【文章內容簡介】 SYS也適應計算機技術的發(fā)展，能夠在多種工作平臺和多個操作系統(tǒng)上完全兼容，其并行處理技術大大提高了分析效率。ANSYS在有限元分析軟件領域中具有領先地位，主要是因為它具有下列特點：（1）唯一能夠實現(xiàn)多場及多場耦合分析功能的軟件，可以進行結構、熱、流體流動、電磁等的單獨研究或者它們之間相互影響的研究。（2）唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型有限元分析軟件。（3）唯一具有多物理場優(yōu)化功能的有限元分析軟件。（4）有強大的非線性分析功能。（5）多種求解器分別適用于不同問題及不同的硬件配置。（6）支持從微機、工作站到巨型機，以及所有平臺之間的并行計算。（7）支持異種、異構平臺的網絡浮動，在異種、異構平臺上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件全部兼容。（8）多種自動網格劃分技術。（9）可與大多數(shù)軟件集成并有接口。（10）良好的用戶開發(fā)環(huán)境，綜合應用菜單、對話框、工具條、命令行輸入，圖形化輸出等多種方式，使應用更加方便。利用ANSYS可以完成的功能包括：建立計算模型或者輸入結構、產品、組件或系統(tǒng)的CAD模型；應用載荷或者其它設計條件；研究模型的物理響應，比如應力水平、溫度分布或者電磁場等；對產品進行優(yōu)化設計，以降低產品費用；做數(shù)值模擬試驗等。ANSYS強大的單元庫提供了各種物理場量的分析功能，可以應用的學科十分廣泛，主要包括結構分析、熱分析、高度非線性瞬態(tài)動力學分析、流體靜力學和動力學分析、電磁場分析、聲學分析、壓電分析、多場耦合分析和設計靈敏度及優(yōu)化分析。在建立一個分析任務時，ANSYS自動創(chuàng)建大量文件，這些文件以任務名為文件名的基礎，通過對該任務名后添加字符或者使用不同的擴展名來識別不同類型的文件。ANSYS具有覆蓋各種物理特性的豐富單元。在進行有限元分析時首要的一步就是進行單元的選擇，因此在數(shù)量眾多的單元中，選擇什么單元來模擬實際結構尤為重要。ANSYS有將近200多種單元，可以從幾個不同的角度進行分類。按照構成的學科領域分類，可以分為：（1）結構單元；（2）流體單元；（3）熱單元；（4）電路、電場和磁場單元；（5）耦合場單元。按單元維數(shù)與拓撲形式分類，可以分為：（1）二維或三維；（2）點單元（如質量單元）；（3）線單元（如彈簧、桿、梁等單元）；（4）面單元（如殼單元）；（5）體單元。其中，大多數(shù)體單元能退化成四面體，大多數(shù)二維四邊形單元能退化成三角形。在通常情況下，直接使用ANSYS提供的單元，各個單元的節(jié)點自由度之間相互獨立。但是在一些特殊情況下，這些自由度之間可能存在某些特殊關系，使其并不獨立。如剛體中，節(jié)點與節(jié)點之間不存在相對運動，從而這些節(jié)點之間的位移自由度相同，即節(jié)點相互耦合。在ANSYS中，為了描述自由度之間的這種關系，需要用到耦合與約束。耦合是指兩個或多個自由度之間具有相同的值，典型的耦合情況有以下三種：（1）模型中包含對稱；（2）模型中有一部分看成是剛體；（3）在兩個重合節(jié)點之間形成銷釘、鉸鏈連接或者滑動連接。約束方程是比耦合更有效的聯(lián)系節(jié)點自由度值的方法，耦合只是讓節(jié)點自由度值相等，約束方程則用一個線性方程來描述節(jié)點自由度之間的關系。約束方程的典型應用包括：（1）節(jié)點中有各種連接，如銷釘連接、鉸鏈連接；（2）周期情況；（3）剛性區(qū)域；（4）不相似的已劃分網格的區(qū)域需要連接。ANSYS的求解過程由于求解類型不同而不同，但是其基本求解過程是相同的，主要有如下幾步：（1）運用單元工具獲得積分點，建立求解所需的矩陣；（2）用不同的求解方法（即求解器）對已建立好的方程求解，獲得基本解；（3）通過單元的形函數(shù)以及其它一些工具獲得單元的導出解。