详情
本书从CAE分析总则入手，依次介绍Workbench主界面、建模、线性静力学及非线性静力学分析，描述了CAE分析的思路，并对软件各个参数设置进行了详细的说明。针对读者容易出现的错误，通过一步一步引导的方法让读者了解错误产生的原因，并解决错误。书中内容从实际应用出发，文字通俗易懂、深入浅出，不需要读者有太深的理论基础，就可以轻松掌握Workbench的分析方法。
书名：ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）
ISBN：978-7-115-44631-2
本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。
您购买的人民邮电出版社电子书仅供您个人使用，未经授权，不得以任何方式复制和传播本书内容。
我们愿意相信读者具有这样的良知和觉悟，与我们共同保护知识产权。
如果购买者有侵权行为，我们可能对该用户实施包括但不限于关闭该帐号等维权措施，并可能追究法律责任。
• 著 周 炬 苏金英
责任编辑 王峰松
• 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
• 读者服务热线：(010)81055410
反盗版热线：(010)81055315
本书以对比的方式系统且全面地说明ANSYS Workbench静力学分析过程中的各种问题，从工程实例出发，侧重解决ANSYS Workbench的实际操作和工程问题。
本书共5章。第1章为CAE分析步骤；第2章详细说明ANSYS Workbench主界面及相关Windows操作，举例说明ACT的用法；第3章介绍ANSYS Workbench的建模功能，举例描述修复模型、实体简化梁模型、点云数据生成实体的方法；第4章介绍ANSYS Workbench的线性静力学分析，以梁单元、二维平面单元、三维壳单元、实体单元、Link单元为主线，并包含ACP模块、Fracture分析、Solid65单元及子模型等；第5章介绍ANSYS Workbench的非线性静力学分析，以材料非线性、几何非线性、状态非线性为主线，并包含快速组装复杂模型、橡胶流体压力加载、损伤分析、生死单元分析、内聚力模型等。
本书内容丰富新颖、重点突出、讲解详尽，适用于ANSYS Workbench软件的初级和中级用户，可供机械、材料、土木、能源、汽车交通、航空航天、水利水电等专业的本科生、研究生、教师、工程技术人员和CAE爱好者阅读和参考。
CAE是计算机辅助求解复杂工程和产品结构各项性能和优化设计等问题的一种近似数值分析方法，适用于工程的整个生命周期。ANSYS软件是最经典的CAE软件之一，在国内应用广泛。近些年ANSYS公司收购了多款顶级流体、电磁类软件，并重点发展ANSYS Workbench平台。与ANSYS经典界面比较，ANSYS Workbench具有一目了然的分析流程图，整个分析就像在做一道填空题。ANSYS 12.0版本之后，更多用户转向使用ANSYS Workbench，同时有关ANSYS Workbench软件的参考书也越来越多。
本书以先进性、科学性、实用性、服务性为原则，在表达风格上力求通俗、简洁、直观，主要采用对比的方式详细说明Workbench静力学分析过程中的各种问题，以工程实例的演绎教会读者分析问题、查找问题和解决问题。书中不仅详细介绍了操作流程，而且还清晰阐述了“为什么要这样操作”、“相关参数为什么要如此设置”、“同类的问题该有怎样的分析思路”，使读者不仅知其然，还知其所以然。同时本书加入了一些思考题，对同类问题进行适当扩展。针对读者容易出现的错误，通过一步一步引导的方法让读者了解错误产生的原因，并提出解决方法。书中内容结合相关理论知识，从实际应用出发，文字通俗易懂，深入浅出，引领读者轻松掌握Workbench的分析方法。书中参照国外有限元分析标准，介绍了螺栓连接、焊接等分析的各种有限元处理方法，修正了国内有限元计算过程中易出现的错误。
全书共5章。第1章说明CAE分析步骤；第2章讲解ANSYS Workbench主界面，举例说明ACT插件的操作和目的，章节后附了有限元模型转为stl文件的C程序；第3章讲解ANSYS Workbench建模，主要引用3个实例分别说明DM模块修复模型、SpaceClaim和Python将实体模型简化为梁模型、UG和Excel将点云数据生成实体并导入ANSYS Workbench的方法；第4章讲解线性静力学分析，以单元分类为主线，一一说明各个单元分析时的注意事项、参数设置及后处理，章节后对所有边界条件进行了附表说明；第5章讲解非线性静力学分析，以材料非线性、几何非线性、状态非线性为主线，分别叙述其基本原理、分析过程、参数对比及非线性收敛调试方法，最后一节对非线性收敛调试方法进行了总结。
书中有大量同类参考书上所没有的内容，如ACP详细说明、Link单元分析、Fracture中的T-Stress分析、Solid65钢筋混凝土分析、Shell-Solid子模型、WB材料库所有本构说明、蠕变分析、非线性屈曲弧长法、利用External Model模块组装复杂模型并快速定义接触、损伤分析、生死单元分析、内聚力模型等。
本书主要面向ANSYS Workbench软件的初级和中级用户，对于高级用户也有一定的参考价值。可作为机械、材料、土木、能源、汽车交通、航空航天、水利水电等专业的高年级本科生、研究生和专业教师的学习、教学用书，亦可供相关领域从事产品设计、仿真和优化设计等工作的工程技术人员及广大CAE工程师使用和参考。
