CAD/CAM/CAE 工程应用丛书 ANSYS Workbench 16.0理论解析与工程应用实例PDF电子书下载

第1篇 1

第1章 有限元基本理论 1

1.1 有限元法发展综述 1

1.1.1 有限元法的孕育过程及诞生和发展 2

1.1.2 有限元法的基本思想 2

1.1.3 有限元的应用及其发展趋势 4

1.2 有限元分析基本理论 6

1.2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤 6

1.2.2 基于最小势能原理的有限元法 13

1.2.3 杆系结构的非线性分析理论 17

1.2.4 稳定计算理论 25

1.3 工程问题中的有限元理论 28

1.3.1 工程问题的数学物理方程 28

1.3.2 变分函数 31

1.3.3 插值函数 32

1.3.4 形函数 32

1.3.5 刚度矩阵 32

1.3.6 连通性 33

1.3.7 边界条件 33

1.3.8 圆柱坐标系中的问题 34

1.3.9 直接方法 34

1.4 桁架与梁的有限元方法 35

1.4.1 桁架的定义 35

1.4.2 桁架的有限元公式 36

1.4.3 梁的定义 40

1.4.4 梁的有限元公式 41

1.4.5 载荷矩阵 43

1.5 板的有限元方法 44

1.5.1 矩形单元 44

1.5.2 自然坐标 46

1.5.3 线性三角形单元 47

1.6 应用实例 47

1.6.1 实例1：求解悬索的位移 47

1.6.2 实例2：求温度分布问题 49

1.7 本章小结 50

第2章 几何建模 51

2.1 ANSYS 16.0平台及模块 51

2.1.1 Workbench平台界面 52

2.1.2 菜单栏 52

2.1.3 工具栏 65

2.1.4 工具箱 65

2.2 DesignModeler16.0几何建模 69

2.2.1 DesignModeler几何建模平台 69

2.2.2 菜单栏 70

2.2.3 工具栏 80

2.2.4 常用命令栏 81

2.2.5 Tree Outline（模型树） 81

2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板 84

2.2.7 ANSYS SpaceClaim同步几何建模实例——连接板 89

2.3 本章小结 93

第3章 网格划分 94

3.1 ANSYS Meshing 16.0网格划分 94

3.1.1 Meshing网格划分适用领域 94

3.1.2 Meshing网格划分方法 95

3.1.3 Meshing网格默认设置 97

3.1.4 Meshing网格尺寸设置 98

3.1.5 Meshing网格膨胀层设置 101

3.1.6 Meshing网格PatchConforming选项 103

3.1.7 Meshing网格高级选项 103

3.1.8 Meshing网格损伤设置 104

3.1.9 Meshing网格评估统计 104

3.2 ANSYS Meshing 16.0网格划分实例 110

3.2.1 应用实例1——网格尺寸控制 110

3.2.2 应用实例2——扫掠网格划分 117

3.2.3 应用实例3——多区域网格划分 121

3.2.4 应用实例4——CDB网格导入 125

3.3 小结 130

第4章 后处理 131

4.1 ANSYS Workbench 16.0后处理 131

4.1.1 查看结果 131

4.1.2 结果显示 134

4.1.3 变形显示 135

4.1.4 应力和应变 135

4.1.5 接触结果 136

4.1.6 自定义结果显示 137

4.2 案例分析 138

4.2.1 问题描述 138

4.2.2 启动Workbench并建立分析项目 138

4.2.3 导入创建几何体 139

4.2.4 添加材料库 140

4.2.5 添加模型材料属性 141

4.2.6 划分网格 142

4.2.7 施加载荷与约束 143

4.2.8 结果后处理 144

4.2.9 保存与退出 148

4.3 本章小结 148

第2篇 149

第5章 结构静力学分析 149

5.1 静力分析简介 149

5.1.1 线性静力分析 149

5.1.2 线性静力分析流程 150

5.1.3 线性静力分析基础 150

5.2 静力分析实例1——实体静力分析 151

5.2.1 问题描述 151

5.2.2 启动Workbench并建立分析项目 151

5.2.3 导入创建几何体 152

5.2.4 添加材料库 153

5.2.5 添加模型材料属性 154

5.2.6 划分网格 155

5.2.7 施加载荷与约束 155

5.2.8 结果后处理 157

5.2.9 保存与退出 159

5.3 静力分析实例2——子模型静力分析 159

5.3.1 问题描述 159

5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 159

5.3.3 导入创建几何体 160

