CAE的基本概括
ANSYS軟件是融結構、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)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(kāi)發(fā)，它能與多數CAD軟件接口，實(shí)現數據的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現代產(chǎn)品設計中的高級CAE工具之一。
CAE的技術(shù)種類(lèi) CAE的技術(shù)種類(lèi)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用的領(lǐng)域，而其中有限元法應用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，現已應用于結構力學(xué)、結構動(dòng)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(gè)多用途的有限元法計算機設計程序，可以用來(lái)求解結構、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題。因此它可應用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車(chē)工業(yè)、生物醫學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統、運動(dòng)器械等。
軟件主要包括三個(gè)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(gè)強大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構造有限元模型；
分析計算模塊包括結構分析（可進(jìn)行線(xiàn)性分析、非線(xiàn)性分析和高度非線(xiàn)性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)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果以彩色等值線(xiàn)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（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計算結果以圖表、曲線(xiàn)形式顯示或輸出。
軟件提供了100種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個(gè)人機到大型機的多種計算機設備上，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(kāi)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軟件的基礎上研發(fā)的，與其有很好的兼容性，將于7月正式投入市場(chǎng)。
延續了ANSYS一貫強大的耦合場(chǎng)技術(shù)，10.0版本為復雜的流固耦合（FSI）問(wèn)題提供了更完善的解決方案。該版本整合了世界一流的應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(guò)適合于特定場(chǎng)要求的網(wǎng)格劃分，一個(gè)單一的幾何體可以應用于兩種場(chǎng)。該版本提供了有效地解決FSI動(dòng)力學(xué)分析的信息交換功能。目前市場(chǎng)上沒(méi)有任何其他的FSI軟件可以提供如此強大的穩健性和高度的精確性分析。另外，該版本可以在多個(gè)機群進(jìn)行并行處理解決超大模型。
“ANSYS 10.0代表了最先進(jìn)的CAE整合技術(shù)，較9.0有了顯著(zhù)的提高” ，ANSYS公司總裁兼首席執行官Jim Cashman說(shuō)，“我們一直致力于拓展ANSYS仿真技術(shù)的廣度和深度，同時(shí)建立各種類(lèi)型的仿真分析軟件的空前大連盟。得益于A(yíng)NSYS Workbench整合CAE技術(shù)的架構，我們創(chuàng )建了建模、仿真、分析、前后處理的一系列無(wú)縫鏈接。10.0新版本整合了世界上最優(yōu)秀的結構、熱、流體等分析功能。”
ANSYS10.0加入了旋轉機械和葉片設計工具，豐富了Workbench環(huán)境下的行業(yè)化功能。即ANSYS BladeModeler，一款針對旋轉機械葉片構件的高效的三維設計工具；以及ANSYS TurboGrid，一款高質(zhì)量的葉片設計六面體網(wǎng)格劃分工具。
“結合了ANSYS CFX和渦輪專(zhuān)用的前后處理CFD功能，10.0版本提供了渦輪機械設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(shuō)，“應力分析、計算流體動(dòng)力學(xué)分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通過(guò)CAD系統連通性，可以把模型擴展到上下游部件，最終完成整個(gè)模型的分析。ANSYS Workbench是提供此功能上獨一無(wú)二的環(huán)境，借此空氣動(dòng)力學(xué)工程師可以進(jìn)行CFD設計，同時(shí)確認結構特征。這將大幅度縮短設計流程。”
在機械應用領(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(hù)進(jìn)行非常復雜的時(shí)域仿真，同時(shí)ANSYS Workbench也可自動(dòng)完成很多建模和求解工作。這樣可以輕松快速地求解設備在一定運行時(shí)間內的熱性能。
為了滿(mǎn)足日益增加的對大型復雜問(wèn)題及時(shí)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，ANSYS 10.0能以最少的成本滿(mǎn)足高性能的機群計算。
本著(zhù)以低成本硬件設備提供高性能解決方案的目標，ANSYS Workbench現可支持Windows XP 64位機的AMD和EMT64芯片集。此項改革解決了許多用戶(hù)在Windows操作系統下運行大型模型所面臨的2GB內存限制。另外，它也使得ANSYS用戶(hù)不再需要寫(xiě)硬盤(pán)就能完成整個(gè)求解，從而節約求解時(shí)間。