本书配套有全书的模型文件，读者直接在ANSYS Workbench 15.0及以上版本打开或导入即可。本书配套资源可在QQ群“CAE基础与提高 389410373”内下载。
本书由周炬、苏金英合著。在写作过程中得到丁德馨教授、雷泽勇教授、邱长军教授、李必文教授、黄坤荣副教授的悉心指导，在此深表感谢！同时感谢李裕平、杨威、赵岳、李军、秦元帅、陈伟以及人民邮电出版社等对本书出版给予的热心帮助！本书还得到湖南省普通高校“十三五”专业综合改革试点项目-南华大学“机械设计制造及其自动化”的资助。
由于时间仓促，加之本书内容新、专业性强且作者水平有限，书中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正。
在现代工程领域，计算机辅助工程（computer aided engineering，CAE）可以在设计阶段对结构进行校核、优化，使工程师在产品未生产之前就对设计的经济性、可靠性、安全性进行评估。在这样的背景下，CAE开始在结构设计中发挥出极其重要的作用。在各种CAE方法中，有限元法（finite element method，FEM）在工程领域应用最广，也是技术相对比较成熟的一种方法。作为一个合格的有限元分析（finite element analysis，FEA）工程师，至少应该具备以下3个方面的要求：
（1）坚实的理论基础，主要包括力学理论（对于结构有限元分析工程师）和有限元理论；
（2）软件运用经验，能熟练应用常用的有限元软件；
（3）工程实践经验，对于各种工程问题能够准确地判断并确定分析方案。
在这3个方面中，最简单的就是软件运用，很多初学者通过对一些参考书的模仿及学习，熟悉了几个例题之后，就信心满满，以为自己可以做一个分析工程师了，这是极端错误的。参考书的例题与实际工程分析有质的区别：例题是简化的模型，分析类型和边界条件已知，初学者只是简单的遵照参考书的过程重复计算。这个操作过程，中学生都可以完成。在做工程分析的时候，情况完全不同，模型的简化、分析类型和边界条件全部未知，在计算完成后，还需要对结果进行分析和评价。
下面简要介绍CAE的分析流程。首先，针对实际工程的问题进行判断，依据工况确定问题类型，判定是否需要有限元分析（很多问题用基本力学计算或者查手册就能更快更准确地得到答案）；其次，对有限元分析项目进行规划并计算，包括模型简化及计算规模、分析类型和边界条件的确定；最后，根据有限元分析结果，提出相应结论和建议，包括分析项目的可靠性、安全性判定，优化的可能，危险的处理等。由上可知，有限元分析工程师仅靠熟悉软件是远远不够的，其工作是对专业知识及实践经验的综合性体现。
小知识
很多项目需要判定是否需要有限元分析。例如，对于一些机械类单一零件产品的分析，如果外载仅为一个重力工况，就不需要进行有限元分析。原因是：这个零件经过生产制造后能够成形，就已经经受了重力的测试。实践是检验真理的唯一标准，实践就已经证明其性能可靠，所以不需要再进行有限元分析。
又如，6个相同螺栓连接的一对法兰，其中有一个螺栓出现断裂，该螺栓也不需要进行有限元校核。原因是：设计故障必将批量反映问题，如果该螺栓强度或刚度不足，势必表现出多个或全部螺栓失效；而且，当一个螺栓出现失效时，其余螺栓在偏载和突变情况下仍然不出现失效，正好证明其螺栓是足够安全可靠的。因此，对该螺栓从材料入手，进行金相分析较为合适。
就任一个CAE分析而言，必须满足下列四要素。
（1）清晰的物理概念。工程问题按数学一般分为稳定场（椭圆）方程（用于描述静平衡、稳态热等）、扩散（抛物线）方程（用于描述动力学、瞬态热等）、波动（双曲线）方程（用于描述应力波等波动现象）。
（2）明确的系统属性。已知上面的3种控制方程，还要有初始条件或/和边界条件，才可以得到方程的解析解。则系统中需要具备基本的自身参数，如弹性模量、泊松比、长度、截面积等，还要具备系统的外界参数，如力、力矩等。
（3）各种工程问题的数学表征。实际工程问题往往存在于大量的数据中，需要抽取或换算得到数学表征参数。例如，一对齿轮副进行静平衡（静力学）计算，除了知道其模型尺寸、材料的弹性模量、泊松比、齿轮间的摩擦系数以外，还需要通过计算求出其载荷（力和力矩），以保证各个齿轮加载后整个系统的力平衡和力矩平衡；如果进行瞬态计算，则需要知道齿轮的密度，载荷以转速度形式加载。
（4）计算机实现的可行性和高效性。任何有限元分析都基于一定的假设，例如，连续性是实现有限元计算的必要条件，各向同性、对称性则是实现有限元高效计算的简化手段。
此外，有限元法是实际工程设计的一种数学辅助方法，为实际工程而服务，主要解决的是难以被实验验证的工程问题，切忌为数学分析而分析。
就有限元软件运用而言，特别是操作简单、容易上手、方便处理复杂工程模型的ANSYS Workbench，很多初学者在学习过程中也往往依葫芦画瓢，不了解软件输入的每一个参数的来龙去脉。这样致使初学者离开参考书的实例后就茫然无措，分析实际工程问题时更是无从下手。因此，在使用ANSYS Workbench进行有限元分析时需特别注意以下几点：
（1）模型简化；
（2）边界正确；
（3）参数合理；
（4）网格适用。
在决定需要进行有限元分析后，对分析的模型及其工况在理论和本质上均要有清晰的认识，对自己使用的软件的能力也要心中有数，避免不合理和不切实际的分析。运用理论和经验上的判断，决定计算的模型、规模和类型。由于ANSYS Workbench有极佳的计算机辅助设计（computer aided design，CAD）软件接口，初学者常常在CAD软件中建模，然后将模型导入ANSYS Workbench进行有限元分析。殊不知这样处理也是极大的错误。
