第1章初识ANSYS Workbench
导言
本章
★了解ANSYS Workbench的应用
★掌握Workbench 15.0的启动
★认识Workbench 15.0的操作界面
★掌握ANSYS Workbench项目与文件的管理方法
★熟悉Workbench的分析流程
1.1 ANSYS Workbench 15.0 概述
经过多年的潜心开发，ANSYS公司在2002年发布ANSYS 7.0的同时正式推出了前后处理和软件集成环境ANSYS Workbench Environment（AWE）。到ANSYS 11.0版本发布时，已提升了ANSYS软件的易用性、集成性、客户化定制开发的方便性，深获客户喜爱。
Workbench在2014年发布的ANSYS 15.0版本中，在继承第一代Workbench的各种优势特征的基础上发生了革命性的变化，连同ANSYS 15.0版本可视为第二代Workbench（Workbench 2.0），其最大的变化是提供了全新的项目视图（Project Schematic View）功能，将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。
Workbench所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等，使ANSYS在仿真驱动产品设计（Simulation Driven Product Development）方面达到了前所未有的高度。
在ANSYS 15.0版本中，ANSYS对Workbench架构进行了全新设计，全新的项目视图（Project Schematic View）功能改变了用户使用Workbench仿真环境（Simulation）的方式。
在一个类似流程图的图表中，仿真项目中的各项任务以互相连接的图形化方式清晰地表达出来，可以非常容易地理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态等。
项目视图系统使用起来非常简单：直接从左边的工具箱（Toolbox）中将所需的分析系统拖曳到右边的项目视图窗口中或双击即可。
工具箱（Toolbox）中的分析系统（Analysis Systems）部分，包含了各种已预置好
的分析类型（如显式动力分析、FLUENT流体分析、结构模态分析、随机振动分析等），每一种分析类型都包含完成该分析所需的完整过程（如材料定义、几何建模、网格生成、求解设置、求解、后处理等过程），按其顺序一步步往下执行即可完成相关的分析任务。当然也可从工具箱中的Component Systems里选取各个独立的程序系统，自己组装成一个分析流程。
一旦选择或定制好分析流程后，Workbench平台将能自动管理流程中任何步骤发生的变化（如几何尺寸变化、载荷变化等），自动执行流程中所需的应用程序，从而自动更新整个仿真项目，极大缩短了更改设计所需的时间。
Workbench仿真流程具有良好的可定制性，只须通过鼠标拖曳操作，即可非常容易地创建复杂的、包含多个物理场的耦合分析流程，在各物理场之间所需的数据传输也能自动定义。
ANSYS Workbench平台在流体和结构分析之间自动创建数据连接以共享几何模型，使数据保存更轻量化，并更容易分析几何改变对流体和结构两者产生的影响。同时，从流体分析中将压力载荷传递到结构分析中的过程也是完全自动的。
工具栏中预置的分析系统（Analysis Systems）使用起来非常方便，因为它包含了所选分析类型所需的所有任务节点及相关应用程序。Workbench项目视图的设计是非常柔性的，用户可以非常方便地对分析流程进行自定义，把Component Systems中的各工具当成砖块，按照任务需要进行装配。
ANSYS Workbench环境中的应用程序都是支持参数变量的，包括CAD几何尺寸参数、材料特性参数、边界条件参数以及计算结果参数等。在仿真流程各环节中定义
的参数都是直接在项目窗口中进行管理的，因而非常容易研究多个参数变量的变化。在项目窗口中，可以很方便地通过参数匹配形成一系列设计点，然后一次性地自动进行多个设计点的计算分析以完成What-If研究。
利用ANSYS DesignXplorer模块（简称DX），可以更加全面地展现Workbench参数分析的优势。DX提供了试验设计（DOE）、目标驱动优化设计（Goal-Driven Optimization）、最小/最大搜索（Min/Max Search）以及六希格玛分析（Six Sigma Analysis）等能力，所有这些参数分析能力都适用于集成在Workbench的所有应用程序、所有物理场、所有求解器中，包括ANSYS参数化设计语言（APDL）。
ANSYS Workbench平台对仿真项目中所有应用程序中的参数进行集中管理，并在项目窗口中用一个非常方便的表格进行显示。完全集成在Workbench中的DesignXplorer模块能自动生成响应面结果，清晰而直观地描述这种几何变化的影响。通过简单的拖曳操作，还可很方便地使用DX的试验设计（DOE）、目标驱动优化设计、六希格玛设计以及其他设计探索算法等。
ANSYS Workbench提供了与ANSYS系列求解器交互的强大方法。这种环境为CAD 系统及用户设计过程提供了独一无二的集成设计平台。ANSYS Workbench由多种工程应用模块组成。
