ANSYS 15.0有限元分析从入门到精通PDF电子书下载

第1篇 操作基础篇 2

第1章 ANSYS 15.0入门 2

1.1 ANSYS 15.0的用户界面 3

1.2 ANSYS文件系统 4

1.2.1 文件类型 4

1.2.2 文件管理 5

1.3 ANSYS分析过程 8

1.3.1 建立模型 8

1.3.2 加载并求解 8

1.3.3 后处理 9

1.4 实例入门——托架受力分析 9

1.4.1 分析实例描述 9

1.4.2 建立模型 10

1.4.3 查看计算结果 19

第2章 几何建模 21

2.1 坐标系简介 22

2.1.1 总体和局部坐标系 22

2.1.2 显示坐标系 24

2.1.3 节点坐标系 24

2.1.4 单元坐标系 25

2.1.5 结果坐标系 26

2.2 工作平面的使用 26

2.2.1 定义一个新的工作平面 27

2.2.2 控制工作平面的显示和样式 27

2.2.3 移动工作平面 27

2.2.4 旋转工作平面 28

2.2.5 还原一个已定义的工作平面 28

2.3 布尔操作 28

2.3.1 布尔运算的设置 29

2.3.2 交运算 29

2.3.3 两两相交 30

2.3.4 相加 31

2.3.5 相减 31

2.3.6 利用工作平面做减运算 32

2.3.7 搭接 33

2.3.8 分割 33

2.3.9 粘接（或合并） 33

2.4 编辑几何模型 34

2.4.1 按照样本生成图元 34

2.4.2 由对称映像生成图元 35

2.4.3 将样本图元转换坐标系 35

2.4.4 实体模型图元的缩放 35

2.5 自底向上创建几何模型 36

2.5.1 关键点 37

2.5.2 硬点 38

2.5.3 线 39

2.5.4 面 41

2.5.5 体 43

2.6 实例——储液罐的实体建模 44

2.6.1 GUI方式 44

2.6.2 命令流方式 48

2.7 自顶向下创建几何模型（体素） 49

2.7.1 创建面体素 49

2.7.2 创建实体体素 50

2.8 实例——轴承座的实体建模 51

2.8.1 GUI方式 52

2.8.2 命令流方式 57

2.9 从IGES文件中将几何模型导入ANSYS 59

第3章 划分网格 60

3.1 有限元网格概论 61

3.2 设定单元属性 61

3.2.1 生成单元属性表 61

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性 62

3.3 网格划分的控制 64

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 64

3.3.2 单元形状 64

3.3.3 选择自由或映射网格划分 65

3.3.4 控制单元边中节点的位置 66

3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 66

3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 67

3.3.7 局部网格划分控制 68

3.3.8 内部网格划分控制 68

3.3.9 生成过渡棱锥单元 70

3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 70

3.3.11 执行层网格划分 70

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制 71

3.4.1 自由网格划分 71

3.4.2 映射网格划分 72

3.5 给实体模型划分有限元网格 77

3.5.1 用xMESH命令生成网格 77

3.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 77

3.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元 79

3.6 实例——储液罐的网格划分 79

3.6.1 GUI方式 79

3.6.2 命令流方式 83

3.7 延伸和扫掠生成有限元模型 83

3.7.1 延伸（Extrude）生成网格 84

3.7.2 扫掠（VSWEEP）生成网格 86

3.8 修正有限元模型 88

3.8.1 局部细化网格 88

3.8.2 移动和复制节点及单元 91

3.8.3 控制面、线和单元的法向 91

3.8.4 修改单元属性 92

3.9 直接通过节点和单元生成有限元模型 93

3.9.1 节点 93

3.9.2 单元 95

3.10 编号控制 97

3.10.1 合并重复项 97

3.10.2 编号压缩 98

3.10.3 设定起始编号 98

3.10.4 编号偏差 99

3.11 实例——轴承座的网格划分 99

3.11.1 GUI方式 100

3.11.2 命令流方式 104

第4章 施加载荷 106

4.1 载荷概论 107

4.1.1 什么是载荷 107

