ANSYS培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与ANSYS技术发展路线，按照物理场与仿真技术专题分类，涵盖从基础操作到高级应用、从单一物理场到多物理场耦合、从结构分析到流体仿真的完整知识体系，共分为六个技术专题。每个专题均结合ANSYS官方工具链与工程实践。

课程目录

专题一：ANSYS Workbench基础与通用前处理技术

专题二：ANSYS结构静力学与动力学分析

专题三：ANSYS非线性分析与结构稳定性

专题四：ANSYS CFD流体动力学仿真

专题五：ANSYS电磁场与多物理场耦合

专题六：ANSYS优化设计与二次开发

课程体系概述

ANSYS为通用之有限元素分析法软件之一，广泛应用于结构分析、流体仿真、电磁分析、多物理场耦合等领域。结构分析是确认设计物品质与安全性的必要手段，最常用的结构分析技术就是有限元素法。ANSYS通过Workbench平台实现多物理场协同仿真，涵盖从几何建模、网格划分到求解后处理的完整分析流程。本课程体系参考了ANSYS官方培训计划、工研院产业学院课程、同济大学《结构概念分析与ANSYS程序实现》课程以及安博先进等专业培训机构的课程设置，按照从基础到高级、从通用到专业的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

专题一：ANSYS Workbench基础与通用前处理技术

培训目标

• 熟悉ANSYS Workbench平台界面与项目管理流程

• 掌握几何建模与修复技术

• 理解网格划分原理与质量控制方法

• 具备有限元模型前处理的完整能力

培训内容介绍

1. ANSYS Workbench平台概述：Workbench项目视图，组件系统，数据连接与共享，多物理场耦合架构，工程文件管理

2. ANSYS用户界面与基本操作：菜单栏、工具栏、图形窗口、树形目录，单位制设置，分析类型选择，材料库管理

3. 几何建模与修复技术：DesignModeler/SpaceClaim参数化建模，几何清理（去除小特征、修补缺失面），概念建模（梁/壳/线体），命名选择创建

4. 有限元素模型建立：从CAD模型到CAE模型的转换，特征抑制原则，细节简化标准，对称性与周期性的利用

5. 网格划分基础：网格类型选择（四面体、六面体、多面体），全局与局部网格尺寸控制，网格质量评价指标（偏斜度、正交性、雅可比）

6. 网格质量控制与设定技术：膨胀层（边界层）设置，多区域网格划分，自适应网格，网格质量检查与优化

7. 材料属性定义与管理：各向同性/各向异性材料，线弹性/弹塑性材料参数输入，材料库建立与自定义材料

8. 边界条件与载荷施加：位移约束、力载荷、压力、重力、离心力、热载荷，远端位移约束，仅压缩约束的应用场景

9. 求解器介绍与设置：直接求解器与迭代求解器，求解参数设置（大变形开关、非线性控制），求解过程监控与中断处理

10. 后处理技术基础：结果云图/矢量图/路径图绘制，探针结果查询，结果动画制作，自定义结果表达式，探测接触状态

11. 问题排除与调试：常见错误信息解读，收敛性问题诊断，结果合理性验证，仿真与试验对标方法

12. 综合实践：典型零件从几何到后处理的完整仿真流程

专题二：ANSYS结构静力学与动力学分析