Mechanical：用ANSYS求解器进行结构和热分析（包含网格划分）。
Mechanical APDL：采用传统的ANSYS用户界面对高级机械和多物理场进行
分析。
Fluid Flow（CFX）：采用CFX进行流体动力学（CFD）分析。
Fluid Flow（FLUENT）：采用FLUENT进行流体动力学（CFD）分析。
Geometry（DesignModeler）：创建和修改CAD几何模型，为Mechanical分析提供所用的实体模型。
Engineering Data：定义材料属性。
Meshing Application：用于创建CFD和显式动态网格。
Design Exploration：用于优化分析。
Finite Element Modeler（FE Modeler）：转换NASTRAN和ABAQUS 中的网格，以便在ANSYS中使用。
Bladde Gen（Bladde Geometry）：用于创建旋转机械钟的叶片几何模型。
Explicit Dynamics：创建具有非线性动力学特色的模型，用于显式动力学分析。
1.2 Workbench 15.0 的基本操作界面
从本节开始介绍ANSYS Workbench 15.0的基本操作，下面首先介绍启动方式，然后介绍Workbench的基本操作界面。
ANSYS安装完成后，有如下两种启动Workbench的方式。
从Windows的“开始”菜单启动：执行Windows 7系统下的“开始”→“所有程序”→ANSYS 15.0→Workbench 15.0命令，如图1-1所示，即可启动
ANSYS Workbench 15.0。
图1-1 启动ANSYS Workbench
通过CAD系统启动：较高版本的ANSYS Workbench在安装时会自动嵌入到
其他的CAD系统中（如Pro/Engineer、SolidWorks、UG等三维CAD系统），
通过这些嵌入的菜单命令即可进入ANSYS Workbench。如图1-2所示为通过
Pro/Engineer、SolidWorks的菜单选项进入ANSYS Workbench。
（a）通过Pro/Engineer进入ANSYS Workbench
（b）通过SolidWorks进入ANSYS Workbench
图1-2 通过CAD系统启动ANSYS Workbench
ANSYS Workbench启动时会自动弹出如图1-3所示的欢迎界面。
首次启动ANSYS Workbench时会弹出如图1-4所示的Getting Started文本文
件，将下面的复选框内的勾掉，并单击右上角的（关闭）按钮即可关
闭文本文件，这样在以后的启动过程将不再显示。
图1-3 ANSYS Workbench欢迎界面图1-4 Getting Started文本文件
启动ANSYS Workbench，并创建分析项目，此时的主界面如图1-5所示，它主要由菜单栏、工具栏、工具箱、项目管理区组成。菜单栏及工具栏与其他的Windows
软件类似，这里不再赘述，下面着重介绍工具箱（Toolbox）及项目管理区（Project Schematic）两部分功能。
图1-5 ANSYS Workbench主界
1．工具箱（Toolbox）
工具箱主要由如图1-6所示的4个子部分组成，这4个子部分分别应用于不同的场合，具体介绍如下。
Analysis Systems：主要应用在示意图中预定义的模板内。
Component Systems：主要用于可存取多种不同应用程序的建立和不同分析系统
的扩展。
Custom Systems：用于耦合分析系统（FSI、Thermal-Stress等）的预定义。在
使用过程中，根据需要可以建立自己的预定义系统。
Design Exploration：主要用于参数的管理和优化。
工具箱中显示的分析系统和组成取决于所安装的ANSYS产品，根据工作需
要调整工具箱下方的View All→Customize窗口即可调整工具箱显示的内容。
通常情况下该窗口是关闭的。
单击View All→Customize时，会弹出如图1-7所示的Toolbox Customization（用户定制）工具箱，通过选择不同的分析系统可以调整工具箱的显示内容。
图1-6 工具箱的组成图1-7 制工具箱
2．项目管理区（Project Schematic）
项目管理区（亦称分析系统管理区，本书采用项目管理区的称呼）是用来进行Workbench的分析项目管理的，它是通过图形来体现一个或多个系统所需要的工作流程。项目通常按照从左到右、从上到下的模式进行管理。
当需要进行某一项目的分析时，通过在Toolbox（工具箱）的相关项目上双击或直接按住鼠标左键拖动到项目管理区即可生成一个项目，如图1-8所示，在Toolbox 中选择Static Structural后，项目管理区即可建立Static Structural分析项目。
图1-8 创建分析项目
另外在项目的设置项中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中通过选择Transfer Data To New或Transfer Data From New，亦可通过转换功能创建新的分析系统，如图1-9所示。
