摘要：随着我国经济与社会的快速发展和不断变化，越来越多的工程实践过程中采用ANSYS软件作为常用的分析工具，计算机软件开发技术的发展促进了ANSYS软件的广泛应用。ANSYS软件是当前世界范围内使用最为广泛的一种大型通用的有限元分析软件，可以实现与多种计算机辅助设计软件进行接口，并共享和交换相互之间的数据信息，在机械结构中的应用范围越来越广阔，已经涵盖了核工业、石油化工业、航天航空以及各类机械制造型领域，不断发挥着其强大的功能作用。本文讲述了ANSYS软件计算分析的原理，对基于ANSYS软件的机械结构进行了分析，并讨论了ANSYS在机械结构分析中的应用。
关键词：ANSYS软件；机械结构分析；应用
引言：ANSYS软件在机械结构中的应用越来越广泛，是因为它具有强大的功能，集结构、流体、电场、磁场和声场于一身的大型通用有限元分析软件，在实际的应用过程中，我们会遇到各种各样的实际问题，而有些问题是无法通过人工的分析得到具体的解决方案，并且难以在短时间内进行经验的总结。而通过ANSYS软件进行建模，然后仿真计算，通过软件分析得出的图形，我们可以直观的得到解决问题的理论依据和经验总结。
一、ANSYS软件计算分析的原理
通过对被分析实体的仿真，得到一个虚拟的模型之后，再对这个整体进行拆分，分出有限个相互独立但是又有关联的单元。将完整个体看作是在节点处相关联的一组单元的集合体，然后再通过软件对进行节点之间进行关联函数的编写，将自由的单个个体链接起来，再次形成一个新的整体。这个步骤完成之后，可以独立的对单元进行分析，然后汇总所有单元的力学、几何结果，得到整个问题的模拟解决方案。然后对抽象的函数结果进行解读，就可以完整的得到整个问题的实际解决方案。
二、基于ANSYS软件的机械结构分析
计算机辅助设计，即AutoCAD，利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，可以很简单按照各部分的大小、模式进行绘图，最终依据准确的命令完成机械结构分析。由平面和高程AutoCAD绘制，不仅能准确反映设计者的意图，但也产生的三维模型，根据图纸定义颜色，在很大程度上弥补空隙的设计与施工。当然，AutoCAD绘制出来的图形具有一些不可避免的问题，所以在设计部门经常使用PS图象处理软件绘制效果的水平。
ANSYS机械结构分析的步骤：用户可以使用ANSYS软件进行不同类型的分析。从简单的线性、静态分析，到复杂的非线性、瞬态分析，无论什么类型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，一个典型的ANSYS分析过程可分为以下三个步骤：（1）创建有限元模型。包括创建或读入几何模型；定义材料属性；划分单元（节点及单元）；（2）施加载荷进行求解。包括施加载荷及边界条件；求解；（3）查看结果。包括查看分析结果；检验分析是否正确。
在机械产品的ANSYS结构优化开发中，利用几何数据模型和属性数据模型可建立机械产品的变型模型。建立有限元模型需要注意的几个问题：
（1）模型简化
建立有限元模型过程中最重要的一点是对原结构进行合理简化。要做到合理，就要求结构分析人员具备一定的力学知识、有限元知识和实际工作经验。
（2）网格划分
在网格划分时，应注意粗细得当。结构复杂、应力水平较高或应力集中的区域网格划分应尽量细些；结构简单、应力水平较低的区域网格可以划分粗些。此外，在不影响求解精度的情况下，以尽量简化分析模型为原则，如能用二维单元就不使用三维单元，能使用低阶单元就不使用高阶单元。
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（3）正确选用单元形式
ANSYS单元形式非常多，而且每种单元类型又依据其节点数、边界描述不同等分作若干种类。那么针对具体的工程问题应采用哪些单元呢?这是一个非常重要的问题，选得好则问题迎刃而解，选择不好，计算结果将不正确，甚至出现荒诞的结果。
（4）确定边界
不同的结构在分析、计算之后会得到不同的边界条件。而不同的边界条件又代表了不同的结构模型。而我们在进行仿真的过程中，需要对边界条进行正确的应用。而且，我们要对一些特殊的结构进行格外的重视，例如，对称结构、反对称结构、循环对称结构等。在ANSYS中，有一个专门的模块可以对边界条件进行分析，它就是MPC。在需要表达不同的边界条件时，我们就可以利用这个模块。与此同时，一定要重视边界条件对结果的影响。
三、ANSYS在机械结构分析中的应用
由于ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，所以ANSYS软件对不同的机械结构进行计算分析都有着基本固定的分析流程，无论是知识简单的线性、静态分析，还是复杂的非线性、瞬态分析，都可套用这一套分析流程。其流程可以分为三个部分，首先是对结构进行安远划分，这样便于在计算分析师节省时间；然后是对有限单元的施加载荷进行求解，其中还包括具体的施加载荷及其边界条件；最后是查看结果，包括了查看分析结果并检验分析是否正确。这一套分析流程的总结为ANSYS在机械结构中的应用提供了极大的便利，设计人员可以根据仿真分析的结果进一步了解机构的性能特点，并根据结果选择更加合理的产品设计方案，进而更有利于机械结构的设计生产，有效地提高产品的质量与工作性能。
ANSYS软件在机械结构分析中广泛应用，例如，冰箱生产中运用ANSYS进行冰箱概念化设计，冰箱每个部件都要经过ANSYS严格的数值分析模拟，考察冰箱在堆放、运输、门摆动，甚至向搁板上丢东西时各部件的可靠性，并降低能耗、材料和制造成本。
另外，ANSYS软件在机械中常用接头结构中也有相关应用，下面对其进行简要分析。接头在实际机械中，其结构需要满足实际工况条件下的强度和刚度等要求，同时也要达到实际生产中的成本最低的要求。接头材料的弹性模量为210GPa，泊松比0.3。合理设置接触对以实现对于接头实际装配的真实模拟。在条件允许的情况下，尽量采用映射划分网格的方式以提高模拟精度。其余不规则区域则采用自然网格的形式进行划分。在ANSYS中采用参数化设计语言建立接头结构的有限元模型。在设定初始条件和各参数后，得出的接头应力分布图。
由于结构优化设计的目标是追求成本最低。由于结构的形式基本确定，成本最低就体现在接头用料最少，即结构的提价最小。于是笔者选取耳片的厚度T和半径R作为设计变量，设定初值R=20，T=10。状态变量则是选用接头内部的最大应力，以保证接头具有足够的强度。目标函数即是追求接头结构的体积最小，采用零阶方法进行优化分析，将得到优化结果。
四、结束语
随着国家对基础设施建设以及工业投入的加大，ANSYS软件已广泛应用于国民生产的各个领域。随着改革的不断的深化以及经济不断的发展，ANSYS软件将不断地改进、成熟。在可以预见的将来，它会不断地综合各个学科以及不同的领域进行仿真。同时，用户可以通过专业的培训更深入的钻研，从而游刃有余地解决更多种类的问题，处理更为棘手的情况。综上所述，ANSYS结构分析软件将会变得越来越普及，在各个行业中起到更加重要的作用。
参考文献：
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[2]王亚利.ANSYS软件在机械结构分析中的应用[J].价值工程,2014(3):203-204；
[3]宋可总,栾莹,陆萍.应用ANSYS软件对机械结构件进行计算机辅助分析[J].锻压装备与制造技术,2016,41(5):89-91；
论文作者:杨超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：结构论文; 软件论文; 机械论文; 单元论文; 边界论文; 模型论文; 有限元论文; 《电力设备》2019年第8期论文;