软件ANSYS

软件ANSYS（精选7篇）

软件ANSYS 篇1

0 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,可以提供完整科学的结构分析功能,在几何非线性、材料非线性、各种动力学分析等方面的计算能力超群。且在实际的生产过程中,机械机构分析的问题是一个必须面对并采取有效措施解决的问题,主要包括机械结构的受力状况、变形状况以及机械结构的内部应力状况,ANSYS软件的使用可以事先利用机械模型进行各种状况的仿真模拟计算,通过对机械结构的各项性能特点,及时发现问题并提出应对措施,为解决实际生产过程中机械结构问题提供科学合理的理论依据。从具体作用上分析,ANSYS软件在机械结构中的应用可以帮助机械设计人员在进行方案设计的时候做出准确的判断,缩短产品研发的设计生产周期,减少不必要的损失,不仅可以节省大量的人力物力和财力,还可以提高生产效率和工作质量。因此,为了能够进一步加强ANSYS软件在机械结构中的应用,我们必须了解在应用过程中可能出现的问题以及指出正确的解决对策。

1 ANSYS软件的工作原理

ANSYS软件的主要用途就是对机械结构进行计算分析,其原理就是将机械生产过程中的许多连续结构进行离散操作,形成很多的有限多个单元,并对每一个有限单元进行有限数量节点的设定,然后将这些看起来只是在节点处相连续的一组单元的集合体看作是连续体。与此同时,还需要对每个单元的函数节点值进行未知量的设定,保证单元中的假设函数可以将函数的分布规律完整的表现出来,再进一步利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理来建立用以求解节点未知量的有限元方程,这样就能够对连续域中的无限自由度问题与离散域中的有限自由度问题进行转换,强化ANSYS软件的计算分析能力,通过节点值和设定的插值函数来进行计算,最终得到的就是单元上以至整个集合上的场函数。

2 ANSYS在机械结构中的应用分析

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。

3 ANSYS在机械结构分析中的发展趋势

目前,ANSYS软件已广泛应用于各类机械制造型企业的生产过程中,随着科学技术的快速发展,ANSYS软件可以为机械结构生产所提供仿真技术将越来越成熟,实现ANSYS在机械结构中的完全应用。未来设计人员通过ANSYS技术可以使用真正的耦合方式来实现多方位的数据信息共享,相互之间可以加强交流与合作,选择最符合现实条件的设计生产解决方案,并通过综合多物理场产品组合是的用户可以直接对集成环境中的多个耦合物理场进行仿真与分析。ANSYS软件可以进一步加深用户对机械结构的钻研,解决更多的机械结构生产问题,并可以处理更为复杂的情况。最终,实现广泛地关注和应用ANSYS产品以其灵活的仿真性能。

4 加强ANSYS软件在机械结构中的应用

第一,企业要定期对ANSYS软件在机械结构中应用的相关人员做好技术培训,在合适的时间、适当的阶段要做好人才的定期培训。企业要加大对信息技术的资金支持,通过网络客户端促进人们对信息技术重要性的理解,积极鼓励更多的人员进行培训,派遣相关专家进行对员工进行讲座知识培训,加强相关人员对信息技术的理解和重视。既要积极组织好大家对理论知识的学习,除此之外,也要结合实际和具体的案例进行分析,做好技术总结和经验。

第二,我们应该要加快对其信息化的革新,促进信息技术与ANSYS软件的结合,为其在机械结构中的应用提供更好的发展条件。不仅可以提高工作效率,还可以实现信息的共享,促进企业办事效率。与此同时,还可以将信息技术的严密逻辑性与ANSYS软件的快速运算性有机结合,节约时间。

5 结语

ANSYS软件在机械结构中的应用可以更好的机械生产领域的发展,不断加深社会各界对它的认识,我国民经济的发展贡献力量。

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机械结构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。本文的主要目的就是介绍ANSYS软件在机械结构中的应用,对其原理和结构分析的基本方法进行详细说明,并根据当前的发展形式对其未来的发展趋势进行分析。

关键词：ANSYS软件,机械结构,应用分析,发展趋势

参考文献

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[2]黄一江.ANSYS结构优化设计在机械设计中的应用[J]科技传播,2013(08).

[3]夏学文,张俊彦,郭小刚,张仁亮.基于ANSYS的结构优化设计理论[J].煤矿机械,2011(03).

软件ANSYS 篇2

近年来,随着生物医学工程学的发展,对牙齿校正采用了生物力学的研究手段。我们在对复合矫治弓丝(CoAW)的生物相容性及机械性能研究后认为,其应用于临床是安全的,符合正畸临床应用要求。将CoAW安放在标准牙模型上,分别计算CoAW作用于错位牙及两侧牙力的大小,力图通过观察力值的变化情况,找到最佳型号、性质的CoAW作为校正用的弓丝,既可有效移动牙齿,减少支抗丧失,又符合错位牙受力后的真实运动状态。TiNi形状记忆合金丝(TiNiSMA,以下简称镍钛丝)的弹性模量为60 GPa,不锈钢丝(SS)的弹性模量为176 GPa,牙齿的弹性模量为2.07 GPa,上颌骨的弹性模量为0.8 GPa。我们研究错位牙在CoAW作用下3种受力情况,即:错位牙通过CoAW的拉力达到校正的效果;通过旋转错位牙使其产生转矩达到校正的效果;通过扭转错位牙使其产生扭矩达到校正的效果。

2 工况分析及有限元分析

目前临床上采用的牙齿校正方法中应用的关键零部件为弓丝和托槽,而弓丝的型号和性质直接影响着校正的效果。根据镍钛丝和不锈钢丝的不同材料特性,我们采用复合矫治弓丝来研究以上3种受力情况。通过对比此种复合矫治弓丝中不同长度、不同直径的镍钛丝进入托槽沟后,其弹性变形引起的反力,来寻找此种复合弓丝受力的变化规律,并与不锈钢丝做成的弓丝进行对比,研究哪种弓丝更有临床实用价值。圆形复合弓丝分别用临床上常用同一厂家生产的0.012、0.014、0.016 in(1 in=2.54 cm)的镍钛丝和0.016 in不锈钢丝焊接制成,方形复合弓丝用0.017 in×0.025 in的镍钛丝和不锈钢丝焊接制成。

