1.2　ANSYS簡介

ANSYS軟件（以下簡稱ANSYS）是融結構、熱、流體、電磁、聲等學科于一體的大型通用有限元分析軟件，廣泛用于核工業、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫學、輕工、地礦、水利、日用家電等領域的一般工業及科學研究。該軟件可在大多數計算機及操作系統中運行，從PC到工作站再到巨型計算機，ANSYS文件在其所有的產品系列和工作平臺上均兼容。ANSYS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-結構耦合、磁-結構耦合，以及電-磁-流體-熱耦合。在PC上生成的模型同樣可運行于巨型計算機上，這樣就確保了ANSYS對多領域多變工程問題的求解。

1.2.1　ANSYS的發展

ANSYS能與多數CAD軟件結合使用，實現數據共享和交換，如AutoCAD、I-DEAS、Pro/ENGINEER、NASTRAN、Alogor等，它是現代產品設計中的高級CAD工具之一。

ANSYS提供了一個不斷改進的功能清單，具體包括結構高度非線性分析、電磁分析、計算流體力學分析、設計優化、接觸分析、自適應網格劃分、大應變/有限轉動功能，以及利用ANSYS參數設計語言（ANSYS Parametric Design Language, APDL）的擴展宏命令功能。基于Motif的菜單系統使用戶能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行數據輸入和功能選擇，為用戶使用ANSYS提供“導航”。

1.2.2　ANSYS的功能

ANSYS可實現幾乎所有的有限元分析，如結構分析、熱分析、電磁分析、流體分析，以及耦合場分析等。

1．ANSYS結構分析

結構分析包括以下類型。

靜力結構分析：用于靜態載荷。可以考慮結構的線性及非線性行為，如大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等。

模態分析：計算線性結構的自振頻率及振形，譜分析是模態分析的擴展，用于計算由隨機振動引起的結構應力和應變（也叫作響應譜或PSD）。

諧響應分析：確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應。

瞬態動力學分析：確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應。可以考慮與靜力結構分析相同的結構非線性行為。

特征屈曲分析：用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態形狀（結合瞬態動力學分析可以實現非線性屈曲分析）。

專項分析：斷裂分析、復合材料分析、疲勞分析。專項分析用于模擬非常大的變形，慣性力占支配地位，并考慮所有的非線性行為。它的顯式方程可以求解沖擊、碰撞、快速成型等問題，是目前求解這些問題最有效的方法之一。

2．ANSYS熱分析

熱分析一般不是單獨進行的，其后往往會進行結構分析，計算由于熱膨脹或收縮不均勻引起的應力。熱分析包括以下類型。

相變（熔化及凝固）：金屬合金在溫度變化時的相變，如鐵合金中馬氏體與奧氏體的轉變。

內熱源（例如電阻發熱等）：存在熱源問題，如在加熱爐中對試件進行加熱。

熱傳導：熱傳遞的一種方式，當相接觸的兩物體存在溫度差時發生。

熱對流：熱傳遞的一種方式，當存在流體、氣體和溫度差時發生。

熱輻射：熱傳遞的一種方式，只要存在溫度差就會發生，可以在真空中進行。

3．ANSYS電磁分析

電磁分析中考慮的物理量是磁通量密度、磁場密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、耗能及磁通量泄漏等。磁場可由電流、永磁體、外加磁場等產生。電磁分析包括以下類型。

靜磁場分析：計算直流（Direct Current，DC）電或永磁體產生的磁場。

交變磁場分析：計算交流（Alternating Current，AC）電產生的磁場。

瞬態磁場分析：計算隨時間隨機變化的電流或外場所產生的磁場。

電場分析：用于計算電阻或電容系統的電場。典型的物理量有電流密度、電荷密度、電場及電阻熱等。

高頻電磁場分析：用于微波及射頻（Radio Frequency，RF）無源組件，波導、雷達系統、同軸連接器等。

4．ANSYS流體分析

流體分析主要用于確定流體的流動及熱行為。流體分析包括以下類型。

耦合流體動力（Coupling Fluid Dynamic, CFD）分析：ANSYS/FLOTRAN提供強大的流體動力學分析功能，包括對不可壓縮或可壓縮流體、層流和湍流，以及多組分流等的分析。

聲學分析：考慮流體介質與周圍固體的相互作用，進行聲波傳遞或水下結構的動力學分析等。

容器內流體分析：考慮容器內的非流動流體的影響，可以確定由于晃動引起的靜力壓力。

流體動力學耦合分析：在考慮流體約束質量的動力響應基礎上，在結構動力學分析中使用流體耦合單元。

5．ANSYS耦合場分析

耦合場分析主要考慮兩個或多個物理場之間的相互作用。如果兩個物理場之間相互影響，單獨求解一個物理場是不可能得到正確結果的，因此需要一個能夠將兩個物理場組合到一起求解的分析軟件。例如，在壓電力分析中，需要同時求解電壓分布（電場分析）和應變（結構分析）。