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你可能喜欢ANSYS 12.0 软件培训——热分析编制：许京荆2010.5上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 华东地区技术支持中心 ANSYS 软件华东地区培训中心ANSYS12.0 软件培训-热分析内 容 目 录第1章 1.1 1.2 第2章 2.1 2.2 绪论 ANSYS 软件概述 ANSYS 12.0 新功能介绍 ANSYS12.0 Workbench 平台的使用 有限元分析与 ANSYS12.0 Workbench ANSYS12.0 Workbench 工程仿真分析一般过程 2.2.1 ANSYS12.0 Workbench 界面 2.2.2 分析系统加入工程图解 2.2.3 使用分析系统 2.2.4 使用 Workbench 功能 2.2.5 添加关联分析系统 2.2.6 参数化设计及工程仿真优化 2.2.7 自定义工程仿真分析流程 ANSYS12.0 Workbench 窗口管理 2.3.1 Workbench 窗口管理功能 2.3.2 Workbench 窗口相互切换 2.3.3 Workbench 窗口紧凑模式 ANSYS12.0 DesignModeler 几何模型 ANSYS12.0 DesignModeler 几何模型 3.1.1 DesignModeler 用户界面 3.1.2 选择过滤器及案例 3.1.3 长度单位 3.1.4 草图模式 3.1.4.1 平面和草图及案例 3.1.4.2 绘制草图及案例 3.1.4.3 草图标注及案例 3.1.4.4 草图约束及案例 3.1.4.5 编辑草图及案例 3.1.4.6 草图援引及案例 3.1.4.7 草图技巧 3.1.5 3D 实体模型 3.1.5.1 体和零件 3.1.5.2 3D 特征 3.1.5.3 布尔操作及案例 3.1.5.4 特征方向 3.1.5.5 特征类型 3.1.5.6 特征创建及案例 3.1.5.7 3D 实体建模案例-排气装置 3.1.6 概念建模及案例 3.1.6.1 创建线体及案例 3.1.6.2 3D 曲线特征及案例 3.1.6.3 创建面体及案例ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
12.3第3章 3.1上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析第4章 4.1 4.2 4.34.4 4.5 4.6 第5章 5.15.23.1.7 高级工具及案例 3.1.7.1 冰冻【Freeze】及案例 3.1.7.2 解冻【Unfreeze】 3.1.7.3 命名选择【Named Selection】 3.1.7.4 接合【Joint】 3.1.7.5 包围【Enclosure】及案例 3.1.7.6 填充【Fill】及案例 3.1.7.7 抽取中面【Mid-Surface】与表面延伸【Face Extend】及案例 3.1.7.8 切片【Slice】 ANSYS12.0 Meshing 网格划分 ANSYS12.0 Meshing 网格划分概述 ANSYS12.0 Meshing 网格划分方法 ANSYS12.0 Meshing 网格划分控制 4.3.1 网格划分用户界面 4.3.2 网格划分方法 4.3.3 网格局部尺寸控制【Sizing】 4.3.4 接触区域网格控制【Contact Sizing】 4.3.5 网格局部单元细化【Refinement】 4.3.6 映射面网格划分【Mapped Face meshing】 4.3.7 面匹配网格划分【Match Control】 4.3.8 虚拟拓扑工具【Virtual Topology】 网格划分控制案例—转动曲柄装配体 多体零件共享拓扑印记面及匹配网格划分案例 装配体薄层扫略网格划分及案例 ANSYS12.0 热分析 ANSYS12.0 热分析概述 5.1.1 传热基本方式 5.1.2 传热过程 5.1.3 稳态传热和瞬态传热 5.1.4 线性与非线性 5.1.5 符号与单位 5.1.6 材料属性 5.1.7 几何模型 5.1.8 接触 5.1.9 分析设置 5.1.10 载荷和边界条件 5.1.11 结果与后处理 ANSYS12.0 Steady-State Thermal 稳态热分析 5.2.1 ANSYS12.0 稳态热分析概述 5.2.2 ANSYS12.0 稳态热分析方法 5.2.3 ANSYS12.0 稳态热分析案例—短圆柱体的热传导 5.2.3.1 问题描述 5.2.3.2 问题分析 5.2.3.3 数值模拟过程ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
2上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析5.2.4 ANSYS12.0 稳态热分析案例—保温桶的对流传热 5.2.4.1 问题描述 5.2.4.2 问题分析 5.2.4.3 数值模拟过程 5.3 ANSYS12.0 Transient Thermal 瞬态热分析 5.3.1 ANSYS12.0 瞬态热分析概述 5.3.2 ANSYS12.0 瞬态热分析方法 5.3.3 ANSYS12.0 瞬态热分析案例—钢球淬火 5.3.3.1 问题描述 5.3.3.2 问题分析 5.3.3.3 数值模拟过程 5.3.4 ANSYS12.0 瞬态热分析案例—电路板瞬态传热问题 5.3.4.1 问题描述 5.3.4.2 数值模拟过程 第 6 章 ANSYS12.0 多物理场耦合分析 6.1 多物理场耦合分析概述 6.2 ANSYS12.0 多物理场耦合分析方法 6.3 ANSYS12.0 结构-热耦合分析案例—辐射杆件热应力问题 6.3.1 问题描述 6.3.2 问题分析 6.3.3 数值模拟过程 6.4 ANSYS12.0 热-电耦合分析 6.4.1 ANSYS12.0 热-电耦合分析概述 6.4.2 ANSYS12.0 热-电耦合分析方法 6.4.3 ANSYS12.0 热-电耦合分析案例—导线传热 6.4.3.1 问题描述 6.4.3.2 问题分析 6.4.3.3 数值模拟过程 6.4.4 ANSYS12.0 热-电耦合分析案例—热电制冷 6.4.4.1 问题描述 6.4.4.2 问题分析 6.4.4.3 数值模拟过程 6.4.5 ANSYS12.0 热-电耦合分析案例—热电发生器 6.4.5.1 问题描述 6.4.5.2 问题分析 6.4.5.3 数值模拟过程上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号3ANSYS12.0 软件培训-热分析第1章 绪 论1.1 ANSYS 软件概述 计算机辅助工程技术 CAE，即 Computer Aided Engineering，已经得到越来越广泛的使 用，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 静力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。 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。 ANSYS 软件由美国 ANSYS 开发，提供 CA TIA，UG，PRO/E 等主流 CAD 软件的数据接口。 作为现代产品设计中的高级 CAE 工具，ANSYS 软件是第一个通过 ISO9001 质量认证的大型 分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME） 、美国核安全局（NQA）及近二十种专业 技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并 在国务院十七个部委推广使用。 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。ANSYS 软件是开放、 灵活的数值模拟软件，其为产品设计的每一阶段提供解决方案，包括通用多物理场数值模拟, 行业分析，模型建造，设计分析，多目标优化，客户化结构分析解决方案，ANSYS 软件成为 从事工程研究与分析的广大企事业单位，研究院所广泛使用的计算分析工具。 1.2 ANSYS12.0 新功能介绍 2009 年 6 月，ANSYS12.0 在中国正式推出，作为一个大型的 CAE 分析软件，ANSYS 自 上个世纪七十年代诞生以来，随着计算机和有限元理论的发展，在各个领域得到了高度的评 价和广泛的应用。 伴随着版本的更新， 分析能力和各项操作功能都得到了更好的完善和发展。 ANSYS12.0 不仅在计算速度上进行了改进，同时增强了软件的几何处理、网格划分和后处理 等能力。另外，它还将创新的、耳目一新的数值模拟技术引入各主要物理学科。这些改进代 表了数值模拟驱动产品的发展道路又向前迈出了一步。 （注： 本章节的内容源自 ANSYS 官网） ? ANSYS12.0 Workbench ANSYS12.0 Workbench 作为一个框架，整合现有的应用，将数值模拟过程结合在一起， 在工程页引入了工程流程图的概念，见图 1-1。通过该项功能，一个复杂的包含多场分析的物 理问题，通过系统间的连接实现相关性。图表元素右边的状态符号显示了该项设置是否需要 更新、输入等，方便使用者查看设置状态。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号4ANSYS12.0 软件培训-热分析图 1-1ANSYS12.0 Workbench 工程页图 1-2ANSYS12.0 Workbench 核心应用程序界面此外，ANSYS12.0 Workbench 平台还可以作为一个应用开发框架，提供项目全脚本、报 告、用户界面（UI）工具包和标准的数据接口，该功能将随后发布。在 ANSYS12.0 版本中， 工程数据和 DesignExploration 将不再是独立的应用程序，通过工具箱它们被重新设计整合在 ANSYS12.0 Workbench 工程页下。尽管工程页做了较大调整，但 Workbench 的核心应用程序 及操作界面并无大的改变，见图 1-2。在这个创新的框架下，工程师可以完成一个完整的数值 模拟，包括 CAD 集成、几何修改和网格划分。工程页的概念流程图帮助指导使用者完成复杂 的分析，说明和明确数据关系，捕捉自动化的过程。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号5ANSYS12.0 软件培训-热分析? 几何&网格划分 ANSYS12.0 在其深厚的知识和经验的基础上，融合了丰富的几何和网格划分技术，整合 后的几何和网格划分解决方案，在不同的分析应用中可以共享几何和网格信息，对几何接口 进行了增强， 通过几何接口使用者可以从 CAD 系统中输入更多的信息， 包括新的数据类型如： 用于模拟梁的线体；附加属性如颜色、坐标系及在 CAD 系统中改进的命名选择等。前处理大 模型时，支持 64 位操作系统，可以对几何进行智能有选择更新。 另外，ANSYS12.0 Workbench 增强了创建几何的功能，提供了更多的自动化功能和更强 的适应性，增加了合并、连接和映射等功能用于曲面建模。新增工具可以自动探测处理常见 问题，如小边、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面。新版本对几何模型的修改和处理速度更快。 图 1-3 显示了清除前后的飞机模型。图 1-3 采用几何清除工具前后的飞机模型自动网格划分解决方案在流体动力学中取得了很好的结果。应用 GAMBIT 和 TGrid 的网 格附加功能，可以在最少输入情况下，自动生成合适的进行计算流体动力学分析的四面体网 格。另外，它融合了高级尺寸函数（与 GAMBIT 相似）、棱柱及四面体网格（来自 TGRID） 及其他网格划分技术，改进了网格平滑度、网格质量、划分速度、曲率近似功能捕捉、边界 分层捕捉等功能。尽管许多功能是出于流体动力学的应用而改进的，但是它们仍然可以用于 其他数值模拟分析应用。 如结构分析的用户可以应用这些功能， 得到自动化和高质量的网格。 新增多区域网格划分方法使用户在不进行几何分割的情况下，可以对复杂的几何模型划分纯 六面体网格，图 1-4 为对制动器转子执行一次操作所得到的六面体网格。图 1-4 制动器转子六面体网格? 多物理场 新版本扩展了多场求解功能。新增功能及增强功能可以处理直接耦合和顺序耦合的多物 理场问题，ANSYS12.0 Workbench 下的多场数值模拟速度比以前更快。ANSYS12.0 将求解器 技术整合在一个统一的数值模拟环境中，为多场求解提供了更有效的工作流程。扩展分布式 稀疏求解器功能，支持共享和分布式计算环境下的非对称和复杂矩阵。这种新的求解技术极上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
