ANSYS Workbench 18.0有限元分析案例详解 丁金滨 编 专业科技 文轩网

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26
1.3 本章小结28
第2章 ANSYS Workbench 18.0概述29
2.1 ANSYS Workbench 18.0平台及模块29
2.1.1 Workbench平台界面30
2.1.2 菜单栏30
2.1.3 工具栏36
2.1.4 工具箱36
2.2 DesignModeler 18.0几何建模40
2.2.1 DesignModeler几何建模平台40
2.2.2 菜单栏41
2.2.3 工具栏48
2.2.4 常用命令栏50
2.2.5 Tree Outline（模型树）50
2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板52
2.3 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler几何建模60
2.3.1 SpaceClaim几何建模平台60
2.3.2 菜单选项卡61
2.4 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler几何建模实例64
2.5 ANSYS Meshing 18.0网格划分平台68
2.5.1 Meshing网格划分适用领域68
2.5.2 Meshing网格划分方法68
2.5.3 Meshing网格默认设置71
2.5.4 Meshing网格尺寸设置72
2.5.5 Meshing网格Patch Conforming选项75
2.5.6 Meshing网格膨胀层设置79
2.5.7 Meshing网格高级选项80
2.5.8 Meshing网格评估统计81
2.6 ANSYS Meshing 18.0网格划分实例81
2.6.1 应用实例1——网格尺寸控制81
2.6.2 应用实例2——扫掠网格划分87
2.6.3 外部网格导入实例1——CDB网格导入93
2.6.4 外部网格导入实例2——CDB网格导入97
2.7 ANSYS Mechanical 18.0后处理99
2.7.1 查看结果99
2.7.2 结果显示102
2.7.3 变形显示102
2.7.4 应力和应变103
2.7.5 接触结果104
2.7.6 自定义结果显示104
2.8 本章小结105
第3章 结构静力学分析案例详解106
3.1 线性静力分析简介106
3.1.1 线性静力分析106
3.1.2 线性静力分析流程107
3.1.3 线性静力分析基础107
3.2 静力学分析实例1——实体静力分析108
3.2.1 问题描述108
3.2.2 启动Workbench并建立分析项目108
3.2.3 导入创建几何体109
3.2.4 添加材料库109
3.2.5 添加模型材料属性111
3.2.6 划分网格112
3.2.7 施加载荷与约束112
3.2.8 结果后处理114
3.2.9 保存与退出115
3.2.10 读者演练116
3.3 静力学分析实例2——梁单元线性静力分析116
3.3.1 问题描述116
3.3.2 启动Workbench并建立分析项目117
3.3.3 创建几何体117
3.3.4 添加材料库121
3.3.5 添加模型材料属性122
3.3.6 划分网格123
3.3.7 施加载荷与约束124
3.3.8 结果后处理125
3.3.9 保存与退出126
3.3.10 读者演练127
3.4 静力学分析实例3——板单元静力分析127
3.4.1 问题描述128
3.4.2 启动Workbench并建立分析项目128
3.4.3 导入创建几何体128
3.4.4 添加材料库129
3.4.5 添加模型材料属性130
3.4.6 划分网格130
3.4.7 施加载荷与约束131
3.4.8 结果后处理132
3.4.9 保存与退出133
3.4.10 读者演练133
3.5 静力学分析实例4——子模型静力分析134
3.5.1 问题描述134
3.5.2 启动Workbench并建立分析项目134
3.5.3 导入创建几何体134
3.5.4 添加材料库135
3.5.5 添加模型材料属性137
3.5.6 划分网格138
3.5.7 施加载荷与约束138
3.5.8 结果后处理140
3.5.9 子模型分析141
3.5.10 保存并退出145
3.6 本章小结145
第4章 模态分析案例详解146
4.1 结构动力学分析简介146
4.1.1 结构动力学分析146
4.1.2 结构动力学分析的阻尼147
4.2 模态分析简介147
4.2.1 模态分析147
