CAE的基本概括
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。
CAE的技術(shù)種類 CAE的技術(shù)種類有很多，其中包括
有限元法(FEM,即Finite Element Method),邊界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域，而其中有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等。
ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。
軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。
前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；
分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；
后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。
軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
ANSYS發(fā)布10.0新版本
美國賓夕法尼亞州6月2日消息：作為優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程的仿真技術(shù)及軟件的開發(fā)者和革新者，ANSYS公司（納斯達克股票代號：ANSS）今天發(fā)布ANSYS 10.0新版本。新版本在性能、易用性、協(xié)同工作及耦合技術(shù)，如流固耦合，等方面有很大提高。10.0新版本是在目前的9.0軟件的基礎(chǔ)上研發(fā)的，與其有很好的兼容性，將于7月正式投入市場。
延續(xù)了ANSYS一貫強大的耦合場技術(shù)，10.0版本為復(fù)雜的流固耦合（FSI）問題提供了更完善的解決方案。該版本整合了世界一流的應(yīng)力分析和流體分析技術(shù)，形成了一套完整的FSI解決方案。通過適合于特定場要求的網(wǎng)格劃分，一個單一的幾何體可以應(yīng)用于兩種場。該版本提供了有效地解決FSI動力學(xué)分析的信息交換功能。目前市場上沒有任何其他的FSI軟件可以提供如此強大的穩(wěn)健性和高度的精確性分析。另外，該版本可以在多個機群進行并行處理解決超大模型。
“ANSYS 10.0代表了最先進的CAE整合技術(shù)，較9.0有了顯著的提高” ，ANSYS公司總裁兼首席執(zhí)行官Jim Cashman說，“我們一直致力于拓展ANSYS仿真技術(shù)的廣度和深度，同時建立各種類型的仿真分析軟件的空前大連盟。得益于ANSYS Workbench整合CAE技術(shù)的架構(gòu)，我們創(chuàng)建了建模、仿真、分析、前后處理的一系列無縫鏈接。10.0新版本整合了世界上最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)、熱、流體等分析功能。”
ANSYS10.0加入了旋轉(zhuǎn)機械和葉片設(shè)計工具，豐富了Workbench環(huán)境下的行業(yè)化功能。即ANSYS BladeModeler，一款針對旋轉(zhuǎn)機械葉片構(gòu)件的高效的三維設(shè)計工具；以及ANSYS TurboGrid，一款高質(zhì)量的葉片設(shè)計六面體網(wǎng)格劃分工具。
“結(jié)合了ANSYS CFX和渦輪專用的前后處理CFD功能，10.0版本提供了渦輪機械設(shè)計和分析完整的解決方案，”ANSYS公司副總裁兼總經(jīng)理Chris Reid說，“應(yīng)力分析、計算流體動力學(xué)分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通過CAD系統(tǒng)連通性，可以把模型擴展到上下游部件，最終完成整個模型的分析。ANSYS Workbench是提供此功能上獨一無二的環(huán)境，借此空氣動力學(xué)工程師可以進行CFD設(shè)計，同時確認(rèn)結(jié)構(gòu)特征。這將大幅度縮短設(shè)計流程。”
在機械應(yīng)用領(lǐng)域，ANSYS 10.0包括了ANSYS Workbench下全部的熱瞬態(tài)分析功能。這不僅幫助用戶進行非常復(fù)雜的時域仿真，同時ANSYS Workbench也可自動完成很多建模和求解工作。這樣可以輕松快速地求解設(shè)備在一定運行時間內(nèi)的熱性能。
為了滿足日益增加的對大型復(fù)雜問題及時有效的分析需求，ANSYS 10.0的并行求解器如今可增加了對CPU和通信技術(shù)的選擇余地。除了支持Ethernet和Gigabit Ethernet，ANSYS 10.0還支持Myrinet和InfiniBand。相對于以前的架構(gòu)，ANSYS 10.0能以最少的成本滿足高性能的機群計算。
本著以低成本硬件設(shè)備提供高性能解決方案的目標(biāo)，ANSYS Workbench現(xiàn)可支持Windows XP 64位機的AMD和EMT64芯片集。此項改革解決了許多用戶在Windows操作系統(tǒng)下運行大型模型所面臨的2GB內(nèi)存限制。另外，它也使得ANSYS用戶不再需要寫硬盤就能完成整個求解，從而節(jié)約求解時間。
對于用戶，這將幫助他們更加經(jīng)濟有效地解決大型模型問題，如那些低頻穩(wěn)態(tài)和全瞬態(tài)電磁分析問題。ANSYS 10.0并行求解器可以解決高于一億自由度的大型電磁問題，在CAE行業(yè)獨樹一幟。
在高頻電磁領(lǐng)域，10.0版本提供了一個新的模式端口。此端口大大簡化了集成電路（IC）、射頻識別(RFID)和射頻微機電系統(tǒng)(MEMS)等多種設(shè)備分析傳輸線端口的建模。標(biāo)準(zhǔn)算例顯示，利用此端口建模，可以顯著縮小模型尺寸，在保證精確的頻域計算結(jié)果前提下，節(jié)約30％到50％的求解時間和內(nèi)存需求。
新版本增加了旋轉(zhuǎn)機械的陀螺效應(yīng)，它提高了ANSYS對渦輪機械和其他旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析的能力。 在耦合場領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)－熱－電磁三場耦合分析中增加熱彈阻尼(TED)，一個在金屬、制陶及MEMS領(lǐng)域非常重要的內(nèi)耗裝置。
ANSYS繼續(xù)Workbench主旋律，提供我們的用戶可供選擇的全自動或個人控制的強大分析軟件。我們在核心的網(wǎng)格處理技術(shù)上有十足的增強，在ANSYS Workbench各個應(yīng)用程序間共享網(wǎng)格。另外，雙向參數(shù)互動的CAD接口的穩(wěn)健性也得到了提高。ANSYS® ICEM CFD™ 10.0通過混合網(wǎng)格剖分新功能和CAD模型細(xì)節(jié)處理功能，提供了完整的一系列網(wǎng)格劃分工具以模擬真實世界，如汽車引擎罩下的散熱分析和汽車碰撞分析。
“ANSYS 10.0是ANSYS跨出的又一大步，在每種場都是這樣，也包括各種場在ANSYS Workbench的耦合，”ANSYS公司副總裁兼總經(jīng)理Mike Wheeler說，“沒有其他任何一家CAE公司可以與我們相匹敵，在一個單一的CAE環(huán)境下提供如此廣泛的解決方案。”
