1.3　ANSYS协同仿真简介

1.3.1　ANSYS产品家族介绍

早期的ANSYS采用了基于命令窗口的经典界面。虽然可以通过图形窗口和鼠标进行操作，但界面粗糙，菜单层级不够友好，当涉及多物理场仿真及模型导入时不够直观，操作烦琐。除一些学术领域，工程界已逐步转向使用更方便，更便于工程师上手的ANSYS Workbench协同仿真平台。故本书的所有仿真选项讲解及操作案例仅针对ANSYS Workbench协同仿真环境。ANSYS Workbench是ANSYS公司旗下各类求解器功能的顶层接口，采用项目管理工具进行工程项目流程管理，将整体仿真分析流程紧密结合起来，通过对工具箱窗口内工程仿真模拟所需的各种类型组件模块进行拖曳，就可以实现一般分析及复杂多物理场分析流程的创建。针对常见分析流程，系统还提供了各种分析流程模板，直接双击即可一键创建诸如结构、流体、电磁场等仿真流程。ANSYS Workbench可以实现和主流CAD软件（如Pro/E、CATIA、SolidWorks、NX等）的双向数据交互，能够针对不同物理场提供多种网格划分工具，可以方便地实现几何模型、网格、求解器设置及后处理结果之间数据的传递和数据文件的存储及调用，并可传递给其他模块实现多物理场耦合或传递给优化分析模块实现参数化定义及优化分析，实现仿真驱动产品研发，达到最优设计目标。

随着ANSYS公司不断发展壮大，通过不断收购、合并、自有产品的深度研发与扩展，ANSYS已具备了结构、通用流场、电磁场、显式动力学、电子产品散热、疲劳耐久、直接建模等模块，几乎涵盖了常规产品分析的方方面面，其中常用的模块简介如下。

（1）Mechanical：利用ANSYS MAPDL求解器进行结构和热分析，并将网格划分和结果后处理也包含在Mechanical应用中。

（2）Mechanical APDL：通过该模块可以使用传统的APDL用户界面对结构及多物理场进行分析。

（3）CFX：CFX是ANSYS公司于2003年收购的基于有限元法的计算流体力学软件，在处理复杂模型、网格、求解方法及自带的表达式语言方面极具特色，在流体机械仿真中应用极广。

（4）Fluent：Fluent是计算流体力学软件的全球领导者，在模拟流动及其他相关真实物理现象的完整流体动力学现象中提供了无与伦比的分析功能，其可靠性经过众多科研人员、第三方机构、技术合作伙伴及广大用户的充分验证。Fluent几乎可以称为计算流体力学软件的标杆，基于其他计算流体力学软件的计算结果在发表前往往需要和Fluent的计算结果进行对标。

（5）Icepack：面向电子产品热设计及热分析的行业性软件，针对电子行业提供大量建模及分析工具，内嵌适合电子行业模型的网格划分方法，求解时可调用Fluent求解器。

（6）DM：集成在ANSYS Workbench下的几何建模平台，除具备建模功能外，还针对数值仿真提供独一无二的几何简化及修复功能。通过调整许可证，可以加载叶轮机械插件，也可以和其他叶轮机械仿真模块进行无缝对接。

（7）SpaceClaim：基于直接建模思想的参数化几何建模与修复工具，与大多数基于约束及尺寸驱动方式建模的CAD软件不同，它采用更符合思维习惯的基于拉动的方式进行直接建模，是ANSYS重点推广的建模及修复工具，也是ANSYS旗下少数支持简体中文界面的模块。

（8）ANSYS LS-DYNA：显式动力学分析软件。以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、不可压缩流场分析及流-固耦合分析功能；以非线性动力学分析为主，兼有静力分析功能，在汽车碰撞领域占据约80%市场份额。早期的两家公司采取合作方法，LS-DYNA作为插件内嵌在ANSYS软件中，现已被ANSYS公司于2019年以7.75亿美元全额收购，后续全部功能集成在ANSYS Workbench下的LS-DYNA的易用性及前后处理的灵活性将为用户提供更好的体验。

（9）Autodyn：Autodyn早期是由美国一家专门从事弹药战斗部、爆炸、冲击领域数值模拟的软件公司开发的软件，于2005年被ANSYS公司收购，它广泛应用于国防工业并提供了很多高级功能，具有浓厚的军工背景，尤其在战斗部设计、水下爆炸、空间防护等领域有其不可替代性。该软件在军工行业有很高的市场占有率。它有很完备的材料库，后处理工具与求解器集成在一个界面，使用非常方便。

（10）Maxwell：业界顶级的电磁场仿真分析软件，可以帮助工程师完成电磁设备与机电设备的仿真分析，例如电机、作动器、变压器、传感器与线圈等设备的性能分析。Maxwell使用有限元算法，可以完成静态、频域及时域磁场与电场仿真分析。Maxwell模块在ANSYS ElectromagneticsSuite软件包中，需独立安装。若ANSYS ElectromagneticsSuite和ANSYS软件包版本匹配，则Maxwell将会被集成在ANSYS Workbench主界面中。

（11）ANSYS nCode DesignLife：ANSYS nCode DesignLife是行业领先的疲劳耐久性仿真软件nSoft与ANSYS结构力学仿真结合的产品，完全集成于ANSYS Workbench环境中，提供了完整的疲劳分析流程，可以进行焊缝疲劳、热疲劳、随机振动疲劳及其他结构疲劳等仿真，它需要安装额外的软件包才能出现在ANSYS Workbench界面中。

（12）Design Exploration：Design Exploration是ANSYS的优化分析模块，含参数扫描、设计试验、敏感性分析等参数化设计工具及目标驱动优化、相关参数法、响应面法、六西格玛设计等快速优化工具，通过该模块可以对产品进行优化设计。

（13）Topology Optimization：拓扑优化是寻求一种能够根据给定负载情况、约束条件和性能指标，在指定区域内对材料分布进行优化的数学方法，对系统材料发挥最大利用率。Topology Optimization拓扑优化模块能够结合ANSYS Mechanical进行强度和模态两种分析下的拓扑优化分析计算，SpaceClaim能够在拓扑优化之后对于较为粗陋的刻面片体结构完成光顺化处理，STL文件的生成并直接送入3D打印机进行打印，满足轻量化设计需求。

（14）ACP：ACP是复合材料结构仿真的一个前后处理插件，主要用于对分层复合材料进行材料设置、模型建立及性能评估。

（15）ACT：ACT是ANSYS Workbench的二次开发工具，可以根据用户需要及性能要求在ANSYS Workbench环境下加载运行。ACT是定制化插件，用于解决用户在仿真中遇到的功能自定义及程序拓展问题。用户可以在ANSYS Workbench已有功能的基础上，定制开发适合自身专业特点与业务需求的新功能，也可以在ANSYS应用商店购买官方提供的拓展插件，如压力容器插件、压电陶瓷插件、生死单元插件等。