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