【文章內(nèi)容簡介】 代末，圖形技術(shù)和交互式操作技術(shù)進入了一個嶄新的階段。今天ANSYS軟件更加趨于完善，功能更加強大，使用更加便捷。ANSYS程序是一個功能強大、靈活的設(shè)計分析及優(yōu)化軟件包。該軟件可浮動運行于從PC機、NT工作站、UNIX工作站直至巨型機的各類計算機及操作系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)文件在其所有的產(chǎn)品系列和工作平臺上均兼容。其多物理場耦合的功能，允許在同一模型上進行各式各樣的耦合計算，如：熱結(jié)構(gòu)耦合、磁結(jié)構(gòu)耦合以及電磁流體熱耦合，在PC機上生成的模型同樣可進行于巨型機上，這樣就保證了所有的ANSYS用戶的多領(lǐng)域多變工程問題的求解。ANSYS可與許多先進CAD軟件共享數(shù)據(jù)，利用ANSYS的數(shù)據(jù)接口，可精確地將在CAD系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳入ANSYS，并通過必要的修補可準(zhǔn)確地在該模型上劃分網(wǎng)格并求解，這樣可以節(jié)省用戶在創(chuàng)建模型過程中所花費的大量時間，極大地提高了工作效率[17]。傳動系統(tǒng)箱體在傳動過程中承載量大，對其結(jié)構(gòu)特性的靜態(tài)分析必須有效地反映其變形情況，進而得到改進的方法。有限元法可以準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，因而箱體結(jié)構(gòu)的有限元分析可以為解決箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有效的信息。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的提高，以有限元分析技術(shù)為基礎(chǔ)的形狀優(yōu)化（Shape Optimization）技術(shù)得到了發(fā)展，它主要研究如何確定連續(xù)體結(jié)構(gòu)的邊界形狀或者內(nèi)部幾何形狀，以改善結(jié)構(gòu)的特性。其中更多的是降低應(yīng)力集中、改善應(yīng)力的分布狀況，提高疲勞強度、延長結(jié)構(gòu)壽命。它通過改變區(qū)域的幾何形狀來達到某種意義上的最優(yōu)。因此，利用形狀優(yōu)化技術(shù)對零件的整體尺寸設(shè)計后，再利用形狀優(yōu)化技術(shù)對零件的局部邊界形狀進行優(yōu)化，使得設(shè)計的零件在整體結(jié)構(gòu)上滿足設(shè)計準(zhǔn)則的要求，在局部區(qū)域又改善了應(yīng)力分布。同時，通過形狀優(yōu)化不僅可以降低應(yīng)力集中，更重要的是提高了材料的利用率，使載荷能夠均勻分布在結(jié)構(gòu)的材料上。4． ANSYS軟件特點及主要技術(shù)特點ANSYS程序是一個功能強大的設(shè)計分析及優(yōu)化軟件包。與其它有限元分析軟件如SAP或NASTRAN等相比，它有以下特點： （1）ANSYS是完全的WINDOWS程序，從而使應(yīng)用更加方便；（2）產(chǎn)品系列由一套可擴展的、靈活集成的各模塊組成，因而能滿足各行各業(yè)的工程需要； （3）它不僅可以進行線性分析，還可以進行各類非線性分析； （4）它是一個綜合的多物理場耦合分析軟件，用戶不但可用其進行諸如結(jié)構(gòu)、熱、流體流動、電磁等的單獨研究，還可以進行這些分析的相互影響研究。其主要的技術(shù)特點是： ANSYS能夠?qū)崿F(xiàn)多物理場耦合分析的有限元分析軟件ANSYS能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)、溫度場、流場、電磁場之間的耦合分析。對于很多工程問題，這些物理場是相互影響、相互作用的，例如溫差會引起熱應(yīng)力、電磁感應(yīng)會產(chǎn)生熱等。ANSYS提供直接和間接兩種耦合方式，直接耦合是指各使用帶有多場自由度的耦合單元；間接耦合是指各物理場擁有自己的“物理環(huán)境”。一個“物理環(huán)境”中的分析結(jié)果可以作為其它“物理環(huán)境”的載荷或約束，耦合可以是雙向的。 ANSYS是能實現(xiàn)前后處理、分析求解及多物理場統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的分析軟件。ANSYS將模型信息（單元、節(jié)點、材料等），邊界信息（載荷、約束等）以及后處理信息（求解結(jié)果等）集成在一個數(shù)據(jù)庫中；在使用ANSYS進行耦合場分析時，各物理環(huán)境也共用一個數(shù)據(jù)庫；這樣極大地方便了用戶的使用。強大的結(jié)構(gòu)非線性分析功能ANSYS在結(jié)構(gòu)分析中的非線性功能包括幾何非線性、材料非線性、狀態(tài)非線性及單元非線性。其中幾何非線性包括大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力剛化與旋轉(zhuǎn)軟化等。