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工程电磁场仿真及应用:ANSYS概述

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:ANSYS 软件是融合结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。历经50 多年的不断完善和修改,ANSYS 现成为全球最受欢迎的应用程序之一。ANSYS 使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果, 实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。ANSYS 具有强大的非线性分析功能,可进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析。

工程电磁场仿真及应用:ANSYS概述

ANSYS 软件是融合结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。因此,它可应用于航空航天汽车工业生物医学桥梁建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域,并获各界好评。ANSYS 软件提供了100 种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY 等。

ANSYS 软件由世界上最大的有限元分析软件公司之一—— 美国ANSYS 开发,它能与多数CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如Pro/Engineer,NASTRAN,AutoCAD等,是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。美国John Swanson 博士于1970 年创建ANSYS 公司后,便开发出了该应用程序,利用计算机模拟工程结构分析。历经50 多年的不断完善和修改,ANSYS 现成为全球最受欢迎的应用程序之一。

ANSYS 是一个功能强大的设计分析及优化软件包,其特点主要包括:

(1)数据统一。ANSYS 使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果, 实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。

(2)强大的建模能力。ANSYS 具备三维建模能力,仅靠ANSYS 的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型。

(3)强大的求解功能。ANSYS 提供了数种求解器,用户可以根据分析要求选择合适的求解器。

(4)强大的非线性分析功能。ANSYS 具有强大的非线性分析功能,可进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析。

(5)智能网格划分。ANSYS 具有智能网格划分功能,根据模型的特点自动生成有限元网格。

(6)良好的优化功能。

(7)良好的用户开发环境

ANSYS 软件在电磁场分析中主要用于电磁场问题的分析,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等;还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。

ANSYS 软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。(www.xing528.com)

1.前处理模块

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型。

ANSYS 的前处理模块主要有两部分内容:实体建模和网格划分。

ANSYS 程序提供了两种实体建模方法:自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时,用户定义一个模型的最高级图元,如球、棱柱,称为基元,程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型,如二维的圆和矩形及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模,用户均能使用布尔运算来组合数据集,从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS 程序提供了完整的布尔运算,如相加、相减、相交、分割、黏合和重叠。在创建复杂实体模型时,对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS 程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和复制实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造,切线构造,通过拖拉与旋转生成面和体,线与面的自动相交运算,自动倒角生成,用于网格划分的关键点的建立、移动、复制和删除。自底向上进行实体建模时,用户从最低级的图元向上构造模型,即用户首先定义关键点,然后依次是相关的线、面、体。

ANSYS 程序还提供了使用便捷、高质量地对CAD 模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法:延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分,然后选择合适的单元属性和网格控制,生成映像网格。ANSYS 程序的自由网格划分器功能十分强大,可对复杂模型直接划分,避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时,各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后,用户指示程序自动地生成有限元网格,分析、估计网格的离散误差,然后重新定义网格大小,再次分析计算、估计网格的离散误差,直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。

2.分析计算模块

分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。

3.后处理模块

ANSYS 软件的后处理过程包括两个部分:通用后处理模块POST1 和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面,可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等,输出形式可以有图形显示和数据列表两种。

(1)通用后处理模块POST1。这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如,计算结果在模型上的变化情况可用等值线图表示,不同的等值线颜色代表了不同的值。云图则用不同的颜色代表不同的数值区,清晰地反映了计算结果的区域分布情况。

(2)时间历程响应后处理模块POST26。这个模块用于检查在一个时间段或历程中的结果,如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线,有助于形象化地表示分析结果。

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