1 概述

在不断拓展的仿真应用中，工程师和设计者必须精确预测复杂产品在多种物理场相互作用的自然界中的真实行为。ANSYS多物理场解决方案使得用户能够评估他们的设计在真实世界多物理场条件下的运作状况。ANSYS提供的软件使得工程师、科学家们能够在简单统一的工程仿真环境中模拟结构力学、热传递、流体流动和电磁学相关问题及其多物理场相互作用的问题。

ANSYS Mechanical Enterprise 是一流的机械工程软件解决方案，通过 ANSYS Mechanical 界面使用有限元分析（FEA）进行结构分析。它涵盖大量应用程序，配有从几何结构准备到优化以及其间所有步骤所需的一切。借助 Mechanical Enterprise，您可以针对近海流体动力学和分层复合材料等领域的高级材料、复杂环境负载和行业特定要求建模。

• 材料
  
        全面的材料模型，从超弹性、形状记忆合金、土壤、混凝土、塑料到金属结构的所有一切均可准确建模；您甚至可以根据需要添加用户定义的材料模型。
  
  动力学
  
        Mechanical Enterprise 可涵盖您对动力学分析的所有需求，包括（针对线性动力学的）预应力模态、谐波、光谱响应和随机振动以及用于快速求解的高级求解器选项。在瞬态域中，隐式和显式求解器均可帮助您针对与时间有关的情景建模。借助刚体动力学功能，您可以快速求解机制。您还可以利用其加入组件模态综合（CMS）部分，以便为模型增加灵活性，同时加快仿真。
  
  Additional value
  
         Mechanical Enterprise 具备 ANSYS ACT 等工具，可定制化您的工作流程、添加功能和加快您的仿真流程；而且包含内置优化技术的 ANSYS DesignXplorer，可在最快的时间内获得最佳答案。ANSYS SpaceClaim 的加入意味着，您可在设计改变时直观快速地准备用于分析的几何结构（中面、波形提取和简化）、构建原型模型或操纵几何结构。

• 强度分析 ANSYS Mechanical 为您提供了开展部件和组件强度分析所需的所有工具。它能够考量螺栓负载、温度变化和物理负载导致的各项参数，包括应力以及压力、力、力矩、加速度和位移等。它能够按照组件或部件级别的位移、应力或应变评估结构响应。这有助于您预测产品在使用中的性能。	振动 ANSYS Mechanical 仿真可帮助您了解您的设计将如何响应制动摩擦、地震、运输以及声波负载和谐波负载等现象造成的振动。ANSYS Mechanical 为您提供了一个单物理场和多物理场仿真平台，帮助您解决最棘手的振动挑战。
  热力分析 热管理是产品设计中的关键问题，因为物联网、可穿戴电子产品和其他产品设计趋势要求在越来越小的封装内集成多个发热电子组件。ANSYS 工具为高精度热仿真提供了相应环境，包括对流、辐射和传导负载，以及摩擦和其他外部来源产生的功率损耗和热能影响。	耐用性 振动和疲劳会严重影响维护成本和产品的使用寿命。ANSYS Mechanical 解决方案和 ANSYS nCode DesignLife 分析可提供所需的集成工具，识别潜在的振动、机械和热机械疲劳热点，并能提高产品的耐用性。
  刚体动力学 机械系统通常包含由互连部件组成的复杂组件，例如地面车辆中的悬挂组件、制造流水线中的自动机械以及飞机上的起落架。模拟这些系统的运动成本高昂，需要耗费巨大时间和计算资源。在高效易用的 ANSYS Mechanical 中，ANSYS Rigid Body Dynamics 插件模块提供了更快、更经济且更有效率的解决方案。	流体动力学 近海结构的设计要求与传统的陆上建造相当不同。ANSYS Mechanical 提供了相应工具，可基于海浪、洋流和风力等现象精准仿真负载和效果。您可以定义所需的细节级别，从桁架式结构的简化模型到包括海浪、潮汐和洋流负载所有方面的高保真仿真。
  优化 借助 ANSYS Design Xplorer，您能够模拟多个设计参数、不同负载和环境条件的改变，所用时间比制作一个实体原型还短。各项工具可确定每个参数的影响，并能采用六西格玛方法将制造浮动性纳入其中。您能够借此在单一环境中执行所有仿真，确保最佳设计能够满足任何条件。	用于有限元分析 (FEA) 的 HPC 利用 ANSYS HPC 开展并行处理可将解决方案时间从数天大幅缩短至数小时，从而使得大型和极其复杂的虚拟模型成为可能，而这在以前是做不到的。设计师可以在更短时间内评估更多设计迭代，加快设计优化。HPC 采用可拓展的灵活授权模式，可满足不同规模公司的需求。
  复合材料 制造商利用复合材料获得了能够生产出更轻、更坚固的创新材料新解决方案的同时也面临着新的挑战。作为 ANSYS Mechanical Enterprise 的一部分，ANSYS Composite PrepPost 软件可提供分层复合结构有限元分析所需的所有工具。	影响 撞击或恶劣环境造成的损坏可能会缩短产品的使用寿命，带来保修和维修费用并引发责任风险。利用 ANSYS 结构分析工具，您可以模拟机械、显式动力学和刚体动力学模型，识别遭受影响后的潜在产品形变或损坏。
  拓扑优化 ANSYS Mechanical 为您提供了所需的工具，助您利用增材制造等全新制造技术。部件形状的优化经常有违直觉，牵一发而动全身；采用 ANSYS 拓扑优化技术，您可以在众多材料上指定支持和负载的位置，利用软件找到最佳形状。现在，您可以轻松实现结构轻量化，提取 CAD 形状并快速验证经过优化的设计。	增材制造 增材制造是在3D模型基础上逐层打印复杂部件的一种方法。ANSYS增材制造仿真技术帮助您优化3D打印设计，确定设计中的任何潜在应力或变形，从而在设计前期阶段解决问题，同时还能根据打印过程中的热历史预测部件的微观结构。仿真技术让您放心的摈弃试错法，首次构建即可成功获得具有良好结构属性的部件

