1 有限元方法与ANSYS简介 1
1.1 有限元方法的基本原理 1
1.1.1 有限元法的要点 1
1.1.2 有限元法的特性 2
1.1.3 有限元方法的基本求解过程 3
1.2 ANSYS简介 4
1.2.1 ANSYS的功能 4
1.2.2 ANSYS 14.0的启动 5
1.2.3 ANSYS程序结构 7
1.2.4 ANSYS分析的基本过程 7
2 单元 9
2.1 单元插值和形函数 9
2.2 常用单元介绍 9
2.2.1 结构单元 9
2.2.2 热分析单元 18
2.2.3 梁单元 26
2.2.4 弹簧单元 28
3 模型的建立 31
3.1 ANSYS建模概述 31
3.1.1 直接建模 31
3.1.2 实体建模 31
3.1.3 导入CAD模型 32
3.2 ANSYS的坐标系 32
3.2.1 坐标系分类 32
3.2.2 全局坐标系与局部坐标系 34
3.2.3 显示坐标系 37
3.2.4 节点坐标系和单元坐标系 37
3.2.5 结果坐标系 37
3.2.6 工作平面 37
3.2.7 坐标系的激活 39
3.3 自下向上建模 40
3.3.1 关键点 40
3.3.2 线 40
3.3.3 面 41
3.3.4 体 42
3.4 自上向下建模 42
3.4.1 自上向下建模 42
3.4.2 定义体 43
3.5 建立有限元模型 44
3.5.1 节点 44
3.5.2 单元 45
3.6 导入CAD模型 47
3.7 参数化建模 48
3.7.1 参数化建模概念 48
3.7.2 使用参数 48
3.7.3 APDL中控制程序 52
3.8 布尔运算 53
3.8.1 交运算 53
3.8.2 加运算 54
3.8.3 减运算 55
3.8.4 分割运算 56
3.8.5 搭接运算 56
3.8.6 互分运算 57
3.8.7 黏接运算 57
4 网格划分 58
4.1 有限元网格概论 58
4.2 设定单元属性 58
4.2.1 定义单元属性 58
4.2.2 分配单元属性 59
4.3 网格划分控制 61
4.3.1 ANSYS网格划分工具 61
4.3.2 映射网格划分中单元的默认尺寸 63
4.3.3 局部网格划分控制 64
4.3.4 内部网格划分控制 64
4.3.5 生成过渡棱锥单元 66
4.3.6 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 66
4.3.7 执行层网格划分 67
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 67
4.4.1 自由网格划分 67
4.4.2 映射网格划分 68
4.5 实体模型有限元网格划分控制 71
4.5.1 用xMESH命令生成网格 72
4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 72
4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元 74
4.6 延伸和扫略生成有限元模型 74
4.6.1 延伸生成网格 75
4.6.2 扫略生成网格 76
4.7 修正有限元模型 78
4.7.1 局部细化网格 78
4.7.2 移动和复制节点和单元 81
4.7.3 控制面、线和单元的法向 81
4.7.4 修改单元属性 82
4.8 编号控制 82
4.8.1 合并重复项 83
4.8.2 编号压缩 83
4.8.3 设定起始编号 84
5 加载 85
5.1 载荷的概念 85
5.2 载荷步、子步和平衡迭代 85
5.2.1 载荷步 85
5.2.2 子步 85
5.2.3 平衡迭代 86
5.3 跟踪中时间的作用 86
5.4 阶跃与斜坡载荷 86
5.5 定义载荷 87
5.5.1 自由度约束 87
5.5.2 对称与反对称约束 87
5.5.3 施加力载荷 89
5.5.4 施加表面载荷 90
5.5.5 施加体积载荷 91
5.5.6 施加惯性载荷 92
5.5.7 施加轴对称载荷和反作用力 94
5.5.8 施加表格形式载荷 94
5.5.9 施加函数形式载荷 95
5.6 设置载荷步选项 96
5.6.1 通用选项 96
5.6.2 动力学分析选项 99
5.6.3 非线性选项 99
5.6.4 输出控制 99
5.7 创建多载荷步文件 100
6 求解 101
6.1 选择求解器 101
6.2 求解器的类型 101
6.2.1 稀疏矩阵直接解法求解器 101
6.2.2 预条件共轭梯度法求解器 102
6.2.3 雅可比共轭梯度法求解器 102
6.2.4 不完全乔里斯基共轭梯度法求解器 102
6.2.5 二次最小残差求解器 102
6.3 在某些类型结构分析使用特殊求解控制 103
6.3.1 使用简化求解菜单 103
6.3.2 使用“求解控制”对话框 103
6.4 获得解答 104
6.5 求解多载荷步 105
6.5.1 使用多步求解法 105
6.5.2 使用载荷步文件法 105
7 后处理 106
7.1 后处理功能概述 106
7.1.1 ANSYS后处理类型 106
7.1.2 结果文件 106
7.1.3 后处理可用的数据类型 106
7.2 通用后处理器 107
7.2.1 数据文件选项 107
7.2.2 查看结果汇总 107
7.2.3 读入结果 107
7.2.4 图形显示结果 109
7.2.5 列表显示结果 110
7.2.6 查询结果 112
7.2.7 输出选项 113
7.2.8 单元表 114
7.2.9 路径查看 118
8 线性静力学分析 120
8.1 线性静力学分析概述 120
8.1.1 线性结构力学知识基础 120
8.1.2 有限元模型属性 122
8.2 线性静力学分析过程 124
8.3 非均匀截面梁受扭矩分析示例 124
8.3.1 问题描述与分析 124
8.3.2 前处理 125
8.3.3 加载与求解 127
8.3.4 后处理 128