ANSYS提供了100余種包括橡膠、炮沫、巖石、土壤等特殊材料的非線性材料模式，提供了20余種接觸類型，包括剛體對柔體、柔體對柔體接觸、自接觸、固聯(lián)失效接觸等。ANSYS提供了100多種單元類型，包括死活單元、集中質(zhì)量單元、斷裂單元、鋼筋混凝土單元、非線性阻尼彈簧單元等，可專門模擬各種特殊問題。獨一無二的優(yōu)化功能ANSYS的設(shè)計優(yōu)化允許優(yōu)化任何合理參數(shù)——形狀、應(yīng)力、自然頻率、溫度、磁勢等等，可應(yīng)用于任何類型的分析（結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁），并且是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)電磁場、流場以及耦合場優(yōu)化的有限元分析軟件。靈活、快速的求解器ANSYS提供多種求解器，以滿足不同分析類型的需求。有穩(wěn)定可靠的傳統(tǒng)波前求解器，也有高速、高精度的PCG求解器，專門用語模態(tài)分析的BLOCK LANCZOS特征求解器，以及JCG、ICCG、稀疏矩陣求解器。CFD專用的TDMA、PCCR、PCG、PGMR求解器等。豐富的網(wǎng)格劃分工具，確保單元形態(tài)及求解精度ANSYS支持自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格、智能網(wǎng)格、自適應(yīng)網(wǎng)格等多種網(wǎng)格劃分方法?？蓪W(wǎng)格的尺寸、形態(tài)等進行靈活的控制。ANSYS還提供一些特殊的網(wǎng)格劃分功能，例如3D實體上由四邊形面網(wǎng)格直接拖拉生成六面體網(wǎng)格、模擬邊界層網(wǎng)格剖分工具、六面體自動向四面體過渡的金字塔網(wǎng)格等。支持所有軟、硬件平臺，且所有平臺的ANSYS數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一，界面統(tǒng)一ANSYS軟件與當(dāng)今的計算機技術(shù)同步飛速發(fā)展，支持從PC機的WIN95到NT、UNIX工作站（SGI、HP、SUN、DEC、IBM等）以至CRAY這樣的巨型機，而且全部支持并行計算，充分利用計算機的軟、硬件資源。ANSYS是目前唯一能夠做到在所有支持的軟、硬件平臺上界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一的有限元分析軟件。ANSYS的網(wǎng)格浮動最大程度地保護用戶的軟、硬件投資，也就是說，如果用戶未來改善了硬件環(huán)境，只需一根網(wǎng)線即可在新添的硬件平臺上運行ANSYS。ANSYS與CAD及CAE軟件的接口ANSYS可提供與大多數(shù)的CAD軟件的接口。例如Pro/E、CADDS、UG、CATIA、IDEAS、MDT、SolidWorks、MicroStation等。讀取這些CAD軟件的圖形文件或圖形轉(zhuǎn)換文件。ANSYS還可以直接集成在CADDS、Pro/E、UG的CAD環(huán)境中，真正作到CAD/CAE一體化。ANSYS公司還提供與其他分析軟件的接口，讀取這些軟件的節(jié)點、單元甚至材料特性與邊界條件。開放的ANSYS 偏曲軸少齒差行星減速器優(yōu)化設(shè)計 ANSYS提供了四種方式的二次開發(fā)工具：①APDL是嵌入在ANSYS內(nèi)部的參數(shù)化設(shè)計語言，不僅能直接調(diào)用ANSYS命令和數(shù)學(xué)函數(shù)，還擁有循環(huán)、判斷等高級語言功能；②UIDL是ANSYS界面開發(fā)工具，利用它可以修改菜單增加對話框等；③外部命令，使用C++語言可為ANSYS編寫外部命令，例如與CAD軟件接口等；④UPF則將用戶開發(fā)的FORTRAN或C程序與ANSYS連接到一起。4．1．2 ANSYS軟件功能ANSYS軟件含有多種有限元分析的能力，包括從簡單線性靜態(tài)分析到復(fù)雜非線性動態(tài)分析。一個典型的ANSYS分析過程可分為以下三個步驟： 創(chuàng)建有限元模型施加載荷并進行求解 查看分析結(jié)構(gòu) ANSYS軟件功能的強大與其有著很多的模塊應(yīng)用是分不開的， ANSYS的模塊結(jié)構(gòu)在有限元分析過程中，程序通常使用以下三個部分：前處理模塊（PREP7），分析求解模塊（SOLUTION）和后處理模塊（POST1和POST26）。前處理模塊為一個強大的實體建模和網(wǎng)格劃分的工具，通過這個模塊用戶可以建立自己想要的工程有限元模型。分析求解模塊即是對已建立好的模型在一定的載荷和邊界條件下進行有限元計算，求解平衡微分方程。包括結(jié)構(gòu)分析、流體動力分析、聲場分析、電磁場分析、壓電分析和多物理場的耦合分析等。后處理模塊是對計算結(jié)果進行分析處理，可將結(jié)果以等值線、梯度、矢量、粒子流及云圖等圖形方式顯示出來，也可以用圖表、曲線的方式輸出[18]。4．2 ANSYS中的有限元分析步驟4． 前處理前處理是指創(chuàng)建實體模型及有限元模型。它包括建立實體模型、定義單元屬性、劃分網(wǎng)格