图1-9 转换功能快捷菜单图1-10 不同设置时
的转换功能
在进行项目分析的过程中，项目分析流程会出现不同的图标来提示读者进行相应的操作，各图标的含义如表1-1所示。
表1-1 分析项目选项中的图标含义
1.3 Workbench 项目管理
在上面的讲解中简单介绍了分析项目的创建方法，下面介绍项目的删除、复制、关联等操作，以及项目管理操作案例。
将鼠标移动到相关项目的第1栏（A1）单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Duplicate（复制）命令，即可复制项目，如图1-11所示，例如B项目就是由A项目
复制而来（如图1-12所示）。
将鼠标移动到项目的第1栏（A1）单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Delete （删除）命令，即可将项目删除。
图1-11 项目快捷菜单图1-12 复制项目
在ANSYS Workbench中进行项目分析时，需要对同一模型进行不同的分析，尤其是在进行耦合分析时，项目的数据需要进行交叉操作。
为避免重复操作，Workbench提供了关联项目的协同操作方法，创建关联项目的方法如下：在工具箱中按住鼠标左键，拖曳分析项目到项目管理区创建项目B，当鼠标移动到项目A的相关项时，数据可共享的项将以红色高亮显示，如图1-13所示，在高亮处松开鼠标，此时即可创建关联项目，如图1-14所示为新创建的关联项目B，此时相关联的项呈现暗色。
图1-13 高亮显示图1-14 创建关联项目
下面的实例将创建一个热分析系统（项目A），然后创建两个与其关联的结构分
析系统（项目B及项目C），其中项目B为没有与热分析耦合的结构分析系统，项目C 为与热分析耦合的结构分析系统。具体操作步骤如下：
将鼠标移动到工具箱中Analysis Systems栏目下的Steady-State Thermal分析
系统，按住鼠标左键将其拖曳到项目管理区并松开鼠标，创建热分析系
统（项目A），如图1-15所示。
图1-15 创建热分析系统
同样，在工具箱中按住鼠标左键拖曳Static Structural到项目管理区中项目
A的A4栏，如图1-16所示。松开鼠标即可创建结构分析系统（项目B），
如图1-17所示，此时的项目B为没有与热分析耦合的结构分析系统。
图1-16 高亮显示图1-17 创建关联分析项目
在工具箱中按住鼠标左键拖曳Static Structural到项目管理区中项目A的
A6栏，如图1-18所示，松开鼠标即可创建结构分析系统（项目C），如
图1-19所示，此时的项目C为与热分析耦合的结构分析系统。
图1-18 高亮显示图1-19 创建关联分析项目
如图1-19所示表示项目A、C之间A2 ~ A4数据共享，同时表示项目A的分析
数据从A6传递到项目C中。
在ANSYS Workbench中，既可以了解设置项的特性，也可以对设置项的属性进行修改，具体方法如下：选择菜单栏中的View（视图）→Properties（属性）命令，此
时在Workbench 环境下可以查看设置项的附加信息。如图1-20所示，选择Model栏后，其属性便可显示出来。
图1-20 设置项属性
1.4 Workbench文件管理
Workbench是通过创建一个项目文件和一系列的子目录来管理所有的相关文件。这些文件目录的内容或结构不能进行人工修改，必须通过Workbench进行自动管理。
当创建并保存文件后，便会生成相应的项目文件（.wbpj）以及项目文件目录，项目文件目录中会生成众多子目录，例如保存文件名为FirstFile，生成的文件为FirstFile.wbpj，文件目录为FirstFile_files。ANSYS Workbench 15.0的文件目录结构如图1-21所示。
图1-21 文件目录结构
对图1-21的说明如下。
dpn：该文件目录是设计点文件目录，实质上是特定分析的所有参数的状态
文件，在单分析情况下只有一个dp0目录。
global：该目录包含分析中各模块所包括的子目录，如MECH目录中包含了
仿真分析的数据库以及相关分析模块的其他文件。
SYS：包括了项目中各种系统的子目录（如Mechanical、FLUENT、CFX等），
每个系统的子目录都包含特定的求解文件，如MECH的子目录中包括结果
文件、ds.dat文件、solve.out文件等。
user_files: 包含输入文件、用户文件等，部分文件可能与项目分析有关。
在Workbench中选择View（预览）→Files（文件）命令，可以弹出并显示一
个包含文件明细与路径的文件预览窗口，如图1-22所示。
图1-22 文件预览
在ANSYS Workbench 15.0中提供了一种快速生成单一压缩文件的菜单，命令如图1-23所示，可以更有效地对Workbench文件进行管理。
选择菜单栏中的File（文件）→Archive（压缩）命令，即可实现Workbench所有文件的快速压缩，生成的压缩文件为.zip格式。
选择菜单栏中的File（文件）→Restore Archive（压缩）命令，即可打开压缩文件，亦可采用其他的解压软件对压缩文件解压。
图1-23 快速生成压缩文件命令
1.5 Workbench实例入门
