第1篇 1
第1章 有限元基本理论 1
1.1 有限元法发展综述 1
1.1.1 有限元法的孕育过程及诞生和发展 2
1.1.2 有限元法的基本思想 2
1.1.3 有限元的应用及其发展趋势 4
1.2 有限元分析基本理论 6
1.2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤 6
1.2.2 基于最小势能原理的有限元法 13
1.2.3 杆系结构的非线性分析理论 17
1.2.4 稳定计算理论 25
1.3 工程问题中的有限元理论 28
1.3.1 工程问题的数学物理方程 28
1.3.2 变分函数 31
1.3.3 插值函数 32
1.3.4 形函数 32
1.3.5 刚度矩阵 32
1.3.6 连通性 33
1.3.7 边界条件 33
1.3.8 圆柱坐标系中的问题 34
1.3.9 直接方法 34
1.4 桁架与梁的有限元方法 35
1.4.1 桁架的定义 35
1.4.2 桁架的有限元公式 36
1.4.3 梁的定义 40
1.4.4 梁的有限元公式 41
1.4.5 载荷矩阵 43
1.5 板的有限元方法 44
1.5.1 矩形单元 44
1.5.2 自然坐标 46
1.5.3 线性三角形单元 47
1.6 应用实例 47
1.6.1 实例1：求解悬索的位移 47
1.6.2 实例2：求温度分布问题 49
1.7 本章小结 50
第2章 几何建模 51
2.1 ANSYS 16.0平台及模块 51
2.1.1 Workbench平台界面 52
2.1.2 菜单栏 52
2.1.3 工具栏 65
2.1.4 工具箱 65
2.2 DesignModeler16.0几何建模 69
2.2.1 DesignModeler几何建模平台 69
2.2.2 菜单栏 70
2.2.3 工具栏 80
2.2.4 常用命令栏 81
2.2.5 Tree Outline（模型树） 81
2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板 84
2.2.7 ANSYS SpaceClaim同步几何建模实例——连接板 89
2.3 本章小结 93
第3章 网格划分 94
3.1 ANSYS Meshing 16.0网格划分 94
3.1.1 Meshing网格划分适用领域 94
3.1.2 Meshing网格划分方法 95
3.1.3 Meshing网格默认设置 97
3.1.4 Meshing网格尺寸设置 98
3.1.5 Meshing网格膨胀层设置 101
3.1.6 Meshing网格PatchConforming选项 103
3.1.7 Meshing网格高级选项 103
3.1.8 Meshing网格损伤设置 104
3.1.9 Meshing网格评估统计 104
3.2 ANSYS Meshing 16.0网格划分实例 110
3.2.1 应用实例1——网格尺寸控制 110
3.2.2 应用实例2——扫掠网格划分 117
3.2.3 应用实例3——多区域网格划分 121
3.2.4 应用实例4——CDB网格导入 125
3.3 小结 130
第4章 后处理 131
4.1 ANSYS Workbench 16.0后处理 131
4.1.1 查看结果 131
4.1.2 结果显示 134
4.1.3 变形显示 135
4.1.4 应力和应变 135
4.1.5 接触结果 136
4.1.6 自定义结果显示 137
4.2 案例分析 138
4.2.1 问题描述 138
4.2.2 启动Workbench并建立分析项目 138
4.2.3 导入创建几何体 139
4.2.4 添加材料库 140
4.2.5 添加模型材料属性 141
4.2.6 划分网格 142
4.2.7 施加载荷与约束 143
4.2.8 结果后处理 144
4.2.9 保存与退出 148
4.3 本章小结 148
第2篇 149
第5章 结构静力学分析 149
5.1 静力分析简介 149
5.1.1 线性静力分析 149
5.1.2 线性静力分析流程 150
5.1.3 线性静力分析基础 150
5.2 静力分析实例1——实体静力分析 151
5.2.1 问题描述 151
5.2.2 启动Workbench并建立分析项目 151
5.2.3 导入创建几何体 152
5.2.4 添加材料库 153
5.2.5 添加模型材料属性 154
5.2.6 划分网格 155
5.2.7 施加载荷与约束 155
5.2.8 结果后处理 157
5.2.9 保存与退出 159
5.3 静力分析实例2——子模型静力分析 159
5.3.1 问题描述 159
5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 159
5.3.3 导入创建几何体 160
5.3.4 添加材料库 161
5.3.5 添加模型材料属性 163
5.3.6 划分网格 164
