ANSYS_WORKBENCH设计、仿真与优化
《ANSYSWorkbench设计、仿真与优化》以最新版ANSYSWorkbench11.0为依据，以工程人员产品设计的流程为主线，由浅入深地介绍了ANSYSWorkbench在产品设计、仿真与优化过程中的具体功能、使用方法和应用实例。ⅣANSYS Workbench设计、仿真与优化4.2.1基础…………484.2.2分析关键………494.2.3分析步骤……………………………………494.3振动电机轴谐响应分析……………….544.3.1基础………………54………54.3.3分析步骤……………………………………………………………554.4机柜随机振动分析…………………………………………………………614.4.1基础……………………………………………………………614.4.2分析关键…………………………………………………624.4.3分析步骤………………………………………………………62第5章机构运动学分析…………………675.1机构运动学分析基础………………………………………………………675.2轻型打桩机机构运动学分析……………………………………685.2.1工程背景……………………………………………5.2.2分析关键…………………………………………685.2.3分析步骤…………69第6章热力学分析………………………………………756.1热分析基础…………………………………………………………756.2汽缸盖稳态温度场分析……………………………………………766.2.1工程背景766.2.2分析关键………………………………………………………776.2.3分析步骤……………………………………776.3涡轮增压器涡壳瞬态温度场分析和热应力分析………………………………806.3.1工程背景………………………………………………806.3.2分析关键………6.3.3分析步骤…………………………81第7章疲劳分析……………………………………………………867.1疲劳分析基础……………………………………:867.1.1疲劳分析定义……………………………………………867.1.2 AWE Fatigue程序处理疲劳问题的过程………………862按键疲劳分析………………………………………………………877.2.1工程背景………………………………………………………877.2.2分析关键…………………887.2.3分析步骤…………………………………………………887.3轮毂疲劳分析………………………………………………………………92日录7.3.1工程背景………927.3.2分析关键………27.3.3分析步骤……93第8章优化设计……………………………………………………………………968.1优化设计基础……………………………………………968.1.1优化设计的基本原理…968.1.2优化设计的分类………………………………………………………978.1.3AWE优化设计的分析步骤………………988.2支架拓扑结构优化设计………………………………………………………998.2.1工程背景………8.2.2分析关键…………………………………………998.2.3分析步骤…98.3散热器形状优化设计……………………………………………………………1028.3.1工程背景………………………………………………………1028.3.2分析步骤…………………103第9章二次开发1109.1二次开发基础………………………………………………………11109.2参数化程序设计语言……………………………………………………1109.2.1APDL简介…………………………1109.2.2APDL的参数和宏………………………………………………1119.2.3气动刹车装置非线性分析12…………………………119.3用户操作向导……………………1159.3.1 Wizard简介…………………………………………………………1159.3.2操作向导编辑器…………………………………11169.4客户化定制…………1179.4.1SDK简介………………………………………………………………1179.4.2客户化定制实例…………………………………………………118第1章 ANSYS Workbench基础1.1 ANSYS Workbench概述随着计算机辅助工程(CAE)技术在工业应用领域中的广度和深度的不断发展,它在提高产品设计质量、缩短周期、节约成本方面发挥了越来越重要的作用。目前,CAE分析的对象已由单一的零部件分析拓展到系统级的装配体,如飞机、汽车等整机的仿真。同时,其分析的领域已不再仅仅局限于结构力学,已涉及流体力学、热力学、电磁学、多场耦合等更加丰富的物理空间。而且,CAE分析不再仅仅是专职分析人员的工作,设计人员参与CAE分析已经成为必然ANSYS Workbench Environment(AwE)作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,其独特的产品构架和众多支撑性产品模块为产品整机、多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。