|
分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态、热和电响应等。对于同时发生作用的几何、材料和接触非线性采用自动增量控制技术处理。ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为。 ABAQUS在1991年推出了ABAQUS/Explicit。ABAQUS/Explicit是利用对时间变化的显式积分求解动力学方程。该模块适合于分析如冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件，对高度非线性问题也非常有效，包括模拟加工成形过程中接触条件改变的问题。ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard无缝集成，输入文件的格式相同，并可以互相传递结果数据。 ABAQUS在1999年推出了ABAQUS/CAE。ABAQUS/CAE是ABAQUS有限元分析的前后处理模块，也是建模、分析和仿真的人机交互平台。该模块可以构建结构的几何模型、分配材料和截面的特性、施加载荷和边界条件、并划分网格。该模块可以进一步将生成的模型投入到后台的分析模块运行，对运行情况进行监测，并对计算结果进行后处理。ABAQUS/CAE的后处理可以对计算结果的描述和解释提供范围广泛的选择，除了通常的云图，等值线和动画显示之外，还可以用列表，曲线等其它工具来完成后处理工作。该模块的许多独特功能与特点，例如CAD建模方式、参数化建模、数据管理系统等极大的方便了ABAQUS用户。 ABAQUS软件已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群。ABAQUS软件以其强大的非线性分析功能以及解决复杂和深入的科学问题的能力，除了在广大工业用户中得到认可外，也在以高等院校、科研院所等为代表的高端用户中得到广泛赞誉。 提供优质可靠的分析软件是ABAQUS公司的一贯宗旨，为此公司做了大量的人力和物力的投资。公司专门开发了优秀的产品管理软件便于产品质量及可靠幸得测试，负责质量检验的部门针对每一种新产品在不同的硬件平台上均要通过17000多道考题的测试，并且还经过某些重点用户的独立测试，公司对产品的检验过程直接受到用户的监督。1996年4月， 全部ABAQUS的产品通过ISO9001质量认证。ABAQUS产品一直是美国核安全局(NQA)认证(NQA-1标准)的可用于核工业首选的分析软件。美国食品和药品管理局(FDA)推荐ABAQUS作为用于植入人体的医疗器械的有限元分析软件。2003年ABAQUS软件获得由中国锅炉压力容器标准化技术委员会颁发的《压力容器用计算机应用软件技术评审证书》。 ABAQUS软件的用户绝大部分是租赁用户，这些用户通常对产品和服务要求都是很苛刻的。ABAQUS是一个推崇技术的公司，它始终走在结构力学研究和软件化领域的前沿，它良好的品质和服务得到业界的广泛认可，这也是占其用户很大比重的租赁用户一年又一年往复租用它的原因。 三、ABAQUS软件的主要功能特点 人机交互界面 ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的软件运行平台，他汲取了同类软件和CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器软件紧密结合。 与其他有限元软件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特点： 采用CAD方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。 ? 采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改 提供了有力工具。 强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。 鉴于接触问题在实际工 程中的普遍性，单独设置了Interaction模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触和连接问题，并可以进行从零件级到系统级的分析。 求解器性能 比其他通用有限元软件更多的单元种类，单元种类达562种，提供了更 多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为 隐式和显式求解器无缝集成，同为ABAQUS公司的产品，单元类型和命 名一致，用户可以很方面的进行两种求解方法的转化和联合运算。 ? 更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz接触（小 滑动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，铰连接等工程实际结构的手段。 材料非线性是ABAQUS非线性分析的一种重要类型。它具有丰富的材料 模型库，涵盖了弹性（包括超弹性和亚弹性）、金属塑性、粘塑性、蠕变，各向异性等各种材料特性。 