下面将通过一个简单的分析案例，让读者对ANSYS Workbench 15.0有一个初步的了解，在学习时无需了解操作步骤的每一项内容，这些内容在后面的章节中将有详细的介绍，读者仅需按照操作步骤学习，了解ANSYS Workbench有限元分析的基本流程即可。
如图1-24所示的不锈钢钢板尺寸为320mm×50mm×20mm，其中一端固定，另一端为自由状态，同时在一面上有均布面载荷q?=?0.2MPa，请用ANSYS Workbench 求解出应力与应变的分布云图。
在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 15.0→Workbench
15.0命令，启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。
双击主界面Toolbox（工具箱）中的Component Systems→Geometry（几何
体）选项，即可在项目管理区创建分析项目A，如图1-25所示。
图1-24 案例问题图1-25 创建分析项目A
在工具箱中的Analysis Systems→Static Structural上按住鼠标左键拖曳到项
目管理区中，当项目A的Geometry呈红色高亮显示时，放开鼠标创建项
目B，此时相关联的数据可共享，如图1-26所示。
图1-26 创建分析项目
本例是线性静态结构分析，创建项目时可直接创建项目B，而不创建项目A，
几何体的导入可在项目B中的B3栏Geometry中导入创建。本例的创建方法在
对同一模型进行不同的分析时会经常用到。
在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import
Geometry→Browse命令，如图1-27所示，此时会弹出“打开”对话框。
在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入char01-01几何体文件，
如图1-28所示，此时A2栏Geometry后的变为，表示实体模型已经
存在。
图1-27 导入几何体图1-28 “打开”对话框
双击项目A中的A2栏Geometry，会进入到DesignModeler界面，此时设
计树中的Import1前显示，表示需要生成，图形窗口中没有图形显示，
如图1-29所示。
单击（生成）按钮，即可显示生成的几何体，如图1-30所示，
此时可在几何体上进行其他的操作，本例无需进行操作。
单击DesignModeler界面右上角的（关闭）按钮，退出DesignModeler，
返回到Workbench主界面。
图1-29 生成前的DesignModeler界面图1-30 生成后的DesignModeler界面
双击项目B中的B2栏Engineering Data项，进入如图1-31所示的材料参
数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。
图1-31 材料参数设置界面
在界面的空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources（工程数据源）命令，此时的界面会变为如图1-32所示的界面。原界面窗口中的Outline of Schematic B2: Engineering Data消失，取代以Engineering Data Sources及Outline of Favorites。
图1-32 材料参数设置界面
在Engineering Data Sources表中选择A3栏General Materials，然后单击Outline of General Materials表中A11栏Stainless Steel（不锈钢）后的B11栏中的（添加）按钮，此时在C11栏中会显示（使用中的）标识，如图1-33所示，表示材料添加成功。
图1-33 添加材料
同步骤（2），在界面的空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources（工程数据源）命令，返回到初始界面中。
根据实际工程材料的特性，在Properties of Outline Row 3: Stainless Steel表中可以修改材料的特性，如图1-34所示，本实例采用的是默认值。
用户也可以通过在Engineering Data窗口中自行创建新材料添加到模型库中，这在后面的讲解中会有涉及，本实例不再介绍。
图1-34 材料参数修改窗口
单击工具栏中的按钮，返回到Workbench主界面，材料库添
加完毕。
双击项目管理区项目B中的B4栏Model项，进入如图1-35所示的
Mechanical界面，在该界面下即可进行网格的划分、分析设置、结果观察
等操作。
图1-35 Mechanical界面
选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中Geometry选项下的char01-01，
此时即可在Details of“char01-01”（参数列表）中给模型添加材料，如图
1-36所示。
单击参数列表中的Material下Assignment区域后的按钮，此时会出现刚
刚设置的材料Stainless Steel，如图1-37所示，选择后即可将其添加到模