4.2.2 模态分析基础148
4.2.3 预应力模态分析148
4.3 模态分析实例1——模态分析149
4.3.1 问题描述149
4.3.2 启动Workbench并建立分析项目149
4.3.3 创建几何体150
4.3.4 添加材料库150
4.3.5 添加模型材料属性152
4.3.6 划分网格153
4.3.7 施加载荷与约束153
4.3.8 结果后处理154
4.3.9 保存与退出157
4.4 模态分析实例2——有预应力模态分析157
4.4.1 问题描述157
4.4.2 启动Workbench并建立分析项目157
4.4.3 创建几何体158
4.4.4 添加材料库158
4.4.5 添加模型材料属性160
4.4.6 划分网格161
4.4.7 施加载荷与约束161
4.4.8 模态分析163
4.4.9 后处理163
4.4.10 保存与退出165
4.5 模态分析实例3——有预应力模态分析165
4.5.1 问题描述165
4.5.2 修改外载荷数据166
4.5.3 模态分析166
4.5.4 后处理166
4.5.5 保存与退出168
4.5.6 结论168
4.6 本章小结168
第5章 谐响应分析案例详解169
5.1 谐响应分析简介169
5.1.1 谐响应分析169
5.1.2 谐响应分析的载荷与输出170
5.1.3 谐响应分析通用方程170
5.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析170
5.2.1 问题描述170
5.2.2 启动Workbench并建立分析项目171
5.2.3 创建模态分析项目172
5.2.4 材料选择172
5.2.5 施加载荷与约束172
5.2.6 模态分析174
5.2.7 后处理174
5.2.8 创建谐响应分析项目176
5.2.9 施加载荷与约束176
5.2.10 谐响应计算177
5.2.11 结果后处理178
5.2.12 保存与退出179
5.3 谐响应分析实例2——实体模型谐响应分析180
5.3.1 问题描述180
5.3.2 启动Workbench并建立分析项目180
5.3.3 材料选择181
5.3.4 施加载荷与约束181
5.3.5 模态分析183
5.3.6 后处理183
5.3.7 谐响应分析设置和求解185
5.3.8 谐响应计算186
5.3.9 结果后处理186
5.3.10 保存与退出188
5.4 本章小结188
第6章 响应谱分析案例详解189
6.1 响应谱分析简介189
6.1.1 频谱的定义189
6.1.2 响应谱分析的基本概念190
6.2 响应谱分析实例1——简单桥梁响应谱分析192
6.2.1 问题描述192
6.2.2 启动Workbench并建立分析项目193
6.2.3 导入几何体模型193
6.2.4 静态力学分析194
6.2.5 添加材料库194
6.2.6 划分网格194
6.2.7 施加约束195
6.2.8 模态分析197
6.2.9 结果后处理197
6.2.10 响应谱分析198
6.2.11 添加加速度谱199
6.2.12 后处理199
6.2.13 保存与退出201
6.3 响应谱分析实例2——建筑物框架响应谱分析201
6.3.1 问题描述201
6.3.2 启动Workbench并建立分析项目202
6.3.3 导入几何体模型203
6.3.4 静态力学分析203
6.3.5 添加材料库204
6.3.6 划分网格204
6.3.7 施加约束205
6.3.8 模态分析206
6.3.9 结果后处理206
6.3.10 响应谱分析207
6.3.11 添加加速度谱208
6.3.12 后处理209
6.3.13 保存与退出210
6.4 本章小结210
第7章 随机振动分析案例详解211
7.1 随机振动分析简介211
7.2 随机振动分析实例1——简单桥梁随机振动分析212
7.2.1 问题描述212
7.2.2 启动Workbench并建立分析项目213
7.2.3 导入几何体模型213
7.2.4 静态力学分析214
7.2.5 添加材料库214
7.2.6 划分网格215
7.2.7 施加约束216
7.2.8 模态分析217
7.2.9 结果后处理217
7.2.10 随机振动分析219
7.2.11 添加加速度谱219
7.2.12 后处理220
7.2.13 保存与退出221
7.3 随机振动分析实例2——建筑物框架随机振动分析221
7.3.1 问题描述222
7.3.2 启动Workbench并建立分析项目222
7.3.3 导入几何体模型223
7.3.4 静态力学分析223
7.3.5 添加材料库224
7.3.6 划分网格224