6ANSYS12.0 软件培训-热分析大的缩短了某些直接耦合解决方案的执行时间， 包含Peltier 和 Seebeck效应的耦合场分析， 如： 及热电耦合分析等。此外，可以应用直接耦合单元模拟多孔介质的渗流。 ANSYS12.0 Workbench 框架支持直接耦合场分析，相关的直接耦合场单元（SOLID226 和 SOLID227）支持热电耦合。此外，还有一个热电耦合分析系统支持温度相关材料的焦耳传 热分析和高级热电效应，如 Peltier 和 Seebeck 效应。该新技术的应用领域包括集成电路、电子 轨道、排线和热电制冷装置的焦耳热分析。图 1-5 Workbench 热电分析（WEG 电子装备授权）流固耦合功能中提出了一种新的 Immersed Solid FSI 算法。 这是一种基于网格重叠的技术， 流体和固体区域各自拥有一套网格，该算法可以帮助工程师模拟流场中运动刚体与流体之间 的相互作用。 ANSYS12.0 流固耦合的另外一个新功能就是可以通过求解非线性雷诺压膜方程来解决 FSI 涉及到薄液膜的非线性瞬态应用。12.0 版本提供了另外一个 FSI 功能：该功能采用 ANSYS12.0 FLUENT 软件作为 CFD 求解器来进行单向流固耦合计算，基于 ANSYS12.0 CFX-Post，可以使表面温度和表面力在 ANSYS12.0 FLUENT 和 ANSYS12.0 Mechanical 产品 之间进行单向载荷传递。 ? 结构力学 12.0 版本在结构应用中的驱动工程设计过程功能得到了很大的改进。许多新增功能及工 具整合到 ANSYS12.0 Workbench 平台中，以缩短整体求解时间。 另外，在单元、 材料、 接触、 求解性能、线性动力学、刚体动力学及柔体动力学上也集中进行了改进。图 1-6 涡轮机叶片裂纹分析（经 PADT 许可） 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号7ANSYS12.0 软件培训-热分析ANSYS12.0 中最引人注目的新单元是用于超弹性或成型应用中模拟复杂几何的 4 节点四 面体单元。它缩短了从几何到求解的分析时间，同时保证了求解的精确度。材料方面，在原 有众多选择的基础上引入了几个新材料，如 Gurson 材料，可用于模拟聚合体及聚合体复合材 料等。 装配体分析在数值模拟中越来越重要，ANSYS12.0 增强了高级接触属性，开发了包含许 多附加接触模拟特征，包括新增接触算法、自动去除过约束、接触对修整等功能，在求解接 触问题时得到了极大的改进，缩短了求解时间，加快了求解速度。 ANSYS12.0 改善了求解器性能，新增一个新的模态求解器，称为 SNODE，用于求解大模 型（超过 100 万自由度）的大数量振型（几百阶振型）。并行求解器 DANSYS 的功能也进行 了改进，支持低频电磁分析、高频电磁分析、PSTRESS、PSOLVE 及循环对称分析，可以有 效的解决电磁问题、转子动力学问题及循环对称和应力强化问题，节约求解时间，图 7 为所 用并行数目对求解时间的影响。图 1-7 DANSYS12.0 求解效率对此ANSYS12.0 Structural、 Mechanical 及 Multiphysics 在刚体动力学及柔体动力学功能上做了 改进，可以快速处理机构问题。另外，对数据及过程的众多改进增加了 ANSYS 刚体动力学数 值模拟的易用性。 ? 流体动力学 ANSYS12.0 将流体产品完全整合进入 ANSYS12.0 Workbench 环境， 以在该环境下进行数 值模拟工作流程的管理。用户可以采用 ANSYS12.0 CFX 或 ANSYS12.0 Fluent 软件来创建、 连接、重复使用系统来完成自动参数化分析，然后进行多物理场无缝管理数值模拟。图 1-8 内燃机腔内流体数值模拟结果ANSYS 一直坚持不懈的致力于改进求解器速度，以使所有用户从中受益。囊括工业应用 的一系列案例显示， ANSYS12.0 CFX 和 ANSYS12.0 Fluent 求解器速度已经提高了百分之十到上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
8ANSYS12.0 软件培训-热分析百分之二十， 甚至更多。 ANSYS12.0 Fluent 通过显式松弛增加了密度基隐式求解器的稳健性， 采用递推映射方法选项来提高稳定性（耦合压力基求解器），极大的增强了求解器性能。另 外，程序的易用性在很多方面得到了提高。ANSYS12.0 Fluent 采用单视框用户图形界面，以 便和 Workbench 中的其他分析应用保持一致，同时改进了 TUI 日志的鲁棒性，扩展了 Case Check 的推荐功能，在用户界面发展史上又前进了一步。ANSYS12.0 CFX 软件界面风格上的 主要改进在于增加了图形用户界面（GUI）。ANSYS12.0 的一个新功能允许用户定制界面外 观，包括创建附加输入面板。定制面板通过 GUI 布局和必要的输入进行控制，将常用操作及 基本过程封装一起。 ? 数值模拟过程及数据管理 在今天全球化环境中，数值模拟和设计不断整合，使有效的合作和交流成为产品开发必 不可少的一部分。ANSYS12.0 工程知识管理（EKM）解决方案旨在解决数值模拟和 CAE 界 的数值模拟过程和数据管理（SPDM）难题。ANSYS12.0 EKM 内容包括如何更好的管理、共 享、重复使用数值模拟数据以及如何更好的捕捉和重复使用数值模拟结果等工程专业技术。 ANSYS12.0 EKM 共有三个版本：ANSYS12.0 EKM Desktop、ANSYS12.0 EKM Workgroup 和 ANSYS12.0 EKM Enterprise。 这三个版本分别面向个人用户、 工作组及企业级用户。 ANSYS12.0 EKM Desktop 是 ANSYS12.0 EKM 产品中单用户、 局部环境版本， 作为 ANSYS12.0 的一部分， 已经集成于 ANSYS12.0 Workbench 环境，通过提供数据搜索、修补和报告特性，解决已有数 值模拟任务的重复使用，满足单个用户的数据管理需求，提高生产力和效率。 ? 应用 ANSYS12.0 Emag—由于 Ansoft 和 ANSYS 开发团队的组合，ANSYS12.0 将 Ansoft 电子 设计分析产品融入 ANSYS12.0 框架，ANSYS12.0 使用者将很快在 ANSYS12.0 中从改进和扩 展的 Electromagnetic 功能中获益。ANSYS12.0 中的 Emag 软件包含了一个新的用于低频电磁 数值模拟 3D 实体单元家族（SOLID236 和 SOLID237），可用于模拟静磁、时谐分析和瞬态 电磁场分析。用户可以在大多数的低频电磁应用中采用这些新单元，如电机、螺线管等电磁 设备。图 1-9SOLID236 和 SOLID237 和新的绞线选项求解的非线性瞬态分析 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
9上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析? 显式动力学 ANSYS12.0 在显式动力学领域倾注了大量的精力，包括附加新产品，使该技术对于无使 用经验者也易于使用。另外，增强 ANSYS12.0 LS-DYNA 和 ANSYS12.0 AUTODYN 产品功 能，为用户提供更大的便利。新增 ANSYS12.0 Explicit STR 软件，它基于 ANSYS12.0 AUTODYN 产品的拉氏算子部分，是 ANSYS12.0 Workbench 界面第一个本地显式软件。 该 技术可用于满足固体、流体、气体及它们之间相互作用的非线性动力学数值模拟，对已有 Workbench 环境使用经验的使用者，该软件有更好的适用性。图 1-10ANSYS12.0Explicit STR 应用实例ANSYS12.012.0 的新增功能和增强功能还有很多，本文未作一一阐述。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号10ANSYS12.0 软件培训-热分析第 2 章 ANSYS12.0 Workbench 平台的使用2.1 有限元分析与 ANSYS12.0 Workbench 由于计算规模和计算方法的限制，早期的FEA工具只能用来求解一些简化的2D稳态、线 性工程问题。随着数字技术的发展及计算能力的提高，越来越多的复杂问题可由数值模拟分 析工具解决。事实上，实际的工程问题往往涉及结构、流体流动、热传导、电磁学等各种不 同的物理环境，而解决这些领域中的工程问题，有限元方法已经得到成功且广泛的应用。 多数情况下，使用对称、反对称、平面应力、平面应变等简化假定能更有效的完成3D模 型的数值模拟分析。也就是说，如果工程问题满足简化条件，我们就应该使用这些简化假设， 而不必进行3D整体模型的数值模拟分析。 ANSYS12.0 Workbench有限元数值模拟分析软件用来模拟复杂的多物理场环境的实际工 程问题，它在工程页面引入了工程流程图的概念，通过各个分析系统间的连接，将数值模拟 过程结合在一起，每个分析系统的数值模拟过程一般是采用简化假定或者真实的物理模型， 将CAD模型构造成有限元网格模型，再通过施加载荷和边界条件后运行求解得到分析结果， 分析系统之间通过共同变量建立关联。 ANSYS12.0 Workbench 提供的分析类型如下： ? 结 构 静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和约束反力。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。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，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。可求解的静态非线性 问题，包括材料非线性：如塑性、大应变；几何非线性：如膨胀、大变形；单元非线性 如 接 触分析等。 ? 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。 动力学分析可以分析 大型三维柔体和刚体运动。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。结构动力学分 析类型包括：模态分析、谐波响应分析、响应谱分析、随机振动响应分析、瞬态动力学 分 析 、显式动力分析等。 ? 热 分析热分析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。 热分析应用于热处理问题、 电子封装、 发动机组、 压 力 容器、流固耦合问题、热结构耦合的热应力问题等。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号11ANSYS12.0 软件培训-热分析?流 体 动力学分析ANSYS12.0 流体动力学分析包含 CFX 和 Fluent，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速。 