有限元模型必须与分析目的、计算机性能匹配，并不是模型越精确计算精度越高。越精确就意味着模型越复杂，进而要求软件进行更加复杂的矩阵化简求解。这样一来，模型的误差虽然小了，计算误差反而增大，导致最终得不到合适的结果。在建立有限元模型时，尽量采用尽可能简单的模型，无需保留实物模型的所有细节特征，常用作法是：去掉非关键位置的小孔和槽，用圆孔代替螺纹孔，用直角代替圆角及倒角。
如果保留实物模型的诸多细微几何特征，会导致分析结果的应力集中，甚至出现应力奇异状态。以图1-1-1撬杠分析为例：实物模型有刻花、腰形槽等几何特征，如果在有限元模型中包含这些特征，就必须对这些区域划分极细小的网格，分析结果就会在这些区域显示出应力集中，进而忽视了过渡面的应力状态，使分析结果完全偏离了分析目的。
图1-1-1 撬杠
对于实体为桁架的模型，整体分析不考虑剪力的影响时可以将实体模型简化为梁模型，这样总体计算量较小，精度也较高；如果单向剪力较大，则可将实体模型抽壳为壳模型计算；只有需关注桁架局部的详细受力，且双向剪力较大时，才使用实体模型。
因此，CAE工程师必须根据理论和经验判断模型几何细节的相关性，进而确定模型的简化方式。但是，有时一些模型几何细节开始时显得不重要，简化分析后在这些细节处应力较大，则可以在有限元模型中恢复几何细节或采用子模型分析。
将实际工程问题转化为力学问题，分析对象的选取、载荷工况和施加载荷的确定、边界条件（位移约束条件）的确定、结构的刚度和质量、载荷传递路径和应力集中等问题的处理是CAE分析的关键。
有限元分析时，必须按照实际工况的边界条件，且满足有限元平衡方程，才能求解得到正确结果。例如，分析一个在压力作用下的桌子的变形，边界条件取在桌面的4个角点处，即可计算得到结果，但此分析并不符合工程实际情况（工况），应该将边界条件施加在桌子4个腿的接地处。
在静力学分析中容易出现边界条件不足，虽然ANSYS Workbench会自动将弱弹簧（Weak Springs）施加到模型可能出现刚体位移的位置，但是还是建议设置好充分的约束后，将弱弹簧设置为Off。针对约束不足的正确方法是对模型先进行模态分析，观察是否具有刚体模态（模态分析出的固有频率在0～1Hz），依据其频率对应的模态形状，进一步分析是否存在刚体运动（单个零件），或者存在零件之间接触不足（组件或部件）。
接触分析（无摩擦接触、粗糙接触、摩擦接触）涉及迭代计算，如果在接触面体上施加力载荷时，往往难以收敛；改为位移载荷，则相对简单得多。
用ANSYS Workbench进行有限元分析，需要对软件有深刻的认识，做到每输入一个参数都清楚知道这个参数的意义和作用，这不仅仅是需要熟悉软件的界面，更多的是需要理解有限元和力学的理论，有时甚至需要对参数进行一些常识性的辨识。
例如，一台液晶电视机受力分析，已知条件如图1-3-1所示：底盘固定，液晶电视机质量为62.8kg；载荷如图1-3-2所示：在方块区域加载50N；求底座支撑架应力值大小？
图1-3-1 液晶电视受力分析已知条件
图1-3-2 液晶电视机受力分析载荷情况
本例采用静力学分析，分析方法1添加重力加速度，等效应力值为318.68MPa，如图1-3-3所示；分析方法2不添加重力加速度，等效应力值为310.09MPa，如图1-3-4所示。试问在这个分析中是否应该加载重力加速度？
图1-3-3 底座支撑架的等效应力（添加重力加速度）
图1-3-4 底座支撑架的等效应力（不添加重力加速度）
上例就属于不对参数合理性进行判断的典型实例。其分析类型和边界条件均无问题，错误在于液晶电视机的质量。一台液晶电视机质量为62.8kg，约为一个成年男子的质量，这显然是不合常理的。如果将液晶电视机的质量换成合理的数据，就会发现上例计算后，是否添加重力加速度对整个模型的影响甚微。
ANSYS Workbench拥有非常智能的自主划分网格能力，整个计算甚至颠覆了常用有限元软件的流程，不用把划分网格作为一个必要的操作。因此，很多初学者往往采用软件自主划分网格，其结果是：重要部分（应力集中区、接触区、大变形区）的结果不准确或不收敛；不重要部分网格过细，浪费了计算时间。
网格的划分往往需要实践经验，当然可以参考软件提供的网格质量进行评估。一般情况下，圆形模型采用古钱币的切分划法，中间正方形的边长为圆形的半径，圆周上至少需要40等分；圆环模型采用多体划分；模型厚度方向至少需要3层单元；缩减积分时厚度方向至少划分4层单元；接触比较难收敛时，可以采用无中间节点的网格形式（单元类型发生变化）。
对于一个模型最理想的网格形状是什么？答案就是整个模型都是大小一致的正方形和立方体，当然由于模型存在斜角、圆弧等要素，这个要求很难满足，因此，需要根据形状拓扑的规律尽量满足上述条件。
网格的数量到底多少合适呢？正确的方法是将网格尺寸定义为参数变量，利用ANSYS Workbench的优化分析模块进行分析，确定其敏感度。如果网格细化到一定程度，应力结果不会有大的偏差，就说明网格密度合适。
总之，CAE分析是一项相当高难的技术工作，不仅对理论基础和软件操作有较高的要求，更需要丰富的工程实践经验，正如Robert D.Cook说过的，“FEA makes a good engineer great,but makes a bad engineer dangerous.”