5.3.7 施加载荷与约束 164
5.3.8 结果后处理 166
5.3.9 子模型分析 167
5.3.10 保存并退出 171
5.4 本章小结 171
第6章 模态分析 172
6.1 结构动力学分析简介 172
6.1.1 结构动力学分析 172
6.1.2 结构动力学分析的阻尼 173
6.2 模态分析简介 173
6.2.1 模态分析 173
6.2.2 模态分析基础 174
6.2.3 预应力模态分析 175
6.3 模态分析实例1——模态分析 175
6.3.1 问题描述 175
6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 175
6.3.3 创建几何体 176
6.3.4 添加材料库 176
6.3.5 添加模型材料属性 178
6.3.6 划分网格 178
6.3.7 施加载荷与约束 179
6.3.8 结果后处理 180
6.3.9 保存与退出 183
6.4 模态分析实例2——有预应力模态分析 183
6.4.1 问题描述 183
6.4.2 启动Workbench并建立分析项目 184
6.4.3 创建几何体 184
6.4.4 添加材料库 185
6.4.5 添加模型材料属性 186
6.4.6 划分网格 187
6.4.7 施加载荷与约束 187
6.4.8 模态分析 189
6.4.9 后处理 189
6.4.10 保存与退出 191
6.5 本章小结 191
第7章 谐响应分析 192
7.1 谐响应分析基础 192
7.1.1 谐响应分析简介 192
7.1.2 谐响应分析的载荷与输出 193
7.1.3 谐响应分析通用方程 193
7.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析 193
7.2.1 问题描述 193
7.2.2 启动Workbench并建立分析项目 194
7.2.3 创建模态分析项目 195
7.2.4 材料选择 195
7.2.5 施加载荷与约束 195
7.2.6 模态求解 197
7.2.7 后处理 198
7.2.8 创建谐响应分析项目 200
7.2.9 施加载荷与约束 200
7.2.10 谐响应计算 202
7.2.11 结果后处理 202
7.2.12 保存与退出 204
7.3 谐响应分析实例2——谐响应分析 204
7.3.1 问题描述 204
7.3.2 启动Workbench并建立分析项目 205
7.3.3 材料选择 206
7.3.4 施加载荷与约束 206
7.3.5 模态求解 208
7.3.6 后处理 208
7.3.7 谐响应分析 210
7.3.8 谐响应计算 211
7.3.9 结果后处理 211
7.3.10 保存与退出 213
7.4 谐响应分析实例3——含阻尼谐响应分析 214
7.5 本章小结 215
第8章 响应谱分析 216
8.1 响应谱分析简介 216
8.1.1 频谱的定义 216
8.1.2 响应谱分析的基本概念 217
8.2 响应谱分析实例——简单梁响应谱分析 219
8.2.1 问题描述 219
8.2.2 启动Workbench并建立分析项目 220
8.2.3 导入几何体模型 220
8.2.4 静态力学分析 221
8.2.5 添加材料库 221
8.2.6 网格划分 222
8.2.7 施加约束 222
8.2.8 模态分析 224
8.2.9 结果后处理 224
8.2.10 响应谱分析 226
8.2.11 添加加速度谱 226
8.2.12 后处理 227
8.2.13 其他设置 229
8.2.14 保存与退出 230
8.3 本章小结 230
第9章 随机振动分析 231
9.1 随机振动分析简介 231
9.2 随机振动分析实例——简单梁随机振动分析 232
9.2.1 问题描述 232
9.2.2 启动Workbench并建立分析项目 233
9.2.3 导入几何体模型 233
9.2.4 静态力学分析 234
9.2.5 添加材料库 235
9.2.6 网格划分 235
9.2.7 施加约束 236
9.2.8 模态分析 238
9.2.9 结果后处理 238
9.2.10 随机振动分析 239
9.2.11 添加加速度谱 239
9.2.12 后处理 240
9.2.13 保存与退出 242
9.3 本章小结 242
第10章 瞬态动力学分析 243
10.1 瞬态动力学分析简介 243
10.1.1 瞬态动力学分析简介 243
10.1.2 瞬态动力学分析基本公式 243
10.2 瞬态动力学分析实例1——建筑物地震分析 244
10.2.1 问题描述 244
10.2.2 启动Workbench并建立分析项目 245
10.2.3 创建几何体模型 245
10.2.4 瞬态动力学分析 246
10.2.5 添加材料库 246
10.2.6 划分网格 246
10.2.7 施加约束 247