在复合材料方面：ABAQUS允许多种方法定义复合材料单元，包括复合 材料壳单元、复合材料实体单元以及叠层实体壳单元；提供基于平面应力的失效准则和基于断裂力学的开裂功能，包括最大应力、Tsai-Hill、Tsai-Wu Azzi-Tsai-Hill和最大应变等理论研究纤维、基体和界面失效以及纤维屈曲失效等失效模式；采用Rebar单元模拟纤维增强复合材料中的纤维，并可以把它们定义在独立的壳单元、薄膜单元和表面单元内部再嵌入到模拟基体的实体单元中，方便用户进行灵活的建模和后处理；ABAQUS提供了壳单元到实体单元的子模型功能和壳单元到实体单元的tie约束功能，可以对复合材料局部重要区域方便地进行细节建模；用户自定义材料机械性能 (UMAT)子程序可以由用户定义各种复杂的机械本构模型并使用在ABAQUS分析中，UMATs已经被广泛用于研究金属基体复合材料, 固化, 纤维抽拔, 和其他对复合材料很重要的局部效应。 ? 在橡胶材料方面：橡胶本构模型种类齐全，达16种之多，可以模拟各种橡胶材料的特性；可以直接输入橡胶材料的实验参数，生成对应的橡胶模型，并对模型的稳定性进行检验，确定稳定收敛区间；ABAQUS目前独有的Mullin效应模拟可以在橡胶的超弹性本构中考虑加载和卸载中应变能的损失，以及转化为热能的效应，为精确模拟橡胶减震性能和工作中生热情况提供了途径，资料显示相比其他通用有限元软件，考虑Mullin效应的模型在处理橡胶大变形问题中与实验结果对比更为接近；橡胶模型与接触/摩擦功能能很好地结合，能处理橡胶材料的软化、老化等问题； 经长期的工程应用，ABAQUS的垫片单元(*Gasket)被公认可以方便有效地模拟橡胶垫圈密封的机理和现象，广泛用于汽车发动机等复杂机械结构的密封分析中。 接头密封问题中，应力集中现象和接触效应同时存在。二阶单元模拟应 力集中较精确，但不适用于模拟接触问题；一阶单元适合模拟接触问题，但模拟应力集中效应不精确。ABAQUS独有的改进的（Modified）连续体单元，是二阶单元，但可以很好的处理接触问题。因此，ABAQUS可以最有效地分析解出密封问题。 ? ABAQUS具有强大的热固耦合分析功能，包括：稳态热传导和瞬态热传 导分析，顺序耦合热固分析，完全耦合热固分析，强制对流和辐射分析，热界面接触，热电耦合，摩擦生热等等。可以定义从简单弹塑性模型到随温度变化材料常数的热塑性、热硬化性、高温蠕变等复杂材料模型，来模拟金属、聚合物、复合材料等电子材料的热学和力学性质。ABAQUS包括51种纯热传导和热电耦合单元，83种隐式和显式完全热固耦合单元，覆盖杆、壳、平面应变、平面应力、轴对称和实体各种单元类型，包括一阶和二阶单元，为用户建模提供极大的方便。ABAQUS还是世界上各大汽车厂商分析发动机中热固耦合和接触问题的标准软件，如奥地利著名发动机生产商AVL在自己的发动机分析软件AVL.Excite中嵌入ABAQUS作为求解器。 更方便和灵活的二次开发工具。ABAQUS基于高级语言的用户子程序为 用户开发自己的单元、材料和分析流程提供了强大的工具，这也是广大非线性高端用户选择ABAQUS并应用它进行了大量深入的研究工作的原因。 材料的剥离与失效可以在ABAQUS中得到很好的模拟，包括模拟冲击材 料的双面磨损功能。另外ABAQUS的自适应网格功能为克服和补偿切割过程的大变形带来的网格奇异造成的计算误差，提供了有力的手段 Fe-Safe提供了金属和非金属材料疲劳寿命预估功能。它依托于ABAQUS 的求解器模块，将ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的应力分析结果根据载荷出现的几率进行数理统计和分析，得到疲劳寿命的预估值，并可以用ABAQUS/CAE的图形界面进行处理，得到用户关心的参数，有效地指导结构的疲劳设计。Fe-Safe和ABAQUS的分别是疲劳寿命计算及结构位移／位移分析方面的最优秀分析软件，两者的有机结合可以对机械结构疲劳设计和分析提供最佳的解决方案。 ABAQUS提供的多体动力学分析功能为机械设备的操纵和传动系统等机 构分析和运动过程模拟等提供了强有力的工具。在此基础上，作为功能强大的有限元分析软件，ABAQUS还可以利用子结构方法对结构运动过程中的变形和应力分布情况进行实时的模拟和分析。截止到目前，考虑非线性的机构和结构联合分析功能仍然是ABAQUS所独有的。四、主要客户及其应用情况 随着研究水平提高所引发的对高水平分析工具需求的加强，ABAQUS软件在各行业用户群中所占据的地位也越来越突出。电子领域是ABAQUS软件的一个重要应用领域。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的电子企业都是ABAQUS软件的重要用户。在国内，Intel上海封装中心、Motorola北亚研究中心、Nokia投资公司、三星电子、清华大学、华中科技大学等单位均采用ABAQUS软件作为电子封装和电子器件跌落模拟的分析软件。 