1.3 ANSYS简介
ANSYS 14热力学/电磁学/耦合场分析自学手册
ANSYS软件是融合结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、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、日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行，从PC到工作站直到巨型计算机，ANSYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。ANSYS多物理耦合场的功能，允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算成本，如：热—结构耦合、磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合，在PC上生成的模型同样可运行于巨型机上，这样就确保了ANSYS对多领域多变工程问题的求解。
1.3.1 ANSYS的发展
ANSYS能与多数CAD软件结合使用，实现数据共享和交换，如AutoCAD、I-DEAS、Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
ANSYS软件提供了一个不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分、大应变/有限转动功能以及利用ANSYS参数设计语言（APDL）的扩展宏命令功能。基于Motif的菜单系统使用户能够通过对话框、下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，为用户使用ANSYS提供“导航”。
1.3.2 ANSYS的功能
1．结构分析
- 静力分析——用于静态载荷。可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等。
- 模态分析——计算线性结构的自振频率及振形，谱分析是模态分析的扩展，用于计算由随机振动引起的结构应力和应变（也叫做响应谱或PSD）。
- 谐响应分析——确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。
- 瞬态动力学分析——确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。
- 特征屈曲分析——用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状（结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析）。
- 专项分析——断裂分析、复合材料分析、疲劳分析。
专项分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。
2．ANSYS热力学分析
热力学分析一般不是单独的，其后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。热分析包括以下类型。
- 相变（熔化及凝固）——金属合金在温度变化时的相变，如铁合金中马氏体与奥氏体的转变。
- 内热源（例如电阻发热等）——存在热源问题，如加热炉中对试件进行加热。
- 热传导——热传递的一种方式，当相接触的两物体存在温度差时发生。
- 热对流——热传递的一种方式，当存在流体、气体和温度差时发生。
- 热辐射——热传递的一种方式，只要存在温度差时就会发生，可以在真空中进行。
3．ANSYS电磁分析
电磁分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、耗能及磁通量泄漏等。磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生。磁场分析包括以下类型。
- 静磁场分析——计算直流电（DC）或永磁体产生的磁场。
- 交变磁场分析——计算由于交流电（AC）产生的磁场。
- 瞬态磁场分析——计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场。
- 电场分析——用于计算电阻或电容系统的电场。典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。
- 高频电磁场分析——用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等。
4．ANSYS流体分析
流体分析主要用于确定流体的流动及热行为。流体分析包括以下类型。
- CFD（Coupling Fluid Dynamic，耦合流体动力）——ANSYS/FLOTRAN提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流以及多组分流等。
- 声学分析——考虑流体介质与周围固体的相互作用，进行声波传递或水下结构的动力学分析等。
- 容器内流体分析——考虑容器内的非流动流体的影响。可以确定由于晃动引起的静力压力。
- 流体动力学耦合分析——在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。
5．ANSYS耦合场分析
耦合场分析主要考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。例如：在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）。