培训目标

• 掌握线性静力学分析的完整工作流程

• 能够进行复杂装配体的结构强度评估

• 熟悉结构动力学分析的基本方法

• 具备模态分析与谐响应分析能力

培训内容介绍

1. 线性静力学分析基础：有限元法基本思想，单元类型选择，静力学平衡方程，应力与应变计算

2. 结构静態分析技术：从几何建模到结果报告的完整工作流，载荷与约束施加，接触设置，结果解读与校核

3. 复杂装配体连接技术：螺栓连接、焊接、胶粘、销轴连接的仿真模拟，接触定义（绑定、不分离、摩擦、无摩擦）

4. 梁单元与壳单元应用：梁单元Beam188/189的形函数精度对计算结果的影响，壳单元与实体单元的选择策略

5. 结构动力学基本方程：动力学分析类型（模态、谐响应、瞬态、谱分析），质量矩阵（集中质量与一致质量），阻尼模型

6. 模态分析理论与应用：模态分析的数学特征，固有频率与振型提取，预应力模态分析，参与系数计算，避免结构共振的设计

7. 谐响应分析：模拟旋转机械或交变载荷下的稳态受迫振动，共振响应预测，扫频分析设置

8. 瞬态动力学分析：分析随时间任意变化的载荷（如冲击、地震波）下的结构响应，时间步长控制，积分方法选择

9. 结构动力学时程分析：悬索结构的无阻尼自由振动时程分析，采用振型叠加法，逐步积分法

10. 响应谱分析与随机振动：地震响应谱分析，PSD（功率谱密度）载荷下的随机振动分析，疲劳损伤计算

11. 结构动力学高级话题：几何非线性对结构自振频率的影响，部分解技术，模态截断与模态综合

12. 综合实践：机械结构/土木结构的动力学分析完整案例

 

专题三：ANSYS非线性分析与结构稳定性

培训目标

• 理解几何非线性、材料非线性、状态非线性的原理

• 掌握非线性求解控制与收敛技巧

• 熟悉线性/非线性屈曲分析方法

• 具备复杂非线性问题仿真能力

培训内容介绍

1. 非线性分析概述：非线性类型（几何非线性、材料非线性、状态非线性），非线性求解策略，收敛准则

2. 几何非线性原理：大变形、应力刚化、旋转软化效应，应力刚度矩阵的概念，变形量误差与平衡误差

3. 材料非线性基础：单轴拉压时的屈服、强化、卸载、反向加载，双线性随动强化模型BKIN，多线性随动强化模型KINH

4. 塑性材料模型：双线性各向同性强化模型BISO，多线性各向同性强化模型MISO，米塞斯屈服准则，屈服面概念

5. 非线性求解控制：牛顿-拉夫逊迭代法，弧长法，增量步控制，收敛准则调整，不收敛诊断

6. 状态非线性-接触：接触类型（绑定、不分离、无摩擦、粗糙、摩擦），接触刚度控制，接触算法（增广拉格朗日、罚函数法）

7. 残余应力分析：残余应力对构件性能的影响，焊接残余应力模拟，有残余应力构件的加载-卸载过程

8. 线性屈曲分析：特征值屈曲分析，线性屈曲系数和屈曲模态的意义，杆单元的弹性刚度矩阵与应力刚度矩阵

9. 非线性屈曲分析：考虑几何缺陷的屈曲分析，一致模态法施加初始缺陷，屈曲后路径追踪，跳跃失稳现象

10. 网壳结构稳定性：单层网壳的屈曲荷载计算，整体失稳与局部失稳，网壳的整体刚度和构件局部刚度关系

11. 板壳结构的屈曲：四边简支板的屈曲荷载，屈曲后强度，弹塑性屈曲后强度，泊松比对屈曲荷载的影响

12. 综合实践：考虑材料与几何非线性的压杆极限承载力分析

 