ANSYS DesignSpace
通過DesignSpace，設(shè)計工程師可以在產(chǎn)品設(shè)計階段對3D CAD中生成的模型（包括零件和裝配件）進行應(yīng)力變形分析、熱及
熱應(yīng)力耦合分析、振動分析和形狀優(yōu)化，同時可對不同的工況進行對比分析。ANSYS/DesignSpace擁有智能化的非線性求解專家系統(tǒng)，可自動設(shè)定求解控制，得到收斂解；用戶不需具備非線性有限元知識即可完成過去只有專家才能完成的接觸分析。
ANSYS軟件提供的分析類型 1.結(jié)構(gòu)靜力分析
用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。
2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析
結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。
3.結(jié)構(gòu)非線性分析
結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。
4.動力學(xué)分析
ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。
5.熱分析
程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。
6.電磁場分析
主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。
7.流體動力學(xué)分析
ANSYS流體單元能進行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。
8.聲場分析
程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。
9.壓電分析
用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析
軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。
前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；
ANSYS的前處理模塊 ANSYS的前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。
●實體建模
ANSYS程序提供了兩種實體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球 、棱柱，稱為基元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。用戶利用這些高級圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊 、球、錐和柱。無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運算來組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個實體模型。ANS YS程序提供了完整的布爾運算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作 能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANSYS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動、延伸和拷貝實體模型圖元的功能。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和 刪除。自底向上進行實體建模時，用戶從最低級的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點，然后依次是相關(guān)的線、面、體。
●網(wǎng)格劃分
ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對CAD模型進行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由 劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后 選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強大的，可對復(fù)雜模型直接劃分，避免了 用戶對各個部分分別劃分然后進行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實體模型以后，用戶 指示程序自動地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計算、估計網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差 低于用戶定義的值或達到用戶定義的求解次數(shù)。
分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；
后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。
軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
目前最新版本 ANSYS 12.0
同級別的軟件還有ADINA、ABAQUS、MSC等，ADINA和ABAQUS在非線性計算功能方面比ANSYS強，ABAQUS沒有流體計算模塊，ADINA不能做電磁分析但是ADINA是目前做流固耦合最好的軟件。
●載荷
在ANSYS中，載荷包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力函數(shù)，在不同的分析領(lǐng)域中有不同的表征，但基本上可以分為6大類：自由度約束、力（集中載荷）、面載荷、體載荷、慣性載荷以及耦合場載荷。
1、自由度約束（DOF Cinstraints）:將給定的自由度用已知量表示。例如在結(jié)構(gòu)分析中約束是指位移和對稱邊界條件，而在熱力學(xué)分析中則指的是溫度和熱通量平行的邊界條件。
2、力（集中載荷）（Force）：是指施加于模型節(jié)點上的集中載荷或者施加于實體模型邊界上的載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場分析中的電流段。
3、面載荷（Surface Load）:是指施加于某個面上的分布載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱力學(xué)分析中的對流和熱通量。
4、體載荷（Body Load）:是指體積或場載荷。例如需要考慮的重力，熱力分析中的熱生成速度。
5、慣性載荷（Inertia Loads）:是指由物體的慣性而引起的載荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的慣性力。
6、耦合場載荷（Coupled-field Loads）:是一種特殊的載荷，是考慮到一種分析的結(jié)果，并將該結(jié)果作為另外一個分析的載荷。例如將磁場分析中計算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析中的力載荷。