8.3.5 命令流 130
9 非线性分析 131
9.1 非线性分析概述 131
9.1.1 何非线性 131
9.1.2 材料非线性 132
9.2 静态非线性分析基本过程 134
9.2.1 前处理 134
9.2.2 加载与求解 138
9.2.3 后处理 139
9.3 桁架大变形分析示例 140
9.3.1 问题描述与分析 140
9.3.2 前处理 141
9.3.3 加载与求解 144
9.3.4 后处理 145
9.3.5 命令流 147
9.4 多线性各向同性强化材料应力-应变分析示例 149
9.4.1 问题描述与分析 149
9.4.2 前处理 149
9.4.3 加载与求解 152
9.4.4 后处理 153
9.4.5 命令流 154
10 热分析 156
10.1 热分析概述 156
10.1.1 热分析概述 156
10.1.2 热分析基本原理 156
10.2 热分析的基本步骤 158
10.2.1 稳态热分析 158
10.2.2 瞬态热分析 162
10.3 稳态热分析示例——换热管的热分析 165
10.3.1 问题描述 165
10.3.2 前处理 165
10.4 钢球淬火过程温度分析示例 172
10.4.1 定义工作文件名及文件标题 172
10.4.2 定义单元类型及材料属性 172
10.4.3 生成有限元模型 173
10.4.4 施加载荷和求解 173
10.4.5 后处理 175
10.5 换热管的热应力分析示例 178
10.5.1 恢复数据库文件 178
10.5.2 改变工作标题和分析类型 178
10.5.3 设置材料属性 178
10.5.4 施加结构分析载荷及求解 179
10.5.5 后处理 181
11 屈曲分析 183
11.1 屈曲分析概述 183
11.2 线性屈曲分析步骤 184
11.2.1 前处理 184
11.2.2 求取静态解 184
11.2.3 求取屈曲解 184
11.2.4 后处理 185
11.3 非线性屈曲分析步骤 185
11.3.1 前处理 185
11.3.2 加载与求解 185
11.3.3 后处理 186
11.4 中间铰支增强稳定性线性分析 186
11.4.1 问题描述与分析 186
11.4.2 前处理 186
11.4.3 求取静态解 188
11.4.4 求取屈曲解 191
11.4.5 后处理 191
11.4.6 命令流 192
11.5 中间铰支增强稳定性非线性分析 193
11.5.1 问题描述与分析 193
11.5.2 前处理 193
11.5.3 加载与求解 193
11.5.4 后处理 195
12 模态分析 200
12.1 模态分析概述 200
12.2 模态分析过程 200
12.2.1 前处理 200
12.2.2 加载与求解 201
12.2.3 后处理 204
12.2.4 施加预应力效应 206
12.3 带集中质量结构扭振分析 206
12.3.1 问题描述 206
12.3.2 前处理 206
12.3.3 加载与求解 209
12.3.4 后处理 210
12.3.5 命令流 210
12.4 音叉固有频率分析 212
12.4.1 问题描述与分析 212
12.4.2 前处理 212
12.4.3 加载与求解 214
12.4.4 后处理 215
12.4.5 命令流 216
13 瞬态动力学分析 218
13.1 瞬态动力学分析概述 218
13.1.1 完全法（Full Method） 218
13.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method） 218
13.1.3 减缩法（Reduced Method） 219
13.2 瞬态动力学分析的基本步骤 219
13.2.1 前处理 219
13.2.2 建立初始条件 219
13.2.3 设定求解控制器 220
13.2.4 设定其他求解选项 222
13.2.5 施加载荷 222
13.2.6 设定多载荷步 224
13.2.7 瞬态求解 224
13.2.8 后处理 224
13.3 有阻尼自由振动分析示例 226
13.3.1 问题描述 226
13.3.2 前处理 226
13.3.3 求解 229
13.3.4 后处理 231
13.3.5 命令流 235
14 谱分析 237
14.1 谱分析概述 237
14.1.1 响应谱 237
14.1.2 动力设计分析方法（DDAM） 237
14.1.3 功率谱密度（PSD） 237
14.2 谱分析的基本步骤 238
14.2.1 前处理 238
14.2.2 模态分析 238
14.2.3 谱分析 238
14.2.4 扩展模态 240
14.2.5 合并模态 241
14.2.6 后处理 242
14.3 支撑平板的动力效果分析示例 243
14.3.1 问题描述 243
14.3.2 前处理 244
14.3.3 模态分析 249
14.3.4 谱分析 252
14.3.5 POST1后处理 255
14.3.6 谐响应分析 257
14.3.7 POST26后处理 259
14.3.8 命令流 261
15 接触问题分析 264
15.1 接触问题概论 264
15.1.1 接触问题分类 264
15.1.2 接触单元 264
15.2 接触分析的基本设置 265
15.2.1 建立模型并划分网格 265
15.2.2 识别接触对 265
15.2.3 定义刚性目标面 266
15.2.4 定义柔性接触面 267
15.2.5 设置实常数和单元关键点 269
15.2.6 控制刚性目标面的运动 269
15.2.7 定义求解选项和载荷步 270
15.3 接触问题实例 271
15.3.1 分析问题 271
15.3.2 模型建立 271
15.3.3 划分网格 275
15.3.4 接触对建立 275
15.3.5 施加载荷并求解 278
15.3.6 后处理 279
15.3.7 命令流方式 280
参考文献 284