ANSYS基础与应用教程PDF电子书下载

目录 1

第1章 绪论 1

1.1 有限元法基本思路 2

1.2 ANSYS简介 3

1.2.1 前处理模块PREP7 4

1.2.2 求解模块SOLUTION 4

1.2.3 后处理模块POST1和POST26 5

1.3 ANSYS新版本功能简介 6

第2章 初识ANSYS 8

2.1 ANSYS10.0的启动运行及设定 9

2.2 ANSYS的文件系统 9

2.3.1 启动ANSYS 10

2.3 ANSYS分析的基本步骤 10

2.3.2 建立模型 11

2.3.3 加载和求解 11

2.3.4 检查分析结果 12

2.4 基本分析过程示例 12

2.4.1 问题描述 12

2.4.2 建立ANSYS实体模型 12

2.4.3 网格划分——创建有限元模型 13

2.4.4 施加载荷和约束条件 15

2.4.5 求解分析 16

2.4.6 查看结果 17

2.4.7 退出ANSYS 17

2.4.8 命令行方式分析过程 18

第3章 应用菜单 19

3.1.1 数据库和文件操作 20

3.1 File菜单 20

3.1.2 模型导入导出操作 22

3.1.3 报告自动生成器 22

3.2 Select菜单 22

3.2.1 实体选择 22

3.2.2 部件和组件操作（Comp/Assembly） 25

3.2.3 选择所有实体 27

3.3 List菜单 27

3.3.1 列表显示文件信息 27

3.3.2 列表显示当前状态 27

3.3.3 列表显示各实体数据 28

3.4.1 刷新当前显示 29

3.4.3 显示层单元 29

3.4.2 实体显示 29

3.3.4 列出当前施加的载荷情况（Loads） 29

3.4 Plot菜单 29

3.3.5 列出实体属性（Properties） 29

3.4.4 显示指定的材料属性 30

3.4.5 显示所有选择的实体 30

3.4.6 显示组件和部件 31

3.5 PlotCtrls菜单 31

3.5.1 模型视图的移动、缩放和旋转 31

3.5.2 视图显示内容设置 33

3.5.3 图形显示风格设置 35

3.5.5 绘图窗口控制 39

3.5.4 字体控制 39

3.5.6 绘图区的清理 40

3.5.7 动画制作 40

3.5.8 图形设备操作 41

3.5.9 图形文件输出 41

3.5.10 保存和恢复绘图控制设置 41

3.6 WorkPlane菜单 41

3.6.1 显示工作平面 42

3.6.2 设置工作平面选项 42

3.6.3 工作平面的平移和旋转 42

3.6.4 局部坐标系设置 43

第4章 ANSYS的几何建模 45

4.1 ANSYS几何建模的概念 46

4.2 建模前的问题规划 47

4.2.1 类型（二维、三维等） 48

4.2.2 线性单元和二次单元的选择 48

4.2.3 不同单元连接的限制 50

4.2.4 对称性 51

4.2.5 决定模型包含多少细节 52

4.3 坐标系和工作平面在建模中的应用 52

4.3.1 ANSYS的坐标系 52

4.3.2 使用工作平面 55

4.4 自底向上建模方法 56

4.4.1 关键点（Key Point） 56

4.4.2 硬点（Hard Point） 58

4.4.3 线（Line） 60

4.4.4 面（Area） 63

4.4.5 体（Volume） 65

4.5 自顶向下的建模方法 68

4.5.1 创建面体素 68

4.5.2 生成实体体素 69

4.6 实体模型的布尔运算 72

4.6.1 布尔运算的设置 72

4.6.2 交运算 73

4.6.3 加运算 74

4.6.4 减运算 75

4.6.5 分割运算 76

4.6.6 搭接运算 78

4.6.7 分块连接 78

4.6.8 粘接 79

4.7 实体图元的缩放 80

4.8 从其他CAD系统导入模型 81

4.8.1 导入IGES格式文件 81

4.8.2 Pro/E接口 83

4.8.3 UG接口 83

4.8.4 导入SAT格式文件 84

4.8.5 导入ParaSolid格式文件 84

4.9 实体模型几何特性的计算 85

4.9.1 计算两点间距离 85

4.9.2 计算实体几何特性 85

4.10 实体建模时的注意事项 85

4.10.1 实体模型的内部表示 85

4.10.2 布尔运算中的常见问题 86

4.10.3 常用措施 88

第5章 创建有限元模型 90

5.1.1 ANSYS的单元类型 91

5.1.2 定义单元类型的一般过程 91

5.1 选定单元类型 91

5.2 设置实常数 93

5.3 定义材料属性 94

