1.1 ANSYS软件简介

ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ANSYS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。由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

ANSYS的特色功能如下。

（1）前后处理。

[1]双向参数互动的CAD接口；

[2]智能网格生成器；

[3]各种结果的数据处理；

[4]各种结果的图形及动画显示；

[5]全自动生成计算报告。

（2）结构静力分析（线性/非线性）。

（3）叠层复合材料（非线性叠层壳单元、高阶叠层实体单元、Tsai—Wu失效准则、图形化）。

[1]非线性分析能力；

[2]几何非线性（大变形、大应变、应力强化、旋转软化、压力载荷强化）；

[3]材料非线性（近70种非线性材料本构模型，含弹塑性、蠕变、黏塑性、黏弹性、超弹性、非线性弹性、岩土和混凝土、膨胀材料、垫片材料、铸铁材料等）；

[4]单元（或称边界/状态）非线性；

[5]高级接触单元（点对点接触、点对面接触、刚对柔面面接触、柔对柔面面接触、线性接触（MPC）等，支持大滑移和多种摩擦模型，支持多场耦合接触）。

（4）其他非线性单元（旋转铰接单元、弹簧－阻尼器单元、膜壳单元等）。

（5）动力学分析能力。

[1]模态分析（自然模态分析、预应力模态分析、循环对称模态、阻尼复模态、模态综合分析）；

[2]谐响应分析；

[3]瞬态分析（线性/非线性、多种算法）；

[4]响应谱和随机振动分析（单点谱、多点谱、功率谱）；

[5]转子动力学分析。

（6）屈曲分析（线性屈曲、非线性屈曲、循环对称屈曲分析）。

（7）高级对称分析（循环对称模态分析、循环对称结构静力分析、轴对称、平面对称和反对称）。

（8）断裂力学分析（应力强度因子、J积分、裂纹尖端能量释放率）。

（9）通用疲劳分析。

（10）结构热分析部分（Professional）。

[1]稳态温度场（热传导、热对流、热辐射）；

[2]瞬态温度场（热传导、热对流、热辐射、相变）；

[3]管流热耦合；

[4]支持复杂热载荷和边界条件；

[5]非线性特性（接触传热、非线性材料）。

（11）耦合场分析部分及其他功能。

[1]静流体分析（流固耦合静动力分析）。

[2]声学分析（声波在各种声学介质中的传播、声波的反射和吸收（远场））。

[3]耦合场分析。

（12）设计优化：多种优化算法、多种辅助工具。

（13）拓扑优化：拓扑形状优化、拓扑频率优化。

（14）概率设计系统（PDS）。

[1]10种概率输入参数；

[2]参数的相关性；

[3]两种概率计算方法——蒙特卡罗法、响应面法；

[4]支持分布式并行计算；

[5]可视化概率设计结果。

（15）其他实用技术。

[1]P单元、子结构、子模型分析技术；

[2]单元生死分析技术；

[3]专用单元（螺栓单元、真实截面梁单元、表面效应单元、轴对称谐波单元等）。

（16）二次开发特征。

[1]ANSYS参数化设计语言（APDL）；

[2]用户可编程特性（UPF）；

[3]用户界面设计语言（UIDL）；

[4]专用界面开发工具（TCL/TK）；

[5]外部命令。

（17）求解器：直接求解器、多种迭代求解器、特征值求解器。

（18）并行求解器。

[1]分布式ANSYS求解器：包括两个稀疏矩阵求解器（Sparse和Distributed Sparse（直接求解器））、一个PCG求解器和一个JCG求解器。

[2]代数多重网格求解器AMG：支持多达8个CPU的共享式并行机（CPU每增加一倍，求解速度提高80%，对病态矩阵的处理性能优越）。