第1章 绪论 1
1.1 CAE软件简介 1
1.1.1应用状况 2
1.1.2 CAE重要性 4
1.2有限元法简介 4
1.2.1有限元法的基本思想 5
1.2.2有限元法特点 5
1.3 ANSYS软件介绍 6
1.3.1 ANSYS软件的发展 7
1.3.2 ANSYS软件的主要功能 7
1.4 ANSYS Workbench概述 8
1.4.1 ANSYS Workbench架构 8
1.4.2多物理场分析模式 9
1.4.3项目级仿真参数管理 9
1.4.4 Workbench应用模块 9
1.4.5 Workbench应用方式 10
1.4.6 ANSYS Workbench软件的特点 10
1.5 ANSYS Workbench分析的基本过程 12
1.5.1前处理 12
1.5.2加载并求解 13
1.5.3后处理 13
1.6系统要求 14
1.7 Workbench 14.0基本操作界面 14
1.7.1启动ANSYS Workbench 14
1.7.2 ANSYS Workbench的主界面 16
1.8 Workbench项目管理 19
1.8.1复制及删除项目 19
1.8.2关联项目 19
1.8.3项目管理操作案例 21
1.8.4设置项属性 22
1.9 Workbench文件管理 22
1.9.1文件目录结构 22
1.9.2快速生成压缩文件 23
1.10运用ANSYS Workbench的第一个简单实例 24
1.10.1实例介绍 24
1.10.2启动ANSYS Workbench并建立分析项目 25
1.10.3导入创建的几何体 26
1.10.4添加材料库 28
1.10.5添加模型材料属性 30
1.10.6划分网格 31
1.10.7施加载荷与约束 32
1.10.8结果后处理 34
1.10.9保存与退出 37
第2章 DesignModeler建模 40
2.1概述 40
2.2建模实例 43
2.2.1草图实例 43
2.2.2三维几何建模实例 48
2.2.3高级三维几何建模实例 54
2.2.4概念建模实例 57
2.2.5参数化建模实例 61
第3章 ANSYS Workbench前处理 69
3.1概述 69
3.2导入外部CAD文件 69
3.2.1非关联性导入文件 69
3.2.2关联性导入文件 70
3.2.3导入定位 70
3.2.4创建场域几何体 70
3.3材料参数输入控制 70
3.3.1进入Engineering Data应用程序 70
3.3.2材料库 71
3.3.3添加材料 72
3.3.4添加材料属性 73
3.4 Workbench划分网格 74
3.4.1网格划分平台 74
3.4.2网格参数设置 76
3.4.3局部网格控制 85
3.4.4几种3D网格划分方法介绍 87
3.5施加载荷和约束 93
3.5.1施加载荷 93
3.5.2施加约束 95
3.6模型求解 96
3.7结果后处理 98
3.7.1结果显示 98
3.7.2变形显示 98
3.7.3应力和应变 99
3.7.4接触结果 100
3.7.5自定义结果显示 101
3.8网格划分案例 102
第4章 结构静力分析实例 112
4.1概述 112
4.2圆孔应力集中问题 113
4.2.1问题描述 113
4.2.2启动Workbench建立承拉板模型 113
4.2.3模型的网格及边界条件定义 116
4.2.4应力计算及结果输出 120
4.3固支梁弯曲问题实例 122
4.3.1问题阐述 122
4.3.2固支梁模型的建立 122
4.3.3网格划分及边界条件的定义 124
4.4螺栓的连接问题实例 127
4.4.1问题阐述 127
4.4.2模型的建立或导入 127
4.5圆柱体镦粗问题 133
4.5.1问题阐述 133
4.5.2有镦粗模型的建立及导入 133
4.5.3网格划分及边界条件定义 134
4.6车床装配体整体受力分析 137
4.6.1问题阐述 137
4.6.2模型导入及材料定义 137
第5章 动力学分析实例 142
5.1概述 142
5.2车轮的模态分析 142
5.2.1问题描述 142
5.2.2模型导入及材料定义 142
5.2.3有限元网格的划分 143
5.2.4模态分析属性设定及求解 144
5.2.5车轮模态分析结果 145
5.3车轮瞬态动力学分析 147
5.3.1瞬态动力学分析概述 147
5.3.2问题阐述 147
5.3.3模型项目共享处理及材料定义 147
5.3.4添加动态力载荷 148
5.3.5输出设定 150
第6章 优化设计实例 153
6.1概述 153
6.1.1定义参数 154
6.1.2 ANSYS优化方法 154
6.1.3 Design Explorer项目 154
6.1.4 Design Explorer操作界面 155
6.2支架拓扑优化设计 156
6.2.1问题描述 156
6.2.2项目概图 156
6.2.3导入几何模型 158
6.2.4前处理 158
6.2.5求解结果 161
6.3支架参数优化设计 163
6.3.1问题描述 164
6.3.2启动Workbench并建立分析项目 164
6.3.3导入几何体 165
6.3.4添加材料库 167
6.3.5添加模型材料属性 170
6.3.6划分网格 170
6.3.7施加约束和载荷 172
6.3.8结果后处理 172
6.3.9求解结果 174
6.3.10观察优化参数 175
6.3.11响应曲面 180
6.3.12观察新设计点的结果 185
第7章 疲劳分析实例 187
7.1疲劳分析简介 187
7.2疲劳分析的基本理论 188
7.2.1静疲劳理论 188
7.2.2振动疲劳理论 188
7.2.3疲劳寿命 188