并且可以利用后处理功能产生压 力 、 流速和温度分布的图形显示。 ? 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、变压器、发电机、电解 槽 及 无损检测装置等设计和分析领域。 ? 耦 合 场分析通 过 直接耦合或载荷传递顺序耦合求解不同场的交互作用，用于分析诸如流体-结 构 耦 合、结构-热耦合、热电耦合等问题。 2.2 ANSYS12.0 WORKBENCH 工程数值模拟分析一般过程 通常下面的过程可以完成一般的有限元数值模拟， 然而， 值得提示的是， 利用Workbench 平台模拟不同分析类型的工程问题时，比如静力分析、动力分析、自由振动等，这些分析类 型中可能包含不同的材料非线性、瞬态载荷、刚体运动等特征，这就需要增加相应的属性定 义以帮助完成分析。 ANSYS12.0 Workbench 工程数值模拟一般过程如下： 1、选择工程问题的分析类型，将分析系统加入工程流程图 2、使用分析系统 3、DesignModeler建立几何模型或CAD接口关联几何模型。 4、利用提供的工程材料或自定义来分配材料属性。 5、施加载荷和边界条件。 6、设置需要求解得到的结果。 7、计算求解。 8、查看评估结果。 9、添加关联系统 10、查看参数和设计点 11、生成有限元数值模拟分析报告。 2.2.1 ANSYS12.0 Workbench 界面 ANSYS12.0 Workbench中采用Workbench 2.0的框架体系，Workbench 2.0 整合所有的功能， 将不同分析类型的数值模拟过程结合在一起，和以往的版本不同，Workbench 2.0中引入工程 流程图的方式管理工程项目，通过该功能，一个复杂的多物理场分析问题，通过系统间的相 互关联来实现。图2-1是 Workbench界面，该界面由以下区域构成。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
12ANSYS12.0 软件培训-热分析图2-1ANSYS12.0 Workbench界面1、 主菜单（图2-2） 主菜单包括基本的菜单系统， 如文件操作【File】 ，窗口显示【View】 ，提供工具【Tools】 ， 单位制【Units】 ，帮助信息【Help】 。图2-2 主菜单2、 基本工具条（图2-3） 基本工具条包括常用命令按钮， 如新建文件 【New】打开文件 ， 【Open】 保存文件 ， 【Save】 ， 另存为文件【Save As】，导入模型【Import】，紧凑视图模式【Compact Mode】图2-3 基本工具条3、 工具箱（图2-4） Workbench界面左侧是工具箱，工具箱窗口中包含了工程数值模拟所需的各类模块。工具 箱包括分析系统【Analysis Systems】 ，如图2-4，分析系统显示不同的分析类型见表2-1。组件 系统【Component Systems】 ，如图2-5，组件系统显示不同的组件类型见表2-2。自定义系统 【CustomSystems】 ，设计优化【Design Exploration】 。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号13ANSYS12.0 软件培训-热分析 表2-1 分析系统说明 分析类型 Electric (ANSYS) Explicit Dynamics (ANSYS) Fluid Flow (CFX) Fluid Flow (Fluent) Hamonic Response (ANSYS) Linear Buckling (ANSYS) Magnetostatic (ANSYS) Modal (ANSYS) Random Vibration (ANSYS) Response Spectrum (ANSYS) Shape Optimization (ANSYS) Static Structural (ANSYS) Steady-State Thermal (ANSYS) Thermal-Electric (ANSYS) Transient Structural(ANSYS) Transient Structural(MBD) Transient Thermal(ANSYS) 说明 ANSYS电场分析 ANSYS显式动力学分析 CFX流体分析 FLUENT流体分析 ANSYS谐响应分析 ANSYS线性屈曲 ANSYS静磁场分析 ANSYS模态分析 ANSYS随机振动分析 ANSYS 响应谱分析 ANSYS 形状优化分析 ANSYS 结构静力分析 ANSYS 稳态热分析 ANSYS 热电耦合分析 ANSYS 结构瞬态分析 MBD 多体结构动力分析 ANSYS 瞬态热分析图2-4 分析系统 表2-2 组件类型说明 组件类型 AUTODYN BladeGen CFX Engineering Data Explicit Dynamic （LS-DYNA） Finite Element Modeler FLUNET Geometry Mechanical APDL Mechanical Model Mesh Results 图2-5 组件系统 TurboGrid Vista TF FEM有限元模型工具 FLUNET 流体分析 几何建模工具 机械APDL命令 机械分析模型 网格划分工具 结果后处理工具 涡轮叶栅通道网格生成工具 叶片二维性能评估工具 说明 AUTODYN非线性显式动力分析 涡轮机械叶片设计工具 CFX高端流体分析工具 工程数据工具 LS-DYNA 显式动力分析4、 工程流程图 在 ANSYS12.0 Workbench 中工程流程图是管理工程的一个区域，如图 2-1 右侧所示，分 析系统和各个组件都可以加入工程流程图，并建立关联。对于熟悉 ANSYS11.0 Workbench 的上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
14ANSYS12.0 软件培训-热分析使用者来说，使用工程页面管理数值模拟文件并不是件困难的事。在 ANSYS12.0 版本里，工 程页面的文件管理被分析流程所取代。 【Project Schematic】工程流程图窗口引入图表显示方式 管理整个工程，依靠引入分析系统，描述工作流程及使用 ANSYS12.0 Workbench 中的各项功 能。 2.2.2 分析系统加入工程流程图 下面使用 ANSYS12.0 Workbench 开始一个工程数值模拟过程，先关闭【Getting Started】 欢迎界面，按住鼠标左键，将需要的流体分析类型【Fluid Flow（CFX） 】从工具箱窗口拖入工 程流程图窗口，如图 2-6，在此我们可以看到，由于选择了 CFX 流体分析系统，工程流程图 中就会生成 CFX 流体分析图表，CFX 流体分析图表显示了执行 CFX 流体分析的工作流程， 其中每一个单元格命令分别代表 CFX 流体分析过程中所需的每个步骤。 根据 CFX 流体分析图 表所示，从上往下执行每个单元格命令，我们就可以从头到尾进行流体数值模拟，也就是先 得到几何模型， 然后利用几何模型生成有限元网格模型，然后设置数值模拟的物理条件，然 后计算并求解得到结果，最后在后处理中显示得到的结果。单元格右边的图标实时提示每个 步骤的当前状态。图 2-6工程流程图窗口继续下面的分析，如果需要释放一些屏幕空间，可以关闭工具箱窗口，点击【Save】保存 按钮，可以随时保存此工程分析。图 2-7 保存工程分析文件。图 2-7 保存工程分析文件2.2.3 使用分析系统 点击鼠标右键，选择【Geomety】几何模型单元格，选择【Geomety】?【New Geomety】 ?【Import Geomety】?【Wing.agdb】文件，建立几何模型如图 2-8，此案例中加载现有的几 何模型 Wing.agdb, 鼠标右键选择【Geomety】?【Edit】可以进入 DesignModeler 编辑几何模上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
15ANSYS12.0 软件培训-热分析型见图 2-9. 几何模型修改后可以最小化或关闭 DesignModeler 窗口。提示，我们并没有保存 DesignModeler 中的几何模型，ANSYS12.0 Workbench 会在后台自动运行文件管理功能，保存 文件。 【Geomety】后面的打勾标记?表明可以进行下一个网格划分的步骤。图 2-8 建立几何模型图 2-9 编辑几何模型点击鼠标右键，选择单元格【Mesh】?【Edit】 ，Workbench 将调入相应的分析系统窗口， 改变网格尺寸，单元网格会自动更新，当修改网格划分后，可以关闭或最小化该窗口， 得到 有限元网格模型见图 2-10。图 2-10有限元网格模型点击鼠标右键，选择单元格【Setup】? 【Edit】 ，Workbench 将加载【CFX-Pre】功能窗 口见图 2-11， 这里设置所需的流场物理环境， 设置完成后， 可以关闭或最小化该窗口， 【Setup】 单元格自动更新。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
16ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-11CFX-Pre 窗口设置流场物理环境点击鼠标右键， 选择单元格 【Solution】 【Edit】Workbench 将加载 ? ， 【CFX-Solver Manager】 功能窗口，在这里进行计算得到收敛解见图 2-12。求解完成后， 【Solution】单元格自动更新。图 2-12计算求解点击鼠标右键，选择单元格【Results】?【Edit】 ，Workbench 将加载【CFX-Post】功能窗 口，在这里进行结果后处理得到所需的结果见图 2-13。图 2-13 结果后处理2.2.4 使用 Workbench 功能 点击鼠标左键，选择 Workbench 功能菜单中【View】?【Files】 ，分析过程中涉及到的文上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
17ANSYS12.0 软件培训-热分析件列表显出出来，见图 2-14.图 2-14文件列表现在，选择单元格命令【Geometry】?【Edit】 ，在 DesignModeler 窗口改变模型位置后， 会看到 CFX 图表中，下游单元格命令随着上游单元格命令的变化立即产生相应的改变。我们 也可以鼠标右击每个单元格【Update】得到更新，或者选择工具按钮【Update Project】以批处 理方式进行更新，见图 2-15。图 2-15工程更新2.2.5 添加关联分析系统 下面将 CFX 求解结果作为结构加载的边界条件完成结构静力分析。点击鼠标右键，选择 【Solution】?【Transfer Data to New】?【Static structural (ANSYS)】见图 2-16。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号18ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-16 载入静力分析类型新的静力分析系统加入工程流程图，静力分析系统中，同样，每个单元格依次排序来表 示分析过程的每个步骤，两个分析系统中的方点连线表示共享内容，也就是几何模型是一致 的，圆点连线表示求解结果将从前一个分析系统传递到后一个分析系统，见图 2-17。图 2-17 关联分析系统点击鼠标右键，选择【Model】?【Edit】 ，图 2-18，进入【Static Structual (ANSYS)】 界 面，可以看到，流体模型部分被抑制，仅显示出结构的实体模型，对结构实体模型网格划分 如图 2-19.图 2-18 编辑模型 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
19ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-19 结构有限元网格选择结构表面，流场计算的压力载荷自动传递到改表面，计算求解，结构静力分析结果 如图 2-20。 提示： 所有静力分析系统中单元内容自动更新。 如果再次改变几何模型， 【Update 点击 Project】按钮，工程所有单元会全部更新，参见图 2-21。图 2-20 静力分析结果上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号20ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-21工程更新结果示意2.2.6 参数化设计及工程数值模拟优化 参数化设计可以更好的比较设计方案优劣，我们可以在分析系统中定义可变参数，可变 参数加入分析系统图表，工程图表显示出【Parameter Set】参数设置栏，如图 2-22。图 2-22 参数化设计 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
21ANSYS12.0 软件培训-热分析点击【Parameter Set】参数设置栏，载入设计点表格，表格中每一行代表一个参数设计方 案，增加行，可以生成新的设计方案，选择工具栏按钮【Update All Design Points】可以更新 所有的设计方案，如图 2-23。关闭设计方案窗口，回到工程流程图窗口。图 2-23 设计方案图表下面使用 CFX 网格设置 FLUENT 流体分析，【Toolbox】 在 工具箱内选择 【Componet Systems】 组件系统来组建工程，把【Componet Systems】中【FLUENT】流体拖入工程流程图的空白区 将生成一个独立系统，如果拖入到已有的分析系统单元将和已有的系统共享单元数据或者从 已有系统中导入单元数据， 该工程也可以得到 FLUENT 求解器计算的流体分析结果。 见图 2-24。图 2-24 加入 FLUENT 流体分析组件2.2.7 自定义工程数值模拟分析流程 如果想把工程流程图用于其它的工程项目，可以将该示意图保存为自定义工程模板，以 供以后调用， 鼠标右击工程流程图 【Project Schematic】 选择 ， 【Add to Custom】 【Add Project ,在 Template】 添加工程模板窗口输入名称即可，见图 2-25，点击【View All/Customize】可以简 化或定制工具箱内的显示内容，见图 2-26。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
22ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-25 自定义工程模板图 2-26 定制工具箱内的显示内容2.3 ANSYS12.0 Workbench 窗口管理 2.3.1 Workbench 窗口管理功能 ANSYS12.0 Workbench 使 用 多 窗 口 管 理 ， 以 静 力 分 析 为 例 ， 调 入 几 何 模 型 时 ， DesignModeler 窗口打开，编辑模型单元时，Mechanical 程序窗口打开，Windows 任务栏显示 DM 和 M 标签按钮，通过这些按钮的切换，可以改变几何模型和更新分析过程，见图 2-27。图 2-27 Workbench 多窗口管理 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
23ANSYS12.0 软件培训-热分析2.3.2Workbench 窗口相互切换单击 DM 按钮，进入 DesignModeler，改变几何模型孔的定位，在任务栏单击 Workbench 按钮， 进入 Workbench 界面， 提示， Gemetry】 【 状态图标发生了更新变化， 2-28， Workbench 图 从 界面单击工具栏 【Update Project】 按钮， 以批处理方式更新全部单元， 在任务栏单击 【Mechanical】 按钮，可以查看更新后的分析结果。见图 2-29。图 2-28Workbench 窗口相互切换图 2-29 查看更新后的分析结果2.3.3Workbench 窗口紧凑模式Workbench 窗口在 【Compact Mode】 紧凑模式下工作是很方便的， 从工具栏选择 【Compact Mode】按钮，Workbench 窗口仅显示工程流程图界面。图 2-30,右上方工具按钮提供不同的窗 口显示方式及显示内容，选择【Applications】?【Arrange Vertically】可以垂直排列分析系统 窗口。见图 2-31。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号24ANSYS12.0 软件培训-热分析图 2-30 【Compact Mode】紧凑模式图 2-31 垂直排列分析系统窗口上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号25ANSYS12.0 软件培训-热分析第 3 章 ANSYS12.0 DesignModeler 几何模型3.1 ANSYS12.0 DesignModeler 几何模型 创建设计模型是产品研发处理的第一步， 也是核心内容。CAD 模型通常不会考虑 CAE 分 析的需要，DesignModeler 是它们之间的桥梁。DesignModeler 全参数化实体建模，基于 ANSYS12.0 Workbench，提供适用于有限元计算的建模功能，包含具体模型创建，CAD 模型 修复，CAD 模型简化以及概念化模型创建功能。 工程流程图中建立几何模型是通过 DesignModeler（以下简称 DM）程序实现的。DM 的 功能主要用于建立和编辑几何模型，由于它采用特征描述，参数化的实体设计方法，因此可 以很方便的构造 2D 草图和 3D 实体模型，以及载入 3D CAD 模型用于后续的工程分析。对于 没有使用过参数化实体建模的初学者来说，DM 是极为易学易用的， 而对于有经验的使用者而 言，DM 也提供将各种 2D 草图转换为 3D 实体模型的功能。 DM几何模型主要关注以下四个基本方面: 1. 2. 3. 4. 草图模式： 包括创建二维几何体工具， 这些二维草图为3D几何体创建和概念建模作准备。 3D几何体：将草图进行拉伸、旋转、表面建模等操作得到的几何体。 几何体输入：直接导入CAD模型进入DM并对其进行修补，使之适应有限元网格划分。 概念建模：用于创建和修补直线和表面实体使之能应用于创建梁和壳体。3.1.1 DesignModeler 用户界面 从组件系统【 Component Systems】中将 【Geometry】拖入工程 流程图区域【Project Schematic】 ，选择【Geometry】?【New Geometry】进入 DesignModeler 程序窗口，如图 3-1。图 3-1调入几何模型组件DesignModeler 用户界面类似于大多数特征建模软件，见图 3-2。菜单和工具条可以接受 使用者输入的命令， 主菜单文件操作 【File】3D 建模 ， 【Creat】线体及面体的概念建模 ， 【Concept】 ， 建模工具【Tools】 ，窗口视图管理【View】 ，帮助信息【Help】 。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
26ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-2 DesignModeler 用户界面工具条可以根据用户要求放置在任何地方也可以自行改变其尺寸，基本工具条包括常用 命令按钮，如新建、保存、模型导出、抓图等，以及目标选择方式按钮如点选、线选、面选、 体选等。视图工具条上的命令按钮可以激活鼠标操作目标对象，如旋转、平移、缩放、聚焦 等见图 3-3。工作平面工具条可以用来设置工作平面和定义草图。3D 建模工具条提供三维建 模的各种命令按钮，如拉伸【Extrude】 、旋转【Revolve】 、扫掠【Sweep】 、蒙皮【Skin/Loft】 等。图 3-3 视图工具条命令导航树【Tree Outline】区域显示整个建模流程中的所有特征操作，模型的变化跟随特征 操作的改变。 导航树下每个分支命令的详细描述及设置都显示在详细信息窗口 【Details View】 。 图形窗口【Graphics】显示当前模型状态，状态栏区域显示当前模型的状态提示。3.1.2 选择过滤器及案例 ? 选择命令 选择工具条命令见图 3-4上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
27ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-4 选择工具条命令? 功能介绍 激活选择过滤器【Select】可以进行特征选取，完 成最初的选择后， 图形窗口左下角的选择窗格用来选择 被遮盖的线、 面等几何元素， 其中每个待选方块代表一 个几何元素， 方块的颜色和装配体零件颜色相配， 见图 3-5。 用户可以通过工具条的选择方式按钮选择对象， 单 选【Single Select】或框选【Box Select】 ，相邻选择则用 于选取相邻的面或边。 ? 案例演示 下面用实例演示选择过滤器中各个命令用法： 1. 【Componet Systems】?【Geomety】拖入【Project Schematic】中。 2. 【Project Schematic】 鼠标右键选择 中， 【Geomety】 【Import Geometry】 【Browse】 ? ? 输入文件 resistance.x_t，见图 3-6。图 3-5 特征选取图 3-6导入几何文件3. 4.【Project Schematic】中，鼠标右键选择【Geomety】?【Edit】进入 DesignModeler 程序窗口。 DM 中关闭单位选择窗口，鼠标点击【Generate】按钮，点击视图工具条的各个视图 按钮显示模型，参见图 3-7。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
28上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-7 显示模型5.点取选面按钮， 【BoxSelect】框选面如图 3-8。左到右右到左 右图 3-8框选面? 提示： 框选时，拖动鼠标从左到右将选择完全在选择框中的对象，从右到左将选择包含或经过 选择框的对象，选择框边框的识别符号有助于用户确定正在使用的是那种拾取模式。 6. 单选模式 【Single Select】 ?选择面? 【Extend to Adjacent】 选择相邻面结果如图 3-9。 ，1324图 3-9 选择相邻面7.单选模式【Single Select】?选择面?【Extend to Limits】 ，选择相邻扩展面结果如图 3-10。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
