ANSYS 14.0有限元分析从入门到精通PDF电子书下载

第1章 ANSYS概述 1

1.1 CAE软件简介 2

1.2 有限元法简介 3

1.2.1 有限元法的基本思想 3

1.2.2 有限元法的特点 4

1.3 ANSYS简介 5

1.3.1 ANSYS的发展 5

1.3.2 ANSYS的功能 5

1.3.3 ANSYS 14.0的启动 7

1.3.4 ANSYS 14.0运行环境配置 8

1.4 程序结构 8

1.4.1 处理器 9

1.4.2 文件格式 9

1.4.3 输入方式 9

1.4.4 输出文件类型 10

1.5 ANSYS分析的基本过程 10

1.5.1 前处理 10

1.5.2 加载并求解 11

1.5.3 后处理 11

1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟 11

第2章 几何建模 14

2.1 几何建模概论 15

2.1.1 自底向上创建几何模型 15

2.1.2 自顶向下创建几何模型 15

2.1.3 布尔运算操作 16

2.1.4 拖拉和旋转 17

2.1.5 移动和复制 17

2.1.6 修改模型（清除和删除） 17

2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS 18

2.2 坐标系简介 18

2.2.1 总体和局部坐标系 18

2.2.2 显示坐标系 21

2.2.3 节点坐标系 21

2.2.4 单元坐标系 22

2.2.5 结果坐标系 23

2.3 工作平面的使用 23

2.3.1 定义一个新的工作平面 24

2.3.2 控制工作平面的显示和样式 25

2.3.3 移动工作平面 25

2.3.4 旋转工作平面 25

2.3.5 还原一个已定义的工作平面 25

2.3.6 工作平面的高级用途 26

2.4 自底向上创建几何模型 28

2.4.1 关键点 28

2.4.2 硬点 29

2.4.3 线 31

2.4.4 面 32

2.4.5 体 34

2.5 自顶向下创建几何模型（体素） 35

2.5.1 创建面体素 35

2.5.2 创建实体体素 36

2.6 使用布尔操作来修正几何模型 37

2.6.1 布尔运算的设置 37

2.6.2 布尔运算之后的图元编号 38

2.6.3 交运算 38

2.6.4 两两相交 39

2.6.5 相加 40

2.6.6 相减 40

2.6.7 利用工作平面作减运算 41

2.6.8 搭接 41

2.6.9 分割 42

2.6.10 粘接（或合并） 42

2.7 移动、复制和缩放几何模型 42

2.7.1 按照样本生成图元 43

2.7.2 由对称映像生成图元 44

2.7.3 将样本图元转换坐标系 44

2.7.4 实体模型图元的缩放 44

2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模 45

2.8.1 自底向上建立药柱模型 45

2.8.2 布尔操作建立药柱模型 51

2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型 53

第3章 建模实例 55

3.1 实例导航——几何模型的输入 56

3.1.1 输入IGES单一实体 56

3.1.2 输入SAT单一实体 58

3.1.3 输入SAT实体集合 61

3.1.4 输入Parasolid单一实体 64

3.1.5 输入Parasolid实体集合 66

3.2 实例导航——对输入模型修改 69

3.3 实例导航——自主建模 72

3.3.1 自顶向下建模实例 72

3.3.2 自底向上建模实例 81

第4章 网格划分 91

4.1 有限元网格概论 92

4.2 设定单元属性 92

4.2.1 生成单元属性表 92

4.2.2 在划分网格之前分配单元属性 93

4.3 网格划分的控制 95

4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 95

4.3.2 单元形状 96

4.3.3 选择自由或映射网格划分 97

4.3.4 控制单元边中节点的位置 97

4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 97

4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 98

4.3.7 局部网格划分控制 99

4.3.8 内部网格划分控制 100

4.3.9 生成过渡棱锥单元 102

4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 102

4.3.11 执行层网格划分 103

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 103

4.4.1 自由网格划分 103

4.4.2 映射网格划分 104

4.5 给实体模型划分有限元网格 109

4.5.1 用xMESH命令生成网格 109

4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 110

4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元 112

4.6 延伸和扫略生成有限元模型 113

4.6.1 延伸（Extrude）生成网格 113

4.6.2 扫略（VSWEEP）生成网格 115