全球大客户列表： 重要客户应用情况举例： 英特尔 Intel – CPU、内存和电路板等封装组件的设计 – 电子封装中的静力、热和冲击响应模拟 – 研发地点：美国，新加坡，马来西亚，中国 Alcan Alcoa Alliant Tech Boeing Caterpillar CWES Intel Motorola Northrop Grumman Newport News Paccar Procter & Gamble Los Alamos Alstom Arcelor Autoliv AVL Benteler BMW Bosch EDAG Faurecia GE Plastics INA MTU Nissan Nokia Siemens Snecma Tenneco W?rtsil? Fujitsu Honda Kobe Steel Sumitomo Metal Toshiba Toyota Yokohoma Rubber 诺斯罗普.格鲁曼—新港 Northrop Grumman Newport News – 美国海军航空母舰和核动力潜艇设计 – 采用ABAQUS作为非线性和线性分析的标准 – 研发地点：美国 卡特彼勒 Caterpillar – 重型机械设备和动力传动系统 – ABAQUS是标准的非线性分析工具 – 研发地点：美国，英国和澳大利亚 宝洁 Procter & Gamble – 消费产品和包装 – 多种模拟 – 研发地点：美国，欧洲和日本 通用汽车 General Motors – 动力系统密封性，耐久性和振动噪音分析 – 底盘耐久性和车身工程 – 研发地点：美国，德国，瑞典，澳大利亚 诺基亚 Nokia – 消费电子产品跌落分析 – 手机, 步话机和其它手持设备 – 研发地点：欧洲, 美国, 中国 洛克希德.马丁 Lockheed Martin – 非线性和线性动力学 – 飞机机身和空间系统 – 研发地点：美国 当前的研发合作伙伴： 断裂和失效(Fracture and Failure) – Boeing, Cooper Tire, Exxon-Mobil, Intel, Lockheed-Martin, MIT, NASA, Purdue, United Defense 汽车碰撞(Crashworthiness) – BMW ABAQUS for Catia – BMW, Boeing, Honda, PSA, Snecma 汽车转向系统(Automotive Steering Group) – BMW, GM, Ford, Honda, Hyundai, Nissan 流固耦合(Coupled Fluid-Structure Interaction) – Proctor & Gamble, Cooper, 3M, Dupont, ABB, SNECMA, BAE Systems, Coventor 五、在华为公司的应用领域和相关成功经验 机柜抗震分析： ABAQUS软件被广泛用于机械，电子，土建等领域的抗震和冲击方面的分析。在进行震动和冲击方面的应用中，ABAQUS的优势最大体现在结合了隐式求解器和显式求解器的优点： 隐式求解器ABAQUS/Standard适于进行基于频域的动力学分析：自振频率提取（对大规模模型可以采用并行的Lanczos特征值提取器），模态动力学，基于模态和直接积分的稳态动力学分 析，随机响应分析，响应谱分析等等。以上所有分析可以基于线性或者非线性的状态进行（如考虑结构预载荷的频率提取分析），通过step by step的分析方法来实现多步骤的分析，其中模态动力学可以考虑较弱的非线性效应。结构基础的位移，速度或加速度可以设置成随时间变化（模态动力学）或随频率变化（稳态动力学）。除此之外，Standard还提供了在时域上积分的隐式动力学分析和复频率提取分析。 显式求解器ABAQUS/Explicit适于进行基于时域的动力学分析：该方法尤其适于高度非线性的震动和冲击问题的分析，如考虑塑性，接触，材料失效等效应的问题。该方法可以在时域上精确地捕捉结构的响应历程，但所消耗的计算机资源比基于模态的动力学要大许多。对于大规模模型，可以采用基于域分解的单机多CPU和多机并行(MPI)功能来加速的显式积分的求解速度。 由于以上两个求解器均为ABAQUS自己开发的产品，二者的结合非常紧密，其输入文件的语法格式完全一致。在前后处理模块ABAQUS/CAE中，还允许用户对同一有限元模型方便地在这两种分析方法中切换，并保留以前分析中定义好的载荷，接触，边界条件等内容，这为用户对同一个问题采用不同算法进行分析提供了方便的途径。 ABAQUS还可以方便的进行子模型的分析，并且隐式和显式求解器均支持该功能。这对大规模模型的震动分析很有帮助：整体模型的网格可以比较粗进行结构整体响应的分析，而最可能发生破坏的地方局部需要进行网格加密，可以作为一个子模型单独进行分析而把整体计算的结果作为边界条件施加到子模型上。 ABAQUS提供了丰富的材料模型库，用户可以方便的选择包括金属，工程塑料，泡沫材料等多种材料本构模型，可以考虑材料的塑性，损伤，失效，温度相关等非线性效应，用户还可以利用ABAQUS的用户子程序的功能进一步添加自己所需要的材料模型。 