ANSYS早期版本以经典界面为主，Workbench虽已存在，但当时主要针对ANSYS经典界面建模困难而设置。经过9.0～11.0升级后，ANSYS经典界面逐渐稳定，Workbench也随之功能逐渐增强。当ANSYS升级为12.0版本时，Workbench界面发生了根本变化，具有独特的拖拉分析流程、相对完整的分析模块，并首次将经典界面置于其下。之后的ANSYS历次升级，均以Workbench为重点。现在ANSYS Workbench（简称WB）在吸取其他软件的优点后，结合自己的软件框架，已经发展为涵盖结构、热、流体、电磁、疲劳等多个方向的超级CAE平台。
本书以ANSYS 15.0版本进行叙述。Workbench主界面包括窗口、菜单、分析流程图设置等。本章主要介绍常用窗口及菜单的一些设置，分析流程图的设置参见2.3节及后续各分析章节。
Design Assessment：用于对静强度与瞬态结构分析执行工况组合，通过可定制脚本执行后处理。
Harmonic Response：谐响应分析，支持结构体在持续周期性载荷作用下的响应分析；谐响应分析结果用于验证一个结构设计是否能够成功克服共振、疲劳或其他振动力的有害影响。
Linear Buckling and Linear Buckling(SAMCEF)（β）：线性屈曲分析（使用ANSYS或SAMCEF求解器），用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度。
Modal，Modal(SAMCEF)，Modal（NASTRAN）（β）and Modal(ABAQUS)（β）：模态分析（使用ANSYS、SAMCEF、NASTRAN或ABAQUS求解器），用于计算结构体的振动特征（自然频率和对应的模态振型）。
Random Vibration：随机振动分析，用于分析在不确定性载荷作用下的结构体响应，比如对安装在汽车上的敏感电子设备进行分析。
Response Spectrum：响应谱分析，类似于随机振动分析，不同的是响应谱分析的载荷激励是一系列确定性极大值。
Static Structural，Static Structural(SAMCEF) and Static Structural(ABAQUS)（β）：结构静力学分析（使用ANSYS、SAMCEF或ABAQUS求解器），用于计算结构体在载荷（不考虑显著惯性和阻尼影响）作用下的位移、应力、应变和力。
Transient Structural，Transient Structural(SAMCEF) (β) and Transient Structural(ABAQUS)（β）：瞬态结构分析（时间历程分析）（使用ANSYS、SAMCEF或ABAQUS求解器），计算结构体在随时间变化载荷作用下的动态响应。
Explicit Dynamics：显示动力学分析。
Shape Optimization（β）：形状优化分析，其目的是寻找结构体的最佳材料分布。
Rigid Dynamics：刚体动力学分析（使用ANSYS的刚体动力学求解器），用于计算一个装配体（由一系列刚体通过运动副和弹簧连接而成）的动力学响应。
Hydrodynamic Diffraction：AQWA用于计算一个结构在规则或不规则波浪作用下的波浪力和结构运动，AQWA Hydrodynamic Diffraction用于对结构计算模型进行网格划分。
Hydrodynamic Time Response：AQWA用于计算一个结构在规则或不规则波浪作用下的波浪力和结构运动，AQWA Hydrodynamic Time Response用于对结构计算模型施加海洋环境力（风、波浪、海流）。
Fluid Flow (CFX)：流体分析（使用CFX），支持不可压缩和可压缩流体流动分析，支持复杂几何的热传导分析。
Fluid Flow (FLUENT)：流体分析（使用FLUENT），支持不可压缩和可压缩流体流动分析，支持复杂几何的热传导分析。
Fluid Flow (POLYFLOW)：流体分析（使用POLYFLOW），支持带自由面的流体流动分析，支持复杂流变学分析（带黏弹性的非牛顿流体）。
Steady-State Thermal：稳态热分析，用于计算一个物体在不随时间变化的热载荷作用下的温度、热梯度、热流率和热通量。
Thermal-Electric：稳态的热-电传导分析，计算电阻材料的焦耳热，以及热电学中的Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
Transient Thermal：瞬态热分析，用于计算随时间变化的温度和其他热工程量。
Electric：电学分析，支持稳态电导分析。
Magneto Static：支持3D静磁场分析，磁场可以由电流或永磁体产生。
BladeGen：旋转流体机械三维几何设计专用模块，用于泵、桨叶、压气机、涡轮、扩张器、风扇、吹风机等的快速设计。
Finite Element Modeler：支持将网格模型转换成几何模型，并输出到一个分析系统或几何系统。
Geometry：即ANSYS DesignModeler，提供了面向CAE需求的三维几何建模、CAD模型修复、CAD模型简化以及（板壳梁）概念模型等功能，是CAD与CAE之间的桥梁。
Mesh：ANSYS的网格划分工具。
TurboGrid：专业的涡轮叶栅通道网格划分软件，能快速地对形状复杂的叶片和叶栅通道划分出高质量的结构化网格。
AUTODYN：显式有限元分析程序，用来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题，如爆炸等。
CFX：高端通用计算流体动力学分析软件，以算法的先进性见长，具备丰富的物理模型，可模拟各种流体流动问题。