7.3.7 施加约束225
7.3.8 模态分析226
7.3.9 结果后处理226
7.3.10 随机振动分析227
7.3.11 添加加速度谱227
7.3.12 后处理228
7.3.13 保存与退出229
7.4 本章小结229
第8章 瞬态动力学分析案例详解230
8.1 瞬态动力学分析简介230
8.1.1 瞬态动力学分析230
8.1.2 瞬态动力学分析基本公式230
8.2 瞬态动力学分析实例1——蜗轮蜗杆传动分析231
8.2.1 问题描述231
8.2.2 启动Workbench并建立分析项目231
8.2.3 导入几何体模型232
8.2.4 瞬态动力学分析参数设置233
8.2.5 添加材料库234
8.2.6 划分网格234
8.2.7 施加约束234
8.2.8 结果后处理235
8.2.9 保存与退出237
8.3 瞬态动力学分析实例2——活塞运动分析237
8.3.1 问题描述237
8.3.2 启动Workbench并建立分析项目238
8.3.3 导入几何体模型238
8.3.4 瞬态动力学分析属性设置239
8.3.5 添加材料库241
8.3.6 划分网格242
8.3.7 施加约束242
8.3.8 结果后处理243
8.3.9 保存与退出244
8.4 活塞运动优化分析245
8.5 本章小结247
第9章 接触分析案例详解248
9.1 接触分析简介248
9.2 静态接触分析实例——铝合金板孔受力分析250
9.2.1 问题描述250
9.2.2 启动Workbench并建立分析项目250
9.2.3 建立几何体模型250
9.2.4 添加材料库252
9.2.5 添加模型材料属性252
9.2.6 创建接触252
9.2.7 划分网格252
9.2.8 施加载荷与约束254
9.2.9 结果后处理254
9.2.10 保存与退出256
9.3 本章小结256
第10章 显示动力学分析案例详解257
10.1 显示动力学分析简介257
10.2 显示动力学分析实例1——钢球撞击金属网分析258
10.2.1 问题描述259
10.2.2 启动Workbench并建立分析项目259
10.2.3 启动Workbench LS-DYNA建立项目260
10.2.4 材料选择与赋予260
10.2.5 建立项目分析261
10.2.6 分析前处理262
10.2.7 施加载荷262
10.2.8 结果后处理264
10.2.9 保存与退出266
10.3 显示动力学分析实例2——金属块穿透钢板分析266
10.3.1 问题描述266
10.3.2 启动Workbench并建立分析项目266
10.3.3 绘制几何模型267
10.3.4 材料选择269
10.3.5 显示动力学分析前处理271
10.3.6 施加约束272
10.3.7 结果后处理273
10.3.8 启动AUTODYN软件274
10.3.9 LS-DYNA计算276
10.3.10 保存与退出278
10.4 本章小结278
第11章 复合材料分析案例详解279
11.1 复合材料概论279
11.2 ANSYS ACP模块功能概述280
11.3 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析283
11.3.1 问题描述283
11.3.2 启动Workbench软件284
11.3.3 静力分析项目284
11.3.4 定义复合材料数据285
11.3.5 数据更新287
11.3.6 ACP复合材料定义288
11.3.7 有限元计算293
11.3.8 后处理294
11.3.9 ACP专业后处理工具294
11.3.10 保存与退出296
11.4 本章小结296
第12章 疲劳分析案例详解297
12.1 疲劳分析简介297
12.2 疲劳分析实例——轴疲劳分析299
12.2.1 问题描述299
12.2.2 启动Workbench并建立分析项目300
12.2.3 导入几何模型300
12.2.4 添加材料库300
12.2.5 添加模型材料属性300
12.2.6 划分网格301
12.2.7 施加载荷与约束302
12.2.8 结果后处理303
12.2.9 添加Fatigue Tool工具304
12.2.10 疲劳分析304
12.2.11 保存与退出306
12.3 本章小结306
第13章 多体动力学分析案例详解307
13.1 多体动力学分析简介307
13.2 多体动力学分析实例——挖掘机臂运动分析308
13.2.1 问题描述308
13.2.2 启动Workbench并建立分析项目308
13.2.3 导入几何模型309
13.2.4 多体动力学分析309
13.2.5 添加材料库312
