ANSYS軟件在機械結構分析中的應用
摘要： 在工程實踐中，機械結構分析是一種常用的分析工具。ANSYS作為大型有限元分析軟件在結構分析方面具有強大的功能。本文結合典型實例介紹了ANSYS在機械與結構工程中的應用，詳細闡述了ANSYS結構分析的基本方法和分析仿真過程，探討了ANSYS軟件在機械結構分析中的發(fā)展趨勢。
Abstract： In engineering practice， the mechanical structure analysis is common used analytical tool. ANSYS as a large finite element analytical software has powerful features in structural analysis. Combined with typical examples， this paper introduces the application of ANSYS in mechanical and structural engineering， elaborates the basic methods and simulation of ANSYS structural analysis， and discusses the development trends of ANSYS software in mechanical and structural analysis.
關鍵詞： ANSYS；機械；結構分析；應用
Key words： ANSYS；machinery；structural analysis；application
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）03-0203-02
0 引言
ANSYS是一款以有限元分析為基礎的大型通用CAE軟件，是現(xiàn)代產品設計中的高級CAD工具之一[1]。ANSYS中的Structral模塊提供了完整的結構分析功能，包括幾何非線性、材料非線性、各種動力學分析等計算能力，此程序包在結構分析方面具有強大的功能。在實際生產過程中，常常會遇到各種各樣的機械結構分析問題：如機械結構受力，變形及內部應力情況等等。利用ANSYS軟件對機械模型進行仿真模擬計算，通過應力、應變云圖直觀展示構件的性能特點，從而為解決機械結構中常見的問題提供理論依據(jù)。ANSYS仿真分析的結果可以幫助設計人員對實際生產方案作出準確的判斷，節(jié)省物力財力，為提高生產效率及縮短設計研發(fā)周期的產生有很大的作用。本文結合典型工程實例介紹了ANSYS結構分析的基本方法和分析過程，且對ANSYS軟件在機械結構分析的發(fā)展趨勢進行了探討。
1 ANSYS軟件計算分析的原理
ANSYS軟件計算分析的原理是將連續(xù)的結構離散成有限多個單元，并在每一個單元中設定有限數(shù)量的節(jié)點，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在第一單元中假設一個插值函數(shù)來表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，進而利用彈性力學、固體力學、結構力學等力學中的變分原理去建立用以求解節(jié)點未知量的有限元方程，從而將一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉化為離散域中的有限自由度問題[2]。求解后就可以利用解得的節(jié)點值和設定的插值函數(shù)確定單元上以至整個集合上的場函數(shù)。
2 ANSYS機械結構分析的步驟
用戶可以使用ANSYS軟件進行不同類型的分析。從簡單的線性、靜態(tài)分析，到復雜的非線性、瞬態(tài)分析，無論什么類型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS軟件具有多種有限元分析的能力，一個典型的ANSYS分析過程可分為以下三個步驟[3]：①創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元 （節(jié)點及單元）；②施加載荷進行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；③查看結果。包括查看分析結果；檢驗分析是否正確。
ANSYS 機械結構分析的具體步驟如圖1所示。
3 工程實例分析
立體鋼架頂面承受1000N/m2的均布載荷，鋼架通過兩個孔的內表面固定在墻上，鋼架材料的彈性模量為2.1×1011N/m2，泊松比為0.3，分析鋼架的變形及應力分布。
�、賱�(chuàng)建立體鋼架幾何模型及有限元模型，如圖2、3；
�、诩虞d求解，如圖4；
�、鄄榭唇Y果，如圖5、6、7。
通過以上例子闡述了ANSYS在機械結構分析中的基本原理和步驟，將ANSYS用于結構設計中，設計人員可以根據(jù)仿真分析的結果進一步了解機構的性能特點，主動地尋求最佳設計方案，使產品的設計更為合理，從而有效地提高產品的質量與工作性能[4]。
4 ANSYS在機械結構分析中的發(fā)展趨勢
目前，ANSYS軟件已廣泛應用于機械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業(yè)及科學研究[5]，其技術涵蓋多個學科領域。隨著發(fā)展，ANSYS提供的機械工程仿真技術將越來越成熟。設計人員以真正耦合的方式使用 ANSYS技術，可獲得符合現(xiàn)實條件的解決方案，而綜合多物理場產品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個耦合物理場進行仿真與分析。ANSYS軟件可讓用戶更深入地鉆研，從而解決更多種類的問題，處理更為復雜的情況。因此，ANSYS產品以其靈活的仿真性能將會被越來越廣泛地關注和應用。
參考文獻：
[1]谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學專業(yè)教學中的應用[J].中國冶金教育，2013（4）.
[2]莫維尼.有限元分析：ANSYS理論與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[3]鄧凡平.ANSYS 12有限元分析自學手冊[M].北京：人民郵電出版社，2011.
[4]黃一江.ANSYS結構優(yōu)化設計在機械設計中的應用[J].應用技術，2013（4）.
[5]劉偉，高維成等. ANSYS12.0寶典[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2010.