2.1 牙齿校正的三维几何模型

用高级计算机辅助设计软件Solidworks 2001,根据3种工况建立牙齿校正的三维实体模型。由于3种工况的受力分析过程基本相同,本文仅以前2种工况为例,如图1所示。

2.2 牙齿校正的有限元模型

2.2.1 牙齿校正三维几何模型导入ANSYS

Solidworks 2001模型文件与ANSYS没有直接接口,但ANSYS内置的IGES转换过滤器可以完成二者的转化,即将在Solidworks 2001系统中建立的实体模型以IGES格式输入到ANSYS中。但由于牙齿、上颌骨等是复杂的曲面体,其装配体模型必须做适当的修复后才能转化成ANSYS的几何模型。我们采用的方法是将单个零件如牙齿、上颌骨逐一导入AN-SYS,利用坐标系间的相互关系重新组装成ANSYS的几何模型,如图2所示。

2.2.2 建立符合此种复合矫治弓丝实际受力性能的有限元模型

在牙齿校正中,我们希望通过弓丝入槽后弓丝的弹性变形引起的反力来校正错位牙,基于这一目的,在ANSYS建立的有限元模型中,将弓丝定义为空间梁(BEAM4),并与梁杆(LINK8)组成的框架相连,在此框架下端与梁相连处建立两根互相垂直的梁,其局部模型如图3所示。

2.2.3 牙齿校正有限元模型的网格划分

在对有限元模型进行网格划分时,牙齿及上颌骨主要采用4节点四面体单元,单元总数为14 197个,梁采用智能尺寸网格划分,其划分结果如图4所示。

2.2.4 有限元模型的边界设定

有限元模型的边界约束条件模拟实际边界约束条件,在上颌骨两侧的面上采用全约束,如图5所示。值得说明的是,在错位牙处过弓丝且与长方形托槽作一垂直平面,在此平面内长方形托槽上建立一点,在弓丝附近建立一点,2点相连定义一根梁,垂直于梁定义一根杆,这样可以约束弓丝沿此方向的位移。同样与梁相连处,在长方形托槽上建立相互垂直的两根梁来约束上端梁的运动。如图6所示。

2.2.5 复合矫治弓丝及错位牙所承受的作用载荷

复合矫治弓丝及错位牙所承受的载荷作用位置、大小、方式以模拟实际载荷作用情况来处理。在2.2.4中建立的垂直平面内,找到与托槽边缘相交的2个点,并在复合矫治弓丝上建立与之相对应的2个关键点,在这4个点上加2个相对力。

2.3 牙齿校正的有限元计算结果

(1)调整错位牙RU1的位置,模拟腭向错位(0.5～5.0mm),设置CoAW两侧SS丝为0.016 in圆丝:改变Ti Ni SMA段的直径(0.012、0.014、0.016 in)及长度(12、14、16 mm),共9个组合,依次计算Ti Ni SMA形变位移为0.5～5.0 mm时对RU1施加的力,见表1(由于篇幅所限,仅给出一个长度的计算结果);设置矫治弓丝SS,直径分别为0.012、0.014、0.016 in时对RU1不同错位程度所施加的力,见表2。

(2)调整RU1的位置,模拟腭向倾斜错位(1°～19°),设置CoAW两侧的SS丝为0.016 in×0.025 in方丝,TiNiMSA段为0.017 in×0.025 in方丝,改变Ti Ni SMA段长度(12、14、16mm),依次计算RU1不同腭向倾斜程度所受到的转矩,见表3。同时,设置矫治弓丝为0.017 in×0.025 in SS方丝时,对RU1不同舌向倾斜程度所施加的转矩,见表4。

(3)调整RU1的位置,模拟扭转错位(5°～50°),设置CoAW两侧SS丝为0.016 in圆丝,改变TiNiSMA段的直径(0.012、0.014、0.016 in)及长度(12、14、16 mm),共9个组合,依次计算TiNiSMA形变位移为5°～50°时对RU1施加的扭矩,见表5(由于篇幅所限,仅给出一个长度的计算结果);设置矫治弓丝为SS丝,直径分别为0.012、0.014、0.016 in时对RU1不同扭转错位时所受到的扭矩,见表6。

3 结论

从计算结果可以看出,复合矫治弓丝对错位牙齿的施力要小于单纯应用不锈钢丝的施力。复合矫治弓丝对错位牙的施力大小于TiNi形状记忆合金段的直径成正相关,与其长度成负相关。可见,复合矫治弓丝更具有临床应用价值。了解了这一规律,对于临床应用具有一定的指导意义。

参考文献

[1]卢海平,傅民魁,孙树立,等.上颌“T”形曲内收弓丝矫治上颌前牙的三维有限元分析[J].中华口腔医学杂志,1997,32(1):19-22.

[2]唐国华,曹惠菊,刘侃,等.正畸弓丝在口腔环境中力学性能的实验研究[J].上海口腔医学,1997,6(3):159-162.

[3]郭宏,刘洪臣,张润荃,等.包括颞下颌关节、咀嚼肌、下颌骨及下牙列的三维有限元模型的建立[J].口腔颌面修复学杂志,2003,4(4):247-249.

[4]冯元桢.生物力学[M].北京:科学出版社,1983:45-51.

软件ANSYS 篇3

电流密度分析是广泛应用于诸多研究领域的方法,早在20世纪初期年,电流密度的概念已经存在,当时电流密度是用公式推导计算出的。20 世纪40 年代,由于航天航空工业的快速发展,逐步产生了可进行更加精确的设计计算的矩阵力学分析方法,有限元恰是在结构分析的矩阵力学要领的根基上成长起来的。1970 年,John Swanson博士于美国创立ANSYS公司,历经40 多年的不竭成长和改进,逻辑推理和实践计算都已经日趋完善,今天有限元法已经得到普遍应用。随着计算机技术的进步,应用计算机技术进行电流密度分析成为电磁场分析发展中的一个飞跃性进步。

有限元法是利用计算机进行的一种数值近似计算分析方法,它通过把连续单元近似离散为有限数目的单元来计算,是分析复杂结构和复杂问题的一种强有力的分析工具。 ANSYS在电磁领域的应用,包括电容、电感、涡流、电场分布、力、电路和能量损耗、磁通量密度、磁力线等方面。电场方面可以进行电流传导、静电分析和电路分析,可以求解的典型物理量有电流密度、电场强度、电势分布、电通量密度,传导电流产生的焦耳热、储能、电容、电流及电势降等[1]。