7.2.4疲劳抗力曲线（S-N曲线） 189
7.2.5恒定振幅载荷 189
7.2.6成比例载荷 190
7.2.7应力定义 190
7.3 ANSYS Workbench疲劳分析的基本组成 190
7.3.1疲劳分析的步骤 190
7.3.2材料特性 190
7.3.3接触区域 191
7.3.4载荷与支撑 191
7.3.5设定需要的结果 191
7.4 FatigueTool模块的组成与运用 191
7.4.1载荷类型 191
7.4.2平均应力影响 192
7.4.3强度因子 192
7.4.4应力分析 192
7.4.5求解疲劳分析 193
7.4.6查看疲劳结果 193
7.5不稳定振幅的疲劳分析 194
7.5.1不规律载荷的历程和循环（History and Cycles） 194
7.5.2不定振幅程序 194
7.5.3定义相关 194
7.5.4查看疲劳结果 195
7.6非比例载荷的疲劳分析 196
7.6.1建立两个载荷环境（two Loading Environments） 196
7.6.2从模型分支条下增加一个求解组合（Solution Combination） 196
7.6.3求解组合（Solution Combination）添加FatigueTool 197
7.6.4（定义）所需的其他结果并求解 197
7.7实例：单向加筋板模型的疲劳分析 197
7.7.1问题描述 197
7.7.2启动Workbench并建立分析项目 198
7.7.3导入创建的几何体 198
7.7.4添加材料库 200
7.7.5添加模型材料属性 202
7.7.6划分网格 203
7.7.7施加载荷与约束 205
7.7.8结果后处理（设置求解项） 208
7.7.9求解并显示求解结果 210
7.7.10保存和退出 212
第8章 热分析实例 214
8.1传热概述 214
8.1.1传热方式 215
8.1.2热分析类型 215
8.1.3非线性热分析 216
8.1.4边界条件或初始条件 216
8.2热分析流程 216
8.2.1几何模型 217
8.2.2实体接触 217
8.2.3导热率 218
8.2.4施加载荷 218
8.2.5热边界条件 219
8.2.6热应力分析 219
8.2.7结果后处理 220
8.3热分析实例1——齿轮泵基座 221
8.3.1问题描述 221
8.3.2项目概图 221
8.3.3前处理 222
8.3.4结果后处理 226
8.4热分析实例2——汽缸盖 228
8.4.1问题描述 228
8.4.2项目概图 228
8.4.3前处理 228
8.4.4结果后处理 233
8.4.5热应变分析 235
第9章 电磁场分析实例 237
9.1多物理场耦合分析简介 237
9.2案例——四分裂导线电磁结构耦合分析 238
9.2.1问题描述 238
9.2.2建立电磁分析与数据读取 238
9.2.3求解器与求解域的设置 240
9.2.4赋予材料属性 241
9.2.5添加激励 242
9.2.6网格化分与分析步创建 242
9.2.7模型检查与计算 244
9.2.8创建力学分析和数据共享 244
9.2.9材料设定 245
9.2.10网格化分 246
9.2.11添加边界条件与映射激励 248
9.2.12后处理 249
第10章 计算流体动力学分析 250
10.1计算流体动力学概述 250
10.1.1什么是计算流体动力学 250
10.1.2计算流体动力学特点 251
10.1.3计算流体动力学的应用领域 251
10.2常用的CFD商用软件 252
10.2.1 FLUENT 252
10.2.2 CFX 253
10.3流体动力学控制方程 254
10.3.1质量守恒方程 254
10.3.2动量守恒方程 255
10.3.3能量守恒方程 255
10.4 CFD中的三维湍流模型 256
10.4.1湍流流动的特性 256
10.4.2标准k-？两方程模型 257
10.5流体动力学分析流程 257
10.6基于Fluent的机翼机体流体动力学分析 258
10.6.1案例介绍 258
10.6.2启动Workbench并建立分析项目 259
10.6.3导入几何体 260
10.6.4划分网格 263
10.6.5网格检查与处理 268
10.6.6设置物理模型和材料 271
10.6.7设置操作环境和边界条件 273
10.6.8设置求解方法和控制参数 274
10.6.9设置监视窗口和初始化 276
10.6.10求解和退出 281
10.6.11计算结果的后处理 282
10.6.12保存与退出 292
10.7基于Fluent的消防栓水枪头流体动力学分析 292
10.7.1案例介绍 293
10.7.2启动Workbench并建立分析项目（Fluent） 293
10.7.3导入几何体 294
10.7.4划分网格 298
10.7.5网格检查与处理 306
10.7.6设置物理模型和材料 309
10.7.7设置操作环境和边界条件 310
10.7.8设置求解方法和控制参数 314
10.7.9设置监视窗口和初始化 316
10.7.10求解和退出 318
10.7.11计算结果的后处理 319
10.7.12保存和退出 329
10.8基于CFX的消防栓水枪头流体动力学分析 330
10.8.1建立分析项目 330
10.8.2划分网格 332
10.8.3设置分析类型 335
10.8.4设置流体区域参数 336
10.8.5设置边界条件 337
10.8.6设置求解器 340
10.8.7设置输出控制 341
10.8.8运行求解器 341
10.8.9计算结果的后处理 343
10.8.10保存和退出 345
参考文献 347