CAD/CAM/CAE自学手册 ANSYS 15.0有限元分析自学手册PDF电子书下载

第1篇 操作基础篇 2

第1章 ANSYS概述 2

1.1 有限单元法简介 3

1.1.1 CAE软件简介 3

1.1.2 有限单元法的基本概念 5

1.2 工业ANSYS简介 6

1.2.1 ANSYS的发展 7

1.2.2 ANSYS的功能 7

1.3 ANSYS 15.0的启动及界面 8

1.3.1 设置运行环境 8

1.3.2 启动与退出 11

1.3.3 ANSYS 15.0的图形用户界面 12

1.4 程序结构 13

1.4.1 处理器 14

1.4.2 文件格式 14

1.4.3 输入方式 14

1.4.4 输出文件类型 15

1.5 ANSYS分析的基本过程 15

1.5.1 前处理 15

1.5.2 加载并求解 16

1.5.3 后处理 16

1.5.4 实例导航——齿轮泵齿轮静力分析实例 17

1.6 本章小结 18

第2章 几何建模 19

2.1 坐标系简介 20

2.1.1 总体和局部坐标系 20

2.1.2 显示坐标系 22

2.1.3 节点坐标系 23

2.1.4 单元坐标系 23

2.1.5 结果坐标系 24

2.1.6 坐标系创建实例 24

2.2 工作平面的使用和操作 27

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 28

2.2.3 移动工作平面 28

2.2.4 旋转工作平面 29

2.2.5 还原一个已定义的工作平面 29

2.2.6 工作平面的高级用途 29

2.2.7 工作平面创建实例 31

2.3 布尔操作 33

2.3.1 布尔运算操作 33

2.3.2 布尔运算的设置 34

2.3.3 布尔运算之后的图元编号 35

2.3.4 交运算 35

2.3.5 两两相交 36

2.3.6 相加 37

2.3.7 相减 37

2.3.8 利用工作平面作减运算 38

2.3.9 搭接 39

2.3.10 分割 39

2.3.11 粘接（或合并） 40

2.3.12 布尔操作实例 40

2.4 自底向上创建几何模型 43

2.4.1 关键点 44

2.4.2 硬点 48

2.4.3 线 49

2.4.4 面 51

2.4.5 体 52

2.4.6 自底向上建模实例 54

2.5 自顶向下创建几何模型（体素） 64

2.5.1 创建面体素 64

2.5.2 创建实体体素 64

2.5.3 自顶向下建模实例 67

2.6 移动、复制和缩放几何模型 77

2.6.1 移动和复制 77

2.6.2 拖拉和旋转 78

2.6.3 按照样本生成图元 78

2.6.4 由对称映像生成图元 79

2.6.5 将样本图元转换坐标系 79

2.6.6 实体模型图元的缩放 80

2.6.7 修改模型（清除和删除） 81

2.7 几何模型导入到ANSYS 82

2.7.1 输入IGES单一实体 82

2.7.2 输入SAT单一实体 85

2.7.3 输入SAT实体集合 87

2.7.4 输入Parasolid单一实体 91

2.7.5 输入Parasolid实体集合 94

2.8 实例导航——齿轮泵齿轮的建模 95

2.9 本章小结 109

第3章 划分网格 111

3.1 有限元网格概论 112

3.2 设定单元属性 112

3.2.1 生成单元属性表 113

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性 113

3.2.3 设定单元属性实例 115

3.3 网格划分的控制 119

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 119

3.3.2 映射网格划分中单元的默认尺寸 121

3.3.3 局部网格划分控制 122

3.3.4 内部网格划分控制 123

3.3.5 生成过渡棱锥单元 125

3.3.6 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 126

3.3.7 执行层网格划分 126

3.3.8 网格划分控制实例 127

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制 129

3.4.1 自由网格划分 129

3.4.2 映射网格划分 130

3.5 给实体模型划分有限元网格 135

3.5.1 用xMESH命令生成网格 135

3.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 136

3.5.3 在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元 137

3.6 延伸和扫略生成有限元模型 138

3.6.1 延伸（Extrude）生成网格 138

3.6.2 扫略（VSWEEP）生成网格 140

3.7 修正有限元模型 142

3.7.1 局部细化网格 143

3.7.2 移动和复制节点和单元 145

3.7.3 控制面、线和单元的法向 146

3.7.4 修改单元属性 147

3.8 编号控制 147

3.8.1 合并重复项 148

3.8.2 编号压缩 149

3.8.3 设定起始编号 149

3.8.4 编号偏差 150

3.9 实例导航——齿轮泵齿轮模型网格划分 150

3.10 本章小结 155

第4章 施加载荷 156

4.1 载荷概论 157

4.1.1 什么是载荷 157

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 158

4.1.3 时间参数 159

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 160

4.2 施加载荷 160

4.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 161

4.2.2 施加载荷 161

4.2.3 利用表格来施加载荷 167

4.2.4 轴对称载荷与反作用力 169