2 ANSYS电流密度分析原理

电磁场的分析和计算,通常归结为求微分方程的解。在电磁场计算中,一般归结为求解电磁场位函数或场量所满足的偏微分方程,其解唯一的条件要在初始条件和边界条件的基础上确定。在电磁场实际问题中,存在着各种各样的边界,对此加以归类,通常可以将这些边界条件分为三种形式,即式(1)狄利克莱(Dirichlet)边界条件、式(2)诺伊曼(Neumann)边界条件以及这两种边界条件的组合,如(3)、(4)所示:

式中,ϕ为电势,Γ1、Γ2分别为狄利克莱边界、诺依曼边界,g(Γ1)、f(Γ2)和h(Γ2)表示已知函数,n为边界Γ2的外法线矢量。

电流密度是描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量,它是矢量,其方向是单位面积相应截面的法向量,其大小是单位截面面积的电流,指向由正电荷通过此截面的指向确定。采用国际单位制,电流密度的单位是单位:安培每平方米,记作A/m2。 它在物理中一般用J表示,如公式(5):

I和J都是描写电流的物理量,I是标量,描写一个面的电流情况,J是矢量场,描写每点的电流情况,电流密度时常可以近似为与电场成正比,如式(6):

其中,E是电场,σ是电导率,是电阻率的倒数,根据欧姆定律式,如式(7)、(8),推导出式(9):

其中,R是电阻,L是物体长度,S是物体的截面面积,ρ是电阻率,Z是电流方向。

2 .1 基于ANSYS的电流密度分析

ANSYS进行电流密度分析的基本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元(包含若干节点),然后根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的电流平衡方程,由此计算出各节点电流,继而进一步求解出其他相关量。以solid231 单元为例,该单元为二十节点六边形单元,如图1 所示:

六边形中任意一点的电流被离散到二十个节点中,每一节点都有对应的字母符号L,P,Q等;每一单元也有相应的数字编号1、2、3等,SOLID231六面体单元内任意一点电压V可用如下形函数表示,如式(10):

式中,VI...VZ为节点电压自由度,s、t、r为单元局部坐标值,方向如图1所示。每相邻单元之间通过公共顶点相互关联。总之,单元划分得越小,网格越精细,计算精度也就越高。

3 ANSYS在电流密度分析中的应用现状

对于电流密度所做的分析和观察,大多介于电子电气器件、机械和医学领域[2,3],可以用来探测固体内在的物理性质,包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域,材料学者已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论,来解释很多机要的实验观察。

在高频频域,由于趋肤效应,传导区域会更加局限于表面附近,因而促使电流密度增高。电流密度过高会产生不理想后果。大多数电导体的电阻是有限的正值,会以热能的形式消散功率。为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧,并且防止绝缘材料遭到损坏,电流密度必须维持在过高值以下。假若电流密度过高,材料与材料之间的互连部分会开始移动,这现象称为电迁徙(electromigration)。在超导体里,过高的电流密度会产生很强的磁场,这会使得超导体自发地丧失超导性质。

梁利华[4]通过ANSYS电-热耦合分析获得金属互连结构模型的电流密度分布和温度分布来研究由于电迁移引起材料失效的原因;陈劲松[5]分析喷射电沉积参数对阴极区域电场的电流密度的影响状况,采用ANSYS软件对阴极区域电流密度的分布形态进行了仿真。胡辉[6]根据磁流体动力学理论,运用ANSYS软件对电弧放电等离子体的数学模型电流密度进行了数值模拟;秦建新[7]采用ANSYS软件模拟分析了赫尔槽阴极表面的电流密度和电势的分布,研究了沿赫尔槽阴极电势分布对电流密度分布的影响。此外,有部分学着为研究触电对机体的影响,建立机体模型来研究相应的电流密度分布,王青于[8]利用ANSYS软件研究了人体的电位、电场强度和电流密度分布及鞋子的影响;H. Eike[9]采用ANSYS建立猪头部三维有限元模型来研究猪的头部触电时其大脑和周围神经组织的电流密度分布。

从以上分析可以看出,电流密度分析在材料学、机械、电气甚至医学等领域中的应用十分广泛,是不可缺少的重要研究,我们应深入全面地了解它的原理和作用,为今后在ANSYS电流密度仿真的研究打下一个坚实的基础。

参考文献

[1]刘会巧.智能交流接触器电磁机构的仿真及优化技术研究[D].天津:河北工业大学,2013:5

[2]Gislason M K,Nash D H,Nicol A.A Kanellopoulos,M Brans-by-Zachary,T Hems,B Condon,B Stansfield.A three-dimension-al finite element model of maximal grip loading in the humanwrist[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engi-neers.Part H,2009,223(7):849-861.

[3]Sagi-Dolev A M,Prutchi D,Nathan R H.Three-dimensionalcurrent density distribution under surface stimulation elec-trodes[J].Medical and Biological Engineering and Computing,1995,33(3SN):404.

[4]梁利华,张元祥,刘勇,等.金属互连结构的电迁移失效分析新算法[J].固体力学学报,2010,31(2).

[5]陈劲松,黄因慧,田宗军,等.喷射电沉积阴极电场强度的仿真研究[J].电镀与环保,2009,29(5).

[6]胡辉,杨旗,包斌,等.基于ANSYS的空气电弧放电等离子体温度数值模拟[J].电工电能新技术,2009,28(2).

[7]秦建新,陈超,任孟德,等.赫尔槽电沉积阴极电流密度与电势分布数值模拟计算[J].电镀与涂饰,2014,33(7).

[8]王青于,杨熙,廖晋陶,等.特高压变电站人体工频电场暴露水平评估[J].中国电机工程学报,2014,34(28):4187-4194.