有限元模型的建立是進行有限元分析的第一步，也是關鍵的一步，它包括:將在CATIA中建立的車架模型導入到ANSYS中（本文用PRO/E做接口），并對模型進行檢查，劃分網格，建立車架的有限元模型，添加單元及材料屬性。，生成數(shù)據(jù)庫文件。由PRO/E的鏈接直接進入ANSYS用戶操作界面。也可以選擇Utility MenuFileImportPRO/E菜單，彈出對話框，然后輸入出現(xiàn)在CATIA中創(chuàng)建的車架模型文件。在ANSYS中，對導入的車架模型進行檢查，模型顯示正常，基本上沒有數(shù)據(jù)丟失。導入模型后，我們必須指明單元類型，給予實常數(shù)，還必須先定義材料屬性，然后方可劃分網格，建立有限元模型。（1）定義單元類型。選用實體單元，具體為Solid Brick 8node 45單元。（2）設置材料屬性。將材料的屬性輸入。車架材料彈性模量（）泊松比密度（）車架16Mm鋼7900懸架60Si2Mn7800（3）劃分網格。對結構進行有限元網格劃分，從理論上來講是任意的，但在實際工作中必須考慮到現(xiàn)實性及經濟型，因而在劃分時，必須遵循下列原則：1）所選用的單元不應使受力失真；2）結構的簡化應確保所需的計算精度；3）盡可能利用對稱性、重復性，從而壓縮所需的計算機內存量，減少計算時間；4）要選擇恰當?shù)臄?shù)字模型，保證計算精度，減少計算時間，降低計算費用。進行有限元劃分時，首先必須作結構分析，確定單元類型。網格數(shù)量的多少將影響計算結果的精度和計算規(guī)模的大小。網格劃分的疏密程度也隨分析問題的不同而不同。采用ANSYS對車架模型進行自由網格劃分，使網格劃分更加合理些。具體的操作步驟【Preprocessor】【Meshing】【Mesh】【volumes】【Free】。（1）選擇菜單 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，；（2）點擊Add按鈕，選擇左欄Combination，選擇右欄Springdamper14，點擊Apply按鈕；（3）選擇左欄Constraint，選擇右欄Nonlinear MPC 184，點擊OK按鈕；（4）選擇菜單 Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，；（5）點擊Add按鈕，選中COMBIN14單元類型，點擊OK按鈕，；（6）設置好單元的實常數(shù)序號1及剛度值74000（N/m），點擊Apply，完成一個實常數(shù)的定義；（7）與（6）類似，創(chuàng)建實常數(shù)序號為2，對應的剛度值為258000（N/m）。（8）選擇菜單 Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesInActive CS，～20節(jié)點坐標，創(chuàng)建節(jié)點，注意，如果已有有限元模型中已經存在1～20中的節(jié)點，則不用生成這些節(jié)點；（9）選擇菜單 Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes，；（10）設置好要創(chuàng)建的單元類型序號、材料模型序號和實常數(shù)序號以及單元坐標系，點擊OK按鈕；（11）選擇菜單 Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes；（12）在圖形區(qū)選擇單元的節(jié)點。在完成上述步驟后，一個完整的汽車車架結構有限元模型已經在ANSYS中建立起來了。該有限元模型包括實體元20380個，螺旋彈簧單元8個，模擬懸架的MPC184剛性梁單元8個。4車架模型有限元分析本章將利用前面建立的車架有限元模型，應用