4.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件 170

4.3 设定载荷步选项 172

4.3.1 通用选项 172

4.3.2 非线性选项 175

4.3.3 动力学分析选项 176

4.3.4 输出控制 176

4.3.5 Biot-Savart选项 177

4.3.6 谱分析选项 178

4.3.7 创建多载荷步文件 178

4.4 实例导航——齿轮泵齿轮模型载荷施加 179

4.5 本章小结 183

第5章 求解 184

5.1 求解概论 185

5.1.1 使用直接求解法 186

5.1.2 使用稀疏矩阵直接解法求解器 186

5.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器 186

5.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器 187

5.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器 187

5.1.6 使用自动迭代解法选项 188

5.1.7 获得解答 189

5.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型 189

5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项 190

5.2.2 使用求解控制对话框 190

5.3 多载荷步求解 192

5.3.1 多重求解法 192

5.3.2 使用载荷步文件法 192

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 193

5.4 重新启动分析 194

5.4.1 重新启动一个分析 195

5.4.2 多载荷步文件的重启动分析 198

5.5 预测求解时间和估计文件大小 200

5.5.1 估计运算时间 201

5.5.2 估计文件的大小 201

5.5.3 估计内存需求 201

5.6 实例导航——齿轮泵齿轮模型求解 202

5.7 本章小结 202

第6章 后处理 203

6.1 后处理概述 204

6.1.1 后处理 204

6.1.2 结果文件 205

6.1.3 后处理可用的数据类型 205

6.2 通用后处理器（POST1） 206

6.2.1 将数据结果读入数据库 206

6.2.2 列表显示结果 213

6.2.3 图像显示结果 219

6.2.4 映射结果到某一路径上 226

6.2.5 表面操作 231

6.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示 234

6.3 时间历程后处理器（POST26） 236

6.3.1 定义和储存POST26变量 236

6.3.2 检查变量 239

6.3.3 后处理器POST26的其他功能 241

6.4 实例导航——齿轮泵齿轮模型结果后处理 242

6.5 本章小结 248

第2篇 专题实例篇 250

第7章 静力学分析 250

7.1 静力分析介绍 251

7.1.1 结构静力分析简介 251

7.1.2 静力分析的类型 252

7.1.3 静力分析基本步骤 252

7.2 实例导航——联轴体的静力分析实例 253

7.2.1 问题描述 253

7.2.2 建立模型 254

7.2.3 定义边界条件并求解 258

7.2.4 查看结果 261

7.2.5 命令流实现 265

7.3 实例导航——内六角扳手的静态分析 265

7.3.1 问题的描述 265

7.3.2 建立模型 265

7.3.3 定义边界条件并求解 273

7.3.4 查看结果 276

7.3.5 命令流方式 280

7.4 本章小结 280

第8章 模态分析 281

8.1 模态分析概论 282

8.2 模态分析的基本步骤 282

8.2.1 建立模型 282

8.2.2 加载及求解 283

8.2.3 扩展模态 286

8.2.4 观察结果和后处理 287

8.3 实例导航——结构模态分析实例 288

8.3.1 分析问题 289

8.3.2 建立模型 289

8.3.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 295

8.3.4 查看结果 298

8.3.5 命令流实现 301

8.4 实例导航——小发电机转子模态分析 301

8.4.1 分析问题 301

8.4.2 建立模型 302

8.4.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 306

8.4.4 查看结果 308

8.4.5 命令流方式 308

8.5 本章小结 308

第9章 谐响应分析 309

9.1 谐响应分析概论 310

9.1.1 完全法（Full Method） 311

9.1.2 减缩法（Reduced Method） 311

9.1.3 模态叠加法（Mode SuperpositionMethod） 312

9.1.4 3种方法的共同局限性 312

9.2 谐响应分析的基本步骤 312

9.2.1 建立模型（前处理） 313

9.2.2 加载和求解 313

9.2.3 观察模型（后处理） 318

9.3 实例导航——悬臂梁谐响应分析 320

9.3.1 分析问题 320

9.3.2 建立模型 320

9.3.3 定义边界条件并求解 325

9.3.4 查看结果 331

9.3.5 命令流方式 333

9.4 实例导航——吉他的谐响应分析 334

9.4.1 分析问题 335

9.4.2 建立模型 335

9.4.3 定义边界条件并求解 340

9.4.4 查看结果 346

9.4.5 命令流方式 348

9.5 本章小结 348

第10章 瞬态动力学分析 349

10.1 瞬态动力学概论 350

10.1.1 完全法（Full Method） 350

10.1.2 模态叠加法（Mode SuperpositionMethod） 351

10.1.3 减缩法（Reduced Method） 351