29上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-10 选择相邻扩展面8.单选模式 【Single Select】 ?选择面? 【Flood Blends】 选择相邻倒圆面结果如图 3-11。 ，图 3-11 选择相邻倒圆面9.单选模式 【Single Select】 ?选择面?【Flood Area】 ，选择所有相邻面结果如图 3-12。图 3-12 选择所有相邻面上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号30ANSYS12.0 软件培训-热分析3.1.3 长度单位 开始一个新的设计模型之前会出现一个长度单位对话框，以选择需要的长度单位，默认 单位为米【Meter】 ，也可以选择厘米【Centimeter】 、毫米【Millimeter】 、微米【Micrometer】 、 英寸【Inch】或英尺【Foot】如图3-13。图3-13 长度单位3.1.4 草图模式 DesignModeler 主要包含 2 个基本操作模式， 草图 2D 【Sketching】 3D 建模 和 【Modeling】 ， 在 2D 草图模式中， 提供画图 【Draw】修改 、 【Modify】尺寸定义 、 【Dimensions】约束 、 【Constraints】 、 设置【Settings】 5 个工具用于创建 2D 草图。3D 建模中，利用草图轮廓创建特征模型， DesignModeler 中， 使用特征可以分割实体以提高网格质量， 或者加入印记面以施加局部载荷。 建立新模型一般是从草图开始。 下文中将以案例演示方式创建草图，对其中涉及的概念及命令在案例中加以解释。 3.1.4.1 平面和草图及案例 平面和草图工具条说明见图3-14，DM草图首先定义绘制草图的平面，然后在所希望的平 面上绘制或识别草图。一个新的DM交互对话中在全局直角坐标系原点有三个默认的正交平面 (XY, ZX, YZ)，可以根据需要定义原点和方位创建平面，也可以通过使用现有几何体作参考平 面创建和放置新的工作平面，一个平面可以和多个草图关联，构建平面的六种类型见表3-1.图 3-14 平面和草图工具条上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号31ANSYS12.0 软件培训-热分析 表3-1 构建平面的六种类型 构建平面命令 From Plane From Face From Point and Edge From Point and Normal From Three Point From Coordinates 说明 基于另一个已有面创建平面 利用已有几何体表面创建平面 用一点和一条直线的边界定义平面 用一点和一条边界方向的法线定义平面 用三点定义平面 通过键入距离原点的坐标和法线定义平面? 案例演示： 从组件系统【Component Systems】中将【Geometry】拖入工程流程图区域【Project Schematic】保存文件DM1-Sketch.wbpj， 【Geometry】【New Geometry】 ， 选择 ? 进入DesignModeler 程序窗口，开始草图过程如下（见图3-15）： 选择【XYPlane】 创建新平面【New Plane】 导航树显示新平面对象【Plane4】 构建平面的六种类型(见表3-1)，【Plane4】属性设置：【Type】?【From Plane】，平 面变换【Transform 1】?【Offset Z】;偏移距离【FD1】=10m 5. 【Generate】生成平面 1. 2. 3. 4. ? 提示：这并非创建草图的必要步骤 6. 将草图放到平面中，草图用来创建3D几何体。选择新建草图按钮，在激活平面上新建草 图【Sketh1】,新草图放在树形目录中与其相关平面的下方。可以通过导航树或下拉列表 激活草图，保存文件。图3-15 生成草图? 提示: 下拉列表仅显示以当前激活平面为参照的草图。平面和草图的详细视图【Details View】 控制着基本操作，用鼠标右键点击【Transform】可以迅速完成选定平面的变换，一旦选择了上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
32ANSYS12.0 软件培训-热分析变换, 将出现附加属性选项,允许键入偏移距离, 旋转角度, 旋转轴等更多的控制参数，多种 平面变换方式见图3-16。无变换 轴变换 Z，X 轴反向 X，Y 轴反向 X 轴与基点对齐 X 轴与全局坐标 X 轴对齐 X 轴与边对齐 偏移变换 旋转变换 上一变换 下一变换 删除变换 生成变换 X 轴方向水平偏移 Y 轴方向水平偏移 Z 轴方向水平偏移 全局坐标 X 轴水平偏移 全局坐标 Y 轴水平偏移 全局坐标 Z 轴水平偏移 绕 X 轴旋转 绕 Y 轴旋转 绕 Z 轴旋转 绕边旋转 绕全局坐标 X 轴旋转 绕全局坐标 Y 轴旋转 绕全局坐标 Z 轴旋转 图3-16 平面变换选择方式3.1.4.2 绘制草图及案例 绘图命令说明见图3-17 1. 接上例，选中草图【Sketh1】，切换到 草图标签【Skething】开始绘制草图 2. 3. 选择矩形命令【Rectangle】 按照状态条的提示操作:：将光标定位， 单击鼠标按住并拖动,在图形区域绘制 矩形，松开鼠标创建一个矩形。 4. 选择画圆命令【Circle】5. 按照状态条的提示操作，选择圆心位置， 坐标原点出现“P” (点约束) 标志， 拖放鼠 标以获得圆。见图3-18，保存文件。图 3-17 草图画图命令 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
33ANSYS12.0 软件培训-热分析图3-18 绘制草图3.1.4.3 草图标注及案例 DM包括一个完整的标注工具箱， 见图 3-19，除了可以逐个标注尺寸之外，还可 以进行半自动标注， 半自动标注循环链给 出待标注的尺寸的选项， 直到模型完全约 束或用户选择退出自动模式， 单击鼠标右 键按钮跳出或结束此项功能。 用鼠标右键单击【General】标注工 具可以迅速标注所有主要的标注工具。 【Move】功能可以修改尺寸放置的位置。 【Animate】用来浏览对所选定尺寸的动 态变化。 【Display】可以显示尺寸的具体数 值或尺寸名称。编辑尺寸功能，选择待修 改的尺寸， 然后在详细列表窗口键入新值 即可完成修改， 或用鼠标右键菜单弹出选 项也可以快速进行尺寸编辑。 ? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.图3-19 草图尺寸标注命令案例演示（见图 3-20-图 3-21） 接上例，选择【Dimensions】标签选项 选择命令【Dimensions】?【General】 分别点击图形区的矩形外边框，拖放鼠标，得到矩形边长的尺寸标注 选择命令【Dimensions】?【Horizontal】 点击图形区的矩形短边和Y轴中心线，拖放鼠标，得到矩形短边到中心线的水平尺寸标注 选择命令【Dimensions】?【Vertical】 点击图形区的矩形长边和X轴中心线，拖放鼠标，得到矩形长边到中心线的垂直尺寸标注 选择命令【Dimensions】?【Radius】 点击图形区的圆，拖放鼠标，得到圆半径尺寸标注ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
34上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.【Details View】?【Dimensions: 5】显示当前尺寸名称及数值 编辑【Details View】?【Dimensions: 5】各个尺寸数值 选择【Dimensions】?【Display】?【Value】中打勾 显示修改尺寸及数值 选择【Dimensions】?【Edit】 点击水平尺寸H12 编辑【Details View】?【Details of H12】名称和数值:Horizontal=hor1, Value=10m 同样修改别的尺寸见图3-22，保存文件。图3-20 草图尺寸标注A图3-21 草图尺寸标注B图3-22 上海大学机电学院安全断裂分析研究室草图尺寸标注C 延长路 149 号
35ANSYS 软件华东区培训中心ANSYS12.0 软件培训-热分析3.1.4.4 草图约束及案例 草图约束命令如图3-23，详细信息窗口可以 显示草图约束的详细情况，约束可以通过自动约 束产生也可以由用户定义，选中定义的约束后用 【Delete】键即可删除约束， 草图实体还用颜色显示当前的约束状态: ? ? ? ? ? 凫蓝色: 未约束，欠约束 蓝色: 完整定义的 黑色: 固定 红色: 过约束 灰色: 矛盾或未知图3-23 草图约束命令? 提示: 如果一个草图没有在空间内固定，则开始草图中的线 是凫蓝色的,表明没有约束，即使在标注后这些线也是欠 约束，此时加入尺寸约束固定该草图，则草图定义完整， 所有的线为蓝色。如果加入过多的尺寸或约束使草图成为 过约束，则草图模式下过约束线为红色。如图 3-24 一个矛盾约束的示例为灰色线。 如图3-25是一个矛 盾约束， 这里定义圆弧的半径为5, 然而已给出的竖直尺 寸为15，显然无法在维持现有尺寸的情况下将2条水平线 和圆弧连接起来。图3-24 颜色显示约束状态图 3-25 矛盾约束示例上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号36ANSYS12.0 软件培训-热分析3.1.4.5 编辑草图及案例 Modify工具箱有许多编辑草图的工具，见图3-26，一些功能如倒圆角、倒角等是显而易 见的，GUI底端的状态条可以实时显示每一个功能的提示。下文将主要阐述一些无法从名称上 直接看出功能的命令。 1、 分割【Split】命令 【Split】命令用于分割边线，案例 操作如图3-27，其相关命令解释如下： ? 【Split Edge at Selection】：缺 省选项，表示在选定位置将一条边线分 割成两段，但指定边线不能是整个圆或 椭圆，要对整个圆或椭圆做分割操作, 必须指定起点和终点的位置。 ? 【Split Edges at Point】：用点 分割边线: 选定一个点后,所有过此点 的边线都将被分割成两段。 ? 【Split Edge at all Points】： 用边上的所有点分割: 选择一条边线, 它被所有通过的点分割。 ? 【Split Edge into n Equal Segments】：将线n 等分: 先在编辑框 中设定n 值,然后选择待分割的线，n 最 大为100。图 3-26 编辑草图命令? 案例演示 1) 接上例，选择【Modify】?【Split】 2) 选择边线之前，在图形区选择鼠标右键选项，选择边等分n段命令【Split Edge into n Equal Segments】 3) 在【Modify】?【Split Equal Segments】中设置n=8 4) 在图形区选择圆，圆被分割成8段，保存文件。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号37ANSYS12.0 软件培训-热分析2 1 34图3-27分割操作? 提示 【Split】命令对草图蒙皮【Skin/Loft】是非常有用的，【Split】线操作对将要进行的 划分网格和或加入边界条件操作也很有用。 2、 拖曳【Drag】 用光标可以拖曳一个点或一条边。可以在使用拖曳【Drag】功能前预先选择多个实体， 模型如何变化取决于所选定的内容、所加的约束和尺寸。 3、 剪切【Cut】、拷贝【Copy】和粘帖【Paste】命令: 【Cut】+【Paste】或【Copy】+【Paste】用于移动或复制对象，案例操作如图3-28，鼠 标右键粘贴操作点选项命令解释如下： ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【End / Set Paste Handle】：指定粘贴点位置 【End / Use Plane Origin as Handle】：指定粘贴点在平面原点 【 End / Use Default Paste Handle】：将第一条线的起始点作为粘贴点 【Rotate by +/- r Degrees】： 正向旋转+或反向旋转- r 度 【Flip Horizontally / Vertically】：水平或垂直翻转 【Scale by Factor f or 1/f】：放大f 倍或缩小1/f 【Paste at Plane Origin】：在平面原点粘贴 【Change Paste Handl】：修改粘贴点 【End】：结束? 案例演示上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号38ANSYS12.0 软件培训-热分析1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)接上例，选择【Modify】?【Copy】 选择框选【Box Select】 图形区选择对象：圆 图形区点击鼠标右键，设置粘帖点为圆中心【End / Use Plane Origin as Handle】 选择【Modify】?【Paste】，设置缩放比例f=0.5 图形区点击鼠标右键，选择比例缩放【Scale by Factor f 】 移动鼠标到矩形左端，点击鼠标8) 图形区点击鼠标右键，选择结束【End】，保存文件。图3-28 草图复制? 提示： 完成【Copy】后，可以进行多次粘帖操作，可以从一个草图复制后粘帖到另一个 草图，在进行粘帖操作时可以改变粘帖操作点. 4、 复制【Replicate】命令: 【Replicate】命令和【Copy】＋【Paste】命令等效，选取其中一个【End】选项后, 再 次单击【Replicate】鼠标右键就变成了粘贴功能右键。 5、 移动【Move】命令 【Move】命令和【Replicate】命令相似，但操作后选取的对象移动到一个新的位置而不 是被复制。 6、 偏移【Offset】命令 可以从一组已有的线和圆弧偏移相等的距离来创建一组线和圆弧，原始的一组线和圆弧 必须相互连接构成一个开放或封闭的轮廓。选择边，然后在鼠标右键弹出菜单中选择“结束选 择/ 设定偏移” 。用光标位置设定一下三个值：偏移距离、偏移侧方向、偏移区域。如果按照 指定的偏移方向和偏移距离操作，选定的曲线的一部分将被破坏或相互交叉，那么光标的所 在位置将决定偏移曲线的哪一个区域将被保存下来，示例如图3-29。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