ABAQUS提供了丰富的单元库，其中的实体壳单元(SC8R,SC6R)可以让用户不必抽取中面就能够模拟薄壁结构的相互接触作用，并允许单元的边长比很大；修正的二阶十节点四面体单元(C3D10M)允许用户快速的划分网格并确保单元的计算精度很高；连接单元库(connector elements)提供了广泛的机构连接方式来模拟各种机构部件之间的连接关系，如铰接，焊点，万向接头等，甚至可以考虑连接单元的失效来模拟机构部件在震动和冲击作用下互相之间的脱开。 ABAQUS提供了广义刚体功能，模型中的任何一部分允许是变形体，也允许是刚体，甚至是显示体（仅显示出模型的形状不参与有限元计算），这就为大规模模型的动力学计算提供了方便的途径，用户可以仅把最关心的模型部位作为变形体，而其他部位作为刚体，当初步的分析完成后，可以再一步一步把刚体转化成变形体，最终获得符合实际的结果，该功能使得用户对分析过程的控制非常方便。 热传导和热应力问题： 由不同材料组成的封装组件在温度变化的环境下会产生很大的热应力，导致封装失效。ABAQUS具有强大的热固耦合分析功能，包括：稳态热传导和瞬态热传导分析，顺序耦合热固分析，完全耦合热固分析，强制对流和辐射分析，热界面接触，热电耦合等等。可以定义从 简单弹塑性模型到随温度变化材料常数的热塑性、热硬化性、高温蠕变等复杂材料模型，来模拟金属、聚合物、复合材料等电子材料的热学和力学性质。 ABAQUS包括51种纯热传导和热电耦合单元，83种隐式和显式完全热固耦合单元，覆盖杆、壳、平面应变、平面应力、轴对称和实体各种单元类型，包括一阶和二阶单元，为用户建模提供极大的方便。而其他通用有限元软件对应的热分析单元数量都比ABAQUS少，如ANSYS中纯热传导和热耦合单元总计为40种，MARC中纯热传导单元为40种，无完全热固耦合单元。右图是台湾新竹清华大学采用ABAQUS分析BGA焊点热应力和热应变的模型图。 ABAQUS还是世界上各大汽车厂商分析发动机中热固耦 合和接触问题的标准软件，如奥地利著名发动机生产商AVL在自己的发动机分析软件AVL.Excite中嵌入ABAQUS作为求解器。右图为Ford公司采用ABAQUS分析四缸发动机盖的温度场分布云图。 典型应用：塑料、陶瓷、金属封装等各种封装组件在温度载荷下的变形和受力、IC芯片和基板之间的导热、封装材料界面间的热传导、板上元件的强制对流散热、散热片通过空气的辐射散热等 热疲劳问题： 由于受热导致的应力和应变在 温度循环下会造成封装材料疲劳失效，如倒装焊中的焊点和表面贴装中的引线热疲劳问题。ABAQUS/Standard中的直接载荷循环分析功能提供了预测承受热载荷的弹塑性结构的低周热疲劳寿命。更复杂的疲劳问题可以通过ABAQUS/Safe模块来实现。右图是NEC公司和纽约州立大学Buffalo分校电子封装中心合作采用ABAQUS进行表面贴装中共晶焊点热疲劳失效分析的结果。 冲击和跌落问题： 深入研究个人手持电子产品的冲击和跌落问题是具有挑战的工作。难点来源于： 复杂的几何体：典型的组成包括材料为 (1mm厚)热塑塑料的前后薄壁外壳，两个或更多个印制电路板（PCB）、连接件、钣金片、橡胶垫、电池、金属弹簧和一个LCD显示屏，PCB板是三明治结构，由2到6个螺钉固定。 许多元件间的接触作用：各个元件置于主PCB板和前后外壳之间，由粘接剂或铆头固定，各个元件之间和内壁会发生接触。 以上结构为薄壁结构，传统方法采用壳单元模拟。但从CAD软件中导入的模型中往往包括上千个表面，提取中面并划分壳单元是一个需要高技巧和丰富经验，并且非常耗费时间的工作。然而划分四面体的实体单元可以在有限元软件中自动完成，并且只需要几分钟。在这样的情况下需要选择精度和可靠性都很高的四面体单元。 跌落和碰撞问题一般需要采用显式动力学方法进行求解，考虑装配预应力的跌落和碰撞分析需要结合隐式和显式的方法进行求解。ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中均提供10结点的修正四面体单元，模拟接触问题精度很高，并且两个求解器的模型可以无缝转化，这样为进行冲击和跌落分析提供了一种快捷、精确的方法。所以世界上重要手机和汽车生产商如摩托罗拉、诺基亚、宝马等都首选ABAQUS作为跌落和碰撞分析的求解器。右上两图为摩托罗拉公司手机跌落分析模型和宝马公司汽车碰撞分析模型。 封装制造过程模拟： 各级封装组件，如圆片的划片、切边，金属封装中的钎焊、退火，塑封中焊球的回流、固化，薄膜材料涂层等过程均是复杂的机械加工过程，研究其中的制造残余应力，结构翘曲是很重要的工作。ABAQUS中强大的接触、单元生死、退火成形分析、蒙皮建模、子模型等功能可以有效的模拟各种制造过程。下图为新加坡微电子学研究所采用ABAQUS子模型的功能研究BGA封装焊点的全局模型和研究局部细节的子模型网格图。 断裂和材料失效分析： ABAQUS的断裂力学分析功能在商业求解器中是国际上公认的最强的，并且不断在客户推动下发展。此外，ABAQUS可以很方便的进行材料剪切、 拉伸、屈曲等工况下失效的模拟。这样为模拟芯片，模塑料等封装组件开裂问题提供了有力手段。 