软件ANSYS 篇4

电子设备密封形式一般为静密封,主要采用垫片密封的形式来实现,而垫片材质的选择、密封沟槽的设计及垫片的安装是垫片密封设计的关键[1]。密封设备,当密封垫与结构间的接触压力大于外部水压时,才不会发生渗漏,传统密封设计一般仅凭经验,没有完整、可靠的计算方法,往往造成实际密封效果无法达到设计要求。利用Ansys软件对设备的密封性进行仿真分析,能真实、直观地展现橡胶、压板等结构件的应力、应变,显示各处的接触压力、流体渗透压力等。在Ansys软件仿真分析的基础上,提出了设备密封设计仿真分析方法,验证结构设计密封是否有效,为结构密封设计提供依据和指导。

1 橡胶垫密封

密封电子设备结构一般可分为框架和盖板( 底板、面板) 2 部分,框架与盖板之间常采用垫片密封。设备的密封性能主要取决于密封面形式和垫片[1]。橡胶垫片具有组织致密、质地柔软、回复性好和价格低等特点,是密封设计中常用的垫片。

1. 1 橡胶垫片密封原理

橡胶垫片密封主要是通过控制橡胶垫的相对变形量( 简称压缩量) 来达到密封的目的。如图1 所示,橡胶垫未受压时的高度为H0,当橡胶垫受到压力F后的高度变为H1,其相对变形量 ε 为: ε = ( H0- H1) /H0。

实践证明,当 ε = 10% 时,橡胶垫与装配面的缝隙小至0. 01 mm,但水分子仍然能渗透,当压力F继续增大,相对变形量 ε 取值范围在20% ~ 30% 时,由于橡胶垫的弹性及变形作用,橡胶垫紧贴装配面,水分子无法渗透,从而形成密封。如果进一步增大压力F,当相对变形量 ε > 30% 后,密封质量改善不大,反而会由于疲劳破坏而加速橡胶损坏甚至破裂,影响密封效果。因此,在密封设计中,橡胶的相对变形量 ε 一般在20% ~ 30% 范围内取值为宜。设计中应当注意的是,橡胶的变形不仅与所加的压力有关,与温度、变形程度、受压时间以及材料本身的邵氏硬度等多因素有关,所以其变形与应力并非直线关系[2]。

1. 2 橡胶垫片的应力—应变关系

橡胶为超弹体,在计算中,一般假设橡胶不可压缩,泊松比 μ≈0. 5,变形前后截面积相等。橡胶的弹性模量不是固定值,即橡胶的应力与应变是非线性关系,一般通过试验来测定应力—应变关系。而在实际计算中,可以将橡胶的弹性模量视为固定值,通过经验公式计算出换算弹性模量,并确定应力与应变的关系。

在实际计算中,对于单向变形一般采用巴尔涅夫- 哈扎诺维奇方程来计算应力与应变关系[3,4]:

式中,σ 为应力; EP为换算弹性模量; ε 为应变( 橡胶垫的压缩量) 。

换算弹性模量EP与理论弹性模量E的关系式为:

式中,ф 为形状系数,ф = S支÷ S侧( S支、S侧分别为橡胶垫的支撑面面积和侧面积) ; f为摩擦系数。

理论与试验研究均表明,对于各向同性材料,弹性模量E、泊松比 μ 与切变模量G之间存在如下关系:

根据文献[5],橡胶的剪切模量G与邵氏硬度HA有以下关系:

橡胶垫的材料、形状以及安装形式确定后,可由式( 1) 、式( 2) 、式( 3) 和式( 4) 得出橡胶应力与应变的关系,进而可以在压缩量确定后计算橡胶垫的应力。

2 橡胶压缩变形仿真分析

有限元方法是解决工程和数学物理问题的数值方法,也称为有限单元法,基本思想是将求解区域离散为一组有限个且按一定方式互相连接在一起的单元的组合体。有限元的实质是把具有有限个自由度的连续体,理想化为只有有限个自由度的单元集合体,使问题简化为适合于数值解法。Ansys是最常用的、功能强大的有限元软件之一。

2. 1 分析流程

Ansys分析过程包含前处理、加载求解和后处理3 个主要步骤。

前处理的主要工作有: 定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立模型并划分网格。建立几何模型,并进行网格划分,生成物理模型,对实际问题进行模拟。

加载求解的主要工作有: 定义分析类型相分析选项、施加载荷和约束、指定载荷步选项和计算求解。

后处理主要工作有: 从求解结果中读取数据、对计算结果进行各种图形化显示、可对计算结果进行列表显示和进行各种后续分析[6]。

2. 2 超弹材料模型

Ansys中关于超弹性本构模型有一些关键假设: 材料相应的各项同性、等温和弹性的; 热膨胀是各向同性; 变形完全可恢复; 材料是完全或几乎不可压缩的。Ansys分析中常用的超弹材料模型有Arrbda-Boyce Model、Blatz-Ko Model、Gent Model、MoonerRivlin模型、奥格登可压缩泡沫模型和Ogden Potential等等[5]。

国内外学者通过大量实验,提出了描述这类材料应力—应变关系的本构模型。现在较为成熟的本构模型有2 类: 一类是基于热力学统计的方法,如Neo-Hookean、Kuhn-Grun、Arruda-Boyce和Gent模型; 另一类是以连续介质力学理论为基础的方法,如Mooney-Rivlin、改进的Mooney-Rivlin、Ogden和Yeoh模型[6]。对于橡胶的应力应变分析一般采用2 阶的Mooney-Rivlin模型,其表达式为:

式中,W为应变势能函数;分别为第1、第2 应变偏量不变量; C10、C01为材料常数; d为材料不可压缩参数; J为弹性体变形梯度的确定参数。

Mooner-Rivlin模型支持当前技术单元: SOLID186、SOLID187、SOLSH190、SHELL208、SHELL209、SHELL181、SHELL182 和PLANE183。

模型中的参数常量一般通过超弹材料试验数据拟合,即采用试验获得有关材料在压力下的形变规律,根据试验的数据拟合确定模型中的参数常量。

3 设计实例

一种密封盒安装在户外,要求结构防护等级为浸水型机壳。根据要求设计其结构,外形尺寸为长 × 宽 × 高= 200 mm × 110 mm × 34 mm,密封形式采用垫片密封,密封面形式为平沟槽密封面。结构主要由盖板、盒体和密封垫组成,盒体侧面装有连接器,连接器与盒体的缝隙采用O型圈密封,由连接器厂家保证连接器的密封性,因此设计时主要考虑盖板与盒体缝隙的密封。考虑到防腐蚀性,盒体和盖板均采用防锈铝,垫片采用硅橡胶板,其邵氏硬度为30。密封盒结构组成如图2 所示。

