工作台系统静态分析的软件介绍
2.3工作台系统静态分析的软件介绍
本课题采用三维绘图软件solidworks对工作台进行实体建模，采用 ansys workbench对研究对象进行有限元仿真。
2.3.1 solidworks2012 简介
solidworks2012是三维软件设计公司solidworks推出的一款集产品三维
设计、数据管理、分析、多用户协作以及模具设计等功能为一体的机械设计软 件，其能大限度的挖掘设计师的创造潜力，而且相较于其它同类三维设计软 件，s〇lidw〇rks2012在进行产品设计时，用户可以根据自己的设计思路绘制草图， 不仅可以生成二位图，也可以生成三维零件，反之亦可。solidworks2012上手应 用更快、制作用时更短的特点，深受广大用户的喜爱。
本课题根据设计要求，利用solidworks软件草图功能，按照回转工作 台的设计参数，对回转工作台进行草图绘制，用特征功能对其进行拉伸、切除 等，并且通过设立不同的基准面进行t型槽和圆周切除，通过阵列功能将t型
2.3.2 ansys workbench 13.0 介绍
ansys workbench 13.0 是 ansys 公司在 2010 年推出一款 ansys 软件， 它继承了 workbench第一代的各种特征优势，同时具备了全新的项目视图 (project schematic view)功能，使得整个仿真流程更加的紧密连贯，在届面上 通过简单手工拖曳操作就可以完成比较复杂的多物理场的分析流程[34]。 workbench 13.0还提供了全面的参数管理机制、项目数据自动更新机制、cad 双向数据参数互动链接、无缝集成的优化设计工具等，使得ansys在仿真驱动 产品设计（sdpd-simulation driven product development)方面达到 了新的高度。
1、 项目视图系统。ansysworkbenchl3.0的架构采用了全新的设计模式， 新的项目视图系统让客户更加方便的使用workbench的仿真环境。项目视图 系统是一个类似于流程图的表格，客户可根据各自的需求利用工具箱（toolbox) 直接从仿真项目（projects)中的已经图形化的任务拖曳到视图窗口中进行操作, 工具箱中的分析系统涵盖了各种分析类型（如随机振动分析、结构模态分析、 显示动力分析等），每种分析类型都有完整的分析流程（如定义材料、几何建模、 网格划分、求解处理过程等），也可自行从component systems里选取各个独立 的程序系统，按照自己的意图进行组合分析流程。当分析流程制定完毕后， workbench平台能够自动管理每一个步骤的变化情况，自动运行各步骤所需要的 应用程序，这样极大的减少了更改设计所需的时间，提高了工作效率。
2、 仿真参数管理系统。分析项目视图系统可知，ansys workbench的仿真 流程具有很强的可定制性，如因人而异的分析流程组合，多物理场快速的耦合 分析等。这些都是因为其具有参数变量的应用程序，这包括cad几何尺寸参数、 边界条件参数、材料特性参数、计算结果参数等。在仿真流程中各环节定义的 参数都在项目视图窗口中进行统一管理，这样可以通过参数匹配形成一系列设 计点，然后一次性地进行多个设计的的分析计算。同时，还可以利用 (dx-designxplorer)模块，拓展workbench参数化分析优势。而且dx还具备六 西格玛分析（sixsigmaanalysis)、大/小搜索（max/minsearch)、目标驱动 优化设计（goal driven optimization)以及实验设计（dox)等功能，这些功能在 workbench的所有应用程序、物理场和求解器中都可以使用，甚至在ansys 的参数化设计语言（apdl)中也可以使用。
3、workbench 的应用模块。ansys workbench 提供了与 ansys 系列
求解器相交互的强大方法。ansys workbench由多种工程应用模块组成[35]。
今mechanical:用于结构分析、热分析和网格划分。
今mechanical apdl:采用传统的ansys用户界面对高级机械和多物理场
进行分析。
今fluid flow (fluent):采用fluent进行流体力学分析。
今fluid flow (cfx):采用cfx进行流体力学分析。
今geometry ( designmodeler ):用于创建和修改cad几何模型，为 mechanical分析提供所用的实体模型。
今engineering data:用于定义材料属性。
今meshing application:用于创建cfd和显式动态网格。
今design exploration:用于优化设计。
今 finite element modeler:转换 nastran 和 abaqus 中的网格。
今bladde gen:用于创建旋转机械钟的叶片几何模型。