10.2.8 结果后处理 250
10.2.9 保存与退出 253
10.3 瞬态动力学分析实例2——振动分析 253
10.3.1 问题描述 253
10.3.2 启动Workbench并建立分析项目 253
10.3.3 创建几何体模型 253
10.3.4 模态分析 254
10.3.5 模态分析前处理 255
10.3.6 施加约束 256
10.3.7 结果后处理 257
10.3.8 瞬态动力学分析 258
10.3.9 添加动态力载荷 259
10.3.10 后处理 262
10.3.11 保存与退出 264
10.4 本章小结 264
第11章 线性屈曲分析 265
11.1 线性屈曲分析简介 265
11.1.1 屈曲分析 265
11.1.2 线性屈曲分析 265
11.2 项目案例1——钢管屈曲分析 266
11.2.1 问题描述 266
11.2.2 启动Workbench并建立分析项目 266
11.2.3 创建几何体 266
11.2.4 设置材料 268
11.2.5 添加模型材料属性 268
11.2.6 划分网格 269
11.2.7 施加载荷与约束 270
11.2.8 结果后处理 272
11.2.9 线性屈曲分析 274
11.2.10 施加载荷与约束 274
11.2.11 结果后处理 275
11.2.12 保存与退出 277
11.3 本章小结 277
第3篇 278
第12章 显式动力学分析 278
12.1 显式动力学分析简介 278
12.2 显式动力学分析实例——钢球撞击金属网分析 279
12.2.1 问题描述 280
12.2.2 启动Workbench并建立分析项目 280
12.2.3 启动Explicit Dynamics（LS-DYNA Export）建立项目 281
12.2.4 材料选择与赋予 281
12.2.5 建立项目分析 282
12.2.6 分析前处理 283
12.2.7 施加载荷 283
12.2.8 启动LS-DYNA程序 286
12.2.9 Autodyn计算 287
12.2.10 问题解读 289
12.3 显式动力学分析实例——金属块穿透钢板分析 290
12.3.1 问题描述 290
12.3.2 启动Workbench并建立分析项目 290
12.3.3 绘制几何模型 290
12.3.4 添加材料方法 291
12.3.5 添加材料 293
12.3.6 显式动力学分析前处理 294
12.3.7 施加约束 295
12.3.8 结果后处理 297
12.3.9 启动AUTODYN软件 298
12.3.10 LS-DYNA计算 300
12.3.11 保存与退出 301
12.4 本章小结 301
第13章 复合材料分析 302
13.1 复合材料概论 302
13.2 层合板的失效判断准则 303
13.3 复合材料层合板强度的有限单元法 306
13.4 ANSYS ACP模块功能概述 307
13.5 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析 310
13.5.1 问题描述 310
13.5.2 启动Workbench软件 310
13.5.3 静力分析项目 311
13.5.4 定义复合材料数据 312
13.5.5 数据更新 314
13.5.6 ACP复合材料定义 315
13.5.7 有限元计算 322
13.5.8 后处理 323
13.5.9 ACP专业后处理工具 324
13.5.10 保存与退出 326
13.6 本章小结 326
第14章 疲劳分析 327
14.1 疲劳分析简介 327
14.2 疲劳分析方法 329
14.2.1 疲劳程序 329
14.2.2 应力寿命曲线 330
14.2.3 疲劳材料特性 330
14.3 疲劳分析实例1——前桥疲劳分析 331
14.3.1 问题描述 331
14.3.2 启动Workbench并建立分析项目 332
14.3.3 导入创建几何体 332
14.3.4 添加材料库 333
14.3.5 添加模型材料属性 334
14.3.6 划分网格 335
14.3.7 施加载荷与约束 336
14.3.8 结果后处理 338
14.3.9 保存工程文件 340
14.3.10 添加疲劳分析选项 340
14.3.11 保存与退出 342
14.4 疲劳分析实例2——实体疲劳分析 343
14.4.1 问题描述 344
14.4.2 启动Workbench并建立分析项目 344
14.4.3 导入创建几何体 344
14.4.4 添加材料库 345
14.4.5 添加模型材料属性 345
14.4.6 划分网格 345
14.4.7 施加载荷与约束 346
14.4.8 结果后处理 347
14.4.9 保存文件 348
14.4.10 启动nCode程序 348
14.4.11 疲劳分析 350