5.3.1 材料属性的说明 94

5.3.2 ANSYS中的材料模型 94

5.3.3 定义材料属性的一般过程 95

5.4 实体模型的网格划分 96

5.4.1 自由网格和映射网格 96

5.4.2 网格划分的一般步骤 97

5.4.3 网格划分工具 97

5.5.1 设定单元尺寸Size Cntrls 98

5.5 网格划分控制 98

5.5.2 网格划分选项 99

5.5.3 使用“SmartSize”控制尺寸 100

5.5.4 单元形状控制 101

5.5.5 自由网格划分 102

5.5.6 映射网格划分 102

5.5.7 由面生成体网格 102

5.6 网格质量检查和修改 103

5.6.1 单元形状检查 103

5.6.2 网格局部细化 105

5.6.3 清除网格 105

5.6.4 处理退化的四面体单元 105

5.7 直接生成单元网格的方法 106

5.6.5 改进四面体单元网格 106

5.7.1 创建节点 107

5.7.2 创建单元 107

第6章 载荷施加 109

6.1 载荷概述 110

6.1.1 载荷概念和类型 110

6.1.2 载荷步、载荷子步的概念 110

6.1.3 阶跃载荷和递变载荷 111

6.2 自由度约束条件的施加 111

6.2.1 施加DOF约束 111

6.2.2 施加对称／反对称边界条件 113

6.2.3 删除DOF约束 113

6.3.1 集中力载荷 114

6.3 施加载荷 114

6.3.2 表面载荷 116

6.3.3 体积载荷 119

6.3.4 施加耦合场载荷 122

6.3.5 载荷步文件的使用 122

第7章 求解 123

7.1 求解器 124

7.2 求解多步载荷 126

7.2.1 多重求解法 126

7.2.2 载荷步文件法 126

7.2.3 矩阵参数法 127

7.3 分析的中断和重启动 129

7.3.1 中断分析作业 129

7.3.2 重新启动分析的要求 130

7.3.3 重启动分析的步骤 131

7.3.4 从不兼容的数据库重新启动非线性分析 132

7.3.5 分步求解 133

7.4 求解参数估计 133

7.4.1 估计求解时间 133

7.4.2 估计文件大小 134

7.4.3 估计内存需求 135

7.5 求解时需要注意的事项 135

7.5.1 求解控制设置 135

7.5.2 问题的奇异解 136

第8章 ANSYS后处理 137

8.1.1 什么是后处理 138

8.1.2 ANSYS分析结果文件和数据类型 138

8.1 后处理概述 138

8.2 通用后处理器 139

8.2.1 读入结果文件 139

8.2.2 结果的图形显示 143

8.2.3 结果的列表显示 148

8.2.4 结果的查询 154

8.2.5 节点结果计算 155

8.2.6 单元表的创建和使用 156

8.2.7 路径的创建和使用 160

8.2.8 分析计算误差 167

8.2.9 将计算结果旋转到不同坐标系中 168

8.2.10 产生及组合载荷工况 169

8.3 时间历程后处理（POST26） 174

8.3.1 定义和储存POST26变量 174

8.3.2 查看变量 177

8.3.3 POST26后处理器的其他功能 179

第9章 结构静力分析 181

9.1 结构分析的概念 182

9.2 结构静力分析的基本步骤 183

9.2.1 建模 183

9.2.2 施加载荷和边界条件 183

9.2.3 查看结果 184

9.3 平面问题的结构静力分析 185

9.3.1 平面问题定义 185

9.3.2 ANSYS二维平面单元 186

9.3.3 平面问题分析示例 187

9.4.2 ANSYS中常用杆单元 195

9.4.1 桁架结构定义 195

9.4 桁架结构静力分析 195

9.4.3 空间桁架结构静力分析示例 196

9.5 梁结构静力分析 202

9.5.1 常用梁单元 202

9.5.2 梁截面的创建和使用 203

9.5.3 梁结构静力分析示例 205

9.6 壳结构静力分析 213

9.6.1 壳结构定义 213

9.6.2 壳结构分析示例 213

9.7 三维实体结构静力分析 217

9.7.1 三维实体结构概念 217

9.7.2 三维实体结构静力分析示例 218

9.8.1 模型简化和应力奇异 226

9.8 结构静力分析中需要注意的问题 226

9.8.2 载荷施加原则 227

9.8.3 大型结构件的应力分析——子模型法 228

9.8.4 后处理的基本注意事项 230

9.8.5 分析结果验证 231

第10章 非线性结构分析 233

10.1 结构非线性的基本概念 234