型中去。此时分析树Geometry的材料由Structural Steel变成Stainless Steel，
表示材料已经添加成功。
图1-36 添加材料图1-37 添加材料后的分析树
选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Mesh选项，此时可在
Details of “Mesh”（参数列表）中修改网格参数，本例将在Sizing中的
Relevance Center选项设置为Medium，其余采用默认设置。
在Outline（分析树）中的Mesh选项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜
单中选择Generate Mesh命令，此时会弹出如图1-38所示的进度显示条，
表示网格正在划分，当网格划分完成后，进度条自动消失，最终的网格
效果如图1-39所示。
图1-38 生成网格图1-39 网格效果
选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Static Structural（B5）选
项，此时会出现如图1-40所示的Environment工具栏。
选择Environment工具栏中的Supports（约束）→Fixed Support（固定约
束）命令，此时在分析树中会出现Fixed Support选项，如图1-41所示。
图1-40 Environment工具栏图1-41 添加固定约束
选中Fixed Support选项，选择需要施加固定约束的面，单击Details of
“Fixed Support”（参数列表）中Geometry选项下的按钮，即可
在选中面上施加固定约束，如图1-42所示。
图1-42 施加固定约束
同步骤（2），选择Environment工具栏中的Loads（载荷）→Pressure（压
力）命令，此时在分析树中会出现Pressure选项，如图1-43所示。
图1-43 添加压力
同步骤（3），选中Pressure选项，选择需要施加压力的面，单击Details of
“Pressure”（参数列表）中Geometry选项下的按钮，同时在
Magnitude选项下设置压力为2.e+005Pa的面载荷，如图1-44所示。
图1-44 添加面载荷
在Outline（分析树）中的Static Structural（B5）选项上单击鼠标右键，在
弹出的快捷菜单中选择Solve命令，此时会弹出进度显示条，表示正在
求解，当求解完成后进度条自动消失，如图1-45所示。
图1-45 求解
选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Solution（B6）选项，此
时会出现如图1-46所示的Solution工具栏。
选择Solution工具栏中的Stress（应力）→Equivalent（von-Mises）命令，
此时在分析树中会出现Equivalent Stress（等效应力）选项，如图1-47所
示。
图1-46 Solution工具栏图1-47 添加等效应力选项
如同步骤（2），选择Solution工具栏中的Strain（应变）→Equivalent
手把手教你用ANSYS workbench 本文的目的主要是帮助那些没有接触过ansys workbench的人快速上手使用这个软件。在本文里将展示ansys workbe nch如何从一片空白起步，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程。 一、建立算例 打开ansys workbench这时还是一片空白。 ■A Un■$曲虑日Project - Wor^L-bemdi FI E Vievi Took Units EKlhenMrs Hep 口百］牙.匾1丿狂存*■::_____________ 4J Import-■■ ?b RBConn^dt | 半］Project Lbd盘B Project g pp^iijT 咗nifint 世Eiqen/alue Ekxkfing Q Elqenwlue Bucktig ［samcef) 醪Flwtnc 闵E^pict Cynannics ? Fluid F I M -M UN Mud凶『山山理］ ◎Hud Ftaw - Estrusoi (PdyflEMiJ ? Fluid Flow (CFX) 也rlud Flow :FkirflL) Q Hud How (Pdvftouf) I朗Hermoinic IResporiSB 営H>d,qdyr>amic DiFFractlon I岂？H^drcclj/riarw Resrwnw 讐 JCEnjina = 逝MocW 爲Moda (阳AQU5) fjy Muds 口■ ii』) 肚| H^ndorn wbracior 迦| Spedtium Riyid D/ruriL^ 国StStIC ^truchjral 冒Static Structural 卜对Static■Strucbj-cl (5aTiccF) 1 5Zac\-5taZ Wrnml D Ihemnal 0 5tcady-5Uts Ihcmal (Sancd7) 密Thnrra^-FlPirrrir 电j Tlroughlkw ◎Il i oughfki^ ^DiaJcGcrO innsflnr strudturAi 回7rans?n: Structural (ABiQUS) 褪Tr slismL 5trudtural (Stfncsf) A 怕Ment rhenr^l 首先我们要清楚自己要计算的算例的分析类型，一般对于结构力学领域，有 静态分析(Static Structural)、动态分析(Rigid Dynamics)、模态分析(Modal)。