4.7 修正有限元模型 117

4.7.1 局部细化网格 117

4.7.2 移动和复制节点和单元 120

4.7.3 控制面、线和单元的法向 121

4.7.4 修改单元属性 122

4.8 直接通过节点和单元生成有限元模型 123

4.8.1 节点 123

4.8.2 单元 125

4.9 编号控制 127

4.9.1 合并重复项 127

4.9.2 编号压缩 128

4.9.3 设定起始编号 129

4.9.4 编号偏差 129

4.10 实例导航——导弹发动机药柱模型网格划分 130

4.10.1 采用智能分网 131

4.10.2 采用扫略分网 132

4.10.3 采用延伸分网 136

第5章 施加载荷 141

5.1 载荷概论 142

5.1.1 什么是载荷 142

5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 143

5.1.3 时间参数 144

5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 144

5.2 施加载荷 145

5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 145

5.2.2 施加载荷 146

5.2.3 利用表格来施加载荷 151

5.2.4 轴对称载荷与反作用力 154

5.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件 155

5.3 设定载荷步选项 156

5.3.1 通用选项 157

5.3.2 非线性选项 160

5.3.3 动力学分析选项 161

5.3.4 输出控制 162

5.3.5 Biot-Savart选项 163

5.3.6 谱分析选项 163

5.3.7 创建多载荷步文件 163

5.4 实例导航——导弹发动机药柱模型载荷施加 165

5.4.1 单载荷步的施加 165

5.4.2 多载荷步的施加 167

5.4.3 表格及函数载荷的施加 170

第6章 求解 172

6.1 求解概论 173

6.1.1 使用直接求解法 174

6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器 174

6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器 174

6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器 175

6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器 175

6.1.6 使用自动迭代解法选项 176

6.1.7 获得解答 176

6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型 177

6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项 177

6.2.2 使用求解控制对话框 178

6.3 多载荷步求解 179

6.3.1 多重求解法 179

6.3.2 使用载荷步文件法 180

6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 181

6.4 重新启动分析 182

6.4.1 重新启动一个分析 183

6.4.2 多载荷步文件的重启动分析 186

6.5 预测求解时间和估计文件大小 188

6.5.1 估计运算时间 189

6.5.2 估计文件的大小 189

6.5.3 估计内存需求 189

6.6 实例导航——导弹发动机药柱模型求解 190

6.6.1 单载荷步求解 190

6.6.2 多载荷步求解 190

第7章 后处理 191

7.1 后处理概述 192

7.1.1 什么是后处理 192

7.1.2 结果文件 192

7.1.3 后处理可用的数据类型 193

7.2 通用后处理器（POST1） 193

7.2.1 将数据结果读入数据库 193

7.2.2 列表显示结果 200

7.2.3 图像显示结果 207

7.2.4 映射结果到某一路径上 213

7.2.5 表面操作 219

7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示 223

7.3 时间历程后处理（POST26） 224

7.3.1 定义和储存POST26变量 224

7.3.2 检查变量 227

7.3.3 POST26后处理器的其他功能 229

7.4 实例导航——导弹发动机药柱模型结果后处理 230

7.4.1 通用后处理器 230

7.4.2 时间历程处理器 240

第8章 静力分析 243

8.1 静力分析介绍 244

8.1.1 结构静力分析简介 244

8.1.2 静力分析的类型 245

8.1.3 静力分析基本步骤 245

8.2 实例导航——悬臂梁的横向剪切应力分析 246

8.2.1 问题的描述 246

8.2.2 GUI路径模式 246

8.2.3 命令流方式 256

8.3 实例导航——联轴体的静力分析实例 256

8.3.1 问题描述 257

8.3.2 建立模型 257

8.3.3 定义边界条件并求解 261

8.3.4 查看结果 264

8.3.5 命令流方式 268

第9章 非线性分析 269

9.1 非线性分析概论 270

9.1.1 非线性行为的原因 270

