概述

作为ANSYS的核心产品之一，ANSYS Mechanical是*********的通用结构力学仿真分析系统。以结构力学分析为主，涵盖线性、非线性、静力、动力、疲劳、断裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热结构耦合、压电等分析中几乎所有的功能。

ANSYS Mechanical在全球拥有超过13000家的用户群体，是世界范围应用***为广泛的结构CAE软件。除了提供全面的结构、热、压电、声学、以及耦合场等分析功能外，还创造性地实现了与ANSYS新一代计算流体动力学分析程序Fluent、CFX的双向流固耦合计算。全面集成于ANSYS新一代协同仿真环境ANSYS Workbench，易学易用。

· 非线性：从单元技术、本构模型技术和求解技术等各个方面为高效地解决各种复杂非线性问题提供了坚实保障。

· 动力学：独具特色、简便易用的刚柔混合多体动力学分析技术，基于三维结构的全面的转子动力学分析技术等。

· 梁壳结构：非线性/实体/复合材料壳结构、非线性/复合材料/真实截面梁结构、基于MPC的自动点焊处理技术等为薄壁结构提供了独特的模拟分析能力。

· 高效并行：适应于各种计算机体系结构的高效分布式并行计算。

· 加速收敛：独特的“VT变分技术”大大减少非线性和瞬态动力学计算的迭代时间。

功能特色

 

完备的分析功能

以结构力学分析为主，涵盖线性、非线性、静力、动力、疲劳、断裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热结构耦合、压电等分析中几乎所有的功能。

 

 

气动载荷作用下飞机整机强度分析

 

使用铰接、弹簧和接触功能

 

快速求解大型模型能力 

ANSYS结构求解加入了并行算法来加快求解速度：整个求解过程采用并行处理，包括刚度矩阵生成，线性方程组求解和结果计算都采用并行处理。
并且提供基于GPU的独特技术。该技术与并行计算结合可以进一步提高计算速度。

具有出色的加速比，能在数百个处理器上实现万亿次浮点计算。另外，******技术包括子结构（CMS），子模型和专有加速技术可有效解决大型模型处理难题。

 

 

悬架动力分析(2.5千万DOF)

 

稳健的非线性分析 

利用单元和材料技术的坚实基础，提供稳定******的非线性求解计算方法，并提供******的功能，用户可以模拟各种非线性物理现象。

· 材料模型库

为******理解材料的力学行为，ANSYS在仿真材料库中添加了大量的材料模型, 包括：弹性、粘弹性、塑性、粘塑性、蠕变、超弹性，垫片和各向异性等方面。客户可以采用诸如金属、橡胶、塑料、玻璃、泡沫、混凝土、生物材料和特殊合金等本构模型。

· 零件间相互作用关系

强健、完整的接触类型包括面-面，线-面和线-线接触适用于刚体、柔性体接触中可考虑零件间相互滑动引起的各向同性及各向异性的摩擦计算。

· 复杂问题的强健求解算法

ANSYS结构力学求解器提供了多种方程求解方案。包括直接稀疏矩阵求解、共轭梯度迭代求解(PCG)，雅可比共轭梯度求解 (JCG)等。

· 创建自定义单元和材料

较******应用和研究需要自定义材料和自定义的单元形式，采用ANSYS工具，通过使用自定义单元可以扩充原有功能，自定义材料或自定义子程序可创建自定义模型，如摩擦等。

 

 

镍钛形状记忆合金材料模拟

 

接触磨损分析

 

PCG求解器速度随CPU数量增加求解速度基本线性加快

 

独特的CAD-CAE协同及网格技术 

· 双向参数互动的CAD接口

CAD设计与CAE仿真，实现模型共享，设计参数双向关联。

· 智能网格生成器

全自动六面体网格划分技术将复杂的模型自动生成六面体为主的网格。
可以根据分析类型直接把网格划分成结构网格、电磁网格、CFX流体网格、LS-DYNA或AutoDyn显式网格。

可以在多个CPU上对各个零部件逐一划分网格，分网效率大幅提升，串行分网提升高达4倍，并行分网速度提升高达27倍。

******求解方案 

· 刚柔体分析

ANSYS Mechanical可分析复杂的承受大范围运动的零件装配体，例如：车辆悬架系统，加工过程中的机器人操作手，飞机起落架系统。为更快更有效地解决此类问题，ANSYS提供了多刚体动力分析模型。

· 转子动力学

转子动力学主要运用于旋转机械的分析和诊断，该功能通常用于发动机、汽轮机、汽车发动机、计算机磁盘等分析。转子动力学可有效计算结构临界速度和不平衡荷载。
ANSYS具有模态和瞬态分析功能，对应梁、壳、实体单元，通过生成Campbell图来确定单盘或多盘系统的临界速度。通过界面输入外部轴承特征数据来建立轴承模型。对具有旋转对称性的几何模型模态和谐响应分析，通过建立周期对称模型可有效减少计算时间。