3. 1 密封盒结构方案

密封垫采用宽度为B0=4 mm,高度为H0=3 mm的硅橡胶板,选择压缩量ε=30%。硅橡胶是超弹体,假设压缩前后硅橡胶体积不变,压缩后仍然为矩形,则压缩后密封垫的高度为H1=2.1 mm宽度为B1=5.715 mm,则盒体上固定密封垫的沟槽尺寸为:宽度b=6 mm,高度h=2.1 mm。

考虑到密封盒的尺寸,选择M3 螺钉紧固盖板,根据式( 1) 、式( 2) 、式( 3) 和式( 4) 计算橡胶垫在压缩量 ε = 30% 时的应力为: σ = 0. 74 MPa。若橡胶垫压缩前后体积不变,假设形状仍为矩形,可计算变形后支撑面面积,进一步得出将橡胶垫压缩到 ε =30% 时需要的压力: F = 2 659. 3 N。

根据文献[8 - 9],考虑预紧力、扭转力和安全系数等因素,计算M3 螺钉能承受的最大的拉力为:F = 300. 94 N。则,将橡胶垫压缩到 ε = 30% 时需要的螺钉数量为:

取n = 10。螺钉布局见图2。盖板紧固后,密封垫的弹力会造成盖板变形,导致变形部位密封垫的压缩量无法达到设计的要求,这可能造成密封盒发生渗漏,因此需要对密封盒进行仿真分析,计算出盖板变形的最大位移位置,以及变形量,并以此为最危险截面,进行危险截面应力分析,计算接触压力,保证其密封性。

3. 2 密封盒应力分析

在Ansys中建立新的分析,赋予算例中各零件材料参数。盖板和盒体采用铝合金材料,弹性模量为: E = 70 GPa,泊松比为 μ = 0. 33; 橡胶垫采用硅橡胶板,使用Mooney模型,具体参数为: 弹性模量E =6. 9 GPa,泊松比为 μ = 0. 499 5,C10 = 2. 5 MPa,C01= 1. 1 MPa,D = 0[10]。定义盖板螺钉孔为固定,盒体底面向盖板移动0. 9 mm,定义所有接触类型均为标准接触,摩擦系数设定为0. 1。

求解完成后,软件采用云图的方式显示应力、位移和应变。分析结果如图3 所示。

从图3 中可以看出,盖板的变形一般在螺钉之间,最大变形为0. 035 mm,计算变形处橡胶垫的压缩量:

压缩尺寸为:H1=0.9-0.035=0.865 mm,

压缩量为:。

最大变形处的密封垫压缩量最小,密封垫与结构件之间的接触压力也最小,因此选择此处截面作为最危险截面,进行分析。

3. 3 危险截面应力分析

在Ansys中建立新的分析,建立橡胶条平面应变受压模型,橡胶材料参数与上节相同。因为主要分析橡胶垫受压后的变形情况、接触压力以及流体渗透压,因此将其他结构件视为刚性。接触类型为标准接触,摩擦系数0. 1。定义盒体底面为固定,盖板向下移动量为0. 865 mm,橡胶垫一侧施加水压力,如果橡胶垫与结构件之间的接触压力大于水压力,则不会发生渗漏; 反之,橡胶垫与结构件之间的接触压力小于水压力,则发生渗漏。橡胶垫与结构件之间的接触压力如图4 所示,水的渗透压力如图5所示。

由图4 和图5 可以看出,接触压力最大为12. 3 Mpa,流体渗透压最大为0. 014 7 Mpa,接触压力远远大于流体渗透压,密封设计有效。

4 结束语

以往设备密封设计仅凭经验,经常出现密封垫无法回弹、盖板变形和密封垫压缩量小等现象,导致结构密封失效。利用Ansys有限元仿真软件,对橡胶垫进行分析,可以得出橡胶的应力,进而计算该压缩量下的结构件尺寸、螺钉数量和布局等,使密封设计得到定量计算,提高结构密封的可靠性,值得在结构密封设计中推广与应用。设计师应积极掌握并运用仿真软件辅助结构设计,它能帮助查找结构薄弱环节,缩短产品的设计周期,降低试验成本,提高产品质量。

参考文献

[1]顾彦博.地面侦察情报设备的防水密封设计[J].无线电通信技术,2001,27(5):60-61.

[2]生建友.电子设备密封设计[J].电子工业专用设备,2004(4):46-50.

[3]周到,史敏,王磊,等.空气源热泵热水机组压缩机矩形橡胶圈的有限元分析[J].机械设计与制造,2009(6):144-146.

[4]特雷劳尔.橡胶弹性物理学[M].王梦蛟,译.北京:化学工业出版社,1982.

[5][日]户原春彦.防振橡胶及其应用[M].牟传文,译.北京:中国铁道出版社,1982:293-295.

[6]张洪才.ANSYS14.0理论解析与工应用实例[M].北京:机械工业出版社,2013.

[7]陈志,高钰,董蓉,等.机械密封橡胶O形圈密封性能的有限元分析[J].四川大学学报(工程科学版),2011(9):236-239.

[8]GB/T3098.6-2000,紧固件机械性能、不锈钢螺栓螺钉和螺柱[S],2000.

[9]陈立德.机械设计基础(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2004.

软件ANSYS 篇5

1 ANSYS电磁场分析的理论基础

著名的麦克斯韦方程组是研究一切宏观电磁场问题的基础,也是电磁场有限元分析的依据和出发点[1]。其微分形式为:

式中,H—磁场强度;B—磁通密度;E—电场强度;D—电位移矢量;J—电流密度;ρ—自由电荷体密度。在电磁场中各向同性媒质中本构方程为:

式中,ε—介电常数;μ—磁导率;σ—电导率。在线性、均匀、各向同性的媒质中,ε、μ和σ都是恒定不变的常数。以稳定磁场为例,所谓线性就是指媒质中各点磁通密度B的大小与磁场强度H的大小成正比;所谓均匀就是指媒质的组成情况处处相同,各点的导磁性能一样;所谓各向同性就是指沿着空间不同方向,媒质的导磁性能相同,因此磁通密度与磁场强度在空间中是同一方向、同范围的,这时只讨论线性、均匀、各向同性媒质[2]。