专题四：ANSYS CFD流体动力学仿真

培训目标

• 掌握计算流体动力学（CFD）的基本理论与流程

• 熟悉ANSYS Fluent/CFX求解器设置与收敛控制

• 能够处理传热、多相流等典型流体问题

• 具备工业CFD应用开发能力

培训内容介绍

1. CFD和热流基础概念介绍：连续性方程、N-S方程、能量方程，层流与湍流，边界层理论，热传递基本方式

2. Ansys Workbench多物理平台介绍：Workbench在流体仿真中的应用，项目视图与数据连接，Fluent/CFX组件系统

3. 建模、前处理及网格建置：CAD几何简化及汇入，流体域抽取，边界命名，网格划分策略（多面体网格、边界层网格）

4. Ansys CFD(Fluent)操作流程：求解器设置（压力基/密度基），材料物性定义，边界条件施加，初始条件设定

5. 经典範例介绍及操作：紊流处理、基本热传、暂态分析，收敛性监控与诊断，残差曲线解读

6. 传热分析专题：热传导、热对流、热辐射设置，共轭传热（CHT），自然对流与强制对流，热-流耦合分析

7. 多相流分析基础：Volume of Fluid (VOF)模型介绍与应用，自由液面追踪，表面张力效应

8. 离散相模型（DPM）：颗粒轨迹追踪，离散相与连续相耦合，颗粒破碎/聚并，喷雾模拟

9. 两相流场建立及分析：冷卻及多流體混合分析，气液两相流，流化床模拟，相间作用力

10. 湍流模型选择与应用：标准k-ε、RNG k-ε、realizable k-ε、k-ω、SST模型，近壁面处理与壁面函数

11. 瞬态流动计算：时间步长选择，每时间步迭代次数，瞬态残差曲线分析，动网格技术简介

12. 综合实践：电子散热/混合器/管道流动完整CFD分析流程

 

专题五：ANSYS电磁场与多物理场耦合

培训目标

• 掌握ANSYS Maxwell低频电磁场分析方法

• 熟悉电磁-热-结构多物理场耦合流程

• 能够进行电机设计与性能分析

• 具备多物理场协同仿真能力

培训内容介绍

1. Ansys Maxwell基本操作介面介绍：Maxwell 2D/3D环境，求解器类型（静磁、涡流、瞬态），项目管理与材料库

2. 建立馬達模型：电机几何建模，参数化设计，模型导入与修复，边界条件设置

3. 設定物件材料：B-H曲线定义，永磁材料设置，非线性材料，分层硅钢片设置，绝缘材料属性

4. 設定模型條件：边界条件（矢量磁位边界、气球边界），运动设置（旋转运动、平移运动），网格划分策略

5. 設定分析條件：求解参数设置，残差控制，非线性迭代，收敛条件

6. 設定激勵源：电流/电压激励，绕组设置，外部电路耦合，PWM激励源

7. 计算暫態電磁場結果：顿转转矩、线圏反电动势、T-N Curve、电流、效率、马达电感

8. 馬達熱傳場分析：建立热传模型（几何图形、线圏设定），定义冷却系统（水套、间隙、端部空间），稳態计算与暫態计算

9. 馬達結構場分析：建立结构模型，转子应力计算，考虑磁铁影响，改善网路提高精准度

10. 多物理场耦合方法：直接耦合与顺序耦合，损耗映射到热分析，温度对材料性能的影响，电磁力加载到结构场

11. 馬達電熱固耦合：Motor-CAD多物理场功能，工作週期分析，連續熱特性，热网络模型

12. 综合实践：永磁同步电机电磁-热-结构多物理场耦合分析

 

专题六：ANSYS优化设计与二次开发

培训目标

• 掌握参数化设计与响应面优化方法

• 理解拓扑优化在概念设计中的应用

• 熟悉ANSYS脚本编程与二次开发技术

• 具备自动化仿真与优化设计能力

培训内容介绍

1. 优化设计概述：优化驱动设计的理念，设计变量、约束条件、目标函数，单目标与多目标优化

2. 参数化建模技术：Workbench参数管理，几何尺寸参数化，材料参数化，边界条件参数化

3. 响应面优化：实验设计（DOE）方法，响应面构建，敏感度分析，响应面优化算法

4. 目标驱动优化：多目标优化算法（NSGA-II），Pareto前沿分析，权衡研究，最优方案选择

5. 拓扑优化基础：概念设计阶段材料最优分布，拓扑优化三要素，制造约束，优化结果解读与模型重构

6. LS-DYNA结合LS-TaSC结构优化设计：显式动力学拓扑优化，冲击吸能结构优化，碰撞性能优化

7. Mechanical Scripting二次开发入门：APDL命令流编程，Mechanical脚本录制与编辑，Python API基础

8. APDL命令流编程：同济大学《结构概念分析与ANSYS程序实现》课程，命令流方法与技巧，参数化分析程序

9. 基于PyAnsys的工具链应用实践：PyFluent仿真自动化，Jupyter notebook集成，optiSLang AI+应用

10. Maxwell和Motor-CAD二次开发：自动化电机设计，参数扫描脚本，优化流程定制

11. 多学科设计优化（MDO）：结构-流体-电磁协同优化，Workbench与optiSLang集成，优化流程自动化

12. 综合实践：基于参数化模型的轻量化结构优化设计

课程学习路径建议

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