39ANSYS12.0 软件培训-热分析图3-29草图偏移命令3.1.4.6 草图援引及案例演示 草图援引【Instance】命令 草图援引用来复制源草图并将其加入到目标面中，复制的草图和源草图始终保持一致,也 就是说复制对象随着源对象的更新而更新。 ? 提示 ? ? ? ? 草图援引中的边界是固定的，不能通过草图操作进行移动、编辑或删除。 基准草图中改变时，援引草图将被更新。 源草图所在的面必须在目标面之前创建，援引的草图不能放在XY平面前。 草图援引可以像正常草图一样用于生成其他特征，但不能作为基准草图被其他草图援引。? 案例演示： 从组件系统【Component Systems】中将【Geometry】拖入工程流程图区域【Project Schematic】 ，保存文件DM2-Instance.wbpj，选择【Geometry】?【New Geometry】进入 DesignModeler程序窗口： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 【XYPlane】工作平面上创建草图【Sketch1】。 草图1为带中心圆孔的矩形，尺寸任意。 选择【ZXPlane】工作平面。 鼠标右键选择【Insert Skectch Instance】。 选取所要援引的目标面。【Details View】?【Details of Sketch2】?【Base Sketch】 =Sketch1，用【Apply/Cancel】按钮选择源对象。 修改放置位置选项， 草图援引可以偏移,旋转或按比例缩放， 这里缩小一半： 【Details View】 ?【Details of Sketch2】?【FD6，Scale】=0.5。 点击【Generate】按钮完成草图援引。 生成缩小一半的草图【Sketch2】如图3-30显示. 【Extrude】特征拉伸草图成实体，保存文件。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号40ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-30 草图援引3.1.4.7 草图技巧 ? 提示与技巧 1) Ruler工具可以快捷的看到图形的比例范围。 2) 默认的设计模型是自动约束模式，自动约束可以在新的草图实体中自动捕捉位置和 方向，光标表示所施加的约束类型。 3) 当创建或改变平面和草图时, 运用“Look At” 工具可以立即改变视图方向，使该 平面、草图或选定的实体与你的视线垂直。 4) 用鼠标右键从图形屏幕上点击上下文菜单有时是必须的或者是更有效的。 5) 只有在草图模式下才可以使用Undo/Redo按钮进行撤销/恢复操作。任何时候只能激 活一个草图。 6) GUI状态条包括进行每一步操作的提示。 7) 一些操作要求用鼠标右键点击完成! 3.1.5 3.1.5.1 3D 实体模型 体和零件DM中为便于建立有限元模型，将几何模型 分为三种不同体类型如图3-31： ? ? ? 实体：由表面和体组成 面体： 由表面但没有体组成 线体：完全由边线组成，没有面和体体在DM中呈现激活和冻结两种状态： ? 激活状态： 体可以进行常规的建模操作ANSYS 软件华东区培训中心 图 3-31 三种体类型 延长路 149 号
41上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析?修改(不能被切片)，激活体在导航树中显示为蓝色， 体在导航树中的图标取决于它 是实体、表面、 还是线体类型。 冻结状态: 体冻结可以将零件切片 【Slice】分割成不同部分，为数值模拟分析中装配 建模提供不同选择的方式，冻结体中只能使用“切片”操作，用冻结特征【Freeze】 可以将所有的激活体转到冻结状态,选取体对象后用解冻特征【Unfreeze】可以激活 单个体，冻结体在导航树中呈现较淡的颜色。1、 体抑制【Suppress Body】 抑制体不显示在窗口中，抑制体既不能用于数值模拟也不能导出，如Parasolid (.x_t) 文 件，抑制体在导航树前面有一个“X”，如图3-32。 1) 2) 3) 接上例，选择第2个实体。 体抑制：鼠标右键选择【Suppress Body】 图形区体不再显示该实体，保存文件。图3-32体抑制2、 多体零件 缺省时，DM将每一个体自动放入一个零件中，可以将多个体置于同一零件中，这些零件 将作为含有多个体素的零件传递到数值模拟分析中，该命令可以描述为：选择多个体，选命 令【Tools】?【Form New Part】。 ? 提示 ? ? ? 只有在选择体之后才可以创建新零件选项，同时不能处在特征创建或特征编辑状态。 默认时，单体零件的装配模型中，零件实体间接触连接，每一个实体都独立地划分 网格，节点不共享。 多体零件的装配模型中，零件实体间无接触，1个零件可以有多种材料实体，每个实 体独立划分网格但实体间的关联被保留。?多体零件网格划分案例演示 1) 接上例，生成的实体中选择面体 【Surface Body】和线体【Line Body】 2) 鼠标右键选择生成新零件【Form New Part】。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心图 3-33A生成多体零件延长路 149 号42ANSYS12.0 软件培训-热分析3) 工程流程图中选择【Geometry】?【Properties】。 4) 设置线体输入选项：【Properties of Schematic A2: Geometry】?【Basic Geometry Options】?【Line Bodies】勾选。图3-33B设置输出线体5) 机械分析模型组件【Mechanical Model】拖入工程流程图。 6) 几何模型设置共享:几何组件中【Geometry】拖到机械模型中的【Geometry】。 7) 编辑分析模型:选择【Mechanical Model】?【Model】?【Edit】。图3-33C进入网格划分环境8) 9) 10) 11) 12) 13)机械分析模型中生成网格：选择【Model】?【Mesh】，鼠标右键选【Generate Mesh】 视图显示设置：【View】?【Thick Shells and Beams】取消勾选。 导航树中零件【Part4】由面体和线体组成。 图形区显示网格模型，面体网格和线体网格共享连接节点。 导航树中两个实体为各自独立。 图形区显示两个实体网格模型各自独立，实体交接处节点不共享，保存文件。图3-33D 上海大学机电学院安全断裂分析研究室多体零件网格划分 延长路 149 号
43ANSYS 软件华东区培训中心ANSYS12.0 软件培训-热分析3.1.5.2 3D特征 3D几何特征命令可以从【Creat】下拉菜单获得，命令及相关说明见表3-2，其生成包括 两个步骤： 1. 选择特征并在详细信息窗口指定细节 2. 生成【Generate】特征体表3-2 3D特征操作命令及说明 3D特征操作命令及说明 拉伸 旋转 扫掠 蒙皮 抽壳 固定半径导圆角 变半径导圆角 点导圆角 倒角 阵列 体操作 布尔操作 切片 面删除 边删除 生成点 简单几何体-球体 简单几何体-块体 简单几何体-平行六面体 简单几何体-圆柱体 简单几何体-圆锥体 简单几何体-棱柱体 简单几何体-棱锥体 简单几何体-圆环体 简单几何体-弯曲体3.1.5.3 布尔操作及案例 对3D特征可以运用以下5种不同的布尔操作： 1. 2. 3. 4. 添加材料【Add Material】: 创建材料并合并到激活体中。 切除材料【Cut Material】: 从激活体上切除材料。 切片材料【Slice Material】: 将冻结体切片，仅当体全部被冻结时才可用 给表面添加印记【Imprint Faces】: 和切片相似, 但仅仅分割体上的面，如果需要ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
44上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析也可以在边线上增加印记(不创建新体)。 5. 加入冻结【Add Frozen】: 和加入材料相似, 但新增特征体不被合并到已有的模型 中，而是作为冻结体加入，线体不能进行切除, 印记和切片操作。 ? 案例演示： 1. 草图拉伸： 打开文件DM1sketch.wbpj，另存为文件DM3-Solid.wbpj，双击【Geometry】 ，进入 DesignModeler程序窗口， 1) 2) 3) 4) 5) 6) 选择【Modeling】标签选项。 选择要拉伸的草图【Plane4】?【Sketch1】。 在激活的草图中选择拉伸特征【Extrude】。 默认布尔操作为添加材料【Details View】?【Operation】?【Add Material】，设 置拉伸长度FD1=40m。 点击生成按钮【Generate】。 获得拉伸3D模型，见图3-34 。图3-34 草图拉伸2. 添加材料： 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 选择面。 图形区选择上表面。 生成新平面。 导航树选择【Plane6】。 生成新草图【Sketch3】。 切换草图模式【Sketching】。 绘制草图如图3-35所示平面中。 切换到模型【Modeling】。 选择草图【Sketch3】。 拉伸草图【Extrude】。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
45上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析17) 拉伸属性设置添加材料【Details View】?【Operation】?【Add Material】 18) 点击生成按钮【Generate】生成模型，由于体已经存在, 添加材料生成的对象会自动 合并到几何体中，如图3-35。图3-35 添加材料3.加入冰冻体： 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25) 26) 27) 28) 29) 选择面 图形区选择侧表面 生成新平面 导航树选择【Plane7】 生成新草图 选择草图【Sketch4】 切换草图模式 【Sketching】 绘制草图如图3-27所示 六边形。 切换到模型【Modeling】 拉伸草图【Extrude】 拉伸属性设置添加冰冻 【Details View】? 【Operation】?【Add Frozen】 设置拉伸长度FD1=30m 图3-36 加入冰冻体 点击生成按钮 【Generate】 生成模型。 生成新的冰冻实体。 和添加材料操作相似，但产生的是各个独立的体(或单个冻结体)，导航树显示2个实 体，如图3-36。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
