第1章 ANSYS与结构分析 1
1.1 ANSYS功能与软件结构 1
1.1.1 ANSYS软件的技术特点 1
1.1.2 ANSYS软件的分析功能 2
1.1.3 ANSYS处理器 3
1.1.4 ANSYS文件类型和格式 4
1.1.5 ANSYS输入方式 4
1.1.6 ANSYS软件的产品系列 5
1.2 ANSYS结构分析单元功能与特性 6
1.2.1 杆单元 6
1.2.2 梁单元 7
1.2.3 管单元 9
1.2.4 2D实体单元 9
1.2.5 3D实体单元 10
1.2.6 壳单元 11
1.2.7 弹簧单元 12
1.2.8 质量单元 13
1.2.9 接触单元 13
1.2.10 矩阵单元 14
1.2.11 表面效应单元 14
1.2.12 预紧、多点约束、网分单元 14
1.3 ANSYS结构分析材料模型 15
1.3.1 材料模型的分类 15
1.3.2 材料模型的定义及特点 16
1.4 ANSYS结构分析与结构建模 18
1.4.1 结构分类及仿真单元 18
1.4.2 平面模型和空间模型 19
1.4.3 模型深度与单元选择 20
1.4.4 全结构仿真分析技术 21
1.5 结构分析的基本过程 22
1.5.1 基本过程 22
1.5.2 几何建模-有限元模型分析过程的GUI方式 22
1.5.3 直接建立有限元模型的GUI方式 25
1.5.4 两种方式的命令流 26
第2章 几何建模技术与技巧 30
2.1 坐标系和工作平面 31
2.1.1 坐标系类型 31
2.1.2 坐标系的定义与激活 32
2.1.3 定义工作平面 36
2.1.4 工作平面的操控 37
2.1.5 工作平面的显示样式 38
2.2 创建几何模型 39
2.2.1 创建关键点 40
2.2.2 创建线 46
2.2.3 创建面 56
2.2.4 创建体 66
2.3 几何模型的布尔运算 76
2.3.1 布尔运算的设置 76
2.3.2 交运算 77
2.3.3 加运算 80
2.3.4 减运算 81
2.3.5 用工作平面切分图素 83
2.3.6 分割运算 84
2.3.7 分类运算 86
2.3.8 搭接运算 87
2.3.9 黏接 87
2.4 几何建模的其他常用命令 88
2.4.1 图形控制命令 88
2.4.2 文件管理 114
2.4.3 选择与组件 118
2.4.4 图素缩放与几何要素计算 125
2.4.5 图素法线方向修改 127
2.5 几何建模技巧 128
2.5.1 ANSYS的单位 128
2.5.2 椭圆与椭球的建模 130
2.5.3 图片保存与模型动画 133
2.5.4 模型移动、旋转与装配 134
2.5.5 ANSYS查询函数 135
2.5.6 GET命令与GET函数 139
2.5.7 几何建模其他问题与技巧 141
2.6 几何建模实例 149
2.6.1 弹簧 149
2.6.2 螺纹 152
2.6.3 花键 154
2.6.4 带轮 155
2.6.5 齿轮 157
2.6.6 型钢 161
2.6.7 桥墩 164
2.6.8 桥台 167
2.6.9 异体 168
第3章 网格划分技术及技巧 172
3.1 定义单元属性 172
3.1.1 单元类型 172
3.1.2 实常数 174
3.1.3 材料属性 176
3.1.4 梁截面 182
3.1.5 设置几何模型的单元属性 192
3.2 网格划分控制 194
3.2.1 单元形状控制及网格类型选择 195
3.2.2 单元尺寸控制 197
3.2.3 内部网格划分控制 201
3.2.4 划分网格 203
3.3 网格划分高级技术 204
3.3.1 面映射网格划分 204
3.3.2 体映射网格划分 208
3.3.3 扫掠生成体网格 209
3.3.4 单元有效性检查 212
3.3.5 网格修改 214
3.4 网格划分实例 215
3.4.1 基本模型的网格划分 215
3.4.2 复杂面模型的网格划分 220
3.4.3 复杂体模型的网格划分 225
第4章 加载与求解技术 230
4.1 荷载及其施加 230
4.1.1 荷载 230
4.1.2 施加自由度约束 231
4.1.3 施加集中荷载 235
4.1.4 施加面荷载 237
4.1.5 施加体荷载 246
4.1.6 施加惯性荷载 247
4.1.7 施加耦合场荷载 248
4.1.8 初应力荷载及施加 249
4.1.9 荷载步及相关概念 252
4.2 荷载步选项及设置 253
4.2.1 输出选项 254
4.2.2 其他选项 256
4.2.3 生成荷载步文件 260
4.3 分析类型与求解控制选项 262
4.3.1 静态分析求解控制选项 262
4.3.2 屈曲分析求解控制选项 273
4.3.3 模态分析求解控制选项 273
4.3.4 瞬态分析求解控制选项 275
4.3.5 谐分析求解控制选项 278
4.3.6 谱分析求解控制选项 279
4.3.7 子结构分析求解控制选项 279
4.4 求解代价估计 280
4.4.1 估计运行时间 280
4.4.2 估计文件大小 281
4.4.3 估计内存需求 281
4.5 重启动分析 281
4.5.1 单点重启动分析 282
4.5.2 单点重启动分析的步骤 282
4.5.3 单点重启动分析示例 283
4.5.4 多点重启动分析 284
4.5.5 多点重启动分析的过程及示例 286
4.6 时变结构的多荷载步求解 287
4.6.1 结构不变时的求解 288
4.6.2 结构变化—材料性质或实常数变化时的求解 289
4.6.3 结构变化—边界条件变化时的求解 291
