1、workbench11.0 軟件基本培訓資料1. 軟件背景、特點簡介1.1.軟件背景workbench是 ansys 公司開發的新一代協同仿真環境：1997 年，ansys 公司基于廣大設計的分析應用需求、特點，開發了專供設計人員應用的分析軟件ansys designspace （ds） ，其前后處理功能與經典的ansys 軟件完全不同，軟件的易用性和與cad 接口非常棒。2000 年， ansys designspace的界面風格更加深受廣大用戶喜愛，ansys 公司決定提升 ansys desingnspace的界面風格，以供經典的ansys 軟件的前后處理也能應用，形成了協同仿真環境：a

2、nsys workbench environment(awe)。其功能定位于：重現經典 ansys pp 軟件的前后處理功能； 新產品的風格界面； 收購產品轉化后的最終界面；用戶的軟件開發環境；2001年， 在awe 上， 開發了 ansys designmodeler(dm), ansys designxplorer(dx), ansys designxplorer vt(dx vt), ansys fatigue module (fm), ansys cae template等。當時目的是和ds 共同提供給用戶先進的cae 技術。同年，ansys inc.允許以前只能在 ace 上運行的

3、mp, me, st 等產品，也可在 awe上運行。用戶在啟動這些產品時， 可以選擇 ace，也可選擇 awe。awe 可作為 ansys軟件的新一代前后處理，還未支持ansys 所有的功能，目前主要支持大部分的me 和ansys emag 的功能，而且與ace 的 pp并存。1.2.特點：1.2.1. 協同訪真、項目管理集設計、仿真、優化、網格變形等功能于一體，對各種數據進行項目協同管理。1.2.2. 雙向的參數傳輸功能支持 cad-cae 間的雙向參數傳輸功能；1.2.3. 高級的裝配部件處理工具具有復雜裝配件接觸關系的自動識別、接觸建模功能；1.2.4. 先進的網格處理功能可對復雜的幾何

4、模型進行高質量的網格處理；1.2.5. 分析功能支持幾乎所有 ansys mechanica 的有限元分析功能；10.0：2-d、3-d structure analysis （static、squence 、harmonic、fatigue、frequence 、bulking 、shape optimization） 、2-d、 3-d thermal analysis（static、transient） 、3-d electromagnetic等；11.0：2-d、3-d structure analysis （static、squence 、harmonic、fatigue、frequ

5、ence 、bulking 、shape optimization） 、2-d、 3-d thermal analysis（static、transient） 、3-d electromagnetic等；1.2.6. 內嵌可定制的材料庫自帶可定制的工程材料數據庫，方便操作者進行編輯、應用。1.2.7. 易學易用ansys 公司所有軟件模塊的共同運行、協同仿真與數據管理環境，工程應用的整體性、流程性都大大增強； 完全的 windows友好界面，工程化應用，方便工程設計人員應用。 實際上，workbench的有限元仿真分析采用的方法（單元類型、求解器、結果處理方式等）與ansys 經典界面是一樣的

6、，只不過workbench采用了更加工程化的方式來來適應操作者，使即使是沒有多長有限元軟件應用經歷的人也能很快地完成有限元分析工作。 2. ansys workbench11 軟件分析流程簡述2.1.實例流程演示下面我們來看一個在workbench環境完成有限元仿真的一個流程。圖 1 示為在其中心位置開有一圓孔的薄板，薄板一端固定，另一端承受p=50mpa的拉應力 p，試用 ansys 軟件計算薄板沿拉力方向的的最大應力。已知參數為：薄板長l=1m、高 h=0.5m、厚 t=0.005m、圓孔半徑 r=0.15m、拉應力 p=50mpa； 薄板為鋼材，其彈性模量 e=21011pa、 泊松比