4630) 31) 32) 33)上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析4. 加入印记面 34) 选择面 35) 图形区选择卵形体 侧表面 36) 生成新平面 37) 导航树选择【Plane8】 38) 生成新草图 39) 选择草图【Sketch5】 40) 切换草图模式 【Sketching】 41) 绘制草图如图3-37 所示圆形。 42) 切换到模型 【Modeling】 43) 拉伸草图【Extrude】 44) 拉伸属性设置加入 印记面【Details 图3-37 加入印记面 View】?【Operation】 ?【Imprint Faces】 45) 点击生成按钮【Generate】生成模型，印记面操作将连续面进行分割，这使得在任 意位置加入有限元边界条件变得非常方便，如图3-37。 5. 切除材料 导航树选择【Plane8】 生成新草图 选择草图【Sketch7】 切换草图模式 【Sketching】 绘制草图如图3-29所示矩 形。 51) 拉伸草图【Extrude】 52) 拉伸属性设置切除材料 【Details View】? 【Operation】?【Cut Material】 53) 设置去除材料长度 46) 47) 48) 49) 50) FD1=10m 54) 点击生成按钮【Generate】 生成模型，如图3-38。 3.1.5.4 特征方向 激活特征， 则特征属性中方向和草图平面有关， 有些操作(如切除) 会自动改变， 见图3-39。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
47图3-38 切除材料ANSYS12.0 软件培训-热分析图3-39 特征方向3.1.5.5 特征类型 特征延伸类型有如下几种，见图3-40：图3-40 特征延伸类型1. 固定【Fixed】：固定界限将使草图轮廓按指定的距离进行拉伸，特征预览精确地显 示出创建特征后的情形。 2. 穿过所有【Through All】：将剖面延伸到整个模型，在添加材料操作中延伸轮廓必 须完全和模型相交。 3. 到下一个【To Next】：在添加材料操作将延伸轮廓到所遇到的第一个面，在剪切、 印记和切片操作中，将轮廓延伸至所遇到的第一个面或体。 4. 到面【To Faces】：可以延伸拉伸特征到有一个或多个面形成的边界，对多个轮廓 而言要确保每一个轮廓至少有一个面和延伸线相交否则导致延伸错误，“到面”选 项不同于“到下一个”选项，到“下一个”并不意味着“到下一个面”, 而是“到 下一个块的体(实体或薄片)”，“到面”选项可以用于到冻结体的面。 5. 到表面【To Surface】：和到面选项类似, 但只能选择一个面，延伸长度可以由到所 选表面的下一个并且有可能是无约束的面所定义。 3.1.5.6 特征创建及案例 1、拉伸【Extrude】 1) 2) 3) 4) 5) 拉伸包括实体，表面和薄壁特征。属性设置如图3-41。 创建表面要先选择【As Thin/Surface】，然后内、外厚度设置为零。 激活的草图作为默认输入，但可以通过在导航树中选择想要的草图改变输入。 详细列表菜单用来设定拉伸深度, 方向和布尔操作(添加、切除、切片、印记或加入 冻结) 点击生成按钮完成特征创建。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号48ANSYS12.0 软件培训-热分析图3-41 拉伸特征详细信息设置2、旋转【Revolve】 1) 旋转激活草图创建3D几何体，如图3-42，从详细信息窗口菜单中选择旋转轴，如果 在草图中有一条孤立(自由)的线，它将被作为缺省的旋转轴。 2) 旋转方向特性： a) 正常：按基本对象的正Z方向旋转。 b) 反向：按基本对象的负Z方向旋转。 c) 双向－对称：在两个方向上创建特征，两个方向角度相同。 d) 双向－不对称：在两个方向上创建特征，每一个方向角度不同。 3) 单击生成按钮完成特征创建。图3-42 旋转特征详细信息设置案例演示： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 接上例，工具条选择【Revolve】旋转按钮。 设置要旋转的草图：【Details View】?【Details of Revolve】?【Base Object】 =Sketch5。 指定旋转轴：图形区选择面体边线。 【Details View】?【Details of Revolve】?【Axis】中选【Apply】确认后出现 【Selected】。 设置旋转角度：【Details View】?【Details of Revolve】?【FD1，Angle】=90。 生成旋转体：工具条中选择【Generate】。 旋转体生成如图 3-43，保存文件。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
49上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-43 旋转特征操作3、 扫掠【Sweep】 1) 实体、表面、和薄壁特征都可以通过 沿一条路径扫掠一个剖面创建。 图3-44 为扫掠特征详细信息设置窗口。 2) 比例和圈数特征可用来创建螺旋扫掠 a) 比例：沿扫掠路径逐渐扩张或收 缩。 b) 圈数：沿扫掠路径转动剖面。负 圈数要求剖面沿与路径相反的方 向旋转，正圈数为逆时针旋转。 3) 对齐： a) 路径相切： 沿路径扫掠时自动调整剖 图 3-44 扫掠特征详细信息设置窗口 面以保证沿路径的切线方向。 b) 全局：沿路径扫掠时，不管路径的形状如何剖面的方向保持不变。 螺旋扫掠案例演示： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 接上例，图形区选择轴对称面。 创建工作平面【Plane10】 。 【Plane10】中创建草图【Sketch11】 。 草图【Sketch11】中建立一根线作为扫掠路径。 同样，选择另一轴对称面创建工作平面【Plane11】 。 【Plane11】创建草图【Sketch12】 。 草图【Sketch12】中建立一个圆作为扫掠轮廓。ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
50上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析8) 9) 10) 11) 12) 13) 14)工具条中选择扫掠命令【Sweep】 ，导航树出现特征【Sweep6】 。 扫掠属性设置： 选择扫掠轮廓 【Details View】 【Details of Sweep6】【Profile】 ? ? =Sketch12。 选择扫掠路径： 【Details View】?【Details of Sweep6】?【Path】=Sketch11。 选择切除材料操作： 【Details View】?【Details of Sweep6】?【Operation】 =Cut Material。 定义圈数确定的螺旋扫掠： 【Details View】?【Details of Sweep6】?【Twist Specification】=Turns。 定义螺旋圈数： 【Details View】?【Details of Sweep6】?【FD5，Turns】=4。 生成螺旋扫掠。15) 图形区显示螺旋扫掠特征操作结果，如图3-45。图3-45螺旋扫掠4、 蒙皮/放样【Skin/Loft】 从不同平面上的一系列剖面轮廓产生一个样条面拟合的三维几何体(必须选两个或更 多的剖面)。 a) 剖面可以是一个闭合或开放的环路草图，或由表面得到的一个面。 b) 所有的剖面必须有同样的边数。 c) 不能混杂开放和闭合的剖面。 2. 草图和面可以通过在图形区域内点击它们的边或点。 3. 选取好足够数量的剖面轮廓后，可以预览选定的剖面和导引多边形。 4. 导引多边形是一段灰色的多义线，它用来显示剖面轮廓的顶点如何相互连接的。 5. 蒙皮/放样操作非常依赖鼠标右键弹出菜单的选项。 1.上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
51ANSYS12.0 软件培训-热分析蒙皮/放样实例: 从组件系统【Component Systems】中将【Geometry】拖入工程流程图区域【Project Schematic】 保存文件DM4-Skin.wbpj， 【Geometry】 【New Geometry】 ， 选择 ? 进入DesignModeler 程序窗口： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 选择工作平面【XYPlane】。 创建草图【Sketch1】。 绘制草图为圆,直径100mm。 创建偏移工作平面【Plane4】，偏移【XYPlane】距离50mm。 创建草图援引【Sketch2】，其援引草图【Sketch1】，比例0.5。 如图形区显示中截面。 创建偏移工作平面【Plane5】，偏移【XYPlane】距离80mm。 创建草图援引【Sketch3】，其援引草图【Sketch1】，比例0.8。 如图形区显示上截面。 工具条选择蒙皮命令【Skin/Loft】。 选择要蒙皮的所有草图：按住CTRL 键，选取好每个草图轮廓后，显示灰色的引导 线， 鼠标右键弹出菜单用于引导线的修改，继续通过所有的剖面， 【Apply】 确认后， 【Details View】?【Details of Skin1】?【Profiles】=3 Sketches。12) 【Generate】操作生成3D实体，见图3-46,保存文件。图3-46 蒙皮/放样提示：鼠标右键弹出菜单中可以对引导线重新排列，排列方向出现差错可能导致出现不可预 知的形状。 5、 抽壳【Thin/Surface】: 1. 抽壳特征有两个明显的用处： a) 创建薄壁实体【Thin】 b) 创建简化壳【Surface】ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
52上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析2.3.详细菜单中的选择方式： a) 删除面【Face to Remove】： 所选面将从体中删除。 b) 保留面【Face to Keep】： 保留所选面, 删除没有选择的面。 c) 仅对体操作【Boldies only】： 只对所选体上操作不删除任何面。 将实体转换成薄壁体或面时，可以采用以下三种方向中的一种偏移方向指定模型的 厚度：向内，向外，中面。? 提示 1) 2) 3) 创建面几何体并非薄壁实体时， 必须将厚度属性域设为零。 如果所选面是表面体的一部分，则可以将【Thin/Surface】 特征的厚度设为& 0，这 个操作可以对某个输入的面增厚。 中面选项：并非意味着中面抽取体是中空的。案例演示： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 接上例，工具条中选择抽壳命令【Thin/Surface】 。 属性设置去除面： 【Details View】?【Details of Thin1】 ?【Selection Type】 =Face to Remove。 图形区选择上表面。 确认要去除的面：【Details View】?【Details of Thin1】?【Geometry】=Apply。 抽壳成面体： 【Details View】?【Details of Thin1】?【FD1，Thickness】=0 选择【Generate】生成抽壳特征。 图形区显示结果。 导航树零件下由原来的实体 【Solid】变成面体【Surface Body】 见图3-47， 保存文件。图3-47 抽壳特征操作6、圆角【Blend】上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