ANSYS以麦克斯韦方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量(自由度)主要是磁位或通量,其他物理量可由这些自由度导出。根据用户所选择的单元类型和选项不同,ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量[3]。

2 电磁阀有限元ANSYS仿真

2.1 电磁阀工作原理

电磁阀是通过控制电磁铁上电流的通断来控制整个阀门的开合。电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来挡住或露出不同的排油孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,然后通过油的压力来推动油缸的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞杆带动机械装置动作。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动[4]。结构示意图如图1所示。

本文研究的是二位二通的电磁阀,通过控制电磁阀的开合,使钻杆内的泥浆有控制的进入可控偏心器中,通过可控偏心器中的定位总成推动翼肋达到指定的位移值,从而实现了精确的方位控制。

2.2 电磁阀有限元模型

根据电磁阀的实际尺寸进行实体建模,由于电磁阀具有轴对称的特点,因此,可简化为二维模型进行分析。由于ANSYS求解电磁力对象周围必须考虑气隙因素,所以铁芯实际结构是在考虑0.1 mm气隙后建立的模型[5]。为了提高电磁场求解的精度,选定划分网格的单元类型为PLANE53单元建模。由于选择的是施加电流密度,PLANE53单元的自由度选用AZ,并选择轴对称方式进行建模。其中ANSYS10.0中默认的单位是MSK(最小频移键控),所以不用对其设置。通过命令流或GUI方法对模型进行自上而下的建模,建模结果如图2所示。

2.2.1 定义材料属性

根据电磁阀物理模型的已知参数在ANSYS中对具体实物模型进行属性设置。物理模型参数有材料属性见表1和B-H曲线图见图3。由于电磁阀材料的相对磁导率很大,故忽略电磁阀周围空气中的漏磁。

2.2.2 赋予相应的材料属性再进行网格划分

GUI:Main Menu/Preprocessor/Meshing/Mesh Attributes/Picked Areas中选择相应的物理模型对其进行属性设置。

Command:AATT(属性设置)。

网格划分单元尺度为1,整个区域网格划分单元尺度一样。在加载的过程中,首先定义动铁芯为一组件,其次加载力学边界条件,然后再加载电流密度,最后定义边界为左侧轴对称线在求解的过程中,选择求解器,确定分析类型为静态分析,定义分析选项,启动求解器求解。求解后,在通用后处理中查看电磁阀电磁场的分析结果,可以得到磁力线分布图、磁通密度云图、电磁力大小等[6]。

2.2.3 加载电压求解

根据实际情况加载电压24 V,然后进行后台处理并观察结果。使用Post1通用后台处理器观察最后载荷步结果的磁力线和磁感应强度等值线图见图4。

根据设计参数,在中间气隙为0.1 mm时,利用磁宏“FMAGBC”求出电磁力,由于模型采用轴对称1/2建模方式,电磁阀总力应为此力的2倍,负号表示方向,计算得:虚功力Fx=-35.719 N;麦克斯韦力Fm=-35.884 N。

由以上两式可知,两种方法求解的电磁力结果非常相近,这也说明在气隙为0.1 mm时,仿真结果的准确性。

利用节点求解方法,求出了电磁阀在气隙为0.1 mm时的磁通密度,通过磁通密度可以看出磁力线的密集情况。

2.3 气隙对电磁力影响的仿真和实际比较

针对气隙变化对电磁力的影响进行仿真计算。分别取不同的气隙,计算不同工作气隙产生的电磁力大小,计算结果如图5所示的仿真曲线;把制作好的电磁阀拆开,用测力计检测在不同的气隙条件下的磁力大小,结果如图5所示的实测曲线。结果表明电磁力随着气隙长度的缩短而增加,尤其在气隙较小时电磁力增加较快。由实测曲线也说明了这一点。

通过两条曲线的对比可知,两条曲线在趋势上基本一致,出现一些误差应该是外在因素影响的,如测力计的精度等。在气隙大于10 mm后,电磁力基本没有。因此,选择合适的气隙,使电磁力在一个合适的值时来控制电磁阀开合,对我们设计电磁阀有重要的意义。

3 结语

利用ANSYS可以对我们自制的微型电磁阀进行仿真分析,改变电磁阀的参数,得到各个参数对电磁阀的影响:(1)由图4可知,只要设定好参数,仿真结果可以反映实际的电磁阀。因此,用仿真的方式来分析电磁阀的工作情况是合适的,由图5仿真曲线和实测曲线的对比更是说明了这个问题。(2)由图5仿真曲线和实测曲线的对比可知,电磁力的大小对电磁阀的工作起到了决定性的作用。同时气隙也对电磁阀有巨大影响。本文主要通过改变气隙大小,得出电磁力随气隙的变化而变化的结论,对可控偏心器中电磁阀的研究起到了重要作用。

摘要：电磁阀是泥浆泵动力可控偏心器的核心部件,分析了电磁阀的工作原理,利用ANSYS软件对电磁阀进行建模仿真,通过加载电压施加边界条件,经过仿真计算,表明电磁力随着气隙长度的缩短而增加,尤其在气隙较小时增加较快,电磁力的大小对电磁阀的工作起到了决定性作用,通过与实际测量曲线比较,结果表明两条曲线在趋势上基本一致,进一步证明了仿真结果的可信性。

关键词：ANSYS软件,电磁阀,仿真

参考文献

[1]金建铭.电磁场有限元方法[M].王建国,译.西安:西安电子科技大学出版社,1997.

[2]关晓存,雷彬,李治源,等.基于ANSYS线圈发射器驱动线圈电磁场分析[J].科学技术与工程,2007,7(16):4094-4098.

[3]孙明礼,胡仁喜,崔海蓉.ANSYS10.0电磁学有限元分析实例指导教程[M].北京:机械工业出版社,2007.

[4]沈兴全,吴秀玲.液压传动与控制[M].北京:国防工业出版社,2005.