7、=0.3、 密度 =7850kg/m3。圖 1 薄板受力示意圖從上述演示過程知， workbench軟件作有限元分析主要包含以下四個流程：分析準備、前處理 (幾何、接觸裝配關系、材料、網格)、加載求解 、結果后處理。下面我們就分別來講解這四個流程的主要內容，并穿插介紹其主要功能特點。3. 分析準備3.1.準備熟悉分析對象的結構特征、工作原理；了解分析需求：應力、變形、溫度、時間相關性；必須的結構細節簡化思路，提高分析的針對性和時效性；盡量用 2-d（平面應力、平面應變）方法模擬空間3-d 問題；3.2.結構分析數據流程、管理方式結構分析的數據管理方式為項目方式管理方式，主要文件有：項目文件 (

8、*.wbdb) ：為項目文件，結構分析所有的文件均由該文件來管理。幾何模型文件： 有 designmodeler 環境（以下簡稱 dm 環境）產生的文件 (*.agdb) 、cad 中間格式文件 (如*.step、*.x_t)、工作 cad 環境文件（如 *.prt）等幾種，含有分析對象的物理幾何信息；仿真模型文件 (*.dsdb) ：在 designsimulation 環境（以下簡稱ds 環境）中產生，含幾何模型產生的網格、分析類型、載荷邊界條件、結果要求等信息；優化模型文件 (*.dxdb) ：在 designexplore 環境（以下簡稱 dx 環境）中產生，含相關優化數據；有限元模型

9、文件 (*.fedb)、等。以下為一個典型的結構分析數據管理流程圖。p t r l h 4. 前處理 -幾何模型處理4.1.幾何模型建立方式dm 環境的參數化建模讀入工作 cad 軟件中的幾何模型workbench10.0： acis14、 catiav4(ds) 、 catiav5 、solidedge(1617 版 本 )、solidworks(2004/2005)、 autodesk(inventor9/10)、 pro/e(野火 1/2)、 nx2/3、 mdt2006/2005、onespacedesigner2005 、temcenterengineering等；讀入其它讀入 ca

10、d 軟件的其它格式文件， 如 parasolid(*.x_t)、step、*.agdb、*.iges、*.agdb、*.prt 等，以快速建立分析用幾何模型；前兩種方式具有 cad、cae 環境間的參數雙向傳輸功能。4.2.參數雙向傳輸功能4.2.1. dm 、ds 之間舉例演示 designmodeler 與 designsimulation 之間的雙向參數傳輸功能。dm 環境幾何文件 (*.agdb) ds 環境仿真文件 (*.dsdb) dx 環境優化文件 (*.dxdb) cad 中間格式文件(如 *.step、 *.x_t) 工作 cad 環境文件(如*.prt) 項目文件(*.wb

11、db) 其它文件：如*.db 圖 2 workbench環境數據流程圖在 dm 環境的 details view 中命名、標識好要傳遞的參數 (如果 dm 讀入的是 *.prt文件，其參數在 import 的內容下標識 )，可在 parameter 菜單下修改好，點擊generate按鈕進行 dm 環境中參數變化的更新； 在 wb 界面的 *.agdb 文件級界面下，用 parameter復選框指定要傳輸的參數關鍵字。進入 ds ， 點中目錄樹的 geometry， 點擊 geometry菜單之 updates：use geometry parameter values實現 dm ds間參數傳

12、輸。 在 ds中，點中目錄樹的geometry，在 details of geometry中修改好相關參數后， 點擊 geometry 下拉菜單之 updates： use simulation parameter values 實現 ds dm間參數傳輸。 4.2.2. 工作 cad 軟件、 dm 、ds 之間wb10.0： solidedge(1617)、 solidworks(2004/2005)、 autodesk(inventor9/10)、 pro/e(野火 1/2)、nx2/3、mdt2006/2005、onespacedesigner2005 、temcenterenginee