14.4.12 保存与退出 352
14.5 本章小结 352
第15章 压电分析 353
15.1 压电材料基本知识 353
15.1.1 压电材料的概念 353
15.1.2 压电材料的主要特性 354
15.1.3 压电复合材料的有限元分析方法 354
15.1.4 基本耦合公式 354
15.1.5 压电材料的主要参数 355
15.2 压电分析模块的安装 356
15.3 压电分析实例——压电传感器分析 358
15.3.1 问题描述 358
15.3.2 启动Workbench并建立分析项目 359
15.3.3 导入创建几何体 359
15.3.4 添加材料库 362
15.3.5 网格与属性 362
15.3.6 施加载荷与约束 363
15.3.7 结果后处理 364
15.3.8 模态分析 365
15.3.9 保存与退出 368
15.4 小结 368
第4篇 369
第16章 热学分析 369
16.1 热力学分析简介 369
16.1.1 热力学分析目的 369
16.1.2 热力学分析 369
16.1.3 基本传热方式 370
16.2 稳态热学分析实例1——热传递分析 370
16.2.1 问题描述 371
16.2.2 启动Workbench并建立分析项目 371
16.2.3 导入几何体模型 371
16.2.4 创建分析项目 372
16.2.5 添加材料库 372
16.2.6 添加模型材料属性 373
16.2.7 划分网格 374
16.2.8 施加载荷与约束 374
16.2.9 结果后处理 376
16.2.10 保存与退出 377
16.3 稳态热学分析实例2——热对流分析 378
16.3.1 问题描述 378
16.3.2 启动Workbench并建立分析项目 378
16.3.3 导入几何体模型 378
16.3.4 创建分析项目 379
16.3.5 添加材料库 380
16.3.6 添加模型材料属性 381
16.3.7 划分网格 382
16.3.8 施加载荷与约束 382
16.3.9 结果后处理 383
16.3.10 保存与退出 385
16.3.11 读者演练 385
16.4 稳态热学分析实例3——热辐射分析 385
16.4.1 案例介绍 385
16.4.2 启动Workbench并建立分析项目 385
16.4.3 定义材料参数 386
16.4.4 导入模型 386
16.4.5 划分网格 386
16.4.6 定义荷载 388
16.4.7 求解以后处理 389
16.4.8 保存并退出 390
16.5 本章小结 390
第17章 流体动力学分析 391
17.1 流体动力学分析简介 391
17.1.1 流体动力学分析 391
17.1.2 CFD基础 394
17.2 流体动力学实例—CFX旋转机械流场分析 401
17.2.1 问题描述 401
17.2.2 启动Workbench并建立分析项目 402
17.2.3 BladeGen中设置 402
17.2.4 TurboGrid中设置 405
17.2.5 CFX中设置 408
17.3 本章小结 418
第18章 电磁场分析 419
18.1 电磁场基本理论 419
18.1.1 麦克斯韦方程 419
18.1.2 一般形式的电磁场微分方程 420
18.1.3 电磁场中常见边界条件 421
18.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析 421
18.1.5 Ansoft软件电磁分析 422
18.2 瞬态磁场分析实例——金属屏蔽分析 423
18.2.1 启动Workbench并建立分析项目 423
18.2.2 建立求解器 424
18.2.3 建立几何模型 424
18.2.4 添加材料 426
18.2.5 边界条件设定 427
18.2.6 网格划分 429
18.2.7 求解计算 430
18.2.8 图表显示 432
18.2.9 3D图表显示 433
18.2.10 修改材料属性 434
18.2.11 保存与退出 436
18.3 本章小结 436
第5篇 437
第19章 结构优化分析 437
19.1 优化分析简介 437
19.1.1 优化设计概述 437
19.1.2 Workbench结构优化分析 438
19.2 优化分析实例——响应曲面优化分析 438
19.2.1 问题描述 438
19.2.2 启动Workbench并建立分析项目 439
19.2.3 导入几何模型 439
19.2.4 结果后处理 445
19.3 本章小结 452
第6篇 453
第20章 ANSYSAIM分析过程 453
20.1 ANSYS AIM分析环境简介 453
20.2 ANSYS AIM分析实例——板件弯曲分析 454
20.2.1 问题描述 454
20.2.2 启动Workbench并建立分析项目 454
20.3 本章小结 461
参考文献 462