[5]阎照文.ANSYS10.0工程电磁分析技术与实例详解[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

软件ANSYS 篇6

由中航工业基础技术研究院, 中国航空学会, SAMPE北京分会, SAMPE上海分会共同主办, 美国波音公司, 中航复合材料有限责任公司赞助支持的超轻复合材料制造学生竞赛已成功举办了七届, 大赛旨在普及先进复合材料结构设计知识, 提升大家分析、优化以及动手制作复合材料构件的能力。

复合材料是有两种或两种以上不同性能的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料, 具有比强度高、比模量高、各向异性、材料和结构的可设计性和良好的加工工艺性等特点, 现已广泛应用于航空、造船、汽车、建筑、化工、体育等部门。

与传统材料相比, 复合材料的可设计性主要体现在结构的设计和材料的设计, 复合材料结构的多层次性为复合材料及其结构设计带来了极大的灵活性, 复合材料的力学性能和机械性能, 都可按照结构的使用要求和环境条件要求, 通过组分材料的选择匹配、铺层设计及界面控制等材料设计手段, 最大限度的达到预期目的, 以满足工程设备的使用性能, 因此, 在工程实践中对复合材料结构进行优化设计有很重要的现实意义。

通常, 复合材料结构的受力及应力应变情况非常复杂, 并要考虑各种应力应变的耦合和相互影响。而传统复合材料的设计主要采用等代设计 (等刚度、等强度) 、准网络设计等方法, 依据积累的经验、归纳的实验规律和总结的科学原理, 通过合理组份的选择, 制备出预先确定性能的复合材料[1]。设计过程中涉及复杂的高阶偏微分方程等数学运算和塑 (弹) 性理论, 且只有少数简单结构才能得出准确的结论。

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析 (FEA) 软件, 是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大, 操作简单方便, 现在已成为目前应用最广的有限元分析软件之一。

ANSYS有限元分析软件能够对复合材料结构进行优化、性能进行分析、对应力的传递和承载受力破坏过程进行计算机模拟, 可以获得难以用传统设计获得的一系列数据, 且可以通过适当的验证方法来对模型进行检验[2]。ANSYS软件的使用, 使材料在未生产之前, 就可以预测出其力学性能, 因此, 可以节约实验成本, 缩短试验周期。使复合材料应力分析变得更为简单、方便, 对开发新的材料提供了一条方便快捷的途径, 由于有限元数值模拟技术具有试验方法和理论解析无以伦比的优势, 现已成为复合材料研究结构行为的重要方法。

1 竞赛实例

桥梁所有结构如图1 所示, 所用材料由组委会统一发放。桥梁的最小尺寸为长600mm, 宽100mm。桥梁路面宽度90mm而且路面一定要是平的, 连续且不透明, 必须能够承受一辆90mm宽、100mm长和75mm高, 重量为5kg的“小车”连续运动。必须保证小车从桥的一头运动到另一头不能损坏桥梁的桥面。桥梁是可以有拱的, 但是桥面上“拱”的垂直高度变化不能超过50mm。整个桥梁净高度不能超过230mm。为了保证配合测试端柱, 任一结构的宽度不能超过150mm。桥梁的中间必须无障碍, 以便测试仪器杆和“小车”可以定位施载。注意:对支撑点以下的结构不作要求。桥梁跨距的中点或者四分点处不允许设置支撑柱。

碳纤维桥梁组竞赛规则是:桥梁载荷在满足8k N的前提下, 按照重量的增加排列名次, 即重量越轻的作品获胜。天然纤维桥梁组竞赛规则是:作品按照载荷/重量比值排名, 即载荷/重量的比值最大者获胜, 桥梁最大重量为750 克。

传统的复合材料结构设计复杂, 计算量大, 需要耗费大量的人力与物力, 且很难得到精确而系统的结果。ANSYS有限元分析软件以其强大的优化设计功能应用于超轻复合材料桥梁的结构设计, 为制备超轻复合材料桥梁竞赛提供有一条非常有效的途径。

ANSYS有限元分析软件强大的优化设计主要体现在“目标函数最优设计”和“拓扑优化设计”。

“目标函数最优设计”是指状态变量 (设计变量的函数, 因变量) 在满足一定条件时, 通过改变设计变量 (自变量) 的数值, 使目标函数 (因设计变量的改变而有所改变) 的值最小。也就是说, 在满足所有设计要求的前提下, 所需的方案最小 (如质量、面积、体积、应力、费用等) , 即目标函数值最小[3]。如第六届超轻复合材料桥梁竞赛中碳纤维桥梁组竞赛规则要求桥梁载荷满足载荷为8k N的前提下, 按照质量的增加排列名次, 质量越轻的作品获胜。因此, 采用目标函数最优设计方案进行设计, 在桥梁载荷 (状态变量) 满足8KN的条件下, 使目标函数 (质量) 最小。

“拓扑优化”是指形状优化。用户只需给出结构的参数 (材料特性、模型、载荷等) , 即可通过优化计算得到结构的最佳形状设计。拓扑优化的目标是在满足结构约束的情况下减少结构的变形能, 从而提高结构的刚度, 所以在优化中表现为即载荷“最大刚度”设计。如天然纤维桥梁组竞赛规则是:作品按照载荷/重量比值排名, 载荷/重量的比值最大者获胜。可以采用拓扑优化设计, 根据材料特性、模型、载荷等参数对桥梁形状进行优化。

2 结束语

ANSYS优化设计在复合材料结构设计中发挥着相当重大的作用。用ANSYS软件对复合材料进行结构优化设计是目前一种较理想的设计方法。通过采用ANSYS软件对复合材料进行结构优化设计可提高制品的设计效率, 减小设计周期, 可预测最佳制品设计方案, 使制品材料用量降至最佳点, 降低设计和生产成本。将ANSYS软件引入复合材料专业技能竞赛, 能够帮助学生解决结构的优化问题, 同时也提高了学生的专业技能与创新能力, 培养了学生的学习兴趣。

摘要：ANSYS软件作为一种功能强大的有限元分析软件, 能够根据要求采用“目标函数优化设计”或“拓扑优化设计”方法, 快速准确地对复合材料结构设计进行优化, 对应力的传递过程进行计算机模拟。ANSYS软件应用于复合材料专业技能竞赛, 能够帮助学生解决结构的优化问题, 同时提高学生的专业技能与创新能力, 培养学生的学习兴趣。

关键词：ANSYS,复合材料,技能竞赛,应用

参考文献

[1]李顺林, 王兴业.复合材料结构设计基础[M].湖北:武汉工业大学出版社, 1993.

