ANSYS Workbench工具箱中Custom Systems功能介紹

2017-11-01  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在ANSYS Workbench界面中,左側(cè)工具箱里面的Custom Systems中,是預(yù)定義好的項(xiàng)目流程,該流程中自動(dòng)定義好了相應(yīng)分析的前后組合模塊,無(wú)需用戶手動(dòng)添加,方便用戶直接調(diào)用。

1.流固耦合分析FSI:Fluid Flow → Static Structural

結(jié)構(gòu)與流體相互作用稱(chēng)作流固耦合。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到流體壓力作用于結(jié)構(gòu)表面引起結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)變形又反過(guò)來(lái)影響流體流動(dòng)的情況。ANSYS FSI流固耦合分析技術(shù)為設(shè)計(jì)師和分析師們提供了方便、快捷、高效的流固耦合分析工具。流固耦合技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛,比如生物醫(yī)學(xué)(動(dòng)脈血管)、航天航空(機(jī)翼顫振)、土木工程(結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載)等。流固耦合技術(shù)在行業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的重要性日益提高,使得設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品材質(zhì)更輕、使用更靈活、制造更容易,同時(shí)保證并提高了產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性。

FSI流固耦合分析是ANSYS獨(dú)具特色的高級(jí)分析技術(shù),它在ANSYS Mechanical和CFX/FLUENT兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)上,通過(guò)專(zhuān)用的流固耦合算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析和流體分析的單向耦合計(jì)算和雙向耦合計(jì)算。

單向流固耦合

單向耦合可以通過(guò)下圖中的T型連接器的例子說(shuō)明,流體流動(dòng)使連接器內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度,從而引起明顯的熱應(yīng)力;然而,由于結(jié)構(gòu)變形很小,對(duì)流體的影響不大。因此,這就使得CFD求解和FEA求解獨(dú)立進(jìn)行,荷載數(shù)據(jù)由流體單向傳遞給結(jié)構(gòu)。

雙向流固耦合

在某些實(shí)際工況中,結(jié)構(gòu)變形對(duì)流體產(chǎn)生的影響不可忽略,這就需要采用雙向流固耦合技術(shù)。雙向流固耦合的行業(yè)應(yīng)用例子非常多,例如航空航天中的機(jī)翼顫振、汽車(chē)引擎罩的振動(dòng)問(wèn)題、建筑橋梁中的風(fēng)荷載、生物醫(yī)學(xué)中的血管血液流動(dòng)等。諸如此類(lèi)問(wèn)題,ANSYS Mechaincal和CFX/FLUENT必須同步計(jì)算并且在兩個(gè)求解器之間互相傳遞荷載數(shù)據(jù)。

ANSYS Mechanical與CFX/FLUENT這種耦合方式的獨(dú)特之處在于耦合過(guò)程中的數(shù)據(jù)交換是內(nèi)部自動(dòng)建立的,無(wú)需第三方的耦合軟件。ANSYS多物理場(chǎng)求解器提供了真正的雙向流固耦合技術(shù),針對(duì)運(yùn)動(dòng)/變形幾何體進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。

ANSYS用于FSI計(jì)算的MFX多物理場(chǎng)求解器提供了易于操作的框架平臺(tái),用于求解許多行業(yè)中的耦合問(wèn)題,而在此之前針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題是沒(méi)有準(zhǔn)確的處理方法的。多物理場(chǎng)求解器是自動(dòng)交互式的耦合求解器,可用于所有物理場(chǎng),支持與CFX/FLUENT的流固耦合分析。其中,結(jié)構(gòu)部分采用ANSYS Mechanical或Multphysics求解,流體部分采用CFX/FLUENT求解。由于功能得到增強(qiáng),多物理場(chǎng)求解器技術(shù)支持在一臺(tái)或者多臺(tái)機(jī)器同步進(jìn)行結(jié)構(gòu)和流體的計(jì)算,與單機(jī)耦合求解相比,在求解大型問(wèn)題時(shí)更為高效。多物理場(chǎng)耦合基于客戶化的信息傳遞技術(shù),保證了CFX/FLUENT求解器在并行求解過(guò)程中采用自帶信息傳遞方法,不會(huì)與其它參與耦合的求解器發(fā)生沖突。因此,流體和結(jié)構(gòu)計(jì)算可以在不同的機(jī)器進(jìn)行,并且任意數(shù)目的計(jì)算機(jī)都可參與耦合計(jì)算,大大縮短了流體部分的計(jì)算時(shí)間。

ANSYS多物理場(chǎng)求解器為更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域提供了高效快捷的流固耦合分析工具,很好地解決了耦合中的數(shù)據(jù)傳遞和流體結(jié)構(gòu)模型建立等關(guān)鍵問(wèn)題。

