【正文】 的研究計算。目前該軟件應(yīng)用在的行業(yè)也是遍布全球。它廣泛應(yīng)用在航天航空、船舶、水利水電、機械制造、核工業(yè)、土木工程、電氣工程。生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)中。ANSYS是首個通過ISO 9001質(zhì)量認證的有限元分析軟件。它的通用性表現(xiàn)在它可以和大部分的CAD軟件接口。也就是說CAD建好的模型可以輕松導(dǎo)入ANSYS軟件中。實現(xiàn)不同工程軟件的數(shù)據(jù)共享交換，是非常經(jīng)典的CAE工具，目前已經(jīng)廣泛得使用在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計以及工程分析中?？梢詫崿F(xiàn)多場耦合與多場分析。具有多物理場的優(yōu)化功能，客戶的開發(fā)環(huán)境也非常優(yōu)良。軟件含有很多模塊比如熱、電磁、流體和結(jié)構(gòu)等。包含強勁的求解器以及強大的前后處理功能。為我們解決龐大的工程項目。該軟件主要包括:預(yù)處理模塊、計算模塊和后處理模塊。預(yù)處理模塊提供的實體建模和網(wǎng)格工具,用戶可以很容易地結(jié)構(gòu)有限元模型,包括分析和結(jié)構(gòu)分析的計算模型(線性分析和非線性分析和非線性分析、流體動力學(xué)分析各種物理介質(zhì)處理模塊的優(yōu)化能力的交互分析電磁場分析和物理場的耦合分析,仿真結(jié)果表明,輪廓線的顏色,可以根據(jù)計算梯度,透明和半透明顯示(看到圖形顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)),但可以通過圖表和曲線顯示。ANSYS不僅是一個計算功能強大的有限元分析軟件,還為客戶提供了一個良好的二次開發(fā)平臺,為工程師、科學(xué)家高技術(shù)水平的科研提供良好的工作環(huán)境。 ANSYS的主要功能ANSYS軟件在實際工程問題上應(yīng)用非常廣泛，在機電類、土木工程、電子工程及航天航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，都能達到某種程度的可信度，為工程施工維修提供有效的科學(xué)依據(jù)，廣受工程師的好評。通過ANSYS的建模計算，能夠在很大的程度上減少設(shè)計成本，降低設(shè)計時間，提高設(shè)計效率。ANSYS可以實現(xiàn)很多不同類型的工程分析。以下介紹幾種ANSYS常見的工程分析類型：① 動力學(xué)分析：ANSYS軟件可以模擬仿真一些復(fù)雜的三維柔體運動，在該系統(tǒng)運動積累的時候，可以通過ANSYS編程分析復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在空中做的三維運動，進而確定該結(jié)構(gòu)中每個應(yīng)力、應(yīng)變和形變。② 結(jié)構(gòu)分析，有限元分析最常見的應(yīng)用方向。ANSYS對模型進行結(jié)構(gòu)分析，可以得到節(jié)點位移。然后通過對節(jié)點位移值進行研究計算，可以得到其他的物理量如：應(yīng)變、應(yīng)力等。ANSYS可以分析以下三類結(jié)構(gòu)分析：1 結(jié)構(gòu)靜力分析：一般情況下，不把阻尼和系統(tǒng)慣性參考進去。它的研究對象多為控制不改變的外界載荷影響下的結(jié)構(gòu)。通過軟件計算分析，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力、位移等物理量。ANSYS結(jié)構(gòu)靜力分析既可以研究線性分析也可以進行非線性分析，比如蠕變、塑形、膨脹以及接觸分析。2 結(jié)構(gòu)動力分析：其研究對象是跟著時間變化而變化的外界載荷影響下的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。通過軟件計算求解其動態(tài)響應(yīng)。但是動力分析需要把阻尼和系統(tǒng)慣性參考進去，不能忽略它們的影響。ANSYS可以分析的動力學(xué)分析類型有一下幾類，諧波響應(yīng)分析、模態(tài)分析、瞬態(tài)動力學(xué)分析等。