5.3.4 添加材料库 161

5.3.5 添加模型材料属性 163

5.3.6 划分网格 164

5.3.7 施加载荷与约束 164

5.3.8 结果后处理 166

5.3.9 子模型分析 167

5.3.10 保存并退出 171

5.4 本章小结 171

第6章 模态分析 172

6.1 结构动力学分析简介 172

6.1.1 结构动力学分析 172

6.1.2 结构动力学分析的阻尼 173

6.2 模态分析简介 173

6.2.1 模态分析 173

6.2.2 模态分析基础 174

6.2.3 预应力模态分析 175

6.3 模态分析实例1——模态分析 175

6.3.1 问题描述 175

6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 175

6.3.3 创建几何体 176

6.3.4 添加材料库 176

6.3.5 添加模型材料属性 178

6.3.6 划分网格 178

6.3.7 施加载荷与约束 179

6.3.8 结果后处理 180

6.3.9 保存与退出 183

6.4 模态分析实例2——有预应力模态分析 183

6.4.1 问题描述 183

6.4.2 启动Workbench并建立分析项目 184

6.4.3 创建几何体 184

6.4.4 添加材料库 185

6.4.5 添加模型材料属性 186

6.4.6 划分网格 187

6.4.7 施加载荷与约束 187

6.4.8 模态分析 189

6.4.9 后处理 189

6.4.10 保存与退出 191

6.5 本章小结 191

第7章 谐响应分析 192

7.1 谐响应分析基础 192

7.1.1 谐响应分析简介 192

7.1.2 谐响应分析的载荷与输出 193

7.1.3 谐响应分析通用方程 193

7.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析 193

7.2.1 问题描述 193

7.2.2 启动Workbench并建立分析项目 194

7.2.3 创建模态分析项目 195

7.2.4 材料选择 195

7.2.5 施加载荷与约束 195

7.2.6 模态求解 197

7.2.7 后处理 198

7.2.8 创建谐响应分析项目 200

7.2.9 施加载荷与约束 200

7.2.10 谐响应计算 202

7.2.11 结果后处理 202

7.2.12 保存与退出 204

7.3 谐响应分析实例2——谐响应分析 204

7.3.1 问题描述 204

7.3.2 启动Workbench并建立分析项目 205

7.3.3 材料选择 206

7.3.4 施加载荷与约束 206

7.3.5 模态求解 208

7.3.6 后处理 208

7.3.7 谐响应分析 210

7.3.8 谐响应计算 211

7.3.9 结果后处理 211

7.3.10 保存与退出 213

7.4 谐响应分析实例3——含阻尼谐响应分析 214

7.5 本章小结 215

第8章 响应谱分析 216

8.1 响应谱分析简介 216

8.1.1 频谱的定义 216

8.1.2 响应谱分析的基本概念 217

8.2 响应谱分析实例——简单梁响应谱分析 219

8.2.1 问题描述 219

8.2.2 启动Workbench并建立分析项目 220

8.2.3 导入几何体模型 220

8.2.4 静态力学分析 221

8.2.5 添加材料库 221

8.2.6 网格划分 222

8.2.7 施加约束 222

8.2.8 模态分析 224

8.2.9 结果后处理 224

8.2.10 响应谱分析 226

8.2.11 添加加速度谱 226

8.2.12 后处理 227

8.2.13 其他设置 229

8.2.14 保存与退出 230

8.3 本章小结 230

第9章 随机振动分析 231

9.1 随机振动分析简介 231

9.2 随机振动分析实例——简单梁随机振动分析 232

9.2.1 问题描述 232

9.2.2 启动Workbench并建立分析项目 233

9.2.3 导入几何体模型 233

9.2.4 静态力学分析 234

9.2.5 添加材料库 235

9.2.6 网格划分 235

9.2.7 施加约束 236

9.2.8 模态分析 238

9.2.9 结果后处理 238

9.2.10 随机振动分析 239

9.2.11 添加加速度谱 239

9.2.12 后处理 240

9.2.13 保存与退出 242

9.3 本章小结 242

第10章 瞬态动力学分析 243

10.1 瞬态动力学分析简介 243

10.1.1 瞬态动力学分析简介 243

10.1.2 瞬态动力学分析基本公式 243

10.2 瞬态动力学分析实例1——建筑物地震分析 244

10.2.1 问题描述 244

10.2.2 启动Workbench并建立分析项目 245

10.2.3 创建几何体模型 245

10.2.4 瞬态动力学分析 246

10.2.5 添加材料库 246