1、 ANSYS12.1 Workbench界面相关分析系统和组件说明 【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化 分析类型说明 Electric (ANSYS) ANSYS电场分析 Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析 Fluid Flow (CFX) CFX流体分析 Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析 Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析 Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析 Modal (ANSYS) ANSYS模态分析 Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析 Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析 Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析 Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析 Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析 组件类型说明 AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具 CFX CFX高端流体分析工具
ANSYS WORKBENCH 疲劳分析指南 第一章简介 1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲 劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简 单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化， 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σａ是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是 σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； （2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。
AnsysWorkbench详细介绍及入门基础 1、什么是Ansys Workbench? –ANSYS Workbench中提供了与ANSYS系统求解器的强大交互功能的方法 这个环境提供了一个独特的CAD及设计过程的集成系统。 2、Ansys Workbench主要组成模块： –Mechanical：利用ANSYS的求解器进行结构和热分析。 –Mechanical APDL：采用传统的ANSYS用户界面对高级机械和多物理场进行分析。 –Fluid Flow (CFX)：利用CFX进行CFD分析。 –Fluid Flow (FLUENT)：使用FLUENT进行CFD分析。 –Geometry (DesignModeler)：创建几何模型（DesignModeler）和CAD几何模型的修改。–Engineering Data：定义材料性能。 –Meshing Application：用于生成CFD和显示动态网格。 –Design Exploration：优化分析。 –Finite Element Modeler (FE Modeler)：对NASTRAN 和ABAQUS的网格进行转化以进行ansys 分析。 –Explicit Dynamics：具有非线性动力学特色的模型用于显式动力学模拟。
3、Workbench 环境支持两种类型的应用程序： –本地应用(workspaces):目前的本地应用包括工项目管理，工程数据和优化设计 本机应用程序的启动，完全在Workbench窗口运行。 –数据综合应用: 目前的应用包括Mechanical, Mechanical APDL, Fluent, CFX, AUTODYN 和其他。 4、Workbench界面主要分为2部分： ---Analysis systems :可以直接在项目中使用预先定义好的模板。 ---Component systems :建立、扩展分析系统的各种应用程序。 ---Custom Systems : 应用于耦合(FSI,热应力,等)分析的预先定义好的模板。用户也可以创建自己的预定义系统。 ---Design Exploration : 参数管理和优化工具