3 結(jié)構(gòu)非線性分析：結(jié)構(gòu)或組件的非線性會導(dǎo)致響應(yīng)隨著負載比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性（彈塑性，粘彈性，超彈性）、幾何非線性（大變形，大應(yīng)力，應(yīng)力強化等）和單元非線性（接觸問題、鋼筋混凝土單元）三種。③ 熱分析：ANSYS可以用于進行熱分析，它可以編程計算分析系統(tǒng)的溫度或者其他熱力學(xué)量的分布和變化響應(yīng)。通過熱力學(xué)方程，編程運行后可以得到系統(tǒng)中每個節(jié)點的溫度，進而可以得出其他的熱力學(xué)物理量，比如熱梯度、熱通量等。熱傳遞有三種類型：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。三種類型可以瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)線性和非線性分析。熱分析可以模擬材料固化和融化過程，此外還可以分析熱和架構(gòu)的耦合。④ 電磁場分析：ANSYS可以分析電感和電容、渦流、電磁場電場分布和能量損失等問題。磁場的分析需要考慮各種物理量,如磁通密度、磁場密度、磁力、電阻、電感、渦流,功耗、漏磁等。磁場分析大致可以分為幾類。靜態(tài)磁場分析,計算直流(DC)或永久磁鐵產(chǎn)生的磁場。交變磁場分析:用來計算產(chǎn)生的磁場交流電(ac)。瞬態(tài)磁場分析,計算出隨時間變化的電流或磁場引起的外部世界。電場分析,用于計算電場的電阻或電容系統(tǒng),典型的電量、電荷密度、電場和電流密度和耐熱性,等。高頻電磁場分析,用于微波、波導(dǎo)、雷達系統(tǒng)、同軸進行分析。⑤ 聲學(xué)分析：ANSYS可以進行聲波在含有介質(zhì)中的流體傳播研究，也能分析浸泡在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可以確定音響的頻率響應(yīng)，比如研究音樂大廳的聲場分布。⑥ 壓電分析：壓電分析可以用來分析二維或者三維結(jié)構(gòu)對AC、AD或者隨著時間變化而變化的電流以及機械載荷的響應(yīng)。壓電分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析⑦ 耦合場分析：在考慮兩個或者多個物理場之間的互相作用時，如果這兩個物理場之間有著互相影響制約的關(guān)系，如果只是求解一個物理場是不能得到正確的答案的，需要把兩個物理場疊加到一起進行研究求解分析。⑧ 其他功能：ANSYS支持的別的一些高級功能，包括設(shè)計優(yōu)化、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、生死單元等高級分析技術(shù)。 ANSYS軟件的主要特點ANSYS是一個擁有強大的有限元分析能力的軟件，它有良好的前后處理功能,用戶可以GUI方式建立了幾何模型,網(wǎng)絡(luò)分區(qū)和添加約束條件等各種強大的功能,研究非線性和動態(tài)問題時候可以良好支持子結(jié)構(gòu)分析、子模塊、單元生死等先進的分析技術(shù),而且可以模擬點對點和點和表面和表面和表面之間的結(jié)構(gòu)問題,為工程問題的研究提供了一個強大的工具。主要技術(shù)特點有以下幾點：①唯一可以滿足多場以及多場耦合分析計算的軟件②唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型FEA軟件③唯一可以不同物理場疊加優(yōu)化分析功能的仿真分析軟件。④具有強勁的非線性分析計算功能⑤各種求解器可以分別適用于不同的問題及各種不一樣的硬件配置本文就是通過運用該軟件強勁的非線性求解分析能力來模擬研究接觸網(wǎng)的彈性分析。在本論文中，重點研究對象接觸網(wǎng)的彈性和彈性均勻度。在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，承力索、接觸線、吊弦和彈性吊索這幾個主要結(jié)構(gòu)都只能受到拉力，受到壓力時該結(jié)構(gòu)的剛度會消失不見，線索會變的松弛。從這幾個單位的結(jié)構(gòu)形式來看，結(jié)構(gòu)細長，跨度比較大。