ANSYS 18.0有限元分析学习宝典PDF电子书下载

第1篇 操作基础篇 2

第1章 ANSYS 18.0概述 2

1.1 ANSYS介绍 3

1.1.1 ANSYS的功能 3

1.1.2 ANSYS的发展 4

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 18.0的用户界面 8

1.4 ANSYS分析过程 9

1.4.1 建立模型 10

1.4.2 加载并求解 10

1.4.3 后处理 11

1.5 实例——悬臂梁应力分析 11

1.5.1 问题描述 11

1.5.2 GUI路径模式 12

1.5.3 命令流方式 22

第2章 几何建模 23

2.1 几何建模概论 24

2.1.1 自底向上创建几何模型 24

2.1.2 自顶向下创建几何模型 24

2.1.3 布尔运算操作 24

2.1.4 拖拉和旋转 25

2.1.5 移动和复制 25

2.1.6 修改模型（清除和删除） 26

2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS 26

2.2 自顶向下创建几何模型（体素） 26

2.2.1 创建面体素 26

2.2.2 创建实体体素 27

2.3 自底向上创建几何模型 28

2.3.1 关键点 29

2.3.2 硬点 30

2.3.3 线 31

2.3.4 面 33

2.3.5 体 34

2.4 工作平面的使用 35

2.4.1 定义一个新的工作平面 36

2.4.2 控制工作平面的显示和样式 36

2.4.3 移动工作平面 36

2.4.4 旋转工作平面 37

2.4.5 还原一个已定义的工作平面 37

2.4.6 工作平面的高级用途 37

2.5 坐标系简介 39

2.5.1 总体坐标系和局部坐标系 40

2.5.2 显示坐标系 42

2.5.3 节点坐标系 42

2.5.4 单元坐标系 43

2.5.5 结果坐标系 44

2.6 使用布尔操作修正几何模型 44

2.6.1 布尔运算的设置 44

2.6.2 布尔运算之后的图元编号 45

2.6.3 交运算 45

2.6.4 两两相交 46

2.6.5 相加 46

2.6.6 相减 47

2.6.7 利用工作平面进行减运算 47

2.6.8 搭接 48

2.6.9 分割 48

2.6.10 粘接（或合并） 49

2.7 移动、复制和缩放几何模型 49

2.7.1 按照样本生成图元 49

2.7.2 由对称映像生成图元 50

2.7.3 将样本图元转换坐标系 50

2.7.4 实体模型图元的缩放 50

2.8 从IGES文件中将几何模型导入ANSYS 51

2.9 实例——输入IGES单一实体 52

2.10 实例——对输入模型进行修改 55

2.11 实例——旋转外轮的实体建模 59

2.11.1 GUI方式 59

2.11.2 命令流方式 65

第3章 划分网格 68

3.1 有限元网格概论 69

3.2 设定单元属性 69

3.2.1 生成单元属性表 70

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性 70

3.3 网格划分的控制 72

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 72

3.3.2 单元形状 73

3.3.3 选择自由网格或映射网格划分 74

3.3.4 控制单元边中节点的位置 74

3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 74

3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 75

3.3.7 局部网格划分控制 76

3.3.8 内部网格划分控制 77

3.3.9 生成过渡棱锥单元 78

3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 79

3.3.11 执行层网格划分 79

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制 80

3.4.1 自由网格划分 80

3.4.2 映射网格划分 81

3.5 延伸和扫掠生成有限元模型 85

3.5.1 延伸（Extrude）生成网格 85

3.5.2 扫掠（VSWEEP）生成网格 87

3.6 修正有限元模型 89

3.6.1 局部细化网格 89

3.6.2 移动和复制节点及单元 92

3.6.3 控制面、线和单元的法向 93

3.6.4 修改单元属性 94

3.7 直接通过节点和单元生成有限元模型 95

3.7.1 节点 95

3.7.2 单元 96

3.8 编号控制 98

3.8.1 合并重复项 99

3.8.2 编号压缩 99

3.8.3 设定起始编号 100

3.8.4 编号偏差 100

3.9 实例——旋转外轮的网格划分 101

3.9.1 GUI方式 101

3.9.2 命令流方式 105

第4章 施加载荷 107

4.1 载荷概论 108

4.1.1 载荷简介 108

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 109

4.1.3 时间参数 109

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 110

4.2 施加载荷 111

4.2.1 载荷分类 111

4.2.2 轴对称载荷与反作用力 116

4.2.3 利用表格施加载荷 117

4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件 119

4.3 设定载荷步选项 121

4.3.1 通用选项 121

4.3.2 动力学分析选项 124

4.3.3 非线性选项 125

4.3.4 输出控制 125

4.3.5 Biot-Savart选项 126

4.3.6 谱分析选项 127

4.3.7 创建多载荷步文件 127

4.4 实例——旋转外轮的载荷和约束施加 128