對于用戶(hù)，這將幫助他們更加經(jīng)濟有效地解決大型模型問(wèn)題，如那些低頻穩態(tài)和全瞬態(tài)電磁分析問(wèn)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(wèn)題，在CAE行業(yè)獨樹(shù)一幟。
在高頻電磁領(lǐng)域，10.0版本提供了一個(gè)新的模式端口。此端口大大簡(jiǎn)化了集成電路（IC）、射頻識別(RFID)和射頻微機電系統(MEMS)等多種設備分析傳輸線(xiàn)端口的建模。標準算例顯示，利用此端口建模，可以顯著(zhù)縮小模型尺寸，在保證精確的頻域計算結果前提下，節約30％到50％的求解時(shí)間和內存需求。
新版本增加了旋轉機械的陀螺效應，它提高了ANSYS對渦輪機械和其他旋轉結構的轉子動(dòng)力學(xué)分析的能力。 在耦合場(chǎng)領(lǐng)域，結構－熱－電磁三場(chǎng)耦合分析中增加熱彈阻尼(TED)，一個(gè)在金屬、制陶及MEMS領(lǐng)域非常重要的內耗裝置。
ANSYS繼續Workbench主旋律，提供我們的用戶(hù)可供選擇的全自動(dòng)或個(gè)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A(yíng)NSYS Workbench各個(gè)應用程序間共享網(wǎng)格。另外，雙向參數互動(dòng)的CAD接口的穩健性也得到了提高。ANSYS® ICEM CFD™ 10.0通過(guò)混合網(wǎng)格剖分新功能和CAD模型細節處理功能，提供了完整的一系列網(wǎng)格劃分工具以模擬真實(shí)世界，如汽車(chē)引擎罩下的散熱分析和汽車(chē)碰撞分析。
“ANSYS 10.0是ANSYS跨出的又一大步，在每種場(chǎng)都是這樣，也包括各種場(chǎng)在A(yíng)NSYS Workbench的耦合，”ANSYS公司副總裁兼總經(jīng)理Mike Wheeler說(shuō)，“沒(méi)有其他任何一家CAE公司可以與我們相匹敵，在一個(gè)單一的CAE環(huán)境下提供如此廣泛的解決方案。”
ANSYS DesignSpace
通過(guò)DesignSpace，設計工程師可以在產(chǎn)品設計階段對3D CAD中生成的模型（包括零件和裝配件）進(jìn)行應力變形分析、熱及
熱應力耦合分析、振動(dòng)分析和形狀優(yōu)化，同時(shí)可對不同的工況進(jìn)行對比分析。ANSYS/DesignSpace擁有智能化的非線(xiàn)性求解專(zhuān)家系統，可自動(dòng)設定求解控制，得到收斂解；用戶(hù)不需具備非線(xiàn)性有限元知識即可完成過(guò)去只有專(zhuān)家才能完成的接觸分析。
ANSYS軟件提供的分析類(lèi)型 1.結構靜力分析
用來(lái)求解外載荷引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結構的影響并不顯著(zhù)的問(wèn)題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線(xiàn)性分析，而且也可以進(jìn)行非線(xiàn)性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸分析。
2.結構動(dòng)力學(xué)分析
結構動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)求解隨時(shí)間變化的載荷對結構或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結構動(dòng)力學(xué)分析類(lèi)型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應分析及隨機振動(dòng)響應分析。
3.結構非線(xiàn)性分析
結構非線(xiàn)性導致結構或部件的響應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(xiàn)性問(wèn)題，包括材料非線(xiàn)性、幾何非線(xiàn)性和單元非線(xiàn)性三種。
4.動(dòng)力學(xué)分析
ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動(dòng)。當運動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復雜結構在空間中的運動(dòng)特性，并確定結構中由此產(chǎn)生的應力、應變和變形。
5.熱分析
程序可處理熱傳遞的三種基本類(lèi)型：傳導、對流和輻射。熱傳遞的三種類(lèi)型均可進(jìn)行穩態(tài)和瞬態(tài)、線(xiàn)性和非線(xiàn)性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過(guò)程的相變分析能力以及模擬熱與結構應力之間的熱－結構耦合分析能力。
6.電磁場(chǎng)分析
主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線(xiàn)分布、力、運動(dòng)效應、電路和能量損失等。還可用于螺線(xiàn)管、調節器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測裝置等的設計和分析領(lǐng)域。
7.流體動(dòng)力學(xué)分析
ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類(lèi)型可以為瞬態(tài)或穩態(tài)。分析結果可以是每個(gè)節點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)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單元和熱－流管單元模擬結構的流體繞流并包括對流換熱效應。
8.聲場(chǎng)分析
程序的聲學(xué)功能用來(lái)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構的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來(lái)確定音響話(huà)筒的頻率響應，研究音樂(lè )大廳的聲場(chǎng)強度分布，或預測水對振動(dòng)船體的阻尼效應。
9.壓電分析
