ANSYS 17.0有限元分析从入门到精通 中文版PDF电子书下载

第1篇 操作基础篇 2

第1章 ANSYS 17.0入门 2

1.1 ANSYS 17.0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 9

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 10

1.4.2 建立模型 10

1.4.3 查看计算结果 18

第2章 几何建模 20

2.1 坐标系简介 21

2.1.1 总体和局部坐标系 21

2.1.2 显示坐标系 23

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 25

2.2 工作平面的使用 26

2.2.1 定义一个新的工作平面 26

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 27

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 28

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 36

2.5 自底向上创建几何模型 37

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 50

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

2.10 实例——输入IGES单一实体 60

2.11 实例——对输入模型修改 62

第3章 划分网格 66

3.1 有限元网格概论 67

3.2 设定单元属性 67

3.2.1 生成单元属性表 67

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性 68

3.3 网格划分的控制 70

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 70

3.3.2 单元形状 70

3.3.3 选择自由或映射网格划分 71

3.3.4 控制单元边中节点的位置 72

3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 72

3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 73

3.3.7 局部网格划分控制 74

3.3.8 内部网格划分控制 74

3.3.9 生成过渡棱锥单元 76

3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 76

3.3.11 执行层网格划分 77

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制 77

3.4.1 自由网格划分 77

3.4.2 映射网格划分 79

3.5 实例——储液罐的网格划分 83

3.5.1 GUI方式 83

3.5.2 命令流方式 86

3.6 延伸和扫掠生成有限元模型 87

3.6.1 延伸（Extrude）生成网格 87

3.6.2 扫掠（VSWEEP）生成网格 89

3.7 修正有限元模型 92

3.7.1 局部细化网格 92

3.7.2 移动和复制节点及单元 94

3.7.3 控制面、线和单元的法向 95

3.7.4 修改单元属性 97

3.8 直接通过节点和单元生成有限元模型 97

3.8.1 节点 97

3.8.2 单元 99

3.9 编号控制 101

3.9.1 合并重复项 101

3.9.2 编号压缩 102

3.9.3 设定起始编号 102

3.9.4 编号偏差 103

3.10 实例——轴承座的网格划分 104

3.10.1 GUI方式 104

3.10.2 命令流方式 108

第4章 施加载荷 110

4.1 载荷概论 111

4.1.1 什么是载荷 111

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 112

4.1.3 时间参数 113

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 113

4.2 施加载荷 114

4.2.1 载荷分类 114

4.2.2 轴对称载荷与反作用力 119

4.2.3 利用表格施加载荷 120

4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件 122

4.3 实例——轴承座的载荷和约束施加 124

4.3.1 GUI方式 124

4.3.2 命令流方式 127

4.4 设定载荷步选项 128

4.4.1 通用选项 128

4.4.2 动力学分析选项 131

4.4.3 非线性选项 132

4.4.4 输出控制 132

4.4.5 Biot-Savart选项 133

4.4.6 谱分析选项 133

4.4.7 创建多载荷步文件 134

4.5 实例——储液罐的载荷和约束施加 135

4.5.1 GUI方式 135

4.5.2 命令流方式 138

第5章 求解 141

5.1 求解概论 142

5.1.1 使用直接求解法 142

5.1.2 使用其他求解器 143

5.1.3 获得解答 143

5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型 144

5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项 144

5.2.2 使用求解控制对话框 144

5.3 多载荷步求解 145

5.3.1 多重求解法 146

5.3.2 使用载荷步文件法 146

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 147

5.4 实例——轴承座和储液罐模型求解 148

第6章 后处理 150