10.1.1 非线性结构的定义 234

10.1.2 导致结构非线性的原因 234

10.2 非线性分析的特殊性 235

10.2.1 过程依赖性 236

10.2.2 子步 237

10.2.3 恒定力和跟随力 237

10.3.1 建模 238

10.3.2 设置一般求解控制选项 238

10.2.4 非线性瞬态分析 238

10.3 非线性静态分析的基本过程 238

1 0.3.3 设置其他求解选项 243

10.3.4 施加载荷、求解 246

10.3.5 查看结果 246

10.3.6 终止正在运行的工作，重启动分析 247

10.4 非线性结构分析注意事项 247

10.4.1 分析之前的注意事项 247

10.4.2 建模过程中的注意事项 247

10.4.3 确保计算收敛的注意事项 247

10.5 大应变分析 250

10.5.2 大应变分析注意事项 251

10.5.1 大应变分析概念 251

10.6 屈曲分析 253

10.6.1 非线性屈曲分析过程 253

10.6.2 特征值屈曲分析过程 254

10.7 材料非线性分析（弹塑性分析） 257

10.7.1 材料塑性基本理论 257

10.7.2 ANSYS中的塑性材料模型 259

10.7.3 塑性分析的注意事项 262

10.8 非线性分析示例 264

10.8.1 大应变分析示例 264

10.8.2 非线性屈曲分析示例 270

10.8.3 特征值屈曲分析示例 277

10.8.4 弹塑性分析示例 282

10.8.5 非线性瞬态结构分析示例 290

第11章 接触分析 295

11.1 接触分析的概念和分类 296

11.2 ANSYS接触分析能力 296

11.2.1 面—面接触单元 296

11.2.2 点—面接触单元 297

11.2.3 点—点接触单元 297

11.3 面—面接触分析 298

11.3.1 面—面接触分析的基本步骤 298

11.3.2 识别接触对 299

11.3.3 定义目标面 300

11.3.4 定义接触面 303

11.3.5 设置接触单元关键字 304

11.3.7 施加约束条件 313

11.3.6 定义解除对实常数 313

11.3.8 设置分析选项 314

11.3.9 求解及后处理 314

11.4 点—面接触分析 315

11.4.1 点—面接触单元 315

11.4.2 点—面接触分析基本过程 316

11.4.3 生成接触单元 316

11.4.4 设置单元关键字和实常数 318

11.4.5 施加必要的边界条件 320

11.4.7 求解及后处理 321

11.5 点—点接触分析 321

11.4.6 定义求解选项 321

11.6 接触问题示例 324

11.6.1 三维接触分析示例 324

11.6.2 二维接触分析示例 331

第12章 模态分析 336

12.1 模态分析基本概念 337

12.2 模态分析方法 337

12.3 模态分析过程 341

12.3.1 建模 341

12.3.2 加载并求解 341

12.3.3 扩展模态 345

12.3.4 观察结果 347

12.4 预应力模态分析 348

12.5.1 基本概念 349

12.5 循环对称结构的模态分析 349

12.5.2 一般循环对称结构的模态分析过程 350

12.5.3 有预应力循环对称结构模态分析 352

12.6 模态分析示例 352

第13章 谐响应分析 359

13.1 谐响应分析基本概念 360

13.2 谐响应分析求解方法 360

13.3 完全法谐响应分析过程 361

13.4 缩减法谐响应分析过程 364

13.5 模态叠加法谐响应分析过程 366

13.5.1 获取模态分析解 366

13.5.2 获取模态叠加法谐响应分析解 367

13.7.1 弹簧—质量块系统谐响应分析 368

13.6 有预应力的谐响应分析 368

13.7 谐响应分析实例 368

13.7.2 琴弦的预应力谐响应分析 372

第14章 瞬态动力学分析 378

14.1 瞬态动力学分析概念 379

14.2 瞬态分析的三种求解方法 380

14.3 完全法瞬态动力学分析过程 381

14.3.1 建模 381

14.3.2 设定分析类型和选项 381

14.3.3 建立初始条件 382

14.3.4 施加其他瞬态载荷步 384

14.4 缩减法瞬态动力学分析过程 385

14.4.1 缩减法求解 385

14.3.5 求解 385

14.3.6 观察结果 385

14.4.2 观察缩减法求解的结果 388

14.4.3 扩展求解 388

14.4.4 观察扩展求解结果 389

14.5 模态叠加法瞬态动力学分析过程 389