10.2.6 划分网格 246

10.2.7 施加约束 247

10.2.8 结果后处理 250

10.2.9 保存与退出 253

10.3 瞬态动力学分析实例2——振动分析 253

10.3.1 问题描述 253

10.3.2 启动Workbench并建立分析项目 253

10.3.3 创建几何体模型 253

10.3.4 模态分析 254

10.3.5 模态分析前处理 255

10.3.6 施加约束 256

10.3.7 结果后处理 257

10.3.8 瞬态动力学分析 258

10.3.9 添加动态力载荷 259

10.3.10 后处理 262

10.3.11 保存与退出 264

10.4 本章小结 264

第11章 线性屈曲分析 265

11.1 线性屈曲分析简介 265

11.1.1 屈曲分析 265

11.1.2 线性屈曲分析 265

11.2 项目案例1——钢管屈曲分析 266

11.2.1 问题描述 266

11.2.2 启动Workbench并建立分析项目 266

11.2.3 创建几何体 266

11.2.4 设置材料 268

11.2.5 添加模型材料属性 268

11.2.6 划分网格 269

11.2.7 施加载荷与约束 270

11.2.8 结果后处理 272

11.2.9 线性屈曲分析 274

11.2.10 施加载荷与约束 274

11.2.11 结果后处理 275

11.2.12 保存与退出 277

11.3 本章小结 277

第3篇 278

第12章 显式动力学分析 278

12.1 显式动力学分析简介 278

12.2 显式动力学分析实例——钢球撞击金属网分析 279

12.2.1 问题描述 280

12.2.2 启动Workbench并建立分析项目 280

12.2.3 启动Explicit Dynamics（LS-DYNA Export）建立项目 281

12.2.4 材料选择与赋予 281

12.2.5 建立项目分析 282

12.2.6 分析前处理 283

12.2.7 施加载荷 283

12.2.8 启动LS-DYNA程序 286

12.2.9 Autodyn计算 287

12.2.10 问题解读 289

12.3 显式动力学分析实例——金属块穿透钢板分析 290

12.3.1 问题描述 290

12.3.2 启动Workbench并建立分析项目 290

12.3.3 绘制几何模型 290

12.3.4 添加材料方法 291

12.3.5 添加材料 293

12.3.6 显式动力学分析前处理 294

12.3.7 施加约束 295

12.3.8 结果后处理 297

12.3.9 启动AUTODYN软件 298

12.3.10 LS-DYNA计算 300

12.3.11 保存与退出 301

12.4 本章小结 301

第13章 复合材料分析 302

13.1 复合材料概论 302

13.2 层合板的失效判断准则 303

13.3 复合材料层合板强度的有限单元法 306

13.4 ANSYS ACP模块功能概述 307

13.5 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析 310

13.5.1 问题描述 310

13.5.2 启动Workbench软件 310

13.5.3 静力分析项目 311

13.5.4 定义复合材料数据 312

13.5.5 数据更新 314

13.5.6 ACP复合材料定义 315

13.5.7 有限元计算 322

13.5.8 后处理 323

13.5.9 ACP专业后处理工具 324

13.5.10 保存与退出 326

13.6 本章小结 326

第14章 疲劳分析 327

14.1 疲劳分析简介 327

14.2 疲劳分析方法 329

14.2.1 疲劳程序 329

14.2.2 应力寿命曲线 330

14.2.3 疲劳材料特性 330

14.3 疲劳分析实例1——前桥疲劳分析 331

14.3.1 问题描述 331

14.3.2 启动Workbench并建立分析项目 332

14.3.3 导入创建几何体 332

14.3.4 添加材料库 333

14.3.5 添加模型材料属性 334

14.3.6 划分网格 335

14.3.7 施加载荷与约束 336

14.3.8 结果后处理 338

14.3.9 保存工程文件 340

14.3.10 添加疲劳分析选项 340

14.3.11 保存与退出 342

14.4 疲劳分析实例2——实体疲劳分析 343

14.4.1 问题描述 344

14.4.2 启动Workbench并建立分析项目 344

14.4.3 导入创建几何体 344

14.4.4 添加材料库 345

14.4.5 添加模型材料属性 345

14.4.6 划分网格 345

14.4.7 施加载荷与约束 346

14.4.8 结果后处理 347

14.4.9 保存文件 348

14.4.10 启动nCode程序 348

14.4.11 疲劳分析 350