湿应力： 模塑料、下填料等高分子材料在潮湿环境下会吸收水汽并胀大，造成封装开裂、漏气等。ABAQUS中具有很强的质量扩散分析和土壤渗流和混凝土固结分析功能，其力学本质和湿应力问题类似，借助这些分析功能可以有效的解决热－湿－固三场耦合分析问题。上图是Nokia公司、马里兰大学CALCE封装中心和Philips公司合作用ABAQUS计算下填料（Underfill）中潮气扩散导致的湿应力问题的结果。 声场分析： MEMS、麦克风和手机等封装组件中都需要进行声场和声固耦合的分析，ABAQUS拥有强大的声场和声固耦合分析功能，对结构采用固体单元，对空气采用声场单元进行声固耦合的分析，右图是手机内部空气的声压分布云图。 用户舒适性： ABAQUS和HP公司一起合作研究过计算机键盘按键下的橡胶垫片的受力情况，确定用户键入力、橡胶变形和电信号传输的关系，来提升用户使用键盘的舒适性。该分析中涉及几何大变形、超弹性材料和接触非线性等复杂非线性问题，如右图所示。 右下图为Motorola公司采用ABAQUS分析翻盖手机在循环翻盖中的绞接处变形和受力情况，为产品的耐用性预测提供依据。 压电分析： 压电材料在MEMS中被广泛使用，ABAQUS提供26种电固耦合单元可以进行这样的分析，覆盖杆、平面应变、平面应力、轴对称和实体各种单元类型，包括一阶和二阶单元。国际上两大专用MEMS软件Coventor和IntelliSense均把ABAQUS作为求解器嵌入其分析模块中。 新的电子材料： 随着电子行业的发展和环保的要求，各种新的电子材料如特殊的半导体材料和无铅焊料层出不穷。各种新材料的机械性能、热性能和电性能往往具有其特殊之处，需要采用新的材料模型来描述。ABAQUS除了具有广泛的材料模型库外，还提供了很友好的用户二次开发功能，用户可以使用Fortran和C++语言编写各种新的材料模型，并和ABAQUS求解器关联来深入研究新的电子材料性能。这项功能也是国际上每年数以千计的学术论文是基于ABAQUS发表的重要原因。 ANSYS软件介绍 ANSYS软件是融结构、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。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国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, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。 一、软件功能简介 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。 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；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、压电分析以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； 后处理模块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）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 启动ANSYS，进入画面以后，程序停留在开始平台。从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。ANSYS用户手册的全部内容都可以联机查阅。 用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。命令一经执行，该命令就会在.LOG文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG文件中的命令流及其错误提示，将有助于快速发现问题的根源。.LOG 文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，由ANSYS自动读入并执行，这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时，能有效地提高工作速度。 二、 前处理模块PREP7 双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。 ●实体建模 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，如二维的圆和矩形以及三维的块、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，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。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、延伸和拷贝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、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。 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。 ●网格划分 ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对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是十分强大的，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。 三、求解模块SOLUTION 前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。 点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘，退出Preprocessor，点击实用菜单项中的Solution，进入分析求解模块。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。 ANSYS软件提供的分析类型如下： 1.结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 2.结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 3.结构非线性分析 结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。4.动力学分析 ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 5.热分析 程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。 6.电磁场分析 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。 7.流体动力学分析 ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 8.声场分析 程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。 9.压电分析 用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析 四、后处理模块POST1和POST26 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。●通用后处理模块POST1 点击实用菜单项中的“General Postproc”选项即可进入通用后处理模块。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（如应力）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（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。 ●时间历程响应后处理模块POST26 点击实用菜单项中的TimeHist Postpro选项即可进入时间历程响应后处理模块。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，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它量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，POST26还可以进行曲线的代数运算。 ABAQUS软件介绍 ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。 ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。 ABAQUS 有两个主求解器模块— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块— ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。 ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。 ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。 ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于 ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得 ABAQUS 被各国的工业和研究中所广泛的采用。 ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。 |
|
|