ANSYS Mulitiphysics为多物理场和单一物理场分析都提供了全面的解决方案。该产品包含结构、热、流体和高-低频电磁场分析功能，包含多物理场直接耦合场单元和ANSYS多场求解器，从而同时提供直接耦合和顺序耦合求解多物理场问题的解决方案。将工业界领先的结构、热、流体和电磁各学科求解器技术与开放的ANSYS Workbench环境、灵活的仿真方法和并行产品组合包结合起来，ANSYS Mulitiphysics为用户提供足够的手段解决真实世界的、具有挑战性的多物理场问题。多物理场带来的更多好处：

· 针对所有物理场的高品质求解器：结构力学、热传递、流体流动和电磁场

· 统一的多物理场仿真环境

· 全参数化多物理场分析

· 多物理场仿真的并行求解

2.产品优势

Ø 可靠的求解器技术

ANSYS多物理场解决方案建立在可靠的求解器技术之上，已被很多大学和公司的几十年应用所证实。在所有物理学科中的技术深度和宽度是理解不同物理学科之间相互作用所必须的。ANSYS将工业领先的结构、热、流体和电磁各学科求解器技术与开放的ANSYS Workbench环境、灵活的仿真方法和并行的产品组合包结合起来，为用户提供足够的手段解决真实世界的、具有挑战性的多物理场问题。

汽车刀片保险丝耦合电传导、热传递和热应力分析的多物理场分析

Ø 统一仿真环境

ANSYS Workbench平台是一个强大的多物理场仿真环境，为ANSYS核心功能的应用增添了利器，为CAD接口、几何修复、网格划分、结果后处理提供通用工具，并赋予协同工作能力。ANSYS Workbench环境使得多物理场仿真能够在这样一个开放、适应的软件架构中完成。

感应加热炉电磁-流体耦合

Ø 灵活的仿真方法

ANSYS多物理场解决方案提供了两个被公认的求解技术来求解多物理场问题，包括直接耦合求解与顺序耦合求解。这两种途径提供了灵活的仿真方法来求解广泛的直接耦合和顺序耦合的多物理场问题，如：感应加热、静电激励、焦耳热生成和流固耦合作用（FSI）。

Ø 直接耦合场单元

直接耦合场单元允许用户仅使用一个有限单元模型，选择合适的耦合物理场选项，就能求解耦合场问题。直接耦合场求解技术通过允许用户创建、求解和后处理一个简单的分析模型，极大地简化了各种各样多物理场问题的模拟。