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 108

4.1.3 时间参数 109

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 109

4.2 施加载荷 110

4.2.1 载荷分类 110

4.2.2 轴对称载荷与反作用力 115

4.2.3 利用表格施加载荷 116

4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件 118

4.3 实例——轴承座的载荷和约束施加 120

4.3.1 GUI方式 120

4.3.2 命令流方式 123

4.4 设定载荷步选项 124

4.4.1 通用选项 124

4.4.2 动力学分析选项 127

4.4.3 非线性选项 128

4.4.4 输出控制 128

4.4.5 Biot-Savart选项 129

4.4.6 谱分析选项 130

4.4.7 创建多载荷步文件 130

4.5 实例——储液罐的载荷和约束施加 131

4.5.1 GUI方式 131

4.5.2 命令流方式 134

第5章 求解 137

5.1 求解概论 138

5.1.1 使用直接求解法 138

5.1.2 使用其他求解器 139

5.1.3 获得解答 139

5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型 140

5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项 140

5.2.2 使用求解控制对话框 140

5.3 多载荷步求解 141

5.3.1 多重求解法 142

5.3.2 使用载荷步文件法 142

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 143

5.4 实例——轴承座和储液罐模型求解 144

第6章 后处理 146

6.1 后处理概述 147

6.1.1 结果文件 148

6.1.2 后处理可用的数据类型 148

6.2 通用后处理器（POST1） 149

6.2.1 将数据结果读入数据库 149

6.2.2 图像显示结果 155

6.2.3 列表显示结果 162

6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示 164

6.3 实例——轴承座计算结果后处理 165

6.3.1 GUI方式 165

6.3.2 命令流方式 169

6.4 时间历程后处理（POST26） 169

6.4.1 定义和储存POST26变量 170

6.4.2 检查变量 172

6.4.3 POST26后处理器的其他功能 174

6.5 实例——储液罐计算结果后处理 175

6.5.1 GUI方式 175

6.5.2 命令流方式 178

第2篇 专题实例篇 180

第7章 结构静力分析 180

7.1 结构静力概论 181

7.2 实例——高速齿轮应力分析 181

7.2.1 分析问题 181

7.2.2 建立模型 182

7.2.3 定义边界条件并求解 197

7.2.4 查看结果 199

7.2.5 命令流执行方式 203

第8章 模态分析 204

8.1 模态分析概论 205

8.2 实例——高速齿轮模态分析 205

8.2.1 分析问题 205

8.2.2 建立模型 205

8.2.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 212

8.2.4 查看结果 215

8.2.5 命令流模式 218

第9章 谐响应分析 219

9.1 谐响应分析概论 220

9.1.1 Full Method（完全法） 220

9.1.2 Reduced Method（减缩法） 221

9.1.3 Mode Superposition Method（模态叠加法） 221

9.1.4 3种方法的共同局限性 221

9.2 实例——弹簧质子系统的谐响应分析 221

9.2.1 问题描述 222

9.2.2 建立模型 222

9.2.3 分析模型 228

9.2.4 观察结果 230

9.2.5 命令流方式 233

第10章 瞬态动力学分析 234

10.1 瞬态动力学概论 235

10.1.1 Full Method（完全法） 235

10.1.2 Mode Superposition Method（模态叠加法） 235

10.1.3 Reduced Method（减缩法） 236

10.2 实例——弹簧阻尼系统的自由振动分析 236

10.2.1 分析问题 236

10.2.2 建立模型 237

10.2.3 进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解 242

10.2.4 查看结果 246

10.2.5 命令流模式 249

第11章 谱分析 250

11.1 谱分析概论 251

11.1.1 响应谱 251