9.1.2 非线性分析的基本信息 271

9.1.3 几何非线性 273

9.1.4 材料非线性 275

9.1.5 其他非线性问题 279

9.2 非线性分析的基本步骤 279

9.2.1 前处理（建模和分网） 279

9.2.2 设置求解控制器 279

9.2.3 设定其他求解选项 281

9.2.4 加载 283

9.2.5 求解 283

9.2.6 后处理 284

9.3 实例导航——螺栓的蠕变分析 285

9.3.1 问题描述 286

9.3.2 GUI路径模式 286

9.3.3 命令流方式 293

第10章 模态分析 294

10.1 模态分析概论 295

10.2 模态分析的基本步骤 295

10.2.1 建模 295

10.2.2 加载及求解 296

10.2.3 扩展模态 299

10.2.4 观察结果和后处理 300

10.3 实例导航——压电变换器的自振频率分析 301

10.3.1 问题描述 301

10.3.2 GUI模式 302

10.3.3 命令流方式 314

第11章 接触问题分析 315

11.1 接触问题概论 316

11.1.1 一般分类 316

11.1.2 接触单元 316

11.2 接触问题分析的步骤 317

11.2.1 建立模型并划分网格 318

11.2.2 识别接触对 318

11.2.3 定义刚性目标面 318

11.2.4 定义柔性体的接触面 320

11.2.5 设置实常数和单元关键点 322

11.2.6 控制刚性目标的运动 323

11.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件 323

11.2.8 定义求解和载荷步选项 323

11.2.9 求解 325

11.2.10 检查结果 325

11.3 实例导航——深沟球轴承的接触分析 326

11.3.1 问题描述 326

11.3.2 GUI方式 327

11.3.3 查看结果 336

11.3.4 命令流方式 337

第12章 瞬态动力学分析 339

12.1 瞬态动力学概论 340

12.1.1 完全法（Full Method） 340

12.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method） 340

12.1.3 减缩法（Reduced Method） 341

12.2 瞬态动力学的基本步骤 341

12.2.1 前处理（建模和分网） 341

12.2.2 建立初始条件 342

12.2.3 设定求解控制器 343

12.2.4 设定其他求解选项 344

12.2.5 施加载荷 345

12.2.6 设定多载荷步 345

12.2.7 瞬态求解 347

12.2.8 后处理 347

12.3 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析 349

12.3.1 问题描述 350

12.3.2 GUI模式 350

12.3.3 命令流方式 362

第13章 谱分析 363

13.1 谱分析概论 364

13.1.1 响应谱 364

13.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 364

13.1.3 功率谱密度（PSD） 364

13.2 谱分析的基本步骤 365

13.2.1 前处理 365

13.2.2 模态分析 365

13.2.3 谱分析 365

13.2.4 扩展模态 368

13.2.5 合并模态 369

13.2.6 后处理 371

13.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析 372

13.3.1 问题描述 372

13.3.2 GUI路径模式 373

13.3.3 命令流方式 395

第14章 谐响应分析 396

14.1 谐响应分析概论 397

14.2 谐响应分析的基本步骤 398

14.2.1 建立模型（前处理） 398

14.2.2 加载和求解 398

14.2.3 观察模型（后处理） 404

14.3 实例导航——弹簧质子系统的谐响应分析 406

14.3.1 问题描述 406

14.3.2 GUI模式 407

14.3.3 命令流方式 419

第15章 结构屈曲分析 420

15.1 结构屈曲概论 421

15.2 结构屈曲分析的基本步骤 421

15.2.1 前处理 421

15.2.2 获得静力解 421

15.2.3 获得特征值屈曲解 422

15.2.4 扩展解 424

15.2.5 后处理（观察结果） 425

15.3 实例导航——桁架结构屈曲分析 426

15.3.1 问题描述 426

15.3.2 GUI路径模式 426

15.3.3 命令流方式 440

第16章 优化设计 441

16.1 优化设计概论 442

16.2 优化设计的基本步骤 444

16.2.1 生成分析文件 444

16.2.2 建立优化过程中的参数 447

16.2.3 进入OPT处理器，指定分析文件 448

16.2.4 指定优化变量 448

16.2.5 选择优化工具或优化方法 449

16.2.6 指定优化循环控制方式 450

16.2.7 进行优化分析 451

16.2.8 查看设计序列结果 452

16.3 实例导航——框架结构的优化设计 453

16.3.1 问题描述 453

16.3.2 GUI方式 453

16.3.3 命令流方式 467