搜索ANSYS Workbench工具箱中Custom Systems功能介绍
2017-11-01 by:CAE仿真在线 来源:互联网
在ANSYS Workbench界面中,左侧工具箱里面的Custom Systems中,是预定义好的项目流程,该流程中自动定义好了相应分析的前后组合模块,无需用户手动添加,方便用户直接调用。
1.流固耦合分析FSI:Fluid Flow → Static Structural
结构与流体相互作用称作流固耦合。在现代产品设计中经常会遇到流体压力作用于结构表面引起结构变形、结构变形又反过来影响流体流动的情况。ANSYS FSI流固耦合分析技术为设计师和分析师们提供了方便、快捷、高效的流固耦合分析工具。流固耦合技术的应用范围非常广泛,比如生物医学(动脉血管)、航天航空(机翼颤振)、土木工程(结构风荷载)等。流固耦合技术在行业设计和生产中的重要性日益提高,使得设计师设计出来的产品材质更轻、使用更灵活、制造更容易,同时保证并提高了产品质量及可靠性。
FSI流固耦合分析是ANSYS独具特色的高级分析技术,它在ANSYS Mechanical和CFX/FLUENT两个模块的基础上,通过专用的流固耦合算法实现结构分析和流体分析的单向耦合计算和双向耦合计算。
单向流固耦合
单向耦合可以通过下图中的T型连接器的例子说明,流体流动使连接器内部产生温度梯度,从而引起明显的热应力;然而,由于结构变形很小,对流体的影响不大。因此,这就使得CFD求解和FEA求解独立进行,荷载数据由流体单向传递给结构。
双向流固耦合
在某些实际工况中,结构变形对流体产生的影响不可忽略,这就需要采用双向流固耦合技术。双向流固耦合的行业应用例子非常多,例如航空航天中的机翼颤振、汽车引擎罩的振动问题、建筑桥梁中的风荷载、生物医学中的血管血液流动等。诸如此类问题,ANSYS Mechaincal和CFX/FLUENT必须同步计算并且在两个求解器之间互相传递荷载数据。
ANSYS Mechanical与CFX/FLUENT这种耦合方式的独特之处在于耦合过程中的数据交换是内部自动建立的,无需第三方的耦合软件。ANSYS多物理场求解器提供了真正的双向流固耦合技术,针对运动/变形几何体进行稳态和瞬态分析。
ANSYS用于FSI计算的MFX多物理场求解器提供了易于操作的框架平台,用于求解许多行业中的耦合问题,而在此之前针对此类问题是没有准确的处理方法的。多物理场求解器是自动交互式的耦合求解器,可用于所有物理场,支持与CFX/FLUENT的流固耦合分析。其中,结构部分采用ANSYS Mechanical或Multphysics求解,流体部分采用CFX/FLUENT求解。由于功能得到增强,多物理场求解器技术支持在一台或者多台机器同步进行结构和流体的计算,与单机耦合求解相比,在求解大型问题时更为高效。多物理场耦合基于客户化的信息传递技术,保证了CFX/FLUENT求解器在并行求解过程中采用自带信息传递方法,不会与其它参与耦合的求解器发生冲突。因此,流体和结构计算可以在不同的机器进行,并且任意数目的计算机都可参与耦合计算,大大缩短了流体部分的计算时间。
ANSYS多物理场求解器为更广泛的应用领域提供了高效快捷的流固耦合分析工具,很好地解决了耦合中的数据传递和流体结构模型建立等关键问题。
CFD计算肺动脉的压力分布 肺动脉的变形
采用双向流固耦合技术模拟动脉血管中血液流动的脉冲问题。生物医学通过这种无侵害研究方法能够更好地分析高血压产生机理,同时发现一些潜在规律。
2.预应力模态分析Pre-Stress Modal
模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性,就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。
预应力模态分析是指对具有预应力结构的模态分析。同样的结构在不同的应力状态下表现出不同的动力特性。例如,一根琴弦随着拉力的增加,它的振动频率也随之增大。涡轮叶片旋转时,由于离心力引起的预应力的作用,它的自然频率逐渐具有增大的趋势。为了恰当地设计这些结构,必须要做具有预应力的模态分析。除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外,有预应力模态分析的过程和常规模态分析基本上一样。所以预应力模态分析流程中,首先进行静力分析,然后进行模态分析。
3.随机振动分析Random Vibration
随机振动分析是指机构在一些随机激励作用下,计算一些物理量如位移或应力等的概率分布情况。目前随机振动分析在机载电子设备、声学装载部件、抖动的光学对准设备等的设计上得到广泛的应用。
在Workbench中进行随机振动分析需要输入的是:
-
从模态分析得到的固有频率和振型
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作用于节点上的单点或多点功率谱密度(PSD)激励
输出的是:作用于节点上的功率谱密度(PSD)的响应。
4.响应谱分析Response Spectrum
响应谱分析是分析计算当结构受到瞬间载荷作用时产生的最大响应,可以认为这是快速进行接近瞬态分析的一种替代解决方案。响应谱分析分为单点谱分析和多点谱分析。目前响应谱分析广泛应用于分析核电厂建筑的地震响应、机载电子设备的冲击载荷分析和地震带的商业建筑的分析等。进行响应谱分析之前必须知道:
-
先进行模态分析后方可进行响应谱分析;
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结构必须是线性,具有连续刚度和质量的结构;
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进行单点谱分析时,结构受一个已知方向和频率的频谱所激励;
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进行多点谱分析时,结构可以被多个(最多20个)不同位置的频谱所激励。
5.热应力分析Thermal-Stress
在产品设计中,一般情况下按照静力强度准则已足以满足使用要求,但是对于由不同线膨胀系数的材料组成的零件装配成的产品,当各个零件的温度变化较大时,在一定温升下各零件间的热应力因线膨胀系数不同而很大。特别是对于处于复杂环境中的产品,内外表面因存在巨大的温度差,而产生很大的热应力,虽然该产品的常温静力强度富裕系数较大,但常常会因为热应力而导致产品破坏。因此对于工作在温度变化比较大环境中的产品设计,往往需要对其进行温度场分析和热应力计算,以确定考虑温度变化时结构的强度富裕系数,即按照静力载荷和温度载荷联合作用下的静热联合强度设计准则来设计结构。
热应力分析最常见的是稳态热结构应力分析。通过CFD软件计算得到结构的温度场,然后将温度场的边界条件传递到问题热分析中,进行结构的热分析,最后将热分析的结构传递到结构分析中,进行结构分析,就可以得到结构在热载荷下的热应力结果。
注:文章转于恩硕科技, 版权归作者所有.
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