13.2.6 划分网格312
13.2.7 施加约束312
13.2.8 结果后处理314
13.2.9 保存与退出315
13.3 本章小结316
第14章 稳态热力学分析案例详解317
14.1 热力学分析简介317
14.1.1 热力学分析目的317
14.1.2 热力学分析317
14.1.3 基本传热方式318
14.2 稳态热力学分析实例1——热传递分析319
14.2.1 问题描述319
14.2.2 启动Workbench并建立分析项目319
14.2.3 导入几何模型320
14.2.4 创建分析项目320
14.2.5 添加材料库321
14.2.6 添加模型材料属性322
14.2.7 划分网格323
14.2.8 施加载荷与约束323
14.2.9 结果后处理324
14.2.10 保存与退出326
14.3 稳态热力学分析实例2——热对流分析326
14.3.1 问题描述327
14.3.2 启动Workbench并建立分析项目327
14.3.3 导入几何模型327
14.3.4 创建分析项目328
14.3.5 添加材料库328
14.3.6 添加模型材料属性330
14.3.7 划分网格330
14.3.8 施加载荷与约束331
14.3.9 结果后处理332
14.3.10 保存与退出333
14.3.11 读者演练333
14.4 稳态热力学分析实例3——热辐射分析334
14.4.1 案例介绍334
14.4.2 启动Workbench并建立分析项目334
14.4.3 定义材料参数334
14.4.4 导入模型335
14.4.5 划分网格335
14.4.6 定义荷载337
14.4.7 后处理338
14.4.8 保存并退出340
14.5 本章小结340
第15章 瞬态热力学分析案例详解341
15.1 热力学分析简介341
15.1.1 瞬态热力学分析目的341
15.1.2 瞬态热力学分析341
15.2 瞬态热力学分析实例1——散热片瞬态热学分析342
15.2.1 问题描述342
15.2.2 启动Workbench并建立分析项目342
15.2.3 创建瞬态热分析342
15.2.4 施加载荷与约束343
15.2.5 后处理343
15.2.6 保存与退出344
15.3 瞬态热学分析实例2——高温钢球瞬态热学分析344
15.3.1 问题描述344
15.3.2 启动Workbench并建立分析项目345
15.3.3 创建瞬态热分析345
15.3.4 施加载荷与约束346
15.3.5 后处理347
15.3.6 保存与退出348
15.4 本章小结348
第16章 流体动力学分析案例详解349
16.1 流体动力学分析简介349
16.1.1 流体动力学分析349
16.1.2 CFD基础352
16.2 流体动力学实例1——CFX内流场分析359
16.2.1 问题描述360
16.2.2 启动Workbench并建立分析项目360
16.2.3 创建几何体模型360
16.2.4 网格划分361
16.2.5 流体动力学前处理362
16.2.6 流体计算364
16.2.7 结果后处理365
16.3 流体动力学实例2——Fluent流场分析367
16.3.1 问题描述367
16.3.2 软件启动与保存368
16.3.3 导入几何数据文件368
16.3.4 网格设置369
16.3.5 进入Fluent平台371
16.3.6 材料选择373
16.3.7 设置几何属性373
16.3.8 流体边界条件374
16.3.9 求解器设置375
16.3.10 结果后处理376
16.3.11 Post后处理378
16.4 流体动力学实例3——Icepak流场分析380
16.4.1 问题描述382
16.4.2 软件启动与保存382
16.4.3 导入几何数据文件383
16.4.4 添加Icepak模块384
16.4.5 求解分析387
16.4.6 Post后处理389
16.4.7 静态力学分析390
16.5 本章小结392
第17章 电场分析案例详解393
17.1 电磁场基本理论393
17.1.1 麦克斯韦方程393
17.1.2 一般形式的电磁场微分方程394
17.1.3 电磁场中常见边界条件395
17.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析396
17.1.5 ANSOFT软件电磁分析396
17.2 Maxwell静态电场分析实例——同轴电缆电场计算397
17.2.1 启动Maxwell 16.0并建立分析项目398
17.2.2 建立几何模型398
17.2.3 建立求解器及求解域400
17.2.4 添加材料400