13、ring等；wb11.0：solidedge(1617版本)、solidworks(2004/2005)、autodesk(inventor9/10)、pro/e(野火 1/2)、nx2/3、mdt2006/2005、onespacedesigner2005 、temcenterengineering等；舉例演示 cad 軟件、designmodeler、designsimulation 之間的雙向參數傳輸功能。要點：在 cad 軟件中建立幾何模型，并標識、命名好要傳遞的參數；在 workbench的*.wbdb 文件級界面下，點擊link to active cad geometry； 在

14、workbench的*.prt類似文件級界面下，用parameter 復選框指定要傳輸的參cad 軟件ds(分析) dm( 處理) dx(優化) 圖 4 cad/dm-ds設計數據流程dm( 建摸)ds(分析)dx(優化 )圖 3 dm-ds 設計數據流程數關鍵字，再點擊new geometry菜單進入 dm 。 cad 軟件或 dm 中修改的相關參數后，點中dm 目錄樹的 attach ，可通過 refresh的相關選項實現cad 軟件 、dm間的雙向傳輸； 隨后的 dm 、ds間參數方法與示例1相同。 也可直接在cad軟件、ds 間進行參數雙向傳遞。完成后，中直接點擊new simulat

15、ion菜單進入 ds ；修改 ds中 geometry下屬模型名 outline之 cad parameter，用 details of geometry好相關參數后再使用updates ：use simulation parameter values實現 ds active cad 間參數傳輸。例：以圖 5 示帶孔薄板結構，講解dm/ug-ds 間設計參數雙向傳遞特點。 （r=0.15m ，t=0.005m 。 ） 4.3.dm 環境中的幾何模型處理主要包括選擇單位制、模型局部修改、模型組合、材料屬性等。舉例演示。舉例演示局部修改、模型組合、抽中面、面延伸等功能。例：以圖6 示鈑筋模型演示模

16、型局部修改（菜單creat/face delete） 、部件組合（選擇tree outline的各部件，單擊右鍵，選擇form new part ） 、抽中面（菜單tool/mid-surface）、 抽 中 面 面 延 伸 （ 菜 單tool/surface extension ）等。已知模型厚度有 t01=2mm、t02=1mm。 5. ds 環境中的模型處理5.1.輸入幾何模型5.1.1. 輸入 dm 幾何文件幾何模型已在 dm 中打開：在項目界面選中該文件，點擊new simulation 按鈕；t 1m 0.5m 0.5m r 圖 5 帶孔薄板結構圖dm 文件沒有在 dm 中打開：在

17、開始界面打開該文件， 并在項目界面選中該文件，點擊 new simulation 按鈕；dm 文件沒有在 dm 中打開：在項目文件界面下，用link to geometry file 之browse 選擇文件，在項目界面下選中該文件，點擊new simulation 按鈕；5.1.2. 使用 cad 軟件打開的直接文件：plug-in 模式幾何模型已在 cad 軟件中打開：可在cad 環境中直接應用該模型。幾何模型已在cad 軟件中打開：在項目文件界面下，用link to active cad geometry選擇文件，在項目界面下選中該文件，點擊new simulation 按鈕。上述方式能

18、實現 cad-ds 間的參數雙向傳輸。要求有plug-in 授權。5.1.3. 使用未打開的的cad 格式文件： (read 模式 ) cad 軟件沒有打開： 在 wb 項目文件界面下， 用 link to geometry file 之 browse選擇文件（如 *.prt、*.x_t、*.step）等，在項目界面下選中該文件，點擊new simulation按鈕；在 ds 界面點擊 geometry按鈕，選擇 from file、recent geometry 、文件名內容。當打開 *.prt 文件時，可實現從 ds*.prt 文件的參數傳輸。 具體操作為： 在 detail of geo

19、metry中，設置 preference的 personal parameter key 為 on、reader save part file為 on，傳入.prt 文件的參數；修改ds中 geometry 下屬模型名 outline之 cad parameter，用details of geometry好相關參數后再使用updates ：use simulation parameter values 實現更新。5.2.幾何傳輸屬性設置參數關鍵字：project界面下的parameters復選框；designsimulation界面project/model/geometry/preferen