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 251

11.1.3 功率谱密度（PSD） 251

11.2 实例——支撑平板动力效果谱分析 252

11.2.1 问题描述 252

11.2.2 建立模型 252

11.2.3 命令流方式 271

第12章 非线性分析 272

12.1 非线性分析概论 273

12.1.1 非线性行为的原因 273

12.1.2 非线性分析的基本信息 274

12.1.3 几何非线性 276

12.1.4 材料非线性 277

12.1.5 其他非线性问题 281

12.2 实例——铆钉冲压应力分析 281

12.2.1 分析问题 281

12.2.2 建立模型 281

12.2.3 定义边界条件并求解 288

12.2.4 查看结果 290

12.2.5 命令流 294

第13章 结构屈曲分析 295

13.1 结构屈曲概论 296

13.2 实例——圆盘边缘屈曲分析 296

13.2.1 分析问题 296

13.2.2 建立模型 296

13.2.3 定义边界条件并求解 300

13.2.4 查看结果 304

13.2.5 命令流 309

第14章 接触问题分析 310

14.1 接触问题概论 311

14.1.1 一般分类 311

14.1.2 接触单元 311

14.2 实例——齿轮副的接触分析 312

14.2.1 分析问题 312

14.2.2 建立模型 312

14.2.3 定义边界条件并求解 323

14.2.4 查看结果 325

14.2.5 命令流方式 327

第15章 结构优化 328

15.1 结构优化设计概论 329

15.2 实例——梁结构优化设计 330

15.2.1 问题描述 330

15.2.2 命令流方式 347

第3篇 热分析篇 350

第16章 稳态热分析与瞬态热分析 350

16.1 热分析概论 351

16.1.1 热分析的特点 351

16.1.2 热分析单元 352

16.2 热载荷和边界条件的类型 352

16.2.1 概述 352

16.2.2 热载荷和边界条件注意事项 353

16.3 稳态热分析概述 353

16.3.1 稳态热分析定义 353

16.3.2 稳态热分析的控制方程 353

16.4 瞬态热分析概述 354

16.4.1 瞬态热分析特性 354

16.4.2 瞬态热分析前处理考虑因素 354

16.4.3 控制方程 354

16.4.4 初始条件的施加 355

16.5 稳态热分析实例——换热管的热分析 356

16.5.1 GUI分析过程 356

16.5.2 命令流方式 366

16.6 瞬态热分析实例——钢球淬火过程温度分析 366

16.6.1 GUI分析过程 366

16.6.2 命令流方式 375

第17章 热辐射和相变分析 376

17.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法 377

17.1.1 热辐射特性 377

17.1.2 ANSYS中热辐射的处理方法 377

17.2 实例——两同心圆柱体间热辐射分析 377

17.2.1 问题描述 377

17.2.2 问题分析 378

17.2.3 GUI操作步骤 378

17.2.4 APDL命令流程序 390

17.3 实例——一长方体形坯料空冷过程分析 390

17.3.1 问题描述 390

17.3.2 问题分析 390

17.3.3 GUI操作步骤 391

17.3.4 APDL命令流程序 396

17.4 相变分析概述 396

17.4.1 相和相变 396

17.4.2 潜在热量和焓 396

17.4.3 相变分析基本思路 397

17.5 实例——某零件铸造过程分析 399

17.5.1 问题描述 399

17.5.2 问题分析 399

17.5.3 GUI操作步骤 400

17.5.4 APDL命令流程序 410

第4篇 电磁分析篇 412

第18章 电磁场有限元分析简介 412

18.1 电磁场有限元分析概述 413

18.1.1 电磁场中常见边界条件 413

18.1.2 ANSYS电磁场分析对象 413

18.1.3 电磁场单元概述 414

18.1.4 电磁宏 415

18.2 远场单元及远场单元的使用 416

18.2.1 远场单元 417

18.2.2 使用远场单元的注意事项 417

第19章 二维磁场分析 419

19.1 二维静态磁场分析中要用到的单元 420

19.2 实例——载流导体的电磁力分析 420

19.2.1 问题描述 420

19.2.2 GUI操作方法 421

19.2.3 命令流实现 433

19.3 二维谐波磁场分析中要用到的单元 433

19.4 实例——二维非线性谐波分析 433

19.4.1 问题描述 433

19.4.2 GUI操作方法 434

19.4.3 命令流实现 442

19.5 二维瞬态磁场分析中要用到的单元 442