10.2 瞬态动力学的基本步骤 351

10.2.1 前处理（建模和分网） 352

10.2.2 建立初始条件 352

10.2.3 设定求解控制器 353

10.2.4 设定其他求解选项 355

10.2.5 施加载荷 355

10.2.6 设定多载荷步 357

10.2.7 瞬态求解 357

10.2.8 后处理 357

10.3 实例导航——瞬态动力学分析实例 359

10.3.1 分析问题 360

10.3.2 建立模型 361

10.3.3 进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解 365

10.3.4 查看结果 369

10.3.5 命令流实现 371

10.4 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析 372

10.4.1 问题描述 372

10.4.2 建立模型 373

10.4.3 进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解 376

10.4.4 查看结果 380

10.4.5 命令流方式 384

10.5 本章小结 384

第11章 谱分析 385

11.1 谱分析概论 386

11.1.1 响应谱 386

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 386

11.1.3 功率谱密度（PSD） 387

11.2 A谱分析的基本步骤 387

11.2.1 前处理 387

11.2.2 模态分析 387

11.2.3 谱分析 388

11.2.4 扩展模态 390

11.2.5 合并模态 391

11.2.6 后处理 392

11.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析 393

11.3.1 问题描述 394

11.3.2 建立模型 394

11.3.3 进行分析 400

11.3.4 后处理 408

11.3.5 命令流实现 411

11.4 本章小结 411

第12章 结构屈曲分析 412

12.1 结构屈曲概论 413

12.2 结构屈曲分析的基本步骤 413

12.2.1 前处理 413

12.2.2 获得静力解 414

12.2.3 获得特征值屈曲解 414

12.2.4 扩展解 415

12.2.5 后处理（观察结果） 417

12.3 实例导航——薄壁圆筒屈曲分析 417

12.3.1 分析问题 417

12.3.2 建立模型 418

12.3.3 求解 421

12.3.4 查看结果 424

12.3.5 命令流 424

12.4 实例导航——桁架结构屈曲分析 424

12.4.1 问题描述 424

12.4.2 建立模型 425

12.4.3 求解 429

12.4.4 查看结果 432

12.4.5 命令流实现 437

12.5 本章小结 437

第13章 非线性分析 438

13.1 非线性分析概论 439

13.1.1 非线性行为的原因 439

13.1.2 非线性分析的基本信息 440

13.1.3 几何非线性 442

13.1.4 材料非线性 443

13.1.5 其他非线性问题 447

13.2 非线性分析的基本步骤 447

13.2.1 前处理（建模和分网） 448

13.2.2 设置求解控制器 448

13.2.3 设定其他求解选项 450

13.2.4 加载 451

13.2.5 求解 451

13.2.6 后处理 452

13.3 实例导航——螺栓的蠕变分析 453

13.3.1 问题描述 453

13.3.2 建立模型 454

13.3.3 设置分析并求解 456

13.3.4 查看结果 459

13.3.5 命令流实现 461

13.4 实例导航——材料非线性分析实例 461

13.4.1 分析问题 462

13.4.2 建立模型 462

13.4.3 定义边界条件并求解 466

13.4.4 查看结果 468

13.4.5 命令流实现 472

13.5 本章小结 472

第14章 接触问题分析 473

14.1 接触问题概论 474

14.1.1 一般分类 474

14.1.2 接触单元 474

14.2 接触分析的步骤 475

14.2.1 建立模型，并划分网格 476

14.2.2 识别接触对 476

14.2.3 定义刚性目标面 477

14.2.4 定义柔性体的接触面 478

14.2.5 设置实常数和单元关键点 480

14.2.6 控制刚性目标的运动 480

14.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件 481

14.2.8 定义求解和载荷步选项 481

14.2.9 求解 482

14.2.10 检查结果 482

14.3 实例导航——陶瓷套管的接触分析 483

14.3.1 问题描述 483

14.3.2 建立模型并划分网格 484

14.3.3 定义边界条件并求解 489

14.3.4 后处理 494

14.3.5 命令流实现 498

14.4 本章小结 499

第15章 高级分析 500

15.1 自适应网格划分 501

15.1.1 自适应网格的条件 501

15.1.2 自适应网格过程 502

15.2 自适应网格划分实例-平板受热 504

15.2.1 问题描述 504

15.2.2 建立模型 505

15.2.3 定义边界条件并求解 508

15.2.4 查看结果 510

15.2.5 命令流 511

15.3 子模型 511

15.3.1 子模型介绍 511

15.3.2 子模型方法 512

15.3.3 子模型过程 512

15.4 参数化设计语言 516

15.4.1 参数化设计语言介绍 516

15.4.2 参数化设计语言的功能 516

15.5 参数化设计语言实例-悬臂梁 519

15.5.1 分析问题 519

15.5.2 建立模型 519

15.5.3 定义边界条件并求解 522

15.5.4 命令流 523

15.6 本章小结 523