用于分析二維或三維結構對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機械載荷的響應。這種分析類(lèi)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備的結構動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類(lèi)型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應分析、瞬態(tài)響應分析
軟件主要包括三個(gè)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(gè)強大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構造有限元模型；
ANSYS的前處理模塊 ANSYS的前處理模塊主要有兩部分內容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。
●實(shí)體建模
ANSYS程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶(hù)定義一個(gè)模型的最高級圖元，如球 、棱柱，稱(chēng)為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線(xiàn)及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶(hù)利用這些高級圖元直接構造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊 、球、錐和柱。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶(hù)均能使用布爾運算來(lái)組合數據集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)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、粘結和重疊。在創(chuàng )建復雜實(shí)體模型時(shí)，對線(xiàn)、面、體、基元的布爾操作 能減少相當可觀(guān)的建模工作量。ANSYS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括 圓弧構造、切線(xiàn)構造、通過(guò)拖拉與旋轉生成面和體、線(xiàn)與面的自動(dòng)相交運算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和 刪除。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶(hù)從最低級的圖元向上構造模型，即：用戶(hù)首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線(xiàn)、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(jìn)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 劃分和自適應劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶(hù)將幾何模型分解成簡(jiǎn)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，可對復雜模型直接劃分，避免了 用戶(hù)對各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶(hù) 指示程序自動(dòng)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(hù)定義的值或達到用戶(hù)定義的求解次數。
分析計算模塊包括結構分析（可進(jìn)行線(xiàn)性分析、非線(xiàn)性分析和高度非線(xiàn)性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)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果以彩色等值線(xiàn)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（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計算結果以圖表、曲線(xiàn)形式顯示或輸出。
軟件提供了100種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個(gè)人機到大型機的多種計算機設備上，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(xiàn)性計算功能方面比ANSYS強，ABAQUS沒(méi)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A(yíng)NSYS中，載荷包括邊界條件和外部或內部作用力函數，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(lèi)：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(chǎng)載荷。
1、自由度約束（DOF Cinstraints）:將給定的自由度用已知量表示。例如在結構分析中約束是指位移和對稱(chēng)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）：是指施加于模型節點(diǎn)上的集中載荷或者施加于實(shí)體模型邊界上的載荷。例如結構分析中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場(chǎng)分析中的電流段。
3、面載荷（Surface Load）:是指施加于某個(gè)面上的分布載荷。例如結構分析中的壓力，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(chǎng)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(chǎng)載荷（Coupled-field Loads）:是一種特殊的載荷，是考慮到一種分析的結果，并將該結果作為另外一個(gè)分析的載荷。例如將磁場(chǎng)分析中計算得到的磁力作為結構分析中的力載荷。