直接耦合场单元的特点：

· 单一模型简化多物理场仿真

· 支持主要的耦合物理场

· 高度非线性多物理场求解的鲁棒性

· 支持并行处理

· 包含几何非线性

Ø 顺序耦合求解

顺序耦合技术允许工程师们通过将多个单一物理场的模型耦合到统一的仿真环境中，用ANSYS Workbench中的自动多物理场耦合技术求解多物理场问题。该平台对于诸如热-应力分析、微波加热和流固耦合等多物理场问题，支持单向和双向顺序求解。

顺序耦合求解特点：

· 不同分析系统之间自动载荷映射

· 单向和双向耦合

· 支持不同物理模型之间的异构网格

· 物理专家之间的协作

· 高级流固耦合

多物理场耦合的关键在于各场分析数据的无缝传递，如果没有协同统一的数据库，或者不是同一家公司产品，分析数据的传递通常是无法达到无缝的要求的。ANSYS不仅提供结构、流体、热、电磁单场分析功能，而且这些分析在统一模拟环境、数据库中进行。经过多年的不断发展和完善，以先进的分析技术和理念引领着多物理场仿真的发展方向。

3.功能特点

Ansys Mechanical创建了一个集成平台，该平台使用有限元分析（FEA）进行结构分析。Mechanical是一个动态环境，它拥有一系列完整的分析工具，从为分析准备几何图形到物理模型以获得更高的保真度。直观、可定制的用户界面使各级工程师能够快速、自信地获得答案。

Ø 线性动力学

Ansys Mechanical涵盖了线性动态分析的所有需求，包括模态、谐波、频谱响应和预应力随机振动，以及快速解决方案的高级求解器选项。

Ø 非线性

超越线性弹性材料，您可以模拟材料发生塑性变形甚至超弹性变形时的行为（橡胶和氯丁橡胶等材料）。

Ø 接触

Ansys Mechanical包括一系列全面的接触功能，使您能够考虑多个零件之间的相互作用。

Ø 结构优化

Ansys Mechanical包括参数化、形状（网格变形）和拓扑优化。Ansys Mechanical中的任何模型都可以用于驱动参数优化。

Ø 热分析

通过模拟部件之间的热传导、对流和辐射，可以预测零部件的温度，然后可以使用这些温度来检查产生的应力和变形。

Ø 材料

一系列材料模型涵盖了超弹性、形状记忆合金、土壤、混凝土、塑料和金属结构等所有材料，可在机械模型中精确建模。

Ø 复合材料

Ansys Mechanical具有利用上游制造模拟工具的数据对短纤维复合材料建模的功能。

Ø 流体力学

Ansys解决了与所有类型海上和海洋结构物的水动力评估相关的绝大多数分析要求。

Ø 流固耦合

根据压力和/或热负荷准确预测流体和固体之间的相互作用。随着流体-结构相互作用的增加和问题需要更详细的评估，Ansys已经为单向和双向耦合提供了自动化、易于使用的解决方案。

Ø 定制和脚本

定制仿真工作流的快、简单的方法。Ansys Mechanical内部的自定义功能允许重复任务或特定工作流自动化并在用户之间共享。

4.新增功能（Ansys Mechanical 2021 R2）

Ansys 2021 R2带来了与Ansys Mechanical的更多产品集成，使用户能够通过在Mechanical界面中使用和编写脚本，访问更多的求解器技术，以实现稳健的模拟和无限的建模可能性。

Ø 装配式结构的新啮合能力

新功能包括自动缝焊、热影响区（HAZ）元件和大型焊接件组件的网格生成。新的指导工作流程可实现效率和持续分析，如疲劳计算。

Ø 简化多阶段分析

使用不同的循环对称扇区计数执行简化的多级分析可通过将模型大小和运行时间减少到原来的1/50倍而节省大量时间。

Ø 与Ansys LS-DYNA的持续集成

将LS-DYNA技术（如光滑粒子流体动力学（SPH）、任意拉格朗日-欧拉（ALE）和隐式-显式解决方案）集成到Ansys Mechanical中，可实现诸如预应力加载和重新启动跌落试验模拟等工作流。