它所包含的3个主要模块:几何建模模块( Design Modeler)、有限元分析模块( Design Simulation)和优化设计模块( Design Xplorer)将设计、仿真、优化集成于一体,可便于设计人员随时进入不同功能模块之间进行双向参数互动调用,使与仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环境中协同工作。具体来讲AWE具有的主要特色如下。1.强大的装配体自动分析功能针对航空、汽车、电子产品结构复杂,零部件众多的技术特点,AWE可以识别相邻的零件并自动设置接触关系,从而可节省模型建立的时间。而现行的许多软件均需要手动设置接触关系,这不但费时同时还容易出错。除此之外,AWE还提供了许多工具,以方便手动编辑接触表面或为现有的接触指定接触类型。AWE提供了与CAD软件及设计流程之间的无与伦比的整合性,从而发挥CAE对设计流程最大限度的贡献。最新的AWE使用接口,可与CAD系统中的实体及曲面模型双向连接,具有更高的CAD几何导入成功率。当CAD模型变化时,不需对所施加的负载和支撑重新定义。AWE与CAD系统的双向相关性还意味着,通过AWE的参数管理可方便地控制CAD模型的参数,从而提高设计效率;AWE的这一功能,还可对多个设计方案进行分析,自动修改每一设计方案的几何模型。2.自动化网格划分功能许多CAE用户都花大部分的时间在建立网格上,AwE在大型复杂部件,如飞机组装配件的网格建立上独具特色,自动网格生成技术可大大节省用户的时间。根据分析类型不同,有很多因素影响分析的精度。传统的专业分析人员花大量的时间和训练来掌握各种分析,手动处理模型以保证分析的精度;而对于设计人员来讲,他所关注的应该是自己的产品设计,而不是有限元方法,因此需要一个可靠的工具来替代传统的工具,尽可能实现自动化。AWE的自动化网格划分功能如下:自适应网格划分,对于精度要求高的区域会自动调整网格密度ANSYS Workbench设计、仿真与优化·自动化网格划分,生成形状、特性较好的元素,保证网格的高质量。·自动收敛技术,是自动迭代过程,通过自适应网格划分以使指定的结果达到要求的精度。例如,如果对装配中某一个零件的最大应力感兴趣,可指定该零件的收敛精度。·自动求解器选择,AWE根据所求解问题的类型自动选择适合的求解器求解。智能化的负载和边界条件自动处理。3.协同的多物理场分析环境及行业化定制功能CAE技术涵盖了计算结构力学、计算流体力学、计算电磁学等诸多学科专业,而航空产品的设计对这几个学科专业都有强烈的CAE需求。单个CAE软件通常只能解决某个学科专业的问题,导致使用者需要购买一系列由不同公司开发的、具有不同应用领域的软件,并将其组合起来解决其实际工程问题,这不但增加了软件投资,而且很多问题会由于不同软件间无法有效而准确地传递数据而根本不能实现真正的耦合仿真计算。目前,全面的、真正的“多物理场耦合分析”(如图1.1所示)时代已经来临,多场分析能力已经成为现代CAE软件技术水平的重要标志。多组分/多相流}(流体力学)[可压缩流H高级辐射高级疲劳高度非线性共轭传热结构力学多物理场耦合(温度场非线性非线性/辐射时/频域动力稳态/瞬态线性静力低频电磁场}(电磁场)M高导/对流图1.1现代高级CAE软件AWE组合分析能力4.快捷的优化工具 DesignXplorerAWE本身既是一个成熟的多物理场协同CAE仿真平台,又是一个基于最新软件技术的开放式开发平台,利用其开发包 Workbench SDK可以非常便捷地实现诸如专用程序开发、流程自动化和简化、专家经验的保存和固化、分析规范的保存和固化、自有程序的包装、其他程序的集成等众多的用户化开发功能。在 Workbench基础上,设计与分析间的关系就简化为:·分析部门(或人员)根据需求为设计部门量身定做各种特定产品的专用分析程序,这些程序融专家经验、自有程序、分析规范等为一体,完全专用化和自动化,一次定制,终身受益;设计部门(或人员)在针对性极强的专用程序上轻松实现设计分析-优化评价等工作;AWE多物理场协同仿真环境充分体现了 ANSYS公司“面向实实在在的工业需求,以技术为本,以优化用户产品研发流程为目标,为用户提供完整CAE解决方案”的宗旨。在AWE环境下,整个CAE应用的方式和意义都将发生革命性的变化。仿真分析的目的是优化产品性能,AWE/ DesignXplorer是基于DSDB数据库文件的参数优化工具,结合CAD系统/AGP和 Design Space/AWE进行优化:在CAD系统/AGP中第1章 ANSYS Workbench基础3·进行参数化建模,在 Design Space或AWE中进行初步的分析,并确定感兴趣的参数,在DesignXplorer中进行参数优化优化参数可以是CAD模型的几何参数、结构形式、施加的边界条件、求解得到的分析结果等,也可以是由这些参数进行数学运算后派生出来的参数,既可以进行连续性参数和离散化参数的优化,又可以进行单目标或多目标的优化,得到设计空间的三维设计响应面/二维设计曲线,并自动根据优化结果更新几何模型文件。