把這些結(jié)構(gòu)作為桿單元這種結(jié)構(gòu)在ANSYS分析當(dāng)中經(jīng)常使用LINK單元進行模擬，因為LINK單元作為桿單元，承受拉伸與壓縮力，與BEAM單元不同，不承受彎矩和扭矩作用，這樣可以更為準(zhǔn)確的模型接觸網(wǎng)的力學(xué)效應(yīng)，我們在做有限元模擬仿真時，對于單元的選取正確與否直接影響計算結(jié)果，所以在這種情況下，選LINK10單元是合適的單元。這樣可以最大程度的適用于實際的工程問題。吊弦和彈性吊索是接觸網(wǎng)系統(tǒng)中連接接觸線和承力索的重要結(jié)構(gòu)組件。一般用桿單元來模擬。由于吊弦和彈性吊索都是柔性弦索，它們只可以受拉力，不可以受壓力，當(dāng)?shù)跸液蛷椥缘跛魇軌毫r弦索就會處于松弛狀態(tài)，剛性消失。這樣就要將桿單元設(shè)置成只受拉力而不能受壓力的桿單元。對于實際的接觸網(wǎng)，結(jié)構(gòu)連接處比較多，在ANSYS當(dāng)中可以處理為質(zhì)量點的形式進行加在，在質(zhì)量點上可以加載力或者重力等信息，由于加入到接觸網(wǎng)系統(tǒng)有限元模型的荷載矩陣?yán)?，在本論文處理中暫時先不考慮加入線夾的質(zhì)量。這樣可以更為方便進行理論計算。介紹一下本論文用到的LINK10單元，LINK10是一種三維只能受拉或著只能受壓桿單元，這是因為它的獨一無二的雙線性剛度矩陣特性，該單元可以調(diào)成只受拉力模式，也就是如果該單元受到壓力其剛度就消失。所以用LINK10單元模擬繩索的松弛比較好。沿著節(jié)點的三維坐標(biāo)系X、Y、Z任意方向的平動，無論是只受拉（纜）選項，或者是只受壓（裂口）選項，LINK10單元均沒有包含彎曲剛度。該單元包含應(yīng)力剛化、大變形等功能。下面介紹下LINK10單元的輸入輸出方式：LINK10單元的幾何特性、節(jié)點位置以及坐標(biāo)系見圖21，該單元利用兩個節(jié)點、橫截面、初始應(yīng)變或間隙以及各項同性材料特性參數(shù)來定義。從節(jié)點I到節(jié)點J的單元長度方向即是單元的X軸方向。單元的初始應(yīng)變根據(jù)Δ/L計算，分子的Δ為單元的長度L（根據(jù)節(jié)點I與J的位置確定的）和應(yīng)變?yōu)榱銜r單元長度Lo之間的差值。當(dāng)選項為纜時，應(yīng)變值為負代表的意思是單元在松弛狀態(tài)。當(dāng)選項為裂口時，應(yīng)變值為正代表的意思是單元是在裂開狀態(tài)。而裂口的值需要當(dāng)成單位長度之值輸入。圖21單元的幾何特性、節(jié)點坐標(biāo)和三維坐標(biāo)系示意圖下面介紹LINK10單元的輸入方式，如表21所示表21 LINK10單元輸出摘要單元名稱LINK10節(jié)點I，J自由度UX, UY, UZ（X, Y, Z方向的平動位移）實常數(shù)AREA（橫截面面積），ISTRN（初始應(yīng)變值，如果為負值則為每單位長度間隙）如果ISTRN小于0并且KEYOPT(3) = 0，則表面纜最初是松弛的。如果ISTRN大于0并且KEYOPT(3) = 1，表面裂口最初是打開的材料特性EX（彈模）, ALPX（熱膨脹系數(shù)）, DENS（密度） , DAMP（對于阻尼域的矩陣乘數(shù)K）面載荷無體載荷溫度 T(I)，T(J) 特殊特性非線性、應(yīng)力剛化、大變形、單元生死KEYOPT(2)0 表示松弛的纜沒有剛度1 松弛的纜縱向運動時有分配了小剛度2 松弛的纜縱向運動并且在垂線方向也有運動（僅在應(yīng)力剛化時適用）時分配了小剛度KEYOPT(3)0 僅受拉（纜）選項1 僅受壓（裂口）選項而LINK10單元的輸出形式有兩種，分別是：全部節(jié)點解的節(jié)點位移；附加的單元輸出，見表LINK10單元輸出信息表22。軸向力、應(yīng)力和單元應(yīng)變可以輸出。纜選項只能得到正的值，裂口選項只能得到負的值。在一個子步結(jié)束時單元所處的狀態(tài)（拉伸或者松弛，受壓或受拉）可以通過STAT的值看出。單元輸出定義表使用如下標(biāo)記：在名稱列表中的冒號（：）表示該項可以用分量名方法[ETABLE，ESOL]來處理；○；R列表示該項可用于結(jié)果文件。