Explicit Dynamics (LS-DYNA Export)：以显式算法为主的复杂结构高度非线性瞬态动力学分析模块，用于解决各种高速冲击、碰撞等问题。
FLUENT：高端通用计算流体动力学分析软件，以物理模型的丰富性见长，具备先进算法，可模拟各种流体流动问题。
Icepak：专门为电子产品工程师定制开发的专业的电子热分析软件，可以解决元器件级、板级、系统级、环境级等各种不同尺度的热设计问题。
Mechanical APDL：即ANSYS Multiphysics，融结构、热、流体、声学、电磁场以及这些场之间的耦合分析功能为一体的高端多物理场耦合分析软件包。
POLYFLOW：采用有限元法的计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）软件，专用于黏弹性材料的流动模拟，适用于塑料、树脂、玻璃等材料的挤出成形、吹塑成形、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动及传热和化学反应问题。
Vista TF：涡轮机械的流线曲率通流计算程序，用于在设计早期快速计算涡轮机械（泵、压缩机、涡轮机）的径向叶片排数。
Mechanical Model：即ANSYS Simulation。
Microsoft Offiice Excel：使用Microsoft Offiice Excel 2007或2010作为ANSYS Workbench的计算器。
Engineering Data：工程材料数据库，用于定义和访问分析中使用的材料模型。
External Data：支持用户从一个文本文件导入数据，并传递给一个分析应用程序。
Results：专业且先进的CFD的后处理工具，可视化地显示CFD仿真结果。
FSI: Fluid Flow (CFX) -> Static Structural：单向的流固耦合系统（流体使用CFX求解器）。
FSI: Fluid Flow (FLUENT) -> Static Structural：单向的流固耦合系统（流体使用FLUENT求解器）。
Pre-Stress Modal：预应力模态分析系统。
Random Vibration：随机振动分析系统。
Response Spectrum：响应谱分析系统。
Thermal-Stress：热应力耦合分析系统。
Goal Driven Optimization：目标驱动优化。
Parameters Correlation：参数相关性研究。
Response Surface：响应面分析。
Six Sigma Analysis：6σ分析。
New：新建分析。
Open：打开一个wbpj文件。
Save：存储当前分析。
Save As：另存当前分析。
Save to Repository：存储到库。
Open From Repository：从库打开。
Send Changes to Repository：将修改发到库。
Get Changes from Repository：从库内取出修改。
Manage Repository Project：库项目管理。
Launch EKM Web Client：启动EKM客户端。
Import：导入WB10/11文件（wbdb）、材料库文件（xml或engd）、网格文件、图形文件等。
Archive：压缩为wbpz文件，对于传输动辄几百MB、甚至上GB的WB文件非常有用。
Restore Archive：导出压缩文件。
Save to Teamcenter：存储到Teamcenter。
Scripting：宏。
Export Report：导出html报告。
Exit：退出。
说明：
WB的存盘文件包括主索引文件*.wbpj和同名文件夹*-files，所有计算文件均放置在该文件夹内，两者必须共同存在，缺一不可。
Refresh：刷新。
Compact Mode：简洁模式。
Reset Workspace：重置工作平台。
Reset Windows Layout：重置布局，这两个重置操作可以快速将Workbench主界面恢复到初始状态。
Solution Information：结果信息。
Toolbox：工具箱，对应2.1.1～2.1.4节的界面。
Toolbox Customization：定制工具箱。
Project Schematic：项目管理。
Files：文件，可以快速查看整个分析目录下的所有文件。例如找到*.dat文件，用记事本打开，就是Workbench的操作命令流。
OutLine：概要。
Properties：属性，对各个分析条目的属性一一说明，建议打开。
Table：表格。
Chart：图表，在定义材料时，必须勾选打开OutLine、Properties、Table和Chart四个选项。
Message：信息。
Progress：进度，在进行计算时，建议打开，方便随时终止。
Sidebar Help：侧边帮助栏。
Show Connection Bundled：显示多项分析的接触连线数值。
Show System Coordinates：显示坐标系。
设置WB启动目录、临时文件目录、启动时是否加载导读对话框及是否加载新闻信息等。其中：
Default Folder for Permanent Files：WB启动的默认目录，建议改为非系统盘目录。
Folder for Temporary Files：WB临时文件放置目录，建议改为非系统盘目录。
设置背景、文字及几何图形的颜色等。其中：
Background Color：设置WB背景，可以改变为白色。
Beta Option：打开β选项，使用WB前一定需要打开。
可设置德语、英语、法语、日语四种语言。可以在安装目录\ansys inc\v15\commonfiles\ language找到对应语言目录，并可以在languagesettings.txt设置对应的语言。