因此,作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,AWE以其独特的产品架构和众多支撑性产品模块已为越来越多的产品提供了非常优秀的系统级解决方案1.2 ANSYS Workbench产品设计流程和文件格式1.2.1 ANSYS Workbench产品设计流程AwE提供一个集成统一的仿真环境帮助工程人员完成产品CAE开发的全过程。在AWE环境下,典型的项目开发,包括以下模块:DesignModeler,几何建模和CAD模型导入模块;Design Simulation,结构、热和电磁有限元分析模块;Design Xplorer,最优化设计模块。AwE统一的开发环境以及具有攀升化的设计方案,帮助企业真正实现产品设计仿真到优化的协同。其中, Design Simulation与CAD系统之间可进行双向模型参数互动、可将 ANSYS嵌入CAD运行环境,使用CAD环境中的几何模型的链接,不存在模型转换失真的棘手问题。同时, Design Simulation从CAD中导入装配体时可以自动建立装配接触关系。这样,设计人员可以在 Design Simulation中进行零件以及装配体性能的初步快速分析,并确定感兴趣的区域和性能,再利用 Design Simulation中高端CAE仿真工具和疲劳分析模块一 Fatigue Module对产品强度、动力学特性以及疲劳寿命进行深入的认知,确定优化设计参数,最后在多目标优化模块一 Design Xplorer中同步优化参数,改进产品设计。软件系统的主框架如图1.2所示。ANSYS WorkbenchDesignModelerE Design Simulation Design Xplorer图1.2AWE系统框架图除了上述的主要流程模块之外,AWE还包括以下辅助模块:Engineering Data,用于设定材料和载荷加载信息;FE Modeler,用于输入来自 NASTRAN, ABAQUS,或 Design Simulation所建立的网格模型,作为 ANSYS有限元分析的输人,它也能将网格模型反演生成几何模型;ANSYS AUTODYN,爆炸、冲击等结构显式动力学分析模块。ANSYS Workbench设计、仿真与优化1.2.2文件格式AWE中涉及的主要文件的类型及格式如表1.1所示表1.1AWE中文件格式说明文件名类型说明obname, wbdbWorkbench项目数据库文件,用于管理项目中的不同类型模块文件bname agdbDesign Modeler数据库文件,用于存储几何模型信息jobname cmdbCFX- Mesh数据库文件,用于存储流体网格信息jobname dsdbDesign Simulation数据库文件,存储结构、热和电磁仿真中的所有模型信息obname, edbEngineering Data数据库文件jobname fedbFE Modeler数据库文件,用于存储从 NASTRAN或 DesignSimulation输入的网格信息jobname adANSYS AUTODYN数据库文件,用于存储显式分析软件 AUTODYN必需的信息jobname ddbDesignXplorer数据库文件,用于存储优化方程中设计参数和目标参数的关联信息13安装和起动配置1.3.1 ANSYS Workbench11.0安装安装 ANSYS Workbench1.0前需要将 Windows2000打SP2补丁( Windows XP打SP1补丁),并安装IE6.0以上。另外,系统的日期和时间,要是当前的日期和时间。具体的安装步骤如下。(1)放入安装光盘,在弹出的“ ANSYS DVD Launcher”窗口中,选择“Next”,进入下一级安装窗口,如图1.3所示。ANSYS Products 11.0for Windows 32-bitOperating SystemsANSYS图1.3 ANSYS DVD Launcher窗口1第1章 ANSYS Workbench基础(2)在弹出窗口(如图1.4)中,选择安装的产品“ ANSYS Products”,并在接下来的安装语言窗口,选择“ English”,进入下一级安装界面。ANSYS ProductsInstall ProductsANSYS AA图1.4 ANSYS DVD Launcher窗口2(3)在图1.5所示的弹出窗口中,选择“ L AGREE”后,单击“Next”,进人到下一级安装界面ANSYS需oLGRIEsiDoN et图1.5 InstallShield wizard窗口1(4)根据您的需求选择安装的路径(如图1.6),单击“Next”后进入到“ Select Installation Components"。