無論○或R列，Y表示該項總是可用的，數(shù)字表示表的一個注解（說明了使用該項的條件）；而減號“”表示該項不可用。表1 LINK10單元輸出信息表名稱定義○REL單元號YYNODES單元節(jié)點號 (I and J)YYMAT單元材料號YYVOLU:單元體積YXC, YC，ZC輸出結(jié)果的位置Y2TEMP溫度T(I), T(J)YYSTAT單元所處狀態(tài)11MFORX單元坐標(biāo)系中力的項YYSAXL軸向應(yīng)力YYEPELAXL軸向彈性應(yīng)變YYEPTHAXL軸向熱應(yīng)變YYEPINAXL軸向初始應(yīng)變YY單元輸出狀態(tài)值①纜受拉或者裂口受壓②纜松弛或者裂口打開只有在質(zhì)心作為*GET項時可用。LINK10的使用有一些假定和限制：單元的長度一定要為正，所以兩個節(jié)點不可以重合。單元的面積也是要為正。并設(shè)定溫度隨著桿長線性變化。假如初始應(yīng)變?yōu)榱?，則單元的剛度就包含于首個子步內(nèi)。選項為裂口時（只受壓力），節(jié)點J比較節(jié)點I產(chǎn)生正值的軸向位移（在原單元的坐標(biāo)系）一般代表沒有關(guān)閉裂口選項。LINK10設(shè)計程序求解如下：在首個子步初始時的單元狀態(tài)決定于初始應(yīng)變或裂口的輸入值，如果對于纜選項這個值小于0，則對于這個子步來說單元的剛度被認為是0。如果在這個子步結(jié)束時STAT = 2，那么單元的0剛度值被用于下一個子步；如果STAT = 1，單元的剛度值包括在下一個子步內(nèi)。無重要的剛度值和帶有一個負值相對位移的纜選項以及帶有一個正值相對位移的裂口選項相關(guān)的。單元是非線性并且需要一個迭代解。如果單元所處狀態(tài)在一個子步內(nèi)改變了，那么這個改變的影響在下一個子步內(nèi)也存在。非收斂的子步不是平衡狀態(tài)。初始應(yīng)變也可用來計算應(yīng)力剛度矩陣，如果有的話，是用在第一次的累積迭代。應(yīng)力剛化總是用來為纜下垂問題提供數(shù)值穩(wěn)定。應(yīng)力剛化和大變形影響可以和一些纜的問題一起使用。產(chǎn)品限制，如果在下面列出的ANSYS產(chǎn)品中使用這種單元時，除了上面列出的一般假設(shè)和約束外，對這種單元還有其它規(guī)定的產(chǎn)品特殊限制。 DAMP材料屬性不允許 單元生死特定性質(zhì)不允許。 APDL簡介APDL是ANSYS Parametric Design Language的縮寫，即ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言，APDL是一種解釋性語言，它可以提供實現(xiàn)一般程序語言的功能，如參數(shù)、宏、標(biāo)量、向量及矩陣運算。分支、循環(huán)、重復(fù)以及訪問ANSYS有限元數(shù)據(jù)庫等。除此之外，APDL還提供簡單頁面定制功能功能，可以實現(xiàn)參數(shù)交互功能、消息機制、界面驅(qū)動、運行應(yīng)用程序還可以分析程序的二次開發(fā)等。利用APDL的程序程序語言和宏技術(shù)組織管理ANSYS的有限元分析命令，可以實現(xiàn)參數(shù)化建模、實施參數(shù)化載荷與求解以及參數(shù)化處理結(jié)果的顯示，從而實現(xiàn)參數(shù)化有限元的分析。在參數(shù)化分析的過程中可以簡單的修改它的參數(shù)，從而修改其各種尺寸，不同的載荷大小的多種設(shè)計方案。很大程度上提高了分析效率，減化了手動編程的繁瑣性。另外，APDL也是ANSYS設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)，只有設(shè)計合理的參數(shù)化分析流程才可以對其中設(shè)計參數(shù)執(zhí)行改進，達到最優(yōu)化實際目標(biāo)。總之，APDL拓展了傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力?？梢越?biāo)準(zhǔn)化零件庫、設(shè)計修改、設(shè)計優(yōu)化等更加高級的數(shù)據(jù)處理能力。包括靈敏度的研究等，同時也提供了Workbench用戶分析的深度和廣度。