设置日志、记录文件目录及相应文件的保留时间。其中：
Journal File Directory和Workbench Log Files Directory一定需要设置为非系统盘目录。
前处理模型导入的相关设置，其中：
Preferred Geometry Editor：可设置WB前处理编辑器为DesignModeler或SpaceClaim。
Analysis Type：可设置分析类型为3D或2D。注意WB不能进行3D与2D分析的转换，所以在分析前一定需要在Properties里设置3D或2D分析。
Basic Option-Linebody：可导入线体模型，注意针对参数建模的分析，需要打开此选项。
Material Properties：可以从外部CAD模型中读取材料参数。
Parameter：设定CAD模型参数与WB模型的接口，默认在CAD模型参数前面加DS。
Coordinate Systems：将CAD模型建立的坐标系导入到WB分析界面。
Import Work Points：将CAD模型建立的工作点导入到WB分析界面。
Mixed Import Resolution：可导入CAD复合模型，如实体与面混合模型或面与线混合模型。
WB以工程流程图的形式来处理工程分析，左侧的分析系统、组件、优化设计等都可以加入工程流程图，并建立关联，使之描述整个分析流程及使用WB各项功能。如图2-3-1所示，图中的关联线就是WB相比其他软件的优势特点之一。建立关联有3种方法。第一种方法：按住鼠标左键，将模块拖拉到前一处模块位，会出现一个或多个绿色的方框，松开鼠标左键即建立关联。第二种方法：先将各模块依次摆放，然后按住鼠标左键，将模块下的某一栏（如A2）拖拉到需要关联的某一栏（如B3），松开鼠标左键即建立关联。第三种方法：用鼠标右键点击某一栏（如B5），在出现的菜单中点击Transfer Data From New或Transfer Data To New，即可向前或向后建立关联。这3种方法各有操作特点，读者需要根据实际分析具体采用。
图2-3-1 WB工程流程图
ACT 是Application Customization Toolkit的缩写。WB从14.5版本之后即有此插件功能，插件为用户提供了一些工具，可以很方便地解决在WB界面里需要插入Command或繁琐操作才能处理的问题。下面的ACT实例以WB 15.0为例。
如图2-4-1所示，调用某个ACT插件时，需要在插件前面的Loaded处打勾。
图2-4-1 ACT插件管理器
（1）以FEInfo ACT插件为例，进入分析界面可以看到新增一工具条，如图2-4-2所示的方框。
首先使用WB默认的一些有关有限元模型的操作。点击View→Annotation Preferences，如图2-4-3设置，即可看到整个模型的节点编号。如图2-4-4依次点击，可以看到单个节点的详细信息（包括节点相对于坐标系的位置及节点编号）。
图2-4-2 插入FEInfo ACT的分析界面
图2-4-3 显示节点编号设置
图2-4-4 节点详细信息操作
再使用ACT功能。如图2-4-5依次点击，其中2～6步需要按住Ctrl键，可以看到点选的节点坐标位置和节点编号；如图2-4-6点击，可以看到与点选节点相邻的单元位置和编号。类似操作，在相应菜单位置可以用编号（格式：编号，编号-编号）、坐标位置、txt文档（内容：编号，编号，……例如：1，2，3，20）查找节点和单元；同时可以测量两节点或单元的距离，这对收敛计算的估计非常有帮助。
图2-4-5 FEInfo节点选择操作
图2-4-6 FEInfo节点相邻单元选择操作
注意
插入的txt文档必须采用英文目录，同时文档中编号之间的逗号必须为英文字符。
（2）以WindLoad_APDL ACT插件为例。建立一圆台模型，进入分析界面可以看到新增一工具条，如图2-4-7所示的方框。根据建筑结构载荷规范，结构件依照不同的高度，风载荷会发生变化，计算的效果以风载的水平剪切作用为目的。
建立一坐标系，坐标系的原点为风载加载的起点，X方向为风载方向，Z方向为风载高度方向，如图2-4-8所示。
图2-4-7 插入WindLoad_APDL ACT的分析界面
图2-4-8 新建一坐标系设置界面
载荷加载如图2-4-9所示，依据风载计算公式
（式中，
为风载荷，
为空气密度，v为风速，A为风载载荷面积，
为牵引系数）可知，风载与空气密度有关。因此，一定要设置环境温度，因为不同温度对应的空气密度不同。
图2-4-9 风载计算时环境温度设置
WindLoad_APDL设置如图2-4-10所示。图中1为风载加载面，2为图2-4-8新建的坐标系，3可选择定值或梯度风载，4选择风载方向和高度，5定义风速，6定义空气密度，7定义形状因子。
图2-4-10 WindLoad_APDL设置
计算结果如图2-4-11所示。
图2-4-11 WindLoad_APDL ACT计算结果
ACT作为插件不仅扩展了WB的内部功能，同时还作为接口与WB建立关联，例如，TCSCA、EDEM、PDF等软件都开发了与WB的相应ACT接口程序。
（3）C程序。用于将FE模型转换成stl文件。（注：ANSYS17.0已经可以直接用右键导出，之前版本只能用组件系统下的Finite Element Modeler模块进行处理。）
主程序：
/*
---------------------------------------------------------------------------
Simple program that takes the nodes and elements from the surface of an
ANSYS FE model and converts it to a binary STL file.
