【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 代末，圖形技術(shù)和交互式操作技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。今天ANSYS軟件更加趨于完善，功能更加強(qiáng)大，使用更加便捷。ANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大、靈活的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包。該軟件可浮動(dòng)運(yùn)行于從PC機(jī)、NT工作站、UNIX工作站直至巨型機(jī)的各類計(jì)算機(jī)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(tái)上均兼容。其多物理場(chǎng)耦合的功能，允許在同一模型上進(jìn)行各式各樣的耦合計(jì)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(jī)上生成的模型同樣可進(jìn)行于巨型機(jī)上，這樣就保證了所有的ANSYS用戶的多領(lǐng)域多變工程問(wèn)題的求解。ANSYS可與許多先進(jìn)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(guò)必要的修補(bǔ)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(guò)程中所花費(fèi)的大量時(shí)間，極大地提高了工作效率[17]。傳動(dòng)系統(tǒng)箱體在傳動(dòng)過(guò)程中承載量大，對(duì)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(jìn)而得到改進(jìn)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(dòng)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(jì)提供有效的信息。隨著計(jì)算機(jī)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(qiáng)度、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命。它通過(guò)改變區(qū)域的幾何形狀來(lái)達(dá)到某種意義上的最優(yōu)。因此，利用形狀優(yōu)化技術(shù)對(duì)零件的整體尺寸設(shè)計(jì)后，再利用形狀優(yōu)化技術(shù)對(duì)零件的局部邊界形狀進(jìn)行優(yōu)化，使得設(shè)計(jì)的零件在整體結(jié)構(gòu)上滿足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，在局部區(qū)域又改善了應(yīng)力分布。同時(shí)，通過(guò)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(diǎn)及主要技術(shù)特點(diǎn)ANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)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(diǎn)： （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(kuò)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(jìn)行線性分析，還可以進(jìn)行各類非線性分析； （4）它是一個(gè)綜合的多物理場(chǎng)耦合分析軟件，用戶不但可用其進(jìn)行諸如結(jié)構(gòu)、熱、流體流動(dòng)、電磁等的單獨(dú)研究，還可以進(jìn)行這些分析的相互影響研究。其主要的技術(shù)特點(diǎn)是： ANSYS能夠?qū)崿F(xiàn)多物理場(chǎng)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(chǎng)、流場(chǎng)、電磁場(chǎng)之間的耦合分析。對(duì)于很多工程問(wèn)題，這些物理場(chǎng)是相互影響、相互作用的，例如溫差會(huì)引起熱應(yīng)力、電磁感應(yīng)會(huì)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(chǎng)自由度的耦合單元；間接耦合是指各物理場(chǎng)擁有自己的“物理環(huán)境”。一個(gè)“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(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多物理場(chǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的分析軟件。ANSYS將模型信息（單元、節(jié)點(diǎn)、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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中；在使用ANSYS進(jìn)行耦合場(chǎng)分析時(shí)，各物理環(huán)境也共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)；這樣極大地方便了用戶的使用。強(qiáng)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(duì)柔體、柔體對(duì)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(wèn)題。獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)化功能ANSYS的設(shè)計(jì)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(shì)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(chǎng)、流場(chǎng)以及耦合場(chǎng)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(yǔ)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?duì)網(wǎng)格的尺寸、形態(tài)等進(jìn)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(shí)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(dòng)向四面體過(guò)渡的金字塔網(wǎng)格等。支持所有軟、硬件平臺(tái)，且所有平臺(tái)的ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一，界面統(tǒng)一ANSYS軟件與當(dāng)今的計(jì)算機(jī)技術(shù)同步飛速發(fā)展，支持從PC機(jī)的WIN95到NT、UNIX工作站（SGI、HP、SUN、DEC、IBM等）以至CRAY這樣的巨型機(jī)，而且全部支持并行計(jì)算，充分利用計(jì)算機(jī)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(tái)上界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一的有限元分析軟件。ANSYS的網(wǎng)格浮動(dòng)最大程度地保護(hù)用戶的軟、硬件投資，也就是說(shuō)，如果用戶未來(lái)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(tái)上運(yùn)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(diǎn)、單元甚至材料特性與邊界條件。開(kāi)放的ANSYS 偏曲軸少齒差行星減速器優(yōu)化設(shè)計(jì) ANSYS提供了四種方式的二次開(kāi)發(fā)工具：①APDL是嵌入在ANSYS內(nèi)部的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)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(jí)語(yǔ)言功能；②UIDL是ANSYS界面開(kāi)發(fā)工具，利用它可以修改菜單增加對(duì)話框等；③外部命令，使用C++語(yǔ)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(kāi)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(jiǎn)單線性靜態(tài)分析到復(fù)雜非線性動(dòng)態(tài)分析。一個(gè)典型的ANSYS分析過(guò)程可分為以下三個(gè)步驟： 創(chuàng)建有限元模型施加載荷并進(jìn)行求解 查看分析結(jié)構(gòu) ANSYS軟件功能的強(qiáng)大與其有著很多的模塊應(yīng)用是分不開(kāi)的， ANSYS的模塊結(jié)構(gòu)在有限元分析過(guò)程中，程序通常使用以下三個(gè)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(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分的工具，通過(guò)這個(gè)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(duì)已建立好的模型在一定的載荷和邊界條件下進(jìn)行有限元計(jì)算，求解平衡微分方程。包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力分析、聲場(chǎng)分析、電磁場(chǎng)分析、壓電分析和多物理場(chǎng)的耦合分析等。后處理模塊是對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(lái)，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(shí)體模型及有限元模型。它包括建立實(shí)體模型、定義單元屬性、劃分網(wǎng)格