4.4.1 GUI方式 128

4.4.2 命令流方式 130

第5章 求解 132

5.1 求解概论 133

5.1.1 使用直接求解法 133

5.1.2 使用其他求解器 134

5.1.3 获得解答 134

5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型 135

5.2.1 使用Abridged Solution菜单命令 135

5.2.2 使用求解控制对话框 135

5.3 多载荷步求解 136

5.3.1 多重求解法 137

5.3.2 使用载荷步文件法 137

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 138

5.4 实例——旋转外轮模型求解 139

第6章 后处理 141

6.1 后处理概述 142

6.1.1 结果文件 143

6.1.2 后处理可用的数据类型 143

6.2 通用后处理器（POST1） 143

6.2.1 将数据结果读入数据库 144

6.2.2 图像显示结果 150

6.2.3 列表显示结果 157

6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示 159

6.3 时间历程后处理（POST26） 160

6.3.1 定义和储存POST26变量 161

6.3.2 检查变量 163

6.3.3 POST26后处理器的其他功能 165

6.4 实例——旋转外轮计算结果后处理 166

6.4.1 GUI方式 166

6.4.2 命令流方式 172

第2篇 专题实例篇 174

第7章 结构静力分析 174

7.1 结构静力概论 175

7.2 实例——内六角扳手的静态分析 175

7.2.1 问题描述 175

7.2.2 建立模型 176

7.2.3 定义边界条件并求解 184

7.2.4 查看结果 188

7.2.5 命令流执行方式 193

7.3 实例——钢桁架桥静力受力分析 193

7.3.1 问题描述 193

7.3.2 建立模型 194

7.3.3 定义边界条件并求解 202

7.3.4 查看结果 204

7.3.5 命令流执行方式 208

第8章 模态分析 209

8.1 模态分析概论 210

8.2 实例——钢桁架桥模态分析 210

8.2.1 问题描述 210

8.2.2 GUI操作方法 211

8.2.3 求解 211

8.2.4 查看结算结果 212

8.2.5 退出程序 215

8.2.6 命令流执行方式 216

8.3 实例——压电变换器的自振频率分析 216

8.3.1 问题描述 216

8.3.2 建立模型 217

8.3.3 求解短路电路频率 223

8.3.4 短路电路频率后处理 225

8.3.5 求解公开电路频率 227

8.3.6 公开电路频率后处理 228

8.3.7 命令流执行方式 229

第9章 谐响应分析 230

9.1 谐响应分析概论 231

9.1.1 完全法（Full Method） 231

9.1.2 减缩法（Reduced Method） 232

9.1.3 模态叠加法（Mode Superposition Method） 232

9.1.4 3种方法的共同局限性 232

9.2 实例——弹簧质子系统的谐响应分析 232

9.2.1 问题描述 233

9.2.2 建模及分网 233

9.2.3 模态分析 237

9.2.4 谐响应分析 239

9.2.5 观察结果 240

9.2.6 命令流执行方式 243

第10章 瞬态动力学分析 244

10.1 瞬态动力学概述 245

10.1.1 完全法（Full Method） 245

10.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method） 245

10.1.3 减缩法（Reduced Method） 246

10.2 实例——瞬态动力学分析 246

10.2.1 问题描述 246

10.2.2 建立模型 247

10.2.3 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解 251

10.2.4 查看结果 256

10.2.5 命令流执行方式 258

第11章 谱分析 259

11.1 谱分析概论 260

11.1.1 响应谱 260

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 260

11.1.3 功率谱密度（PSD） 260

11.2 实例——支撑平板动力效果谱分析 261

11.2.1 问题描述 261

11.2.2 前处理 261

11.2.3 模态分析 269

11.2.4 谱分析 272

11.2.5 POST1后处理 275

11.2.6 谐响应分析 277

11.2.7 POST26后处理 278

11.2.8 命令流执行方式 280

第12章 非线性分析 281

12.1 非线性分析概论 282

12.1.1 非线性行为的原因 282

12.1.2 非线性分析的基本信息 283

12.1.3 几何非线性 285

12.1.4 材料非线性 286

12.1.5 其他非线性问题 290

12.2 实例——螺栓的蠕变分析 290

12.2.1 问题描述 290

12.2.2 建立模型 291

12.2.3 设置分析并求解 294

12.2.4 查看结果 296

12.2.5 命令流执行方式 299

第13章 结构屈曲分析 300

13.1 结构屈曲概论 301

13.2 实例——薄壁圆筒屈曲分析 301

13.2.1 问题描述 301

13.2.2 前处理 302

13.2.3 建立实体模型 303

13.2.4 获得静力解 305

13.2.5 获得特征值屈曲解 307

13.2.6 扩展解 308

13.2.7 后处理 309

13.2.8 命令流执行方式 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——陶瓷套管的接触分析 312