14.5.1 定义分析类型和分析选项 390

14.5.2 在模型上加载 390

14.5.3 瞬态分析求解 391

14.6 有预应力瞬态动力学分析 392

14.7 进行瞬态分析要注意的技术细节 392

14.7.1 积分时间步长的选取 392

14.7.3 阻尼 394

14.7.2 自动时间步长 394

14.8 瞬态动力学分析示例 396

第15章 谱分析 400

15.1 谱分析基本概念 401

15.2 谱分析中的常用术语 402

15.2.1 参与系数（PF） 402

15.2.2 模态系数 402

15.2.3 模态合并 403

15.3 单点响应谱（SPRS）分析步骤 403

15.4 随机振动（PSD）分析步骤 406

15.4.1 模态扩展 407

15.4.2 进行谱分析 407

15.4.4 后处理观察结果 409

15.4.3 合并模态 409

15.4.5 典型的PSD命令行方式分析过程 411

15.4.6 随机振动分析结果的应用 412

15.5 动力设计方法（DDAM谱分析） 414

15.6 多点响应谱（MPRS）分析 414

15.7 单点响应谱分析示例 415

15.7.1 问题描述和分析 415

15.7.2 GUI方式分析过程 416

15.7.3 命令行方式分析过程 420

15.8 随机振动分析示例 421

15.8.1 问题描述和分析 421

15.8.2 GUI分析过程 422

15.8.3 命令行方式分析过程 429

第16章 热分析 432

16.1 ANSYS热分析功能 433

16.2 热分析的理论基础 433

16.2.1 基本传热方式 433

16.2.2 热分析计算公式 435

16.2.3 热分析的分类 435

16.2.4 热分析的基本材料属性 436

16.2.5 热分析的边界条件 437

16.2.6 热分析的载荷 438

16.2.7 热分析的常用参数的符号和单元 439

16.3 稳态传热分析 440

16.3.1 概述 440

16.3.2 稳态热分析的基本步骤 440

16.3.3 稳态热分析实例 445

16.4.1 瞬态传热分析概述 449

16.4 瞬态传热分析 449

16.4.2 瞬态热分析的基本步骤 450

16.4.3 瞬态热分析实例 452

16.5 辐射热分析 457

16.5.1 热辐射基本概念 457

16.5.2 ANSYS热辐射分析类型 458

16.5.3 使用AUX12辐射矩阵方法进行热辐射分析 459

16.5.4 Radiosity求解方法进行热辐射分析 462

16.5.5 热辐射分析示例 465

16.6 含相变现象的热分析 470

16.7 热应力分析 470

16.7.1 耦合场求解方法 471

16.7.2 热应力分析方法 471

16.8 综合热分析示例 472

第17章 APDL开发 477

17.1 参数 478

17.1.1 参数定义 478

17.1.2 删除参数 479

17.1.3 参数值的使用 480

17.1.4 参数值的更新 482

17.1.5 参数列表 482

17.1.6 参数的存储和恢复 482

17.2 数组型参数 483

17.2.1 数组型参数的概念和分类 483

17.2.2 数组型参数的定义和显示 485

17.2.3 数组型参数的赋值 486

17.2.4 数组型参数间的运算 493

17.2.5 数组型参数的矢量图形显示 496

17.3 数据文件的输入输出 498

17.3.1 文件的打开和写入 498

17.3.2 数据文件的读取 500

17.4 APDL宏程序设计 500

17.4.1 宏程序文件的命名规则 501

17.4.2 在ANSYS下创建宏程序 501

17.4.3 使用文本编辑器创建宏程序 502

17.4.4 创建宏程序库 503

17.4.5 执行宏程序 503

17.4.6 宏程序的局部参数 504

17.4.7 宏程序的流程控制 505

17.4.9 宏程序中应用部件和组件 507

17.4.8 宏程序中应用_STATUS和_RETURN参数 507

17.4.10 宏程序示例 508

17.5 与GUI的交互设计 509

17.5.1 定制工具栏 509

17.5.2 提示用户输入 511

17.5.3 对话框提示 511

17.5.4 定制自己的输出消息 513

17.5.5 创建进程状态窗 514

17.5.6 实现图形拾取 515

17.6 宏程序的加密 515

17.6.1 加密前的准备工作 515

17.6.2 创建加密的宏程序 516

17.6.3 加密宏程序的执行 516

参考文献 517