20、ce/personal parameters key； designsimulation 界面 project/model/geometry/preference/reader save part file，當設置為 yes 時， 可直接在 designsimulation 環境下修改、保存相關文件（如*.prt 文件）的設計參數，而該文件不需在相應cad 環境打開。5.3.裝配部件接觸關系的檢測、建立5.3.1. 接觸模塊可自動地進行接觸關系的檢測、建立等工作；也可根據情況，對接觸范圍、接觸方式、接觸算法等內容進行人工定義與調整。可檢查接觸壓力、間隙計算值。安裝架裝配法藍盤裝配接觸類型： b

21、onded （綁定，不能分開、不能滑動，常與mpc 法連用） ；no seperation（不分開，可以滑動） ；frictionless（無摩擦，可以分開、可以滑動） ；rough（粗糙型，可以分開，不能滑動） ；frictional （摩擦型，可以分開、允許摩擦滑動） 。5.3.2. 運動關節可建立運動關節（ joint） ，包括轉動絞、平動絞、萬向絞等。剛體與其它物體間只能通過關節連接。5.3.3. 彈簧舉例說明。5.4.部件材料屬性定義與指定材料庫定義、應用、零件材料的指定、剛度行為、非線性材料性質的影響。workbench的自帶材料庫。在 workbench 環境調入模型，項目界面的

22、material properties 選項，只限于ug、pro/e、inventor 等軟件的 e、v、p、kxx、c、等參數。舉例說明材料庫的定制、使用。6. 復雜結構的有限元網格處理功能在求解時，不用指定網格類型；也可指定總體、局部網格。ds 可用缺省方式對，對結構進行比較合理的網格化處理。對結構而言，采用faces confirm、帶中節點單元、檢查標準等內置方式進行處理。也可根據需要，事先進行網格類型（四/六面體、三 /四變形） 、分網方式（ sweep 、非 sweep方式） 、單元大小等內容進行指定。推薦先用缺省方式進行網格劃分，再作仔細處理與研究。舉例說明，見上述安裝架、法藍裝

23、配7. 加載與求解7.1.求解類型結構分析：結構靜力、柔性動力學、剛性動力學、模態、屈曲、諧響應、隨機振動、拓撲優化熱分析：靜態傳熱、瞬態傳熱電磁場分析：7.2.載荷施加7.2.1. 載荷步定義結構靜力、柔性動力學、剛體動力學、穩態熱分析、瞬態熱分析有效。階躍載荷， step load ：載荷步內第一個子步與其余子步的載荷均相同；斜坡載荷， ramp load：每個載荷步內，各載荷子步的載荷逐步線性變化；載荷子步， substep ：主要用于非線性分析、瞬態分析時指定每個載荷步內的計算次數或計算點時間間隔，以獲得較好的計算精度。表格載荷， tabular：定義不同時間點的載荷函數載荷， fun

24、ction：定義與時間函數相關的載荷，如f=100*sin(time) surpress( 所有載荷步全部不激活 )、激活某個載荷步、不激活載荷某個載荷步載荷歷程7.2.2. 初始條件定義柔性動力學：指定初始位移、初始速度；瞬態傳熱分析：指定初始溫度分布；結構靜力、柔性動力學分析：從穩態傳熱、瞬態傳熱分析傳入溫度條件，以計算熱應變。用 thermal condition 實現。模態、屈曲分析：引入結構靜力計算的應力結果，考慮應力剛化效應。隨機振動分析：引入模態振型計算結果。7.3.求解計算收斂標準圖形顯示、結果（位移、應力、接觸狀態）跟蹤、殘差顯示；增加要處理的結果；8. 結果處理主要說明加載