网格变形和优化 对于很多单位，进行优化分析的最大障碍是CAD 模型不能重新生成，特征参数不能反映那些修改研究的几何改变。通过与ANSYS WORKBENCH 的结合，ANSYS MESH MORPHER （FE-MODELER 的新增加模块）可以实现这个功能，甚至更多。 通过网格操作而不是实体模型，ANSYS MESH MORPHER 对于来自于CAD 的非参数几何数据，如IGES 或者STEP，以及来自于ANSYS CDB 文件的网格数据，实现了模型参数化。将网格读入FE MODELER，并且产生对应于该网格的“综合几何”的初次配置。ANSYS MESH MORPHER 提供了四种不同的转换：面平移丶面偏置丶边平移和边偏置。更多样的配置可以通过以上转换的组合实现。例如，一个圆柱表面的面偏置就等效于变更其半径。 在ANSYS WORKBENCH 中，ANSYS 和ANSYS CFX 技术的集成取得了更大的进步。在ANSYSWORKBENCH 环境中，用户可以完整地建立丶求解和后处理双向流固耦合仿真。最新的版本也提供了单一后处理工具，可以用更少的时间获得复杂多物理问题的解决，并且扩展了仿真的应用领域。 利用ANSYS CFX 软件的统一网格接口可以在ANSYS 和ANSYS CFX 之间传递FSI 载荷，所有流固耦合问题的结果的鲁棒性和精度获得了改进。界面载荷传递技术的突破，很明显的好处就在于让同一团队的FEA 和CFD 专家共享信息更方便。在新版中流固耦合的领域也得到了扩展。 涡轮系统一体化解决方案 ANSYS WORKBENCH 环境提供了旋转机械设计过程所需的几何设计和分析的集成系统。ANSYSWORKBENCH，作为高级物理问题的集成平台，能够让设计人员建立旋转机械的模型，比如水泵丶压缩机丶风扇丶吹风机丶涡轮丶膨胀器丶涡轮增压器和鼓风机。ANSYS 解决方案集成到设计过程，从而消除了中性文件传输丶结果变换和重分析，使得CAE过程几周内就完成了。 ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT 中的创新在于多区域体网格划分工具，可用于空气动力学中。新的网格划分方法提供了对块（结构网格方法）的灵活性和控制，易于使用的自动（非结构化）网格方法。半自动多区网格算法允许用户在面和体上对网格进行总体控制，边界上通过映射或者扫描块提供了纯六面体网格，而内部过渡到四面体或者六面体为主的网格。映射丶扫描和自由划分技术为模型中最重要区域的结构化六面体网格划分提供了自由，可以保证用较少的精力得到高质量的自动化网格。 ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT产品也回答了古老的问题：“我应该用四面体划网还是花更多的时间用六面体划网”。相对于传统的四面体网格算法，新的体-拟合笛卡儿划网方法可以帮你用更少的时间划分纯六面体网格。包含四面体和金字塔形状的混合网格划分方法减少了限制并且提供了更容易的方法编辑网格。这个方法产生的六面体网格的统一性更适合于显式碰撞分析或者任何六面体网格更适合的分析。 线性和非线性动力学
第一章简介 1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下： 材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N曲线。 因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的，那么在计算寿命时就要注意：（1）设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N曲线相关联的选择，包括多轴应力的选择；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。 平均应力影响疲劳寿命，并且变换在S-N曲线的上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下的寿命长短)：（1）对于不同的平均应力或应力比值，设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据)；（2）如果没有太多的多重S-N曲线(实验数据)，那么设计仿真也允许采用多种不同的平均应力修正理论。 早先曾提到影响疲劳寿命的其他因素，也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释。 1.6 总结
概念建模（基础）及各命令中英解释 快捷键：滚动鼠标滚轮缩放，按住鼠标滚轮不放移动鼠标旋转，ctrl+鼠标中键（滚轮）移动。Shift+鼠标中键上下移动改变视图大小。Ctrl+鼠标左键点选可选择不连续多个对象（可在绘图窗口直接选择或在设计树中选）。绘图时（草图模式sketching下）选中某个对象按delete 可删除该对象。 注意：概念建模中有梁，杆单元，概念建模完成后需要将模型文件与分析文件链接。系统默认状态下这些代表梁杆单元的“线”不会被导入到分析文件。所以， 概念建模前，必须改变软件的设置。主界面上找到“tool” ，点击它，等一下出现这个窗口。 选择这个栏，点选这个，点击OK。 打开建模程序，选择毫米为单位。 在“XYplan”建立草图“sketch1”，
