文淄博 谷霞英

摘 要：以ANSYS的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模塊為例，介紹了從建模、劃分網(wǎng)格到加載、后處理過程中的軟件使用心得體會，并通過模板的分析實(shí)例，說明了從建模到后處理的詳細(xì)過程。

關(guān)鍵詞：ANSYS；結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析；軟件使用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.207

0 引言

ANSYS是一款集結(jié)構(gòu)、流體、電場等分析于一體的功能強(qiáng)大的有限元分析（CAE）軟件[1]，其有限元法的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)化工反應(yīng)等多個領(lǐng)域[2]。軟件包括前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、流體動力學(xué)分析等。下面以ANSYS10.0版本的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析為例，結(jié)合一種模板的受力分析過程，對該軟件從建模、劃分網(wǎng)格等前處理，到邊界條件及受力加載，再到計(jì)算得到受力云圖的整個過程中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題及軟件的使用提出一些建議。

1 前處理

1.1 建模

（1）兩種建模方式：在ANSYS中直接建模，或在專業(yè)造型軟件（PROE等）中建模。模型不太復(fù)雜時(shí)，簡單模型最好用ANSYS建模，如果用其他軟件建的模型導(dǎo)入的話會有很多問題。

（2）建模基本原則是盡量簡化，例如，可省略螺紋孔等細(xì)微結(jié)構(gòu)，對稱模型可以取一半分析的盡量取一半，結(jié)果和取整個模型時(shí)一樣；ANSYS沒有倒角功能，需要建圓角面拉伸才能倒圓，因此除了關(guān)鍵位置可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的尖角必須倒圓外，其余位置可以不倒圓。

（3）建模方法：最好采用自頂向下的方法，即先建好毛坯，再用拉伸去除材料的方法得到筋板，否則可能出現(xiàn)建模錯誤及網(wǎng)格不能劃分。

（4）布爾運(yùn)算失敗時(shí)，可以調(diào)整公差，布爾運(yùn)算完成后再將公差調(diào)回來。

1.2 劃分網(wǎng)格

（1）建模時(shí)要將主零件與力傳遞零件粘接（glue）而不是相加（add），便于顯示結(jié)果時(shí)分開顯示，相粘接的幾個零件應(yīng)分別劃網(wǎng)格，主零件劃單元尺寸較小的智能網(wǎng)格，力傳遞零件劃尺寸較大的自由網(wǎng)格。

（2）有些零件因局部尺寸小而不能劃網(wǎng)格，可將其分成三塊，粘接在一起后分別劃網(wǎng)格。

2 求解

2.1 邊界條件及加載

（1）對于在一個平面上的一小塊面上需要加約束或載荷時(shí)，可用分割命令（divide），將體用面分割，劃網(wǎng)格時(shí)可看到網(wǎng)格劃分受該小面的明顯影響，然后再在該小面上加約束或載荷。

（2）加載載荷的確定：如圖1，受力情況是在圓環(huán)面所在位置受到F3的作用力，四周四個矩形面承受F1和F2的反作用力，根據(jù)理論力學(xué)，其計(jì)算方法如圖1。

2.2 運(yùn)算

求解運(yùn)算最常見的問題是不收斂，一般出現(xiàn)不收斂的原因是X、Y、Z方向沒有完全約束。

3 后處理

要將幾個零件結(jié)果分開顯示時(shí)，可用選擇工具（select）選取要顯示結(jié)果的零件的體，在選擇與該體相附的單元（attach）。

4 以某注塑機(jī)型模板為例說明ANSYS的分析過程

4.1 建模

（1）首先生成毛坯：在AUTOCAD中得到模型外輪廓直線及圓弧端點(diǎn)的坐標(biāo)，再在ANSYS中生成關(guān)鍵點(diǎn)，連接關(guān)鍵點(diǎn)生成線，并由線生成面，再拉伸就得到毛坯，如圖2所示：

（2）采用去除材料的方法創(chuàng)建筋板，如圖3所示：（可以避免很多建模及劃網(wǎng)格時(shí)出現(xiàn)的錯誤）

（3）ANSYS沒有倒角功能，只能通過建立圓角面再拉伸來倒角，因此只需在可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的關(guān)鍵位置倒角。由于采用之前查詢二維圖點(diǎn)坐標(biāo)的方法來創(chuàng)建圓角面并倒角會出現(xiàn)不能布爾運(yùn)算的問題，一種方法是取模型的兩直線，用line fillet命令得到創(chuàng)建圓角面所需的直線，再用通過線創(chuàng)建面的命令得到圓角面，拉伸后實(shí)現(xiàn)倒角。

（4）建立傳力零件后（如旋轉(zhuǎn)板），應(yīng)將其與模板布爾粘貼（glue）而不是布爾相加（add），粘貼后的結(jié)果與相加的結(jié)果是一樣的；旋轉(zhuǎn)板中間有1mm的槽，會導(dǎo)致劃網(wǎng)格出錯，可將其分為三部分再粘貼，如圖4：

（5）在一個平面上的一小部分面上加約束或載荷時(shí)，僅僅在平面上畫一個小面是不夠的，可采用分割命令（divide）用面將體分開，如圖5：

4.2 劃分網(wǎng)格

（1）網(wǎng)格劃分直接受建模的影響，如果建模質(zhì)量高，那網(wǎng)格劃分就很順利，單元數(shù)就很少，從而直接影響計(jì)算量，節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

（2）由于主零件和傳力零件是粘接在一起的，劃網(wǎng)格時(shí)可以分別劃分，主零件可采用尺寸較小的網(wǎng)格，傳力零件可用尺寸較大的網(wǎng)格。

（3）選擇的單元類型為實(shí)體92號單元（structural solid tet 10node 92）。

（4）利用meshtool工具可以完成所有劃分網(wǎng)格的工作，劃分完的網(wǎng)格如圖6所示：（設(shè)定單元尺寸、劃分方式、清除網(wǎng)格等）

4.3 邊界條件及加載

關(guān)于約束及加載說明如前所述，加載后如圖7所示。

4.4 后處理

利用選擇工具（select）可將不同的零件的結(jié)果分開來顯示，圖8為上模板和旋轉(zhuǎn)板在一起時(shí)的受力云圖結(jié)果，圖9為單獨(dú)顯示上模板時(shí)的結(jié)果。

5 結(jié)語

綜上所述，依次介紹了ANSYS從建模等前處理，再到邊界條件及加載，最后到云圖等后處理的過程中，遇到的一些問題，給出了一些技巧和建議，以期對讀者在該軟件的學(xué)習(xí)過程中提供一些幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]高興軍，趙恒華.大型通用有限元分析軟件ANSYS簡介[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（03）.

[2]劉淑萍.有限元分析軟件的介紹及其應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，

2007（03）.

作者簡介：文淄博（1989-），男，湖南常德人，碩士研究生，講師，主要從事工程機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。