CFD計(jì)算肺動(dòng)脈的壓力分布 肺動(dòng)脈的變形

采用雙向流固耦合技術(shù)模擬動(dòng)脈血管中血液流動(dòng)的脈沖問(wèn)題。生物醫(yī)學(xué)通過(guò)這種無(wú)侵害研究方法能夠更好地分析高血壓產(chǎn)生機(jī)理,同時(shí)發(fā)現(xiàn)一些潛在規(guī)律。

2.預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析Pre-Stress Modal

模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性。通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性,就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此,模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法。

預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析是指對(duì)具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。同樣的結(jié)構(gòu)在不同的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的動(dòng)力特性。例如,一根琴弦隨著拉力的增加,它的振動(dòng)頻率也隨之增大。渦輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí),由于離心力引起的預(yù)應(yīng)力的作用,它的自然頻率逐漸具有增大的趨勢(shì)。為了恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)這些結(jié)構(gòu),必須要做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析。除了首先要通過(guò)進(jìn)行靜力分析把預(yù)應(yīng)力加到結(jié)構(gòu)上外,有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的過(guò)程和常規(guī)模態(tài)分析基本上一樣。所以預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析流程中,首先進(jìn)行靜力分析,然后進(jìn)行模態(tài)分析。

3.隨機(jī)振動(dòng)分析Random Vibration

隨機(jī)振動(dòng)分析是指機(jī)構(gòu)在一些隨機(jī)激勵(lì)作用下,計(jì)算一些物理量如位移或應(yīng)力等的概率分布情況。目前隨機(jī)振動(dòng)分析在機(jī)載電子設(shè)備、聲學(xué)裝載部件、抖動(dòng)的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備等的設(shè)計(jì)上得到廣泛的應(yīng)用。

在Workbench中進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析需要輸入的是:

• 從模態(tài)分析得到的固有頻率和振型

• 作用于節(jié)點(diǎn)上的單點(diǎn)或多點(diǎn)功率譜密度(PSD)激勵(lì)

輸出的是:作用于節(jié)點(diǎn)上的功率譜密度(PSD)的響應(yīng)。

4.響應(yīng)譜分析Response Spectrum

響應(yīng)譜分析是分析計(jì)算當(dāng)結(jié)構(gòu)受到瞬間載荷作用時(shí)產(chǎn)生的最大響應(yīng),可以認(rèn)為這是快速進(jìn)行接近瞬態(tài)分析的一種替代解決方案。響應(yīng)譜分析分為單點(diǎn)譜分析和多點(diǎn)譜分析。目前響應(yīng)譜分析廣泛應(yīng)用于分析核電廠建筑的地震響應(yīng)、機(jī)載電子設(shè)備的沖擊載荷分析和地震帶的商業(yè)建筑的分析等。進(jìn)行響應(yīng)譜分析之前必須知道:

• 先進(jìn)行模態(tài)分析后方可進(jìn)行響應(yīng)譜分析;

• 結(jié)構(gòu)必須是線性,具有連續(xù)剛度和質(zhì)量的結(jié)構(gòu);

• 進(jìn)行單點(diǎn)譜分析時(shí),結(jié)構(gòu)受一個(gè)已知方向和頻率的頻譜所激勵(lì);

• 進(jìn)行多點(diǎn)譜分析時(shí),結(jié)構(gòu)可以被多個(gè)(最多20個(gè))不同位置的頻譜所激勵(lì)。

5.熱應(yīng)力分析Thermal-Stress

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,一般情況下按照靜力強(qiáng)度準(zhǔn)則已足以滿足使用要求,但是對(duì)于由不同線膨脹系數(shù)的材料組成的零件裝配成的產(chǎn)品,當(dāng)各個(gè)零件的溫度變化較大時(shí),在一定溫升下各零件間的熱應(yīng)力因線膨脹系數(shù)不同而很大。特別是對(duì)于處于復(fù)雜環(huán)境中的產(chǎn)品,內(nèi)外表面因存在巨大的溫度差,而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,雖然該產(chǎn)品的常溫靜力強(qiáng)度富裕系數(shù)較大,但常常會(huì)因?yàn)闊釕?yīng)力而導(dǎo)致產(chǎn)品破壞。因此對(duì)于工作在溫度變化比較大環(huán)境中的產(chǎn)品設(shè)計(jì),往往需要對(duì)其進(jìn)行溫度場(chǎng)分析和熱應(yīng)力計(jì)算,以確定考慮溫度變化時(shí)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度富裕系數(shù),即按照靜力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用下的靜熱聯(lián)合強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

熱應(yīng)力分析最常見(jiàn)的是穩(wěn)態(tài)熱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。通過(guò)CFD軟件計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng),然后將溫度場(chǎng)的邊界條件傳遞到問(wèn)題熱分析中,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的熱分析,最后將熱分析的結(jié)構(gòu)傳遞到結(jié)構(gòu)分析中,進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,就可以得到結(jié)構(gòu)在熱載荷下的熱應(yīng)力結(jié)果。

注:文章轉(zhuǎn)于恩碩科技, 版權(quán)歸作者所有.

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