摘 要：本文闡述了ANSYS軟件的特點和功能，總結(jié)了ANSYS軟件在國內(nèi)工程方面的應用情況，展望了其應用前景。
關鍵詞：ANSYS;工程;應用;有限元
中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.07.082
0 引言
有限單元法和邊界元法及有限差分法等為在工程方面中的數(shù)值模擬方法，應用和影響最廣為有限單元法。隨著快速發(fā)展的計算機技術，使有限元數(shù)值模擬技術逐漸成熟起來，有限元軟件的代表之一，ANSYS軟件。ANSYS軟件可與許多計算機輔助設計軟件（如Pro/Engineer，CATIA，AutoCAD等）相兼容，從而達到交換和共享數(shù)據(jù)的目的。依托于ANSYS 軟件的有限元分析，可以使發(fā)生在結(jié)構(gòu)內(nèi)部在試驗中無法觀察到的一些物理現(xiàn)象被觀察到，例如彈體在不均勻介質(zhì)侵徹過程中的偏轉(zhuǎn)與受力等。
1 ANSYS軟件的主要特征及功能
1.1 ANSYS軟件的主要特征
與相關有限元軟件類比，ANSYS主要特征為：（1）使用時很方便，因ANSYS就是Windows程序;（2）可應用在各種工程中，因ANSYS的軟件框架的由各個完整的模塊合成;（3）不僅可對結(jié)構(gòu)進行線性求解，還可分析許多種非線性的實例;（4）不僅可以對結(jié)構(gòu)和電磁及流體等方向分別進行獨立研究，還可以對它們之間的相互作用進行研究。
1.2 ANSYS軟件的主要功能
ANSYS軟件可分析大部分工程以及科研中的相關項目。通過ANSYS使用流程可把有限元分析總結(jié)為三個步驟：第一，先進行前處理，主要包含定義類型，設置屬性，畫出模型，分網(wǎng)絡等工作;第二是求解，主要包含增約束，增荷載，觀察錯解，求出結(jié)果等工作;第三是后處理，主要包含列出結(jié)果，繪制圖形，顯示動畫，得出結(jié)論等工作。ANSYS的主要功能如圖1所示。
ANSYS軟件的以下幾種分析常在結(jié)構(gòu)分析時被用到：
（1）通過ANSYS軟件對對結(jié)構(gòu)的靜力分析，即對結(jié)構(gòu)在靜力荷載的作用下， 分別對應力和位移來計算，包含線性及非線性兩種類型。
（2）通過ANSYS軟件對結(jié)構(gòu)模態(tài)的分析可得出線性結(jié)構(gòu)的振型、自振頻率。
（3）用來決定結(jié)構(gòu)對依據(jù)時間以正弦改變的荷載作用時的響應，可通過ANSYS軟件對結(jié)構(gòu)諧響應的分析來得出。
（4）通過響應譜導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應力和應變數(shù)值分析及與模態(tài)分析相結(jié)合的方式來進行的結(jié)構(gòu)分析為ANSYS軟件對結(jié)構(gòu)譜分析。
（5）通過ANSYS軟件對結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力響應分析，可以用來決定結(jié)構(gòu)對根據(jù)時間任意變化的荷載出現(xiàn)時的動力學響應。
（6）計算屈曲荷載以及確定屈曲模態(tài)可通過ANSYS軟件對結(jié)構(gòu)屈曲分析來實現(xiàn)，從而使結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)態(tài)時的荷載大小以及判定荷載作用時結(jié)構(gòu)是不是失去穩(wěn)態(tài)等問題得以明確，主要有線性屈曲分析及非線性屈曲分析兩種類型。
2 在工程中的推廣及應用
ANSYS在工程的各個行業(yè)、各種結(jié)構(gòu)和各種課題中，已得到了廣泛的應用，下面主要論述ANSYS軟件在結(jié)構(gòu)工程中的應用。
2.1 各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、靜、動力分析
ANSYS可以用于工程的結(jié)構(gòu)的靜力和動力的分析，具有計算工程整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的功能。將ANSYS軟件用于高軸壓比高強混凝土框架柱單調(diào)荷載-位移關系曲線的分析。
2.2 高層建筑的地震反應分析
利用ANSYS中的模態(tài)分析和譜分析功能，先通過模型建立和模態(tài)分析譜的分析，從而得出設計反應譜下工程結(jié)構(gòu)的響應譜，進而可分析出來一般建筑結(jié)構(gòu)的地震反應�？紤]混凝土材料的非線性，可以使計算結(jié)果能夠真實反應建筑物在地震作用下的受力和變形。
通過ANSYS軟件的模態(tài)分析及譜分析功能，首先實現(xiàn)了高層建筑陣型分解反應譜法的抗震計算，之后上海21世紀中心大廈，采用ANSYS進行了整體分析。
2.3 大跨空間結(jié)構(gòu)的分析
ANSYS軟件還可用于大跨空間結(jié)構(gòu)的分析，如索膜結(jié)構(gòu);板殼結(jié)構(gòu);平板型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等ANSYS的分析。
蘆山縣中學網(wǎng)架地震作用利用有限元軟件 ANSYS進行了數(shù)值模擬，分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)在支座處產(chǎn)生的水平力在地震作用下遠遠大于錨栓的抗剪強度，故支座必然產(chǎn)生破壞，這與調(diào)查結(jié)果是一樣的。利用ANSYS對中國國家大劇院進行豎向荷載下的靜力分析、超級橢球頂?shù)姆�(wěn)定性分析和自振特性分析。用ANSYS軟件對鄭州國際會展中心展廳的鋼屋蓋進行了動力特性分析。
2.4 消能減震結(jié)構(gòu)和隔震方面的分析
在工程領域已進入逐步推廣應用階段的耗能減震控制技術，與其相關的結(jié)構(gòu)耗能減震控制的設計指南或設計規(guī)范已經(jīng)或正在被許多國家制定。通過ANSYS軟件的二次開發(fā)功能，編制出來用戶定制的應力應變關系，使用模擬阻尼器的非線性力學特性來解決。
2.5 大壩結(jié)構(gòu)分析
在利用有限元件對壩體工程進行分析時，采用一些的手段方法使結(jié)構(gòu)簡化后再進行分析。先進行三維問題簡化，以彈性力學理論為依據(jù)，先進行二維模型轉(zhuǎn)換，再進行平面模型轉(zhuǎn)換，最后的有限元件的分析利用 ANSYS軟件進行，從而使設計的需要利用有限元力學分析結(jié)果來滿足。
2.6 地下工程及隧道
20世紀以來，隧道及地下工程快速的發(fā)展。在進行隧道及地下進行結(jié)構(gòu)設計時，第一，把隧道及地下的結(jié)構(gòu)設計模型明確出來;第二，將結(jié)構(gòu)的受力進行系統(tǒng)化分析;第三，行仿真分析;第四，用ANSYS軟件進行三維的仿真模型建立。
3 結(jié)論
利用傳統(tǒng)的方式分析絕大多數(shù)的工程結(jié)構(gòu)的話過程會很復雜， 這個問題正好被ANSYS的發(fā)展很完美的解決了。分析絕大多數(shù)的工程結(jié)構(gòu)最有效和最為優(yōu)越的方法為有限元件進行數(shù)值的分析法。中國規(guī)范與ANSYS軟件的結(jié)合、國外及國內(nèi)的相類似軟件與ANSYS軟件的連接、工程結(jié)構(gòu)的地震反應分析中的應用及前瞻性的前景很廣闊。
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