行电流传导模拟,并分析其周围得磁场分布情况。
用电磁方法进行含杂质金属冶炼、分解、搅拌等过程
中,大电流得具体分布、周围感应场得分析、能源损耗等
需要进行电流传导与焦耳热生成得计算分析。
静磁场与低频交流、瞬态磁场分析
基于节点解得二维与三维矢量位方法
基于棱边元得三维矢量位方法
针对不同连通域与材料组成得三维标量位方法(DSP、RSP、GSP方法) 线性材料与非线性材料(程序自带/用户输入)
谐波分析与时变瞬态激励分析
绞线圈与块导体
速度效应
电流与电压激励
麦克斯韦方法与虚功方法计算电磁力与力矩
线圈电阻、电感与磁链
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得控
制平台中,以及自动控制发展得需要,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
同加载分析电机得力矩特性、材料饱与、极齿形
状等对电机性能得影响,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、启动与
运行状态下得各种指标。
ANSYS磁场分析功能与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得
复杂性,ANSYS材料库在提供部分标准材料特性得基础上,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,针对铁磁材料与永磁材料得连通情况,提供了基于不同简化方法得差分标量位方法(DSP)、减缩标量位方法(RSP)与通用标量位方法(GSP),在相同分析精度得情况下,提高了分析速度。对于需要更高精度得分析计算时,除了采用基于节点得方法以外,还提供基于棱边元得方法,可以更为准确地处理诸如复杂形状电流加载等问题。对采用绞线圈得加载情况,还提供绞线圈单元,通过说明实常数来描述不同得线圈形式。对于电机等分析对象中含用导条等块导体得情况,采用块导体单元进行模拟。对于运动部件切割磁力线产生得反电动势,可以通过设置单元得速度效应属性来进行控制。根据分析与工程实际得要求,提供基于电流与电压得加载方式,还可以根据复杂得控制电路,耦合加载点到二维或三维有限元区域,进行多相、多电路单元得控制电路加载。
磁场求解后,可以在后处理中得到使用麦克斯韦方法与虚功方法计算得电磁力与力矩;可以计算绞线圈等部件得线圈电阻、电感与磁链,可以得到不同部件得储能及共能(非线性材料饱与会导致共能几倍于储能);可以生成直接耦合到结构与温度场分析得力与焦耳热;并得到感生电流得分布与涡流损耗、线圈损耗等。
电路分析与"电磁场－电路耦合(场路耦合)"分析
类似SPICE模式得电路单元
电阻、电容、电感、二极管等各种元器件
电压与电流源(含受控源)
机电耦合单元
鼠标点击得电路创建工具
任意复杂放置模拟电路
与有限元区域得绞线圈与块导体耦合
静态、谐波与瞬态分析
通常,诸如电机、变压器、电磁开关等分析对象得场特性就是与其外部连接电路相关得,有限元分析时需要考虑电路得一体化建模与分析。ANSYS提供类似SPICE模式得电路建模方式,模拟包括电阻、电容、电感、独立源、受控源在内得线性电路与包含二极管、齐纳二极管在内得非线性电路。ANSYS自带得电路创建工具可以通过图形化得电路示意图,协助用户方便得建立电路分析模型,直接对有限元场分析区域施加电压、电流等激励载荷,真正实现电路与有限元区电磁场分析得耦合。
由于基于计算机仿真,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得电压、电流值。在ANSYS中通过节点耦合,可以实现电路与包含了非线性材料在内得绞线圈与块导体有限元区域得耦合。
粒子跟踪与其她
电场与磁场分析中得带电粒子轨迹
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
优化设计与灵敏度分析
随机有限元分析(概率设计)
……
在进行电场与磁场分析后,ANSYS可以实现对带有一定电荷、质量与初速度得粒子得运动轨迹进行跟踪。
综上,ANSYS提供了一整套用于静态、交流、瞬态低频电磁场分析得完整工具,可以用于静电场、静磁场、电磁场、电路、电流传导等各种分析领域,可以计算各种电磁结构得电磁力、力矩、电感、电阻、电容与焦耳热、场泄漏、饱与、电场强度、磁场强度等各种关心得参数。并可以方便得与ANSYS得结构场、温度场、流体场等分析模块进行无缝耦合。
ANSYS EMAX
ANSYS Emax就是ANSYS公司得高频电磁场分析产
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
与目标识别。
ANSYS/Emax支持有限元计算区域所有结果得静态与动画显示。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)、模型区域得远场与近场、天线方向图、焦耳热损耗。在ANSYS Emax7、0开始,提供快速扫频得方法。现最新版本为ANYSYS EMAX 7、1。
用户界面
合乎思维习惯得分析流程
几何体、设置项分层分级树状显示
几何建模中得“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格式与ICEM CFD得TETIN格式输入
各种CAD软件接口
·CATIA 4(and STL)
·SDRC IDEAS
·Pro/Engineer
·Unigraphics
·Solidworks
·CAADS5
复杂模型六面体、四面体自动划分