USAGE:
Create and ANSYS surface mesh one of two ways:
1: amesh the surface with triangles
2: esurf an existing mesh with triangles
Write the triangle surface mesh out with nwrite/ewrite
Run ans2stl with the rootname of the *.node and *.elem files as the only argument
This should create a binary STL file
COMPILE:
gcc -o ans2stl_win ans2stl_win.c
---------------------------------------------------------------------------*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct vertStruct *vert;
typedef struct facetStruct *facets;
typedef struct facetListStruct *facetList;
int ie[8][999999];
float coord[3][999999];
int np[999999];
struct vertStruct {
float x,y,z;
float nx,ny,nz;
int ivrt;
facetList firstFacet;
};
struct facetListStruct {
facets facet;
facetList next;
};
struct facetStruct {
float xn,yn,zn;
vert v1,v2,v3;
};
facets theFacets;
vert theVerts;
char stlInpFile[80];
float xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax;
float ftrAngle;
int nf,nv;
void swapit();
void readBin();
void getnorm();
long readnodes();
long readelems();
/*--------------------------------*/
main(argc,argv)
int argc;
char *argv[];
{
char nfname[255];
char efname[255];
char sfname[255];
char s4[4];
FILE *sfile;
int nnode,nelem,i,i1,i2,i3;
float xn,yn,zn;
if(argc <= 1){
puts("Usage: ans2stl file_root");
exit(1);
}
sprintf(nfname,"%s.node",argv[1]);
sprintf(efname,"%s.elem",argv[1]);
sprintf(sfname,"%s.stl",argv[1]);
nnode = readnodes(nfname);
nelem = readelems(efname);
nf = nelem;
sfile = fopen(sfname,"wb");
fwrite("PADT STL File, Solid Binary",80,1,sfile);
swapit(&nelem,s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
for(i=0;i<nelem;i++){
i1 = np[ie[0][i]];
i2 = np[ie[1][i]];
i3 = np[ie[2][i]];
getnorm(&xn,&yn,&zn,i1,i2,i3);
swapit(&xn,s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&yn,s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&zn,s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[0][i1],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[1][i1],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[2][i1],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[0][i2],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[1][i2],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[2][i2],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[0][i3],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[1][i3],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
swapit(&coord[2][i3],s4); fwrite(s4,4,1,sfile);
fwrite(s4,2,1,sfile);
}
fclose(sfile);
puts(" ");
printf(" STL Data Written to %s.stl \n",argv[1]);
puts(" Done!!!!!!!!!");
exit(0);
}
void getnorm(xn,yn,zn,i1,i2,i3)
float *xn,*yn,*zn;
int i1,i2,i3;
{
float v1[3],v2[3];
int i;
for(i=0;i<3;i++){
v1[i] = coord[i][i3] - coord[i][i2];
v2[i] = coord[i][i1] - coord[i][i2];
}
*xn = (v1[1]*v2[2]) - (v1[2]*v2[1]);
*yn = (v1[2]*v2[0]) - (v1[0]*v2[2]);
*zn = (v1[0]*v2[1]) - (v1[1]*v2[0]);
}
long readelems(fname)
char *fname;
{
long num,i;
FILE *nfile;
char string[256],s1[7];
num = 0;
nfile = fopen(fname,"r");
if(!nfile){
puts(" error on element file open, bye!");
exit(1);
}
while(fgets(string,86,nfile)){
for(i=0;i<8;i++){
strncpy(s1,&string[6*i],6);
s1[6] = '\0';
sscanf(s1,"%d",&ie[i][num]);
}
num++;
}
printf("Number of element read: %d\n",num);