第5章 通用与时间历程后处理技术 294
5.1 通用后处理 294
5.1.1 读入结果文件 294
5.1.2 结果输出控制选项 296
5.1.3 图形显示结果 300
5.1.4 列表显示结果 303
5.1.5 节点特殊结果计算 311
5.1.6 单元表及操作 312
5.1.7 路径及操作 316
5.1.8 荷载工况及操作 322
5.1.9 面及操作 325
5.2 时间历程后处理 329
5.2.1 定义变量 329
5.2.2 变量运算 333
5.2.3 变量与数组转换 335
5.2.4 变量图形显示与列表显示 336
第6章 结构线性静力分析 340
6.1 结构线性静力分析概述 340
6.2 桁架结构 341
6.2.1 平面桁架 342
6.2.2 空间桁架 343
6.2.3 网架及面荷载的施加 345
6.3 梁结构 346
6.3.1 几种梁单元用法与结果 346
6.3.2 梁单元自由度释放与耦合自由度 350
6.3.3 曲梁及线荷载的施加 353
6.3.4 刚度矩阵的提取 356
6.3.5 变截面梁 363
6.3.6 剪切变形影响 363
6.3.7 节点连接刚度及处理 365
6.4 板壳结构 366
6.4.1 板壳弯曲理论简介 366
6.4.2 板壳有限元与SHELL单元 368
6.4.3 四边简支方板与单元计算比较 369
6.4.4 板壳单元计算的几个问题 371
6.5 实体结构 378
6.5.1 施加荷载 378
6.5.2 后处理技术 382
6.5.3 内力计算 384
6.6 杆梁壳体的连接处理 385
6.6.1 约束方程的建立 385
6.6.2 杆与梁壳体的连接 388
6.6.3 梁与壳体的连接 390
6.6.4 壳与体的连接 399
6.6.5 多种单元的组合结构 400
6.7 结构分析的特殊问题 402
6.7.1 影响线的计算与绘制 402
6.7.2 影响面的计算与绘制 405
6.7.3 结构温度应力的计算 407
第7章 结构弹性稳定分析 410
7.1 特征值屈曲分析基础 411
7.2 特征值屈曲分析的步骤 411
7.2.1 创建模型 411
7.2.2 获得静力解 412
7.2.3 获得特征值屈曲解 412
7.2.4 查看结果 413
7.3 结构的特征值屈曲分析 414
7.3.1 受压柱屈曲分析 414
7.3.2 圆弧拱的屈曲分析 416
7.3.3 梁的侧倾屈曲分析 418
7.3.4 柱壳屈曲分析 421
7.3.5 考虑恒载与活载时的屈曲分析方法 422
7.3.6 有预应力的结构屈曲分析 423
7.3.7 有自由度耦合或约束方程时结构屈曲分析 424
7.4 特征值屈曲分析的其他问题 425
7.4.1 结构屈曲分析 425
7.4.2 整体屈曲与局部屈曲 427
7.4.3 弹性整体稳定安全系数 428
第8章 结构非线性分析 430
8.1 结构非线性分析概述 430
8.1.1 基本概念 430
8.1.2 基本步骤与过程 433
8.1.3 几何非线性分析 435
8.1.4 材料非线性分析 437
8.1.5 接触分析 440
8.2 常用弹塑性材料模型及其应用 443
8.2.1 双线性随动强化模型BKIN 443
8.2.2 多线性随动强化模型MKIN与KINH 446
8.2.3 非线性随动强化模型CHAB 448
8.2.4 双线性等向强化模型BISO与多线性等向强化模型MISO 449
8.2.5 非线性等向强化模型NLISO 450
8.2.6 组合模型 451
8.3 非线性屈曲与全过程分析 451
8.3.1 悬臂梁 451
8.3.2 压杆的大挠度分析 454
8.3.3 平面桁架 457
8.3.4 拱结构 458
8.3.5 空间刚架与网壳 463
8.3.6 板壳结构 465
8.4 索膜结构 467
8.4.1 单悬索分析 467
8.4.2 菱形单片索网分析 471
8.4.3 多片索网分析 473
8.4.4 伞形索网分析 475
8.4.5 膜结构找形分析 476
8.5 钢筋混凝土结构 479
8.5.1 基本概念与技巧 479
8.5.2 分离式模型示例 482
8.5.3 整体式模型示例 485
8.6 预应力混凝土结构 487
8.6.1 建模方法 487
8.6.2 实体力筋法的三种建模示例 489
8.7 岩土与结构 493
8.7.1 材料模型 493
8.7.2 土体与结构计算 495
第9章 结构动力分析 499
9.1 基础知识 499
9.2 模态分析 501
9.2.1 模态分析的基本过程 501
9.2.2 一般结构的模态分析 503
9.2.3 循环对称结构的模态分析 504
9.2.4 有预应力模态分析 507
9.2.5 大变形预应力模态分析 507
9.3 谐响应分析 509
9.3.1 完全法谐响应分析 510
9.3.2 缩减法谐响应分析 514
9.3.3 模态叠加法谐响应分析 517
9.3.4 有预应力的谐响应分析 518
9.4 瞬态动力分析 519
9.4.1 瞬态动力分析的几个关键问题 520
9.4.2 完全法瞬态动力分析 523
9.4.3 模态叠加法瞬态动力分析 526
9.4.4 缩减法瞬态动力分析 528
9.4.5 有预应力的瞬态动力分析 529
9.4.6 瞬态动力分析实例 530
9.5 谱分析 542
9.5.1 单点响应谱分析 542
9.5.2 随机振动分析 546
9.5.3 动力设计分析方法和多点响应谱分析简介 549
9.5.4 响应谱分析实例 550
参考文献 554