[2]廖英强, 苏建河, 柯善良.ANSYS在复合材料仿真分析中的应用[J].纤维复合材料, 2006 (1) :63~66.

软件ANSYS 篇7

1 软件组成以及优缺点

ANSYS软件包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块。后处理模块可将计算结果以彩色等值线、矢量、立体切片、透明及半透明显示。ANSYS是完全的WWS程序, 应用起来更加方便, 由一整套可扩展的、灵活集成的模块组成, 因而能满足各行各业的工程需要。

2 抛物面天线结构设计的要求

抛物面天线结构设计的最终目的就是天线结构不会遭到外部环境的影响和破坏。抛物面天线结构一般由中心体、背架、反射面、副面撑杆和副面等组成。其中, 中心体主要是由板梁焊接, 形成一个旋转对称的单层或者双层桶状结构, 上方的支撑结构辐射梁呈放射状分布在环状板梁上, 之间由几圈环形分布的环梁和斜支撑杆连接起来。材料都要满足结构需要, 规格、质量、重量都需要满足基本条件。使用时, 应该尽量节省材料, 以降低成本。

3 计算抛物面天线结构的强度和刚度

首先应该构建一个有限元模型, 通过软件处理, 将需要的数据按照程序输入电脑, 从而完成天线结构有限元模型的建立。天线结构材料主要是钢, 所以用MASS21单元模拟馈源、副面、面板等, 但其重量满足不了结构对刚度的要求。模型中, 用BEAM4/SHELL63/MASS21分别模拟天线结构上的元件。风力承受能力最大的部位集中在天线背架的弦节点上。软件可以在各种情况下判定结构的稳定性和刚度。

4 基于ANSYS的天线结构优化设计

4.1 ANSYS优化流程和方法

利用设计语言PADL完成复杂数据的录入, 设计者可以控制设计的属性或分析属性, 以便建模, 进而优化和分析整个设计过程。其中, 主要采用零阶方法和一阶方法来处理和分析函数关系。零阶方法适用于建立目标函数, 能够有效解决大多数工程问题;一阶方法主要是使用因变量来改变数据, 在每一次计算中确定方向, 结果比较精确, 适用于优化分析。在日常生活中, 一阶方法的使用更为广泛。

4.2 天线中心体和背架的优化

以某工程中的天线设计为例, 证明运用ANSYS软件可以优化其设计, 特别是在天线中心体和背架的优化方面。运用结构优化分析时, 不会有其他因变量干扰设计, 只需要考虑天线的中心体和背架结构调整即可, 有限元优化模型1/4部分如图1所示。

考虑到面板分块和螺旋杆的安装调整, 必须固定好背架的上弦节点, 而下线节点的各坐标面积可以作为截面积变量进行统一规划处理。在天线建设中, 天线强度一般都不会存在很大问题, 主要是刚度的变化很容易造成天线被封、折断等情况, 所以其强度在检验时不是重点监测对象, 只需要校核处理。天线的中心体和背架的刚度、重量的优化工作比较重要, 需要在设计要求精度范围内, 构建一个反射面重量最轻、刚度足够的结构。优化前后对比如表1所示。

4.3 重量的计算优化

ANSYS软件的优化效果远远比人工优化效果好。人工优化首先是分别建立不同结构的模型, 然后分别计算, 才能从中选择最优方案。还有一种方式是先确定结构形式, 利用不同的材料或者其他方面的变量计算, 然后对比并选择最佳方案。这种方式比较烦琐, 因为变量很多, 人们很难掌控其中所有的变量, 而且不一定能达到很好的效果。但是利用ANSYS软件就可以很快找到最优方案。软件中有专门的优化模块, 整个过程中, 从假设因变量到建立模型, 使用不同的参数进行自动分析计算得出结果后可自动生成优化分析文件。在优化结束以后, 人们还可以在计算机中看到整个优化过程的变化, 通过在程序处理中查看变量取得最佳值后的变形情况和应力改变数据, 实现工作效率和计算准确率的提高。

以某天线为例, 现在取得了各种规格杆件的截面面积数据, 并取得反射面最大形变量、杆件最大应力状态变量, 最终目的是减轻天线重量, 现进行优化计算。通过计算可知, ANSYS软件确实能够减轻整个结构的重量, 从而减轻天线座和传动系统的重量, 所以ANSYS软件的运用能够有效弥补设计中的缺陷, 而且实施起来十分便捷, 是天线设计中值得广泛推广的方法。

4.4 预调天线并计算固有频率

天线始终保持一种工作状态。在同一种姿势状态下, 天线反射面产生形变的原因就是重力这一变量。所以如果先计算出该状态下受重力的变形情况, 在安装天线的时候就可以预防其断裂或者变形的情况, 当使用天线的时候也就可以抵消或者减轻因重力产生的形变。

在建立有限元模型之后, 根据软件中的固有程序可以取得指定的模态数据和提取方案, 求得固有频率和振型结果。实践表明, ANSYS软件的运用能够提高实际效率。

5 计算天线反射面变形的均方根值

天线反射面变形的均方根值的计算公式需利用ANSYS软件处理, 使得整个计算过程变得简单, 提高设计师的设计效率。放射面变形的均方根值是衡量天线结构是否符合规范的重要依据, 对比计算出的数值与规定数值, 其结果比规定值小才算是一个成功的设计。而在过去, 设计人员一般会采集反射面上各节点的形变值, 工作量大, 而且计算结果并不十分准确。现在运用ANSYS软件这种处理方式, 提高了数据运算能力, 然后通过熟悉软件的用法, 能够很快地计算出天线形变的均方根值, 为天线设计提供了精确的数据支持。

6 结束语

综上所述, ANSYS软件在抛物面天线结构中的应用能够有效提高抛物面天线结构的设计水平, 将设计方案提升到一个新的高度。利用ANSYS软件进行设计改良, 能够弥补以往人为方式设计的缺陷, 使设计中各种数据桁架更加精确, 结构分析能力也有了很大的提高。ANSYS软件提高了对天线结构的冲击、谐响应、响应谱和随机振动等各方面的分析效率, 在实际设计中被广泛运用, 大大缩短了设计时间, 提高了设计质量。

参考文献

[1]王伟.大型星载薄膜天线结构—热—电磁耦合问题分析[D].西安:西安电子科技大学, 2009.