return(num);
}
long readnodes(fname)
char *fname;
{
FILE *nfile;
long num,typeflag,nval,ifoo;
char string[256];
num = 0;
nfile = fopen(fname,"r");
if(!nfile){
puts(" error on node file open, bye!");
exit(1);
}
while(fgets(string,100,nfile)){
sscanf(string,"%d ",&nval);
switch(nval){
case(-888):
typeflag = 1;
break;
case(-999):
typeflag = 0;
break;
default:
np[nval] = num;
if(typeflag){
sscanf(string,"%d %g %g %g",
&ifoo,&coord[0][num],&coord[1][num],&coord[2][num]);
}else{
sscanf(string,"%d %g %g %g",
&ifoo,&coord[0][num],&coord[1][num],&coord[2][num]);
fgets(string,81,nfile);
}
num++;
break;
}
}
printf("Number of nodes read %d\n",num);
return(num);
}
/* A Little ditty to swap the byte order, STL files are for DOS */
void swapit(s1,s2)
char s1[4],s2[4];
{
s2[0] = s1[0];
s2[1] = s1[1];
s2[2] = s1[2];
s2[3] = s1[3];
}测试实例：
/ *======================================================
SAMPLE ANSYS INPUT DECK THAT SHOWS USAGE
finish
/clear
/file,a2stest
/PREP7
!----------
! Build silly geometry
BLC4,-0.6,0.35,1,-0.75,0.55
SPH4,-0.8,-0.4,0.45
CON4,-0.15,-0.55,0.05,0.35,0.55
VADD,all
!------------------------
! Mesh surface with non-solved (MESH200) triangles
et,1,200,4
MSHAPE,1,2D ! Use triangles for Areas
MSHKEY,0 ! Free mesh
SMRTSIZE,,,,,5
AMESH,all
!----------------------
! Write out nodes and elements
nwrite,a2stest,node
ewrite,a2stest,elem
!--------------------
! Execute the ans2stl program
/sys,ans2stl_win.exe a2stest
======================================================= */一般有限元软件都基于Windows平台操作，读者对Windows的操作能力也不尽相同，这里简要介绍一些ANSYS软件相关的Windows操作，以便读者可以更快更好地使用ANSYS软件。
ANSYS软件的各级菜单都需要以Administrator用户身份才能正常运行。如图2-5-1所示，用鼠标右键单击程序，在出现的菜单中选择“以管理员身份运行”。如果觉得每次都需要这样操作比较麻烦，可以采用下列两种方法。
图2-5-1 管理员身份打开程序
（1）恢复Administrator用户。Windows高版本都隐藏Administrator用户以保证系统安全。在保证计算机安全的前提下，右键点击“计算机”图标，再点击“管理”菜单。如图2-5-2所示，选择“本地用户和组”→“用户”→“Administrator”，在Administrator属性菜单中将“账户已禁用”勾选去掉，即恢复使用Administrator用户，然后以Administrator用户登录即可。
图2-5-2 恢复Administrator
（2）如果不想恢复Administrator用户，可以用鼠标右键单击程序，在出现的菜单中选择“属性”，如图2-5-3在“兼容性”处勾选“以管理员身份运行此程序”即可。
图2-5-3 以管理员身份运行此程序
WB内部虽然可以使用中文对零件命名，但文件传递时仍不支持中文系统，所以不推荐使用中文。特别是文件存储时，一定不能放置到桌面，这是因为国内使用的Windows系统都是中文版，桌面其实为中文目录。
另外，Windows系统默认隐含文件的扩展名，这对查看WB目录下的文件非常不方便，所以需要显示文件的扩展名。如图2-5-4所示，点击“组织”→文件夹和搜索选项”→“查看”，将“隐藏已知文件类型的扩展名”勾选去除。
图2-5-4 显示文件扩展名
CAE软件安装时往往需要定义环境变量，环境变量是在操作系统中用于指定应用程序将使用到的信息。例如，指定Windows的Path环境变量，当要求系统运行一个程序而没有说明其程序所在的完整路径时，系统除了在当前目录下面寻找此程序外，还会到Path中指定的路径去寻找；除了指定路径以外，还有根据内部命令设置以解释程序Command运行。CAE用户通过设置环境变量，可以更好地运行进程。具体设置如图2-5-5所示，右键点击“计算机”图标，再点击“属性”→“高级”→“环境变量”菜单。
图2-5-5 环境变量设置
CAE分析时，计算速度和完成时间是所有使用者最关心的问题。当然，一台硬件超级优越的电脑有助于提高使用者的信心，但是现在计算规模越来越大，使用者都希望随时监控电脑的CPU、内存、硬盘使用情况，以便及时处理各种突发事件并对完成时间进行预估。
在Windows任何界面下同时按住Ctrl+Alt+Delete键启动“任务管理器”，点击“性能”→“资源监视器”，如图2-5-6所示。在此界面可以查看CPU、磁盘、内存等分布情况，其对系统消耗资源的监控是以进程为单位，并说明每个进程分别占用了多少系统资源，据此可以判断计算时的硬件开销。当出现硬件资源不够时，右键点击某个程序，不仅可以结束进程、结束进程树，还可以挂起一些暂时不用的进程，例如，挂起explorer进程，以节约系统资源，保证计算所需。
图2-5-6 监视计算资源
在WB使用时，有时只是点了存盘，但是忘记存放目录；或者需要调用以前的计算文件，但是忘记了其存放位置。此时需要用到Windows的查找功能。如图2-5-7所示，点击查找图标，定义“修改日期”和“大小”，其中“大小”选择“巨大（>128MB）”，即可快速查找到目标文件。
图2-5-7 查找文件
WB的鼠标操作与Windows操作完全一致，正因如此，WB存在一些鼠标操作技巧。
如图2-5-8所示，在菜单左上角区域双击鼠标左键，即可关闭此窗口；在菜单顶端中部区域双击鼠标左键，可以调换窗口大小。同理，在WB任何菜单中，都可以按上述方法关闭窗口和恢复窗口尺寸及位置。这对于WB用户来说，如果调乱了窗口界面，用此方法远比Reset恢复窗口要快速得多。
图2-5-8 快速关闭或恢复窗口