6.1 后处理概述 151

6.1.1 结果文件 152

6.1.2 后处理可用的数据类型 152

6.2 通用后处理器（POST1） 153

6.2.1 将数据结果读入数据库 153

6.2.2 图像显示结果 159

6.2.3 列表显示结果 166

6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示 168

6.3 实例——轴承座计算结果后处理 169

6.3.1 GUI方式 170

6.3.2 命令流方式 173

6.4 时间历程后处理（POST26） 173

6.4.1 定义和储存POST26变量 174

6.4.2 检查变量 176

6.4.3 POST26后处理器的其他功能 178

6.5 实例——储液罐计算结果后处理 179

6.5.1 GUI方式 179

6.5.2 命令流方式 182

第2篇 专题实例篇 184

第7章 结构静力分析 184

7.1 结构静力概论 185

7.2 实例——高速齿轮应力分析 185

7.2.1 分析问题 185

7.2.2 建立模型 186

7.2.3 定义边界条件并求解 201

7.2.4 查看结果 203

7.2.5 命令流执行方式 207

7.3 实例——钢桁架桥静力受力分析 207

7.3.1 分析问题 207

7.3.2 建立模型 207

7.3.3 定义边界条件并求解 215

7.3.4 查看结果 217

7.3.5 命令流执行方式 221

7.4 实例——联轴体的静力分析实例 221

7.4.1 分析问题 221

7.4.2 建立模型 222

7.4.3 定义边界条件并求解 226

7.4.4 查看结果 229

7.4.5 命令流执行方式 235

第8章 模态分析 236

8.1 模态分析概论 237

8.2 实例——高速齿轮模态分析 237

8.2.1 分析问题 237

8.2.2 建立模型 237

8.2.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 243

8.2.4 查看结果 246

8.2.5 命令流模式 250

8.3 实例——钢桁架桥模态分析 250

8.3.1 问题描述 250

8.3.2 GUI操作方法 251

8.3.3 命令流实现 255

第9章 谐响应分析 256

9.1 谐响应分析概论 257

9.1.1 Full Method（完全法） 257

9.1.2 Reduced Method（减缩法） 258

9.1.3 Mode Superposition Method（模态叠加法） 258

9.1.4 3种方法的共同局限性 258

9.2 实例——悬臂梁谐响应分析 258

9.2.1 分析问题 259

9.2.2 建立模型 259

9.2.3 查看结果 270

9.2.4 命令流方式 272

第10章 瞬态动力学分析 273

10.1 瞬态动力学概论 274

10.1.1 Full Method（完全法） 274

10.1.2 Mode Superposition Method（模态叠加法） 274

10.1.3 Reduced Method（减缩法） 275

10.2 实例——哥伦布阻尼的自由振动分析 275

10.2.1 问题描述 275

10.2.2 GUI模式 275

10.2.3 命令流方式 287

第11章 谱分析 288

11.1 谱分析概论 289

11.1.1 响应谱 289

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 289

11.1.3 功率谱密度（PSD） 289

11.2 实例——支撑平板动力效果谱分析 290

11.2.1 问题描述 290

11.2.2 建立模型 290

11.2.3 命令流方式 308

第12章 非线性分析 309

12.1 非线性分析概论 310

12.1.1 非线性行为的原因 310

12.1.2 非线性分析的基本信息 311

12.1.3 几何非线性 313

12.1.4 材料非线性 314

12.1.5 其他非线性问题 318

12.2 实例——铆钉冲压应力分析 318

12.2.1 分析问题 318

12.2.2 建立模型 318

12.2.3 定义边界条件并求解 324

12.2.4 查看结果 326

12.2.5 命令流 330

第13章 结构屈曲分析 331

13.1 结构屈曲概论 332

13.2 实例——圆盘边缘屈曲分析 332

13.2.1 分析问题 332

13.2.2 建立模型 332

13.2.3 定义边界条件并求解 336

13.2.4 查看结果 340

13.2.5 命令流 345

第14章 接触问题分析 346

14.1 接触问题概论 347

14.1.1 一般分类 347

14.1.2 接触单元 347

14.2 实例——齿轮副的接触分析 348

14.2.1 分析问题 348

14.2.2 建立模型 348

14.2.3 定义边界条件并求解 359

14.2.4 查看结果 361

14.2.5 命令流方式 363

第15章 结构优化 364

15.1 结构优化设计概论 365

15.2 实例——梁结构优化设计 366

15.2.1 问题描述 367

15.2.2 命令流方式 382

第3篇 热分析篇 384

第16章 稳态热分析与瞬态热分析 384

16.1 热分析概论 385

16.1.1 热分析的特点 385

16.1.2 热分析单元 386

16.2 热载荷和边界条件的类型 386

16 2.1 概述 386

16.2.2 热载荷和边界条件注意事项 387

16.3 稳态热分析概述 387

16.3.1 稳态热分析定义 387

16.3.2 稳态热分析的控制方程 387

16.4 实例——电线生热稳态热分析 388

16.4.1 GUI操作步骤 388

16.4.2 命令流方式 401

16.5 瞬态热分析概述 402

16.5.1 瞬态热分析特性 402