· 复杂接触条件下的振动分析（刹车制动啸叫分析）

制动盘产生大量持续的摩擦引起的振动，***直接的结果***是制动啸叫，这对工程师及研究人员而言，都是个挑战。

使用ANSYS技术，用户可通过复特征值求解确定不稳定模态。三种不同的模态计算方法提供不同******性及计算速度之间的多种选择，包括考虑不同水平的预应力状态。

 

 

弹射座椅瞬态冲击响应

 

叶片盘的周期对称振动分析

耦合场分析功能 

 

Mechanical支持直接和间接耦合，包括流体-结构-传热-电磁的多场耦合。

ANSYS工具可帮助你计算热-结构，热-电，压电和声学影响，使用耦合单元可进行全部自由度的强耦合分析。

 

 

强大的脚本自动化任务 

独特的参数化设计语言APDL使用灵活，扩展了ANSYS Mechanical的应用能力。工程师可采用APDL自动执行任务，建立自己的参数化模型、执行优化设计，以及构造适应的网格。

 

相关模块

ANSYS HPC 高性能计算
提供高性能并行计算功能，大幅提高计算效率，目的***是要以更低的成本(***短的时间、***少的人力、***少的资金)，更真实地模拟物理世界。
ANSYS DesignModeler 全参数化实体建模
ANSYS DesignModeler是ANSYS Workbench平台中的全参数建模工具，其主要功能有：几何模型创建、几何模型修改和概念建模。

ANSYS SCDM 参数化直接建模 

基于直接建模思想的参数化几何模型建立与修改工具，是一种动态建模技术，对于无论何种来源的模型都可以直接编辑，不需要考虑模型的历史，不受参数化设计中复杂关联的约束。提供各种CAD软件接口。

ANSYS Geometry interface CAD几何接口 

给大多数CAD系统提供了直接的、关联的、双向的几何接口。采用ANSYS的几何CAD模型解决方案，可以直接使用现有的CAD几何模型，无需转换成IGES或其他中间几何格式。 ANSYS Geometry interface软件向***流行的CAD系统提供双向的整合方案已逾十年。

ANSYS Composite PrepPost 复合材料专用前后处理 

是集成ANSYS Workbench环境的全新的复合材料前/后处理模块，可以与ANSYS其它模块实现数据的无缝连接。该模块在处理层压复合材料结构方面具有强大的功能，可非常直观地定义复合材料铺层，并提供丰富的复合材料失效分析方法和准则。

ANSYS CivilFEM 土木工程行业专用 

ANSYS Mechanical与CivilFEM结合进行土木工程专用分析，CivilFEM是为土木工程专门定制的CAE工具，包含有美国、欧洲、西班牙及中国的混凝土及钢结构规范，提供了庞大的型材库、土木材料库以及多种配筋混凝土构件、配筋混凝土板壳、配筋混凝土实体。

ANSYS DesignXplorer 多目标快速优化设计 

多目标快速优化工具。将各种设计参数集成到分析过程中，基于实验设计技术（DOE）和变分技术（VT ），使设计人员能快速地建立设计空间，继而对产品性能进行六西格码设计（DFSS）、多目标优化（MOO）、鲁棒设计（RD）等深入的研究工作，并提供了直观的工具迅速选择到优化的设计方案。该模块采用变分技术，一次网格划分、一次求解，***可形成整个设计空间，减少设计循环。

 

客户价值

· 通过温度、强度、刚度、疲劳、屈曲分析，评估产品设计是否安全合理，在此基础上进行优化设计，达到价值******化。

· 对试验工况进行模拟，预测试验中可能出现的问题并进行事先改进。

· 对新材料新结构的模拟，评估和预测其技术可行性，规避不足。

· 通过仿真分析，缩短产品设计周期并降低风险，减少前期投入提高经济效益。

典型应用

· 模块化弹射座椅设计和分析

· 空客飞机板壳结构极限载荷分析

· 气象雷达天线流固耦合优化设计

· 浦东机场候机楼地震分析

· 广东全球通大厦弹塑性地震反应数值模拟

· 大功率柴油机曲轴工作过程疲劳寿命计算

· 激光陀螺抖动系统振动特性分析

· 基于耦合场的车门铰链凸焊工艺过程模拟

· 大型水工预应力渡槽的温度应力分析

· 水电站大坝施工浇筑过程温度应力分析

· 大跨度索拱组合桥非线性地震相应分析

· 摩托罗拉BGA组件疲劳分析

· 航空航天惯性平台台体组件动态特性分析

· 特种车辆、客车整车动力学仿真计算

· 中国实验快堆堆热、机耦合分析

· 高速压力机闭式组合机身优化设计

· 压阻式硅微加速度传感器仿真设计

 