25、、結果處理的工程化、易學易用等特點。含加載、結果查看、圖片處理、報告生成等內容。等勢線、矢量圖、結果跟蹤（probe） 、圖表(chart)顯示：動畫、常用工具、剛體位移顯示（在剛性運動學、柔性動力學中）9. 實例計算9.1.靜力分析實例圖為一承受集中載荷f 的懸臂梁，試用ansys workbench 做有限元計算，求出其最大等效應力。已知參數為：梁長l=5m、截面高 h=0.12m、寬 b=0.06m、集中力 f=10kn；梁為鋼材，其彈性模量e=21011pa、泊松比 =0.3、密度 =7850kg/m3。圖 2 懸臂梁示意圖從上述過程知，加載方式非常工程化、靈活方便。9.2.分析法實例

26、圖 3 示為在其中心位置開有一圓孔的薄板，薄板一端固定，另一端承受p=50mpa的拉應力，試用workbench軟件完成下面工作：計算薄板沿圖示p拉力方向的最大應力僅考慮材料線性時， nonlinear material effect選項設置成為 off。考慮材料非線性時， nonlinear material effect 選項設置成為 off，并定義適當的載荷步、載荷子步；計算薄板的拓撲優化情況 （一端固定， 另一端某頂點僅沿對角方向作用5000n的集中力）計算薄板一端固定，不承受載荷作用時的前10 階模態 提示，一階頻率為3.94hz。 計算薄板一端固定、以圖示p作為預應力時，薄板的前1

27、0 階模態情況； 提示：先完成p 作用時的靜力分析，接著進行模態分析，模態分析時，initial condition選項指定為 static structure。 f h l b 計算薄板一端固定、以p（方向與薄板平面垂直）作為諧載荷時的諧響應。 提示，作用載荷形式為f=p*sin（wt+ ） ，計算使結構發生共振的頻率范圍w 、各頻率處的振幅。 計算薄板一端固定順態響應條件一：另一端端面以初始位移為0.01m時的動態響應提示：指定兩個載荷步；第一個載荷步用極短的時間間隔定義初始位移（為step形式，如設置 step end time=0.01s ，且 t=0s、t=0.01s的位移均為 0.

28、01m） ；第二個載荷步中使位移失效（選中位移及載荷步，單擊右鍵，選擇activate/deactivate at this step ）條件二：另一端端面有初始位移為0.01m、初始速度 0.1m/s時的動態響應提示： 指定兩個載荷步；第一個載荷步用極短的時間間隔定義初始條件位移（為 ramp形式，如設置 step end time=0.1s ，且 t=0s 位移為 0、t=0.1s的位移均為 0.01m，且初始位移與第一個載荷步的時間長度比值就是初始速度）；第二個載荷步中使位移失效（選中位移及載荷步，單擊右鍵，選擇activate/deactivate at this step ）計算帶預

29、應力薄板的隨機振動響應，基礎隨機振動譜方向與薄板平面垂直，其值如下表示： 譜值(g2/hz) 0.3 0.5 0.5 0.3 頻率(hz) 30 50 100 150 提示：計算順序為靜力分析、模態分析、隨機振動分析，模態分析的initial condition選項指定為 static structure，隨機振動分析 initial condition選項指定為 modal。已知參數為：薄板長l=1m、高 h=0.5m、厚 t=0.005m、圓孔半徑 r=0.15m、拉應力 p=50mpa； 薄板為鋼材，其彈性模量 e=21011pa、 泊松比 =0.3、 密度 =7850kg/m3。圖 3 薄板模型示意圖從該例知， workbench做結構的模態、隨機振動分析工作非常方便。答案：最大等效應力為227mpa ；有預應力時頻率范圍為24.7-247.4hz ； p t r l h 9.3.螺栓預緊靜力分析法實例用載荷步方式實現各螺栓的依次預緊作用。提示：建立預緊載荷，可選擇螺栓表面施加，也可選擇螺栓體（需要建立局部坐標系，請參見幫助系統）施加。螺栓預緊力的狀態可用載荷步實施，有lock、open、adjust、load 等形式。9.4.剛體動力學分析實例建立圖 8 示的剛體運動學模型， 模擬重力作用下的運動關系、各種作用