16.5.2 瞬态热分析前处理考虑因素 402

16.5.3 控制方程 403

16.5.4 初始条件的施加 403

16.6 实例——钢球淬火过程瞬态热分析 404

16.6.1 GUI分析过程 404

16.6.2 命令流方式 413

第17章 热辐射和相变分析 414

17.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法 415

17.1.1 热辐射特性 415

17.1.2 ANSYS中热辐射的处理方法 415

17.2 实例——两同心圆柱体间热辐射分析 415

17.2.1 问题描述 415

17.2.2 问题分析 416

17.2.3 GUI操作步骤 416

17.2.4 APDL命令流程序 427

17.3 实例——圆台形物体热辐射分析 427

17.3.1 问题描述 427

17.3.2 问题分析 428

17.3.3 GUI操作步骤 428

17.3.4 APDL命令流程序 434

17.4 相变分析概述 434

17.4.1 相和相变 434

17.4.2 潜在热量和焓 434

17.4.3 相变分析基本思路 435

17.5 实例——茶杯中水结冰过程分析 437

17.5.1 问题描述 437

17.5.2 问题分析 438

17.5.3 GUI操作步骤 438

17.5.4 APDL命令流程序 450

第4篇 电磁分析篇 452

第18章 电磁场有限元分析简介 452

18.1 电磁场有限元分析概述 453

18.1.1 电磁场中常见边界条件 453

18.1.2 ANSYS电磁场分析对象 453

18.1.3 电磁场单元概述 454

18.1.4 电磁宏 455

18.2 远场单元及远场单元的使用 456

18.2.1 远场单元 457

18.2.2 使用远场单元的注意事项 457

第19章 二维磁场分析 459

19.1 二维静态磁场分析中要用到的单元 460

19.2 实例——二维螺线管制动器内静态磁场的分析 460

19.2.1 问题描述 460

19.2.2 GUI操作方法 462

19.2.3 命令流实现 474

19.3 二维谐波磁场分析中要用到的单元 474

19.4 实例——二维非线性谐波分析 474

19.4.1 问题描述 474

19.4.2 GUI操作方法 474

19.4.3 命令流实现 482

19.5 二维瞬态磁场分析中要用到的单元 482

19.6 实例——带缝导体瞬态分析 483

19.6.1 问题描述 483

19.6.2 GUI操作方法 483

19.6.3 命令流实现 494

第20章 三维磁场分析 500

20.1 三维静态磁场标量法分析中要用到的单元 501

20.2 实例——带空气隙的永磁体 502

20.2.1 问题描述 502

20.2.2 GUI操作方法 503

20.2.3 命令流实现 515

20.3 棱边单元边方法中用到的单元 515

20.4 实例——电动机沟槽中瞬态磁场分布 515

20.4.1 问题描述 515

20.4.2 创建物理环境 516

20.4.3 建立模型、赋予特性、划分网格 517

20.4.4 加边界条件和载荷 519

20.4.5 求解 520

20.4.6 查看计算结果 522

20.4.7 命令流实现 526

第21章 电场分析 527

21.1 电场分析要用到的单元 528

21.2 实例——正方形电流环中的磁场 530

21.2.1 问题描述 530

21.2.2 创建物理环境 531

21.2.3 建立模型、赋予特性、划分网格 532

21.2.4 加边界条件和载荷 534

21.2.5 求解 535

21.2.6 查看计算结果 536

21.2.7 命令流实现 538

21.3 h方法静电场分析中用到的单元 538

21.4 实例——屏蔽微带传输线的静电分析 539

21.4.1 问题描述 539

21.4.2 GUI操作方法 540

21.4.3 命令流实现 549

21.5 电路分析中要用到的单元 549

21.5.1 使用CIRCU124单元 549

21.5.2 使用CIRCU125单元 551

21.6 实例——谐波电路分析 552

21.6.1 问题描述 552

21.6.2 GUI操作方法 552

21.6.3 命令流实现 559

21.7 高频分析中要用到的单元 559

21.8 实例——腔体高频模态分析 560

21.8.1 问题描述 560

21.8.2 创建物理环境 560

21.8.3 建立模型、赋予特性、划分网格 563

21.8.4 加边界条件和载荷 564

21.8.5 求解 565

21.8.6 查看结算结果 566

21.8.7 命令流实现 568

第5篇 耦合场分析篇 570

第22章 耦合场分析简介 570

22.1 耦合场分析的定义 571

22.2 耦合场分析的类型 571

22.2.1 直接方法 571

22.2.2 载荷传递分析 571

22.2.3 直接方法和载荷传递 572

22.2.4 其他分析方法 574

22.3 耦合场分析的单位制 574

第23章 直接耦合场分析 578

23.1 实例——换热管的热应力耦合分析 579

23.1.1 前处理 579

23.1.2 求解 580

23.1.3 后处理 582

23.1.4 命令流方式 583

23.2 实例——热电发电机热电耦合分析 583

23.2.1 前处理 584

23.2.2 求解 593

23.2.3 后处理 594

23.2.4 命令流方式 596

第24章 多场求解-MFS单码的耦合分析 597

24.1 实例——厚壁圆筒的热应力分析 598

24.1.1 前处理 598

24.1.2 求解 606

24.1.3 后处理 610

24.1.4 命令流方式 613

24.2 实例——机电-电路耦合分析实例 614

24.2.1 前处理 614

24.2.2 求解 621

24.2.3 后处理 624

24.2.4 命令流方式 626