angsys在材料工程领域中的应用

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1、中国化工学会（IESC）2006年年会725ANSYS在材料工程领域中的应用李洪波薛海蛟吴恒澜唐斌丁雪佳*（北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室，北京100029）摘要：有限元法是一种求解复杂工程问题的非常有效的数值模拟方法。ANSYS作为应用有限元法进行分析设计的大型通用软件的典型代表，以先进的计算方法以及良好的可靠性、开放性，广泛应用于机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域[1]。本文就有限元法的基本思想及ANSYS软件的主要技术特征做了简要介绍，并对其在材料工程中的应用举例进行了介绍和讨论。关键

2、词：ANSYS有限元高分子材料材料工程传统解决工程问题的方法，往往是凭借经验，或者是简单的计算来完成，然后在实际工程中校核验证并再总结经验，这样的循环可能多达几次，最糟的结果可能是多次均未达到良好的解决方案。这样带来的后果，不仅浪费了大量的人力、物力和财力，而且浪费了宝贵的时间。计算机的问世再加上数学技术的发展，改变了人们解决问题的方式，提高了处理问题的效率，很多以前解决不了的问题也变的简单。有限元法便是随着计算机技术的发展而建立起来的一种数值模拟方法，它对于求解复杂工程问题非常有效。所谓的有限元法，简单来讲，是将连续结构离散化，运用数学、力学等方法把离散化后的系统转化为数学模式，而后

3、通过计算求解，便得出了问题的解答。[2]1ANSYS软件简介及主要技术特点ANSYS就是一款基于有限元技术的大型分析软件，也是目前世界顶端的有限元商业应用程序。它融结构分析、流体动力分析、声场分析、电磁场分析、压电分析和多物理场的耦合分析于一体，以先进的计算方法以及良好的可靠性、开放性，广泛应用于机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、[1]电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域。ANSYS自1970年美国JohnSwanson博士率领的科技人员开发出来以后，经过不断的完善和修改，其功能不断扩展，算法不断改进，适应性越来越强，目前最新的版本是ANSYS10

4、.0。ANSYS软件主要由前处理、分析计算和后处理三个模块组成，与其它有限元分析软件如MSC或COSMOS相比，它有以下特点:(1)丰富的单元库及材料库。在ANSYS前处理模块中，有200多种的单元类型，而材料的属性可以通过在材料模型库众多种材料模型中参数化设定，这就保证了该软件可以模拟大多数的结构和材料。(2)强大的建模能力。在ANSYS的图形界面除了可以直接创建点、线、面、体等各种简单几何模型中国化工学会（IESC）2006年年会726外，还可以通过对几何元素加、减、交、叠、分、离等布尔运算，拷贝、映射、旋转、拖拉等操作自由灵活的建立各种实体模型。(3)智能网格划分。ANSYS具有

5、智能网格划分功能，根据模型的特点自动生成有限元网格。并有自由/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分、复杂几何体sweep映射网格生成、六面体向四面体自动过渡网格、金字塔形、边界层网格划分等可供选择，划分方式十分灵活。(4)载荷类型：可以在任意几何实体（点、线、面、体）或有限元实体（节点、单元）上，直接施加点载荷、分布载荷、体载荷和函数载荷。(5)强大的求解功能。ANSYS提供了数种求解方法，每种求解方法又分为数种算法，用户可以根据分析要求选择合适的求解器。(6)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。（7）多物理场耦

6、合分析功能。对于实际的工程应用，往往涉及两个或两个以上有相互影响的物理场，而分别单独求解是不可能得到正确的分析结果的。(8)丰富的数据接口。ANSYS不仅可以直接读取SAT、Parasolid、STEP、IGES等多种格式的图形标准文件，对于常用CAD软件，如Pro/E、UG、CATIA、Solidwork、lnventor、IDEAS、Solidedge、MDT等，ANSYS也提供了专用的接口进行数据的共享和交换，并可以对共享数据进行检查、修改或者简化。（9）结果输出：可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图

7、形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式或者动画显示或输出。（10）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。(11)良好的用户开发环境。ANSYS软件的开放结构允许连接自己的程序和子过程。论功能，多场的耦合分析是ANSYS软件最大的特色，是其存在的生命点。安世亚太公司对软件的不断创新和改进，为诸多领域的诸多问题提供了完整的解决方案，使ANSYS软件成为大型通用有限元分析软件