14.2.1 问题描述 312

14.2.2 建立模型并划分网格 313

14.2.3 定义边界条件并求解 320

14.2.4 后处理 324

14.2.5 命令流执行方式 328

第3篇 热分析篇 330

第15章 稳态热分析与瞬态热分析 330

15.1 热分析概论 331

15.1.1 热分析的特点 331

15.1.2 热分析单元 332

15.2 热载荷和边界条件的类型 332

15.2.1 热载荷分类 332

15.2.2 热载荷和边界条件注意事项 333

15.3 稳态热分析概述 333

15.3.1 稳态热分析定义 333

15.3.2 稳态热分析的控制方程 334

15.4 实例——蒸汽管分析 334

15.4.1 问题描述 334

15.4.2 问题分析 334

15.4.3 进行平面的轴对称分析 335

15.4.4 进行三维分析 340

15.4.5 命令流执行方式 347

15.5 瞬态热分析概述 347

15.5.1 瞬态热分析特性 347

15.5.2 瞬态热分析前处理考虑因素 348

15.5.3 控制方程 348

15.5.4 初始条件的施加 348

15.6 实例——钢板加热过程分析 349

15.6.1 问题描述 349

15.6.2 问题分析 350

15.6.3 前处理 350

15.6.4 施加载荷及求解 351

15.6.5 后处理 353

15.6.6 命令流执行方式 356

第16章 热辐射和相变分析 357

16.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法 358

16.1.1 热辐射特性 358

16.1.2 ANSYS中热辐射的处理方法 358

16.2 实例——黑体热辐射分析 358

16.2.1 问题描述 358

16.2.2 问题分析 359

16.2.3 前处理 359

16.2.4 施加载荷及求解 360

16.2.5 后处理 361

16.2.6 命令流执行方式 362

16.3 实例——长方体形坯料空冷过程分析 362

16.3.1 问题描述 362

16.3.2 问题分析 363

16.3.3 前处理 363

16.3.4 施加载荷及求解 365

16.3.5 后处理 367

16.3.6 命令流执行方式 368

16.4 相变分析概述 368

16.4.1 相和相变 368

16.4.2 潜在热量和焓 368

16.4.3 相变分析基本思路 369

16.5 实例——两铸钢板在不同介质中焊接过程对比 371

16.5.1 问题描述 371

16.5.2 问题分析 371

16.5.3 前处理 371

16.5.4 施加载荷及求解 374

16.5.5 后处理 376

16.5.6 命令流执行方式 380

第4篇 电磁分析篇 382

第17章 电磁场分析 382

17.1 电磁场分析概述 383

17.1.1 电磁场中常见边界条件 383

17.1.2 ANSYS电磁场分析对象 383

17.1.3 电磁场单元简介 384

17.1.4 电磁宏 385

17.2 远场单元及其使用 386

17.2.1 远场单元 387

17.2.2 使用远场单元的注意事项 387

第18章 磁场分析 390

18.1 实例——载流导体的电磁力分析 391

18.1.1 问题描述 391

18.1.2 创建物理环境 391

18.1.3 建立模型、赋予属性和划分刚格 393

18.1.4 添加边界条件和载荷 398

18.1.5 求解 399

18.1.6 查看计算结果 399

18.1.7 命令流执行方式 404

18.2 实例——三维螺线管静态磁分析 404

18.2.1 问题描述 404

18.2.2 GUI操作方法 405

18.2.3 命令流执行方式 417

第19章 电场分析 418

19.1 实例——正方形电流环中的磁场 419

19.1.1 问题描述 419

19.1.2 创建物理环境 419

19.1.3 建立模型、赋予属性和划分网格 421

19.1.4 添加边界条件和载荷 423

19.1.5 求解 424

19.1.6 查看计算结果 424

19.1.7 命令流执行方式 427

19.2 实例——电容计算 428

19.2.1 问题描述 428

19.2.2 创建物理环境 428

19.2.3 建立模型、赋予属性和划分网格 431

19.2.4 添加边界条件和载荷 434

19.2.5 求解 436

19.2.6 命令流执行方式 437

第5篇 耦合场分析篇 440

第20章 耦合场分析简介 440

20.1 耦合场分析的定义 441

20.2 耦合场分析的类型 441

20.2.1 直接方法 441

20.2.2 载荷传递分析 441

20.2.3 直接方法和载荷传递 442

20.2.4 其他分析方法 444

20.3 耦合场分析的单位制 444

第21章 直接耦合场分析——微型驱动器电热耦合分析 448

21.1 问题描述 449

21.2 前处理 450

21.3 求解 472

21.4 后处理 475

21.5 命令流执行方式 476

第22章 多场求解-MFS单码的耦合分析——静电驱动的梁分析 477

22.1 问题描述 478

22.2 前处理 478

22.3 求解 490

22.4 后处理 495

22.5 命令流执行方式 499