1.4.3 模型导入——ANSYS Workbench有限元分析快速入门
因为本书的对象是商用有限元分析软件的初学者或初次接触有限元法的工程人员，所以这里以某个简单零件的静力学分析为案例，介绍ANSYS Workbench有限元计算的基本过程。具体步骤如下。
1.建立零件的模型
用任意三维建模软件建立一个工字钢的模型。可根据用户的建模习惯，选用自己熟悉的建模软件，模型以STEP格式或其他格式导出。因为SolidWorks软件是先进的、主流的三维CAD解决方案，具有功能强大、易学易用的优点，所为本书所用模型主要基于SolidWorks软件进行建模。图1-6所示为用建模软件完成的工字钢模型，制作好的模型以STEP格式或其他格式导出，如图1-7所示。
图1-6 用建模软件完成的工字钢模型
图1-7 模型以STEP格式或其他格式导出
特别提示
ANSYS Workbench设置了两种CAD软件的数据交换接口的方法：
第一种方法是先在三维建模软件中将制作好的模型保存为ANSYS Workbench可以导入的多种格式。以SolidWorks所建模型为例，可以是IGES、STEP、SolidWorks、Parasolid、STL等多种格式，然后在ANSYS Workbench项目中导入该模型文件。
第二种方法是把三维建模软件和ANSYS Workbench软件连接起来，在三维建模软件中直接启动ANSYS Workbench软件，具体操作方法可在网络上查询。
2.确定分析类型
打开ANSYS Workbench软件，在其工作界面左边的“Toolbox”（工具箱）项目栏中，单击“Static Structural”（结构静力学分析）模块，按住鼠标左键不放，用光标把选定项目拖到“Project Schematic”窗口的空白处。这样，就可以建立结构静力学分析工作流了，如图1-8所示。
图1-8 建立结构静力学分析工作流
3.设置材料参数
在“Static Structural”模块中双击“Engineering Data”选项，打开材料参数设置表，把材料名称设为Q235B、“Density”（密度）设为7850（单位：kg/m3）、“Young’s Modulus”（杨氏模量）设为20600（单位：MPa，在软件中该数值以科学记数法出现）、“Poisson’s Ratio”（泊松比）设为0.3，如图1-9所示。
图1-9 设置材料参数
特别提示
在熟悉ANSYS Workbench工作界面过程中，若不小心关掉工具箱、项目视图区、列表等，可通过菜单“view-Reset Window Layout”恢复。
4.把模型导入“Static Structural”模块
在“Static Structural”模块中，用右键单击“Geometry”选项，在弹出的菜单中选择“Import Geometry”选项，在其下级菜单中选择“Browse”选项。然后，选择步骤1导出的模型文件，把模型导入“Static Structural”模块中，如图1-10所示。导入模型后，双击“Geometry”选项，即可在前处理环境“SpaceClaim”中打开模型，如图1-11所示。检查模型无误后进行下一步操作，或者对模型进行几何处理。
图1-10 把模型导入“Static Structural”模块中
图1-11 在前处理环境“SpaceClaim”中打开模型
5.为模型赋予指定的材料
在“Static Structural”模块中双击“Model”选项，打开ANSYS Workbench的结构模块。依次单击“Model”→“Geometry”选项左边的加号，打开各自的层级菜单，选中所有的模型部件。打开Details of“SYS\___1”界面，在“Material”选项的下级菜单“Assignment”中选择“Q235”选项，为模型赋予指定的材料，如图1-12所示。操作完毕，模型材料被设为Q235，如图1-13所示。
图1-12 为模型赋予指定的材料
图1-13 模型材料被设为Q235
6.几何体网格划分
用右键单击“Mesh”选项，在弹出的菜单中依次单击“Insert”→“Method”选项，打开Details of“Automatic Method”-Method界面，对“Method”选择“Automatic”选项，即选择自动网格划分方式（见图1-14）。用右键单击“Mesh”选项，在弹出的菜单中依次单击“Insert”→“Sizing”选项，把网格大小设定为10.0mm（见图1-15）。用右键单击“Mesh”选项，在弹出的菜单中单击“Generate Mesh”选项，计算机在运行一段时间后，对模型进行网格划分。完成网格划分后的工字钢有限元模型如图1-16所示。
图1-14 为模型指定自动网格划分方式
图1-15 为模型指定网格大小
图1-16 完成网格划分后的工字钢有限元模型
7.载荷边界条件与约束边界条件的设定
依次单击工具条中的“Loads”→“Force”选项，在弹出的“Details of‘Force’”界面中，按照图1-17（a）所示的数值和力的方向进行设置。设置完毕，双击“Geometry”选项，选中如图1-17（b）所示的工字钢的一个表面，完成载荷边界条件的设置。
图1-17 载荷边界条件的设置
约束边界条件的设定步骤如下：单击工具条中的“Supports”→“Fixed Support”选项，在弹出的“Details of‘Fixed Support’”界面中按照如图1-18所示的数值和力的方向进行设置。设置完毕，双击“Geometry”选项，选中如图1-18所示的工字钢的一个表面，完成约束边界条件的设置。
图1-18 约束边界条件的设置
8.求解
在所有边界条件设置完成后，用右键依次单击“Solution”→“Solve”选项，即可对有限元模型进行求解，如图1-19所示。
9.后处理
求解计算完成后，在“Solution”选项左边出现一个绿色的钩形符号。用右键依次单击“Solution”→“Insert”→“Strain”→“Equivalent（von-Mises）”选项，即可插入von-Mises应力，如图1-20所示。提取得到的von-Mises应力云图如图1-21所示。
图1-19 对有限元模型进行求解
图1-20 对完成求解计算的有限元模型插入von-Mises应力
图1-21 提取得到的von-Mises应力云图
需要注意的是，本节只是简要介绍了建立模型、把模型导入ANSYS Workbench、设置材料属性、几何体网格划分、设置边界条件、求解以及后处理查看应力的基本操作流程，较深入的知识如模型清理、网格划分方式、有限元计算结果的提取等内容，将在后续章节中详细介绍。
特别提示
（1）ANSYS Workbench 17.0～21.0各个版本在练习操作中的显示可能会略有不同。
（2）在刚开始熟悉界面、菜单和命令的过程中，不需要将每个功能和细节都完全理解，先掌握需要用到的常用功能，然后逐步拓展和体会。
（3）ANSYS Workbench中的项目列表有多种操作形式，既可以拖曳也可以直接双击，既可以新建各自独立的项目列表，也可在一个工程项目中共享关联。建议初学者按照本书模式，在一个工程项目中进行分析。
基于内容的完整性，使用ANSYS APDL有限元分析的基本流程见附表1-1。对初学者，不建议学习ANSYS APDL（经典版），了解一下即可。