ANSYS nCode DesignLife

 

概述

超越结构力学分析 

通常工程师设计产品使用结构力学方法计算位移和载荷作用下的响应，而疲劳分析更为深入的考虑实际长期载荷的影响，扩展了结构分析的功能。设计师可以将结构分析获得的******应力结果与材料疲劳属性、加载历程结合起来，进而确定产品何时会发生故障。 

ANSYS nCode DesignLife是ANSYS结构力学技术与HBM经过实践验证的行业******的疲劳耐久性仿真软件nSoft******结合的理想产品，以流程图的形式集成了******CAE分析与信号处理工具，包括CAD几何接口、ANSYS Workbench材料库选取材料、自动网格划分、各种初始参数输入、结构力学计算以及结果数据自动传递到ANSYS nCode DesignLife模块进行疲劳寿命计算及优化。ANSYS nCode DesignLife凭借其在疲劳耐久性设计领域的完备功能和易用性，成为现代企业在产品设计过程中考虑疲劳耐久性设计的******工具： 

· 基于有限元结果进行疲劳寿命分析，高效分析大型有限元模型

· 完整考虑设备服役载荷

· 丰富的疲劳分析功能，包括应力-寿命、应变-寿命、多轴疲劳、焊接疲劳、热-机械疲劳、振动疲劳等

· 针对专家用户的高度灵活的自定义功能

· 对测试和CAE数据提供了一个统一的环境，并能够实现分析和报告全过程的自动化

 

功能特色

******耐久性技术 

ANSYS nCode DesignLife软件提供******的、业界公认的疲劳分析能力。软件可以模拟所有类型的疲劳破坏，包括：

· 高周疲劳的应力寿命（SN）计算

· 低周和高周疲劳的应变寿命（EN）计算

· 热-机械疲劳寿命计算

· 复合材料疲劳寿命计算

· 裂纹扩展

· 复杂加载条件下预测耐久极限、安全因子（Dang Van）

· 焊点和焊缝的焊接疲劳计算

· ******振动疲劳分析计算（PSD）

· 混合载荷加载的实现

 

 

高效的疲劳分析流程 

ANSYS nCode DesignLife******集成于ANSYS Workbench环境中，提供了完整的疲劳分析流程，一旦定好分析流程即可重复使用。点击鼠标即能完成一系列设计变量的分析。使用这种分析流程，能够执行参数化仿真的设计，优化复杂结构的产品寿命，以节省宝贵的工程和设计时间。

利用Workbench平台，能够规范疲劳耐久性分析流程和结果报告的生成。

· 易于重复执行疲劳分析流程

· 高效的设计和优化工具

· 明确识别复杂结构的关键区域

· 材料疲劳属性

· CAD设计参数的双向互动

· 能够处理各种疲劳分析

· 灵敏度图帮助******程度的进行参数优化

 

 

复杂结构的疲劳计算能力 

ANSYS nCode DesignLife的疲劳分析能够针对大尺寸模型和真实复杂的载荷历程。利用多核并行处理模拟大模型问题，充分利用多线程并行处理以节省计算时间。例如，之前需要30分钟完成的仿真分析任务，在使用32核时，仅需要一分钟***行完成。 

 

测试数据的相关性 

ANSYS nCode DesignLife包含用于将实验数据和仿真结果进行联合和修正的工具。广泛的数据处理流程能够对测试数据进行各种操作、编辑和显示。虚拟应变片可定位于有限元模型上，以便提取应力或应变时间序列，帮助验证材料模型的直接相关性。时间序列数据也能用于裂纹扩展分析。采用线弹性断裂力学预测裂纹源的扩展趋势。

 

敏感度图 

显示输入参数如何影响输出参数的变化。使用这个工具，用户可以******考虑对疲劳寿命影响较大，同时对产品重量影响较小的参数进行优化。

 

 

附加模块

振动疲劳模块 

· 正弦扫频和PSD载荷

· 有效计入共振影响

· Dirlik方法，由应力PSD估计雨流矩阵，进而计算寿命

· 模拟/检验振动台试验

 

加速测试模块：信号处理工具包

焊接结构疲劳模块：对焊点和焊缝疲劳进行疲劳寿命预测

 

热-机械疲劳（TMF）模块：高温疲劳和蠕变疲劳计算

复合材料疲劳模块：适用于各向异性材料的疲劳计算

并行计算模块：多线程并行计算

 

客户价值

 

· 预******行耐久性评估，减少物理试验，避免设计和加工改变而导致的重大损失

· 通过模拟优化物理试验载荷谱，大幅减少试验时间和成本

· 通过产品设计中对耐久性的考虑，来降低用户保修成本

· 自动化流程减少工作时间成本

典型应用

减振器上支座疲劳分析 

白车身的组合工况疲劳分析 

 

焊缝疲劳分析 

风电主轴疲劳寿命分析