(5)在图1.7所示的窗口中选择完毕后一直单击“Ncxt”,安装程序开始安装ANsYs11.0。(6)在图1.8所示的窗口中单击“ Finish”,完成软件安装。(7)回到步骤(2)中的“ ANSYS DVD Launcher”窗口,单击“ License Management”,出现下一提示画面(如图1.9),问是否是 license server machine,选择“是(Y)(8)出现下一提示画面(如图1.10),问是否有 license文件,选择“否(N)(9)出现下一提示画面(如图1.11),问是否继续安装,选择“是(Y)ANSYS Workbench设计、仿真与优化图1.6 Installshield wizard窗口2ANSYSwr图1.7 InstallShield Wizard窗口3ANSYS图1.8 InstallShield Wizard窗口4
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Latex排版学习笔记
Latex排版学习笔记，用于Latex学习入门与提高。共9章内容，较为全面。目录第一章基本使用1.1基本排版流程1.2文本排版..1.2.1英文文档12.2输入特殊字符1.2.3段落换行124中文文档777789991.3列表环境1.4文档结构101.4.1文档类别101.4.2标题摘要111.4.3章节目录1.4.4参考文献121.5插入表格131.5.1基本表格131.5.2跨列表格131.5.3浮动表格141.6插入图片151.6.1图文并排的小图片16.2图文分开的大图片161.6.3位置浮动的大图片17第二章格式调整21各种长度单位1922字体使用192.2.1字体编码193日录222字体族名20223字体系列20224字体形状20225字体大小23段落对齐2223.1居中对齐22232单侧对齐2224页面大小布局232.5目录页格式24第三章数学公式2631两种公式263.2各种字母273.3数学函数3.4配对括号283.5多行公式3.6定理环境31第四章图形绘制334.1画交换图3341.1用 ascd包画交换图3341.2用 diagrams包画交换图33413用ⅹy-pic包画交换图344.2画图语言和画图软件3543PGF/TkZ绘图364.3.1画流程图3643.2函数图像374.3.3几何图形第五章演示文稿395.1最简单例子5.2逐步显示4153主题模板4254中文演示43目录第六章高级应用446.1输入各种撇号引号6.2文件拆分及独立编译446.3合并多个PDF文件6.4错误处理466.4.1编译时的错误信息476.4.2编译时的警告信息47第七章背景资料7.1TeX系统的前世今生497.2TeX系统的目录结构507.3TeX系统的文件查找51第八章字体详解8.1字体类型与文档格式548.2新字体选择方案NFSS5583中文排版历程568.3.1CCT中文排版8.3.2CJK中文排版578.3.3 XeTeX中文排版第九章相关软件609.1纯文本编辑器609.1.1 TeXmaker编辑器6091.2 Te Xworks编辑器619.1.3正向搜索与反向搜索629.2可视化编辑器639.2.1IyX文档处理软件639.22 TeXmacs文档排版软件659.3新版 Office的公式排版6694在网页中显示数学公式67附录ATeX排版原理69A.1读取文件A.2生成盒子70A.3分段为行71A.4组行为页6日录附录 B PostScript语言75B.1PS语言的基本知识B.2PS语言的点阵图像B.3PS语言的点阵字体附录C常用宏包介绍81第一章基本使用1.1基本排版流程和 Microsoft office Word等所见即所得的办公软件不同,用Ix排版文档,首先要用文本编辑器编辑好tex文档,然后通过各种程序编译,得到pdf文档用于打印或者阅读。基本的排版流程如下图:xelatextexpalatelatexs pdfdvipsd.ps般我们经常用 datex或者 xelatex程序直接从tex文件生成pdf文件如果是中文tex文档,优先使用ⅹ elate程序编译。如何使用编辑器以及编译文档在后面的章节有详细介绍。12文本排版121英文文档最简单的TX英文文档如下:第一章基本使用l hello. texdocumentclass La4paper]articlesusepackagethyperref]egintdocumentyHello worldend]我们来看看上面的tex文档内容。在Ix里面,每行的%符号后面的内容都表示注释,在编译时都会被忽略。因此第一行的内容没有任何结果接着看第二行。在ⅣX文档中,用开始的字母串来表示一个命令,这里的 documentclass是1X文档的基本命令,用于指明文档类。命令后面用花括号包含的内容是该命令的参数,必不可少。对于这个例子, article参数就指明我们撰写的是一篇文章,类似地还可以用book或者 report参数,分别表示书籍和报告。