ANSYS Workbench工具箱中Custom Systems功能介紹

2017-11-01  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

在ANSYS Workbench界面中,左側工具箱里面的Custom Systems中,是預定義好的項目流程,該流程中自動定義好了相應分析的前后組合模塊,無需用戶手動添加,方便用戶直接調用。

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

結構與流體相互作用稱作流固耦合。在現代產品設計中經常會遇到流體壓力作用于結構表面引起結構變形、結構變形又反過來影響流體流動的情況。ANSYS FSI流固耦合分析技術為設計師和分析師們提供了方便、快捷、高效的流固耦合分析工具。流固耦合技術的應用范圍非常廣泛,比如生物醫學(動脈血管)、航天航空(機翼顫振)、土木工程(結構風荷載)等。流固耦合技術在行業設計和生產中的重要性日益提高,使得設計師設計出來的產品材質更輕、使用更靈活、制造更容易,同時保證并提高了產品質量及可靠性。

FSI流固耦合分析是ANSYS獨具特色的高級分析技術,它在ANSYS Mechanical和CFX/FLUENT兩個模塊的基礎上,通過專用的流固耦合算法實現結構分析和流體分析的單向耦合計算和雙向耦合計算。

單向流固耦合

單向耦合可以通過下圖中的T型連接器的例子說明,流體流動使連接器內部產生溫度梯度,從而引起明顯的熱應力;然而,由于結構變形很小,對流體的影響不大。因此,這就使得CFD求解和FEA求解獨立進行,荷載數據由流體單向傳遞給結構。

雙向流固耦合

在某些實際工況中,結構變形對流體產生的影響不可忽略,這就需要采用雙向流固耦合技術。雙向流固耦合的行業應用例子非常多,例如航空航天中的機翼顫振、汽車引擎罩的振動問題、建筑橋梁中的風荷載、生物醫學中的血管血液流動等。諸如此類問題,ANSYS Mechaincal和CFX/FLUENT必須同步計算并且在兩個求解器之間互相傳遞荷載數據。

ANSYS Mechanical與CFX/FLUENT這種耦合方式的獨特之處在于耦合過程中的數據交換是內部自動建立的,無需第三方的耦合軟件。ANSYS多物理場求解器提供了真正的雙向流固耦合技術,針對運動/變形幾何體進行穩態和瞬態分析。

ANSYS用于FSI計算的MFX多物理場求解器提供了易于操作的框架平臺,用于求解許多行業中的耦合問題,而在此之前針對此類問題是沒有準確的處理方法的。多物理場求解器是自動交互式的耦合求解器,可用于所有物理場,支持與CFX/FLUENT的流固耦合分析。其中,結構部分采用ANSYS Mechanical或Multphysics求解,流體部分采用CFX/FLUENT求解。由于功能得到增強,多物理場求解器技術支持在一臺或者多臺機器同步進行結構和流體的計算,與單機耦合求解相比,在求解大型問題時更為高效。多物理場耦合基于客戶化的信息傳遞技術,保證了CFX/FLUENT求解器在并行求解過程中采用自帶信息傳遞方法,不會與其它參與耦合的求解器發生沖突。因此,流體和結構計算可以在不同的機器進行,并且任意數目的計算機都可參與耦合計算,大大縮短了流體部分的計算時間。

ANSYS多物理場求解器為更廣泛的應用領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據傳遞和流體結構模型建立等關鍵問題。

CFD計算肺動脈的壓力分布 肺動脈的變形

采用雙向流固耦合技術模擬動脈血管中血液流動的脈沖問題。生物醫學通過這種無侵害研究方法能夠更好地分析高血壓產生機理,同時發現一些潛在規律。

2.預應力模態分析Pre-Stress Modal

模態是彈性結構固有的、整體的特性。通過模態分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內的各階主要模態的特性,就可以預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下產生的實際振動響應。因此,模態分析是結構動態設計及設備故障診斷的重要方法。

預應力模態分析是指對具有預應力結構的模態分析。同樣的結構在不同的應力狀態下表現出不同的動力特性。例如,一根琴弦隨著拉力的增加,它的振動頻率也隨之增大。渦輪葉片旋轉時,由于離心力引起的預應力的作用,它的自然頻率逐漸具有增大的趨勢。為了恰當地設計這些結構,必須要做具有預應力的模態分析。除了首先要通過進行靜力分析把預應力加到結構上外,有預應力模態分析的過程和常規模態分析基本上一樣。所以預應力模態分析流程中,首先進行靜力分析,然后進行模態分析。

3.隨機振動分析Random Vibration

隨機振動分析是指機構在一些隨機激勵作用下,計算一些物理量如位移或應力等的概率分布情況。目前隨機振動分析在機載電子設備、聲學裝載部件、抖動的光學對準設備等的設計上得到廣泛的應用。

在Workbench中進行隨機振動分析需要輸入的是:

• 從模態分析得到的固有頻率和振型

• 作用于節點上的單點或多點功率譜密度(PSD)激勵

輸出的是:作用于節點上的功率譜密度(PSD)的響應。

4.響應譜分析Response Spectrum

響應譜分析是分析計算當結構受到瞬間載荷作用時產生的最大響應,可以認為這是快速進行接近瞬態分析的一種替代解決方案。響應譜分析分為單點譜分析和多點譜分析。目前響應譜分析廣泛應用于分析核電廠建筑的地震響應、機載電子設備的沖擊載荷分析和地震帶的商業建筑的分析等。進行響應譜分析之前必須知道:

• 先進行模態分析后方可進行響應譜分析;

• 結構必須是線性,具有連續剛度和質量的結構;

• 進行單點譜分析時,結構受一個已知方向和頻率的頻譜所激勵;

• 進行多點譜分析時,結構可以被多個(最多20個)不同位置的頻譜所激勵。

5.熱應力分析Thermal-Stress

在產品設計中,一般情況下按照靜力強度準則已足以滿足使用要求,但是對于由不同線膨脹系數的材料組成的零件裝配成的產品,當各個零件的溫度變化較大時,在一定溫升下各零件間的熱應力因線膨脹系數不同而很大。特別是對于處于復雜環境中的產品,內外表面因存在巨大的溫度差,而產生很大的熱應力,雖然該產品的常溫靜力強度富裕系數較大,但常常會因為熱應力而導致產品破壞。因此對于工作在溫度變化比較大環境中的產品設計,往往需要對其進行溫度場分析和熱應力計算,以確定考慮溫度變化時結構的強度富裕系數,即按照靜力載荷和溫度載荷聯合作用下的靜熱聯合強度設計準則來設計結構。

熱應力分析最常見的是穩態熱結構應力分析。通過CFD軟件計算得到結構的溫度場,然后將溫度場的邊界條件傳遞到問題熱分析中,進行結構的熱分析,最后將熱分析的結構傳遞到結構分析中,進行結構分析,就可以得到結構在熱載荷下的熱應力結果。

注:文章轉于恩碩科技, 版權歸作者所有.

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