14.4.12 保存与退出 352

14.5 本章小结 352

第15章 压电分析 353

15.1 压电材料基本知识 353

15.1.1 压电材料的概念 353

15.1.2 压电材料的主要特性 354

15.1.3 压电复合材料的有限元分析方法 354

15.1.4 基本耦合公式 354

15.1.5 压电材料的主要参数 355

15.2 压电分析模块的安装 356

15.3 压电分析实例——压电传感器分析 358

15.3.1 问题描述 358

15.3.2 启动Workbench并建立分析项目 359

15.3.3 导入创建几何体 359

15.3.4 添加材料库 362

15.3.5 网格与属性 362

15.3.6 施加载荷与约束 363

15.3.7 结果后处理 364

15.3.8 模态分析 365

15.3.9 保存与退出 368

15.4 小结 368

第4篇 369

第16章 热学分析 369

16.1 热力学分析简介 369

16.1.1 热力学分析目的 369

16.1.2 热力学分析 369

16.1.3 基本传热方式 370

16.2 稳态热学分析实例1——热传递分析 370

16.2.1 问题描述 371

16.2.2 启动Workbench并建立分析项目 371

16.2.3 导入几何体模型 371

16.2.4 创建分析项目 372

16.2.5 添加材料库 372

16.2.6 添加模型材料属性 373

16.2.7 划分网格 374

16.2.8 施加载荷与约束 374

16.2.9 结果后处理 376

16.2.10 保存与退出 377

16.3 稳态热学分析实例2——热对流分析 378

16.3.1 问题描述 378

16.3.2 启动Workbench并建立分析项目 378

16.3.3 导入几何体模型 378

16.3.4 创建分析项目 379

16.3.5 添加材料库 380

16.3.6 添加模型材料属性 381

16.3.7 划分网格 382

16.3.8 施加载荷与约束 382

16.3.9 结果后处理 383

16.3.10 保存与退出 385

16.3.11 读者演练 385

16.4 稳态热学分析实例3——热辐射分析 385

16.4.1 案例介绍 385

16.4.2 启动Workbench并建立分析项目 385

16.4.3 定义材料参数 386

16.4.4 导入模型 386

16.4.5 划分网格 386

16.4.6 定义荷载 388

16.4.7 求解以后处理 389

16.4.8 保存并退出 390

16.5 本章小结 390

第17章 流体动力学分析 391

17.1 流体动力学分析简介 391

17.1.1 流体动力学分析 391

17.1.2 CFD基础 394

17.2 流体动力学实例—CFX旋转机械流场分析 401

17.2.1 问题描述 401

17.2.2 启动Workbench并建立分析项目 402

17.2.3 BladeGen中设置 402

17.2.4 TurboGrid中设置 405

17.2.5 CFX中设置 408

17.3 本章小结 418

第18章 电磁场分析 419

18.1 电磁场基本理论 419

18.1.1 麦克斯韦方程 419

18.1.2 一般形式的电磁场微分方程 420

18.1.3 电磁场中常见边界条件 421

18.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析 421

18.1.5 Ansoft软件电磁分析 422

18.2 瞬态磁场分析实例——金属屏蔽分析 423

18.2.1 启动Workbench并建立分析项目 423

18.2.2 建立求解器 424

18.2.3 建立几何模型 424

18.2.4 添加材料 426

18.2.5 边界条件设定 427

18.2.6 网格划分 429

18.2.7 求解计算 430

18.2.8 图表显示 432

18.2.9 3D图表显示 433

18.2.10 修改材料属性 434

18.2.11 保存与退出 436

18.3 本章小结 436

第5篇 437

第19章 结构优化分析 437

19.1 优化分析简介 437

19.1.1 优化设计概述 437

19.1.2 Workbench结构优化分析 438

19.2 优化分析实例——响应曲面优化分析 438

19.2.1 问题描述 438

19.2.2 启动Workbench并建立分析项目 439

19.2.3 导入几何模型 439

19.2.4 结果后处理 445

19.3 本章小结 452

第6篇 453

第20章 ANSYSAIM分析过程 453

20.1 ANSYS AIM分析环境简介 453

20.2 ANSYS AIM分析实例——板件弯曲分析 454

20.2.1 问题描述 454

20.2.2 启动Workbench并建立分析项目 454

20.3 本章小结 461

参考文献 462