19.6 实例——二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析 443

19.6.1 问题描述 443

19.6.2 创建物理环境 444

19.6.3 建立模型、赋予特性、划分网格 446

19.6.4 加边界条件和载荷 451

19.6.5 求解 453

19.6.6 命令流实现 456

第20章 三维磁场分析 457

20.1 三维静态磁场标量法分析中要用到的单元 458

20.2 实例——三维螺线管静态磁分析 459

20.2.1 问题描述 459

20.2.2 创建物理环境 460

20.2.3 建立模型、赋予特性、划分网格 463

20.2.4 加边界条件和载荷 467

20.2.5 求解 470

20.2.6 查看计算结果 470

20.2.7 命令流实现 472

20.3 棱边单元边方法中用到的单元 473

20.4 实例——电动机沟槽中瞬态磁场分布 473

20.4.1 问题描述 473

20.4.2 创建物理环境 474

20.4.3 建立模型、赋予特性、划分网格 476

20.4.4 加边界条件和载荷 477

20.4.5 求解 478

20.4.6 查看计算结果 481

20.4.7 命令流实现 485

第21章 电场分析 486

21.1 电场分析要用到的单元 487

21.2 实例——正方形电流环中的磁场 489

21.2.1 问题描述 489

21.2.2 创建物理环境 490

21.2.3 建立模型、赋予特性、划分网格 491

21.2.4 加边界条件和载荷 493

21.2.5 求解 494

21.2.6 查看计算结果 495

21.2.7 命令流实现 497

21.3 h方法静电场分析中用到的单元 498

21.4 实例——电容计算 498

21.4.1 问题描述 498

21.4.2 创建物理环境 499

21.4.3 建立模型、赋予特性、划分网格 501

21.4.4 加边界条件和载荷 505

21.4.5 求解 507

21.4.6 命令流实现 508

21.5 电路分析中要用到的单元 508

21.5.1 使用CIRCU124单元 508

21.5.2 使用CIRCU125单元 511

21.6 实例——瞬态电路分析 512

21.6.1 问题描述 512

21.6.2 创建物理环境 512

21.6.3 建立模型、赋予特性、划分网格 512

21.6.4 加边界条件和载荷 517

21.6.5 求解 517

21.6.6 查看计算结果 520

21.6.7 命令流实现 523

21.7 高频分析中要用到的单元 523

21.8 实例——腔体高频模态分析 523

21.8.1 问题描述 523

21.8.2 创建物理环境 524

21.8.3 建立模型、赋予特性、划分网格 526

21.8.4 加边界条件和载荷 528

21.8.5 求解 528

21.8.6 查看计算结果 529

21.8.7 命令流实现 532

第5篇 耦合场分析篇 534

第22章 耦合场分析简介 534

22.1 耦合场分析的定义 535

22.2 耦合场分析的类型 535

22.2.1 直接方法 535

22.2.2 载荷传递分析 535

22.2.3 直接方法和载荷传递 536

22.2.4 其他分析方法 538

22.3 耦合场分析的单位制 538

第23章 直接耦合场分析 542

23.1 热应力耦合分析实例——换热管的热应力分析 543

23.1.1 前处理 543

23.1.2 求解 544

23.1.3 后处理 546

23.1.4 命令流方式 547

23.2 热电耦合分析实例——热电发电机耦合分析 548

23.2.1 前处理 548

23.2.2 求解 557

23.2.3 后处理 558

23.2.4 命令流方式 561

23.3 机电耦合分析实例——梳齿式电机耦合分析 561

23.3.1 前处理 561

23.3.2 求解 574

23.3.3 后处理 577

23.3.4 命令流方式 578

第24章 多场求解-MFS单码的耦合分析 579

24.1 厚壁圆筒的热应力分析 580

24.1.1 前处理 580

24.1.2 求解 588

24.1.3 后处理 593

24.1.4 命令流方式 596

24.2 圆钢坯的感应加热分析 596

24.2.1 前处理 597

24.2.2 求解 609

24.2.3 后处理 615

24.2.4 命令流方式 619

24.3 使用物理环境方法求解热-应力问题实例 620

24.3.1 前处理（热分析） 620

24.3.2 前处理（结构分析） 625

24.3.3 求解（热分析） 628

24.3.4 后处理（热分析） 629

24.3.5 求解（结构分析） 631

24.3.6 后处理（结构分析） 632

24.3.7 命令流 634

24.4 机电-电路耦合分析实例 634

24.4.1 前处理 635

24.4.2 求解 641

24.4.3 后处理 644

24.4.4 命令流方式 646