53ANSYS12.0 软件培训-热分析1)固定半径圆角【Fixed Radius】：固定半径圆角可以在模型边界上创建圆角。选择3D 边或面用于圆角，如果面选将圆角面 上的所有边，在详细列表菜单中可以编辑圆角半径，点击【Generate】完成特征。案例操作 见图3-48图3-48 固定半径导圆角2)可变半径圆角【Variable Radius】: 用详细列表菜单可以改变每边的起始和结尾的圆角半径，也可以设定圆角间的过渡形式为光滑还是线性，点击生成完成特征，创建更新模型，如图3-49。图3-49 可变半径导圆角3)顶点倒圆（Vertex Radius） 允许在面体和线体上的顶点导圆角，但顶点必须和两条边相连，围绕顶点的几何模型必须共面。上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号54ANSYS12.0 软件培训-热分析7、 倒角: 倒角特征用来在模型边上创建平面过渡。 1) 选择3D 边或面来倒角，如果选择的是面, 那个面上的所有边缘将被倒角。 2) 面上的每条边都有方向， 该方向定义右侧和左侧。 3) 可以用平面(倒角面)过渡的两条边的距离或距离(左或右)和角度来定义斜面。 4) 在详细列表菜单中设定倒角类型包括设定距离和角度。图3-50倒角特征操作8、点特征 点特征可以使点相对面或边的位置按尺寸放置。 1) 选取一组基准面和引导边。 2) 选择点分析类型:。 (1) 焊点:用于将装配体中的分离的零件焊接在一起,仅那些成功匹配的点才能作为 焊点传到数值模拟中。 (2) 加载点：用于分析的“hard points” 节点，所有成功生成的点都可以传到数值模 拟中。 (3) 构造点：这类点不能够传到数值模拟中。 3) 从三种可能的点定义中选择，每一种明确地定义了位置，如图3-51： (1) 单点【Single】： Sigma and Offset (2) 根据间隔控制序列点【Sequence By Delta】： Sigma, Offset, Delta (3) 根据数量控制序列点【Sequence By N】： Sigma, Offset, N, Omega (4) 坐标点【From Coordinates File】：文本格式文件，类似于3D曲线。 ? ? ? 参数【Sigma】：导引边起始端和起始点之间的距离。 边偏移【Edge Offset】：导引边和基准面上点阵放置处之间的距离。 参数【Delta】：对于按间隔控制序列点【Sequence By Delta】选项，这项指的ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
55上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS12.0 软件培训-热分析? ?是引导上测得的两个连续点之间的距离。 N：放置的点数，与导引边相关，在根据数量控制序列点【Sequence By N 】 选项情况下使用。 参数Omega：对根据数量控制序列点【Sequence By N】 选项，这项是导引边 末端和末点之间的距离。图3-51 点特征参数示例9、阵列特征【Pattern】 阵列特征可以以下列形式复制面或体，如图3-52： 1) 2) 3) 线性(方向+ 偏移距离)。 环形(旋转轴+ 角度)：将角度设为0,系统会自动计算均布放置。 矩形(两个方向+ 偏移)。提示： 对于面选定, 每个复制的对象实例必须和原始体保持一致，复制对象不能彼此接 触或相交，复制的总数= “Copies” + 1图3-52阵列特征3.1.5.7 3D实体建模案例——排气装置 创建一个排气装置如图 3-53 主要操作： 建立草图，草图分割，工作面偏移，草图援引， 草图投影，蒙皮/放样，旋转，抽壳及面体生成 。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号56ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-53排气装置模型操作过程： 1. 组件窗口中将【Geometry】拖入工程流程图，保存工程文件为 DM5-exhaust.wbpj 。 2. 几何组件命名 exhaust。 3. 选择几何建模【Geometry】 ，鼠标右键选【New Geometry】如图 3-54图 3-54 创建新的几何模型4.在 XY 面上创建草图【sketch1】 1) 在导航树点击【XYPlane】 。 2) 工具条选新草图 。 3) 切换到【Sketching】草图选项，将在 XY 面上创建草图。 4) 创建图示圆，并将圆分割为 8 分，旋转 22.5 。 5) 设置圆半径 2.5cm，如图 3-55。图 3-55 创建草图 15. 生成草图【Sketch2】 1) XY 平面 Z 轴平移 2cm 生成新平面【Plane4】 2) 插入草图援引【Insert】&【Skech Instance】 3) 援引草图设置： 【Base Skeitch】 4) 缩放比例 1.2 倍： 【Scale】=1.2上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
57ANSYS12.0 软件培训-热分析5) 如图 3-56图 3-56 创建草图 26. 生成草图【Sketch3】 1) 2) 3) 4) XY 平面 Z 轴平移 7cm 生成新平面【Plane5】 建立草图【Skech 3】 绘制图示圆角四边形 标注相关尺寸 ，如图 3-57图 3-57 创建草图 37. 生成草图【Sketch4】 1) XY 平面 Z 轴平移 9cm 生成新平面【Plane6】 2) 插入草图援引【Insert】&【Skech Instance】生成草图【Sketch4】 3) 援引草图设置： 【Base Sketch】=Sketch3 4) 缩放比例 1.2 倍： 【Scale】=1.2 5) 如图 3-58上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号58ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-58 创建草图 48. 生成蒙皮特征 1) 2) 3) 4) 5) 工具条选择蒙皮命令【Skin/Loft】 显示 4 个草图轮廓，按顺序同时选中图中草图黄色线段，提示引导线的方向 选择【Generate】 生成蒙皮图形 导航树显示生成的蒙皮特征包含 4 个草图轮廓，如图 3-59图 3-59 创建蒙皮特征9. 生成旋转特征 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 平面【Plane6】生成草图【Sketch5】 。 【Sketch5】上画旋转轴线。 体上表面生成平面【Plane7】&【Insert 】&【Sketch Projection】 。 选择体上表面确认【Plane7】上建草图【Sketch6】 。 选择旋转命令【Revolve】 。 旋转面为【Sketch6】 。 旋转轴为【Sketch5】中的线 。 旋转角为【Angle】=45 【Generate】生成10) 导航树显示生成旋转特征，如图 3-60上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号59ANSYS12.0 软件培训-热分析图 3-60 创建旋转特征10. 生成抽壳特征 1) 2) 3) 4) 选择抽壳命令【Thin/Surface】 设置面去除【Face to Remove】 选择图形中上下两个表面。 设置零厚度【Thickness】=05) 【Generate】生成，如图 3-61，保存文件。图 3-61 创建抽壳特征3.1.6 概念建模及案例 【Concept】菜单中的特征用于创建和修改线体或表面体,这些体将变成有限元梁和板壳 模型，可以用绘图工具箱中的特征创建线或表面体，用来设计2D草图或生成3D模型；也可以 导入外部几何体文件特征。概念建模工具命令如下表3-3：上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号60ANSYS12.0 软件培训-热分析 表3-3：概念建模命令 【Concept】概念建模命令 说明 用点生成线体 用草图生成线体 用边生成线体 3D曲线 分割线体 用边生成面体 用草图生成面体 线体横截面 【Cross Section】横截面3.1.6.1 创建线体及案例 1) 点生成线体【Line From Points】点可以是任何2D 草图点、3D 模型顶点或点特征点，一个点分段通常是一条连接两个选 定点的直线，该特征可以产生多个线体，这一点取决于所选点分段的连接性质。操作域允许 在线体中选择添加材料或添加冻结选择。 2) 草图生成线体【Line From Sketches】：基于草图创建线体。 3) 边生成线体【Line From Edges】：基于已有的2D和3D模型边界创建线体。 4) 分割线体【Split Edges】：分割线体边成段，用比例特性控制分割位置，如0.5等效于在一 半处分割。 5) 横截面【Cross Section】：横截面作为一种属性赋给线体，这样就可以在有限元数值模 拟中定义梁的属性。 (1) DM中在草图中描绘横截面并通过一组尺寸控制横截面的形状。 (2) DM中可以自定义横截面， 不用画出横截面， 而只需在详细列表窗口填写截面的属性。 (3) DM中横截面位于XY平面，定义横截面对齐采用局部坐标系或横截面的+Y方向，默 认的对齐是全局坐标系的+Y 方向。 (4) DM中用有色编码显示线体横截面的状态: a) 紫色: 线体未赋值截面属性。 b) 黑色: 线体赋予了截面属性且对齐合法。 c) 红色: 线体赋予了截面属性但对齐非法。 (5) 树形目录中的线体图标有同样的可视化帮助: a) 绿色：有合法对齐的赋值横截面。 b) 黄色：没有赋值横截面或使用默认对齐。 c) 红色：非法的横截面对齐用视图菜单进行图形化的截面对齐检查。上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS 软件华东区培训中心延长路 149 号61ANSYS12.0 软件培训-热分析图3-62 线体图标表示横截面状态6)选择默认的对齐总是要修改横截面方向,有2种方式可以进行横截面对齐,选择法或矢量 法。任何一种方式都可以输入旋转角度或是否反向如图3-63： a) 选择使用现有几何体：边、点等作为对齐参照方式。 b) 矢量方式法输入相应的X, Y, Z 坐标方向。图3-63修改横截面方向7)横截面偏移：将横截面赋给一个线体后, 详细列表窗口中允许用户对横截面进行偏移： a) 质心：横截面中心和线体质心相重合(默认)。 b) 剪力中心：横截面剪力中心和线体中心相重合，提示质心和剪力中心的图形显示看 起来是一样的，但分析时使用的是剪力中心。 c) 原点：横截面不偏移。3.1.6.2 3D 曲线特征及案例 3D 曲线可用于：为概念建模定制曲线，建立特征时的基本对象 1. 2. 创建3D 曲线：可以从现有模型点【Point Select】或者坐标(文本) 文件【From Coordinates File】。 曲线通过链路上所有的点： 所有点必须唯一的， 曲线可能是开放的也可能是闭合的。演示：上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号
62ANSYS12.0 软件培训-热分析1. 2. 3. 4. 5.接上例，选择【Concept】?【3D Curve】 选择【Definition】?【Point Select】 选择已有模型上的点按住&CTRL& 键选择多个点 【Apply】确认选择的4个点 曲线可以是开放的也可以是闭合的， 产生的曲线通过所有选取的点，如图3-64图3-64 创建3D曲线提示：通过XYZ坐标的文本文件