切换到草图模式（点击上图左下角的“sketching”按钮）开始绘图。 绘制成上图所示的图形（可以自己决定绘图方式），回到模型界面（点击第一个图左下角的“modeling”按钮）。 在下图中找到按钮，点击，选择“line from point”选项。
出现下图中的。 按住ctrl，两个端点一组，选择下列四条线的端点：
生成图中所示的绿色线条。 找到这个按钮，点击。 然后按上述步骤操作，选择下图所示的个点，要按住ctrl一个点挨着一个点选择一周。生成十几条线段。不能直接选择四个端点生成四条长线。 注意：将下图中的Operation改为Add Frozen。这样将会生成数十条线段而不是将所有的线 段生成一个整体的“line body”。点击。
选择，点击，选择下拉菜单里的“face from edges”，按逆时针选择下图所示的四条线（都按照逆时针方向可以保证所生成的面朝向同一方向）。点击。 生成这样的平面。
第1章初识ANSYS Workbench 导言 本章 ★了解ANSYS Workbench的应用 ★掌握Workbench 15.0的启动 ★认识Workbench 15.0的操作界面 ★掌握ANSYS Workbench项目与文件的管理方法 ★熟悉Workbench的分析流程 1.1 ANSYS Workbench 15.0 概述 经过多年的潜心开发，ANSYS公司在2002年发布ANSYS 7.0的同时正式推出了前后处理和软件集成环境ANSYS Workbench Environment（AWE）。到ANSYS 11.0版本发布时，已提升了ANSYS软件的易用性、集成性、客户化定制开发的方便性，深获客户喜爱。
Workbench在2014年发布的ANSYS 15.0版本中，在继承第一代Workbench的各种优势特征的基础上发生了革命性的变化，连同ANSYS 15.0版本可视为第二代Workbench（Workbench 2.0），其最大的变化是提供了全新的项目视图（Project Schematic View）功能，将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。 Workbench所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等，使ANSYS在仿真驱动产品设计（Simulation Driven Product Development）方面达到了前所未有的高度。 在ANSYS 15.0版本中，ANSYS对Workbench架构进行了全新设计，全新的项目视图（Project Schematic View）功能改变了用户使用Workbench仿真环境（Simulation）的方式。 在一个类似流程图的图表中，仿真项目中的各项任务以互相连接的图形化方式清晰地表达出来，可以非常容易地理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态等。 项目视图系统使用起来非常简单：直接从左边的工具箱（Toolbox）中将所需的分析系统拖曳到右边的项目视图窗口中或双击即可。 工具箱（Toolbox）中的分析系统（Analysis Systems）部分，包含了各种已预置好
Ansys静力分析实例： 1 问题描述： 如图所示支架简图，支架材料为结构钢，厚度10mm，支架左侧的两 个通孔为固定孔，顶面的开槽处受均布载荷，载荷大小为500N/mm。 2 启动Ansys Workbench，在界面中选择Simulation启动DS模块。
3 导入三维模型，操作步骤按下图进行，单击“Geometry”，选择“From File”。 从弹出窗口中选择三维模型文件，如果文件格式不符，可以把三维图转换为“.stp”格式文件，即可导入，如下图所示。 4 选择零件材料：文件导入后界面如下图所示，这时，选择“Geometry”下的“Part”，在左下角的“Details of ‘Part’”中可以调整零件材料属性。
5 划分网格：如下图，选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可。【此时也可以在左下角的“Details of ‘Mesh’”对话框中调整划分网格的大小（“Element size”项）】。
生成网格后的图形如下图所示：
6 添加分析类型：选择上方工具条中的“New Analysis”，添加所需做的分析类型，此例中要做的是静力分析，因此选择“Static Structural”，如下图所示。 7 添加固定约束：如下图所示，选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Fixed Support”。
这时左下角的“Details of ‘Fixed Support’”对话框中“Geometry”被选中，提示输入固定支撑面。本例中固定支撑类型是面支撑，因此 要确定图示6位置为“Face”，【此处也可选择“Edge”来选择“边”】 然后按住“CTRL”键，连续选择两个孔面为支撑面，按“Apply”确 认，如下图所示。