命令后用方括号[]包含的内容是该命令的选项,选项可以省略,省略时必需连冋方括号也去掉。如果选项省略,将会使用默认值。这里例了的a4 paper指明我们文档的页面是A4纸张的大小,改为b5 paper就是B5纸张的大小。第三行的 usepackage命令也是IX的基本命令,用于载入I①X宏包I系统中包含了各种各样的宏包,对IX的基本功能作了各种扩展。我们这一行载入的 hyperref宏包后面将介绍到。接下来在 begin{ document}和 endidocument}之间的部分我们称为正文区,一般用于正文内容的撰写。这个例子的正文内容只有简单的 Hello wor1d!对应的,在 documentclass和 beginidocument}命令之间的部分我们称为导言区,一般用于载入宏包,定义命令和调整格式。X文档把格式和内容部分分开,是一种良好的设计准则。1.2.2输入特殊字符在ⅣX的文本内容中,大部分字符都可以直接输入,但是#,$,%,&,{,}这几个字符由于有特殊用途不能直接输入。我们可以按照下表的方式输入这些特殊字符输入#${}、-O显示#8%k输入 Textless extgreater extbartextbackslash显示1.3列表环境另外, Latex中是区分左右引号的,输入`和‘分别显示左右单引号,输入`和“分别显示左右双引号。连字号、起止号和破折号看起来都是一个差不多的短横线,但输入的方式也是不同的。用-得到连接单词的连字号-,用--得到表示数字范围的起止号,用---得到英文的破折号。123段落换行用一个空行或者par命令可以开始新的段落,同时会有默认的首行缩进。用或者 newline可以强制换行在下一行继续,且在下一行不会有缩进。12.4中文文档Latex中文文档的排版有各种方式,例如CCT,CJK,ⅹeCJK等等。目前最优秀的方式是用ctex文档类来排版中文文档,它在其它各种方式的基础上以一致的方式解决了中文排版的问题。例如:documentclass [UTF8] Ictexart]eginidocument)中文内容测试!endfdocumentH使用这种方式,只需要将文档类从英文的 article改成 ctexart,所有中文环境和章芇编号等等都已绎按照中文习惯设置好了,简单易行。例子屮的UIF8这个可选参数指明了中文文档的编码。编码主要有这两种:GBK和UTF8,而不同的 Latex编辑器对中文文档的默认编码不同。以CTeX套装29版本包含的两个编辑器为例, Winedt编辑器的默认中文编码为GBK,而ReWorks编辑器的默认中文编码为UTF8。因此,对于初学者,为了避免乱码的出现,最好根据编辑器的默认情形来选择编码,如果使用的是 Winedt编辑器,将文档的编码设为GBK,如果使用的是reκ works编辑器,将文档的编码设为UTF8。如果编码不指定,默认为GBK另外,对于bok和 report文档类,也有对应的 ctexbook和 ctexrep中文文档类,其用法类似。1.3列表环境Latex的命令实际上也有不同的类型,形如begin环境名}.lend环境名}第一章基本使用的命令组合我们称为环境。环境一般用于对某种类型的段落用特殊的形式来显示。在文本段落中,常见的环境有列表环境。列表环境有三种:无序列表( itemize)、有序列表( enumerate)和描述列表( description)。它们的使用方式和显示效果如eginfitemize]item无编号的列表无编号的列表item带编号的列表·带编号的列表item带标签的列表带标签的列表end[]Abegintenumeratehitem无编号的列表1.无编号的列表item带编号的列表2.带编号的列表iem带标签的列表3.带标签的列表endtenumeratelegintdescriptionhitem[无序列表]无编号的列表。无序列表无编号的列表。item[有序列表]带编号的列表。有序列表带编号的列表item[描述列表]带标签的列表。描述列表带标签的列表。endidescriptionh14文档结构4.1文档类别前面已经讲过,用下面的命令可以指定文档类documentclass[选项]{文档类其中文档类有文章( article),书籍(book),报告( report),书信( letter)这几种选择。文档类的选项有下面这些。页面大小(a4 paper,a5 paper,b4 paper, letterpaper, legalpaper, executiveper):默认的 letterpaper常见于美国,其大小为216毫米乘以279毫米(即8.5英寸乘以11英寸),而国内常用的a4 paper的大小为210毫米乘以297毫米,两者稍有区别。虽然这里可以指定不同的页面大小,但是纸张却始终为A4大小。比如你指定为A5页面大小,那么生成的PDF文件中,内容只在A4纸张的左上角。
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