今explicitdynamics:用于显式动力学分析，创建具有非线性动力学特性的
模型。
本课题在项目视图系统中建立了有限元模型分析流程图；通过工具箱对模 型进行材料属性模块、网格划分模块的选择；在workbench的应用模块中选择 mechanical进行结构分析和网格划分，选择geometry(dm)进行模型的导入，选 择engineering data对研究对象进行材料属性定义，选择design exploration模块
对有限元模型进行优化设计。
2.3.3 ansys有限元功能介绍
有限元模型包括节点、实常数、单元、边界条件、材料属性等，还有一些 用来表现这个物理系统的特征。
建立有限元模型有步骤有以下几步[31]:
1. 首先要确定分析方案，初步确定选取那种哪种单元类型。
2. 进入前处理模块，进行几何形状的基本绘制。
3. 对单元类型和实常数等一些相关的条件进行设置。
4. 进行网格划分，在此之前先对网格密度进行控制。
5. 将所建立的模型进行保存。
6. 退出前处理模块，准备进入求解模块进行求解计算。
对所建立的有限元模型进行合理的简化会对求解结果的准确与否产生很大 的影响，所以，所建立的模型必需和实际的回转工作台系统保持一致，要能够 反映实际回转工作台系统整体的结构，所以其中对模型结构的简化还有边界条 件的设置要与工作台实际情况相一致[31]。
ansys软件主要包括三个部分：前处理模块，求解模块和后处理模块。
前处理模块的主要功能是进行实体模型的建立和网格划分，在其中可以方 便有效地建立出有限元模型；求解模块就是对所建立的有限元模型进行求解计 算，对实际问题进行分析，它可以进行多方面的分析求解，方法简便，求解效 率高，适用非常广泛；后处理模块可以把计算结果用不同的方式显示出来，其 中包括彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、透明和半透明显示等各种图形 方式显示出来，也可以把计算结果用图表或曲线的形式显示出来。ansys软件 中提供了 100多种以上的单元类型，分别可以用来模拟实际工程中不同的一些 问题[32]。
1. 前处理模块prep7
ansys前处理模块主要包括：定义参数、建立模型以及划分网格。
2. 求解模块solution
求解模块是用对所建立的有限元模型进行力学分析和计算。其中可以进行 分析类型的定义，有稳态分析和瞬态分析等类型，也可以进行载荷的施加，包 括位移，力和力矩等，还可以用来载荷步，包括子步数和载荷步的控制选 项[33]。
3. 后处理模块post1和post26
通过求解计算之后，就可以通过通用后处理模块post1和时间历程后处理 模块post26对分析结果进行查看。
ansys13.0将许多新增功能和工具整合进去，它缩短了整体的求解时间， 在很多方面也进行了改进，包括单元、接触、求解性能和材料等方面做出了很 大改善，从几何建模到求解计算的时间缩短了很多，而且求解的精度也有了提 高。它将仿真和设计不断地进行整合，增强了创建几何结构的功能，对网格划 分的质量和平滑度等功能进行了提高。
由于实际的机械结构非常复杂，因此，在结构分析中，首先必须选择合适 的单元。在机械结构分析中，常用的单元有以下几种：
1. 常用二维实体单元
二维实体单元，可以用于将三维复杂问题转化为二维简单的问题进行分析 的情况[36]。
包括的单元主要有：plane25, plane75, shell61，plane78, plane83, fluid81。
2. 三维实体单元
常用的三维实体单元有 solid45, solid92, solid95, solidl85，solidl86, solidl87。
其中，对于非线性问题的分析主要采用的单元有：solidl85，solidl86, solidl87。因为这几个单元有更多的材料模式，方便问题的分析，它们采用了 新的单元技术。
对自由网格的应用采用有中间节点的单元，否则单元的退化形式精度 将会大受影响。
3. 壳单元
一般弹性薄壳采用shell63单元，对非线性或复合材料壳采用shelll81单元。
4. 梁单元
梁单元一般采用beaml88单元和beaml89单元。因为这两个单元可以定义 梁截面，还可以自定义梁截面，截面可以有多种材料，还可以施加和输出三维 模式、初应力和结果显示[37]。
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设计、数据管理、分析、多用户协作以及模具设计等功能为一体的机械设计软 件，其能大限度的挖掘设计师的创造潜力，而且相较于其它同类三维设计软 件，s〇lidw〇rks2012在进行产品设计时，用户可以根据自己的设计思路绘制草图， 不仅可以生成二位图，也可以生成三维零件，反之亦可。solidworks2012上手应 用更快、制作用时更短的特点，深受广大用户的喜爱。
本课题根据设计要求，利用solidworks软件草图功能，按照回转工作 台的设计参数，对回转工作台进行草图绘制，用特征功能对其进行拉伸、切除 等，并且通过设立不同的基准面进行t型槽和圆周切除，通过阵列功能将t型
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ansys workbench 13.0 是 ansys 公司在 2010 年推出一款 ansys 软件， 它继承了 workbench第一代的各种特征优势，同时具备了全新的项目视图 (project schematic view)功能，使得整个仿真流程更加的紧密连贯，在届面上 通过简单手工拖曳操作就可以完成比较复杂的多物理场的分析流程[34]。 workbench 13.0还提供了全面的参数管理机制、项目数据自动更新机制、cad 双向数据参数互动链接、无缝集成的优化设计工具等，使得ansys在仿真驱动 产品设计（sdpd-simulation driven product development)方面达到 了新的高度。
1、 项目视图系统。ansysworkbenchl3.0的架构采用了全新的设计模式， 新的项目视图系统让客户更加方便的使用workbench的仿真环境。项目视图 系统是一个类似于流程图的表格，客户可根据各自的需求利用工具箱（toolbox) 直接从仿真项目（projects)中的已经图形化的任务拖曳到视图窗口中进行操作, 工具箱中的分析系统涵盖了各种分析类型（如随机振动分析、结构模态分析、 显示动力分析等），每种分析类型都有完整的分析流程（如定义材料、几何建模、 网格划分、求解处理过程等），也可自行从component systems里选取各个独立 的程序系统，按照自己的意图进行组合分析流程。当分析流程制定完毕后， workbench平台能够自动管理每一个步骤的变化情况，自动运行各步骤所需要的 应用程序，这样极大的减少了更改设计所需的时间，提高了工作效率。
2、 仿真参数管理系统。分析项目视图系统可知，ansys workbench的仿真 流程具有很强的可定制性，如因人而异的分析流程组合，多物理场快速的耦合 分析等。这些都是因为其具有参数变量的应用程序，这包括cad几何尺寸参数、 边界条件参数、材料特性参数、计算结果参数等。在仿真流程中各环节定义的 参数都在项目视图窗口中进行统一管理，这样可以通过参数匹配形成一系列设 计点，然后一次性地进行多个设计的的分析计算。同时，还可以利用 (dx-designxplorer)模块，拓展workbench参数化分析优势。而且dx还具备六 西格玛分析（sixsigmaanalysis)、大/小搜索（max/minsearch)、目标驱动 优化设计（goal driven optimization)以及实验设计（dox)等功能，这些功能在 workbench的所有应用程序、物理场和求解器中都可以使用，甚至在ansys 的参数化设计语言（apdl)中也可以使用。
3、workbench 的应用模块。ansys workbench 提供了与 ansys 系列
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2. 求解模块solution
求解模块是用对所建立的有限元模型进行力学分析和计算。其中可以进行 分析类型的定义，有稳态分析和瞬态分析等类型，也可以进行载荷的施加，包 括位移，力和力矩等，还可以用来载荷步，包括子步数和载荷步的控制选 项[33]。
3. 后处理模块post1和post26
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1. 常用二维实体单元
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包括的单元主要有：plane25, plane75, shell61，plane78, plane83, fluid81。
2. 三维实体单元
常用的三维实体单元有 solid45, solid92, solid95, solidl85，solidl86, solidl87。
其中，对于非线性问题的分析主要采用的单元有：solidl85，solidl86, solidl87。因为这几个单元有更多的材料模式，方便问题的分析，它们采用了 新的单元技术。
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3. 壳单元
一般弹性薄壳采用shell63单元，对非线性或复合材料壳采用shelll81单元。
4. 梁单元
梁单元一般采用beaml88单元和beaml89单元。因为这两个单元可以定义 梁截面，还可以自定义梁截面，截面可以有多种材料，还可以施加和输出三维 模式、初应力和结果显示[37]。
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