17.2.5 边界条件设置401
17.2.6 求解计算402
17.2.7 图表显示403
17.2.8 Workbench平台中加载Maxwell工程文件405
17.2.9 保存与退出405
17.3 Maxwell直流传导分析实例——焊接位置的电场分析405
17.3.1 启动Workbench并建立分析项目406
17.3.2 几何模型导入406
17.3.3 建立求解器407
17.3.4 添加材料407
17.3.5 边界条件设置408
17.3.6 求解计算409
17.3.7 网格划分409
17.3.8 后处理410
17.3.9 保存与退出411
17.4 本章小结411
第18章 磁场分析案例详解412
18.1 ANSOFT软件磁场分析412
18.2 Maxwell静态磁场分析实例——磁场力计算413
18.2.1 启动Workbench并建立分析项目413
18.2.2 建立几何模型414
18.2.3 建立求解器及求解域418
18.2.4 添加材料419
18.2.5 边界条件设置419
18.2.6 求解计算420
18.2.7 参数化扫描422
18.2.8 保存与退出423
18.3 Maxwell涡流磁场分析实例——金属块涡流损耗424
18.3.1 启动Workbench并建立分析项目424
18.3.2 几何模型的导入425
18.3.3 建立求解器425
18.3.4 添加材料426
18.3.5 边界条件设置426
18.3.6 求解计算427
18.3.7 损耗计算429
18.3.8 保存与退出429
18.4 Maxwell瞬态磁场分析实例——金属块涡流损耗430
18.4.1 启动Workbench并建立分析项目430
18.4.2 建立求解器431
18.4.3 建立几何模型431
18.4.4 添加材料432
18.4.5 边界条件设置433
18.4.6 网格划分434
18.4.7 求解计算435
18.4.8 图表显示437
18.4.9 3D图表显示438
18.4.10 保存与退出439
18.5 本章小结439
第19章 多物理场耦合分析案例详解440
19.1 多物理场耦合分析简介440
19.1.1 多物理场耦合分析440
19.1.2 多物理场应用场合441
19.2 耦合实例1——Maxwell和Mechanical线圈电磁结构瞬态耦合442
19.2.1 问题描述442
19.2.2 软件启动与保存443
19.2.3 导入几何数据文件443
19.2.4 求解器与求解域的设置444
19.2.5 赋予材料属性444
19.2.6 添加激励445
19.2.7 模型检查与计算447
19.2.8 后处理448
19.2.9 创建电磁分析环境449
19.2.10 创建力学分析和数据共享450
19.2.11 材料设置451
19.2.12 网格划分452
19.2.13 添加边界条件与映射激励452
19.2.14 求解计算454
19.2.15 后处理454
19.2.16 关闭Workbench平台455
19.3 耦合实例2——FLUENT和Mechanical流体结构耦合分析455
19.3.1 载入工程文件455
19.3.2 结构力学计算455
19.3.3 材料设置457
19.3.4 网格划分458
19.3.5 添加边界条件与映射激励458
19.3.6 求解计算459
19.3.7 后处理460
19.3.8 读者演练460
19.4 耦合实例3——Maxwell和Mechanical线圈电磁结构瞬态耦合461
19.4.1 问题描述461
19.4.2 软件启动与保存461
19.4.3 导入几何数据文件461
19.4.4 求解器与求解域的设置462
19.4.5 赋予材料属性463
19.4.6 添加激励464
19.4.7 模型检查与计算466
19.4.8 后处理467
19.4.9 创建力学分析和数据共享469
19.4.10 材料设置470
19.4.11 网格划分471
19.4.12 添加边界条件与映射激励471
19.4.13 求解计算473
19.4.14 后处理473
19.4.15 关闭Workbench平台474
19.5 耦合实例4——Maxwell和Icepak电磁热流耦合474
19.5.1 问题描述474
19.5.2 软件启动与保存475
19.5.3 建立电磁分析475
19.5.4 几何模型的建立476
19.5.5 求解域的设置480
19.5.6 赋予材料属性480
19.5.7 添加激励481
19.5.8 分析步创建482
19.5.9 模型检查与计算482
19.5.10 后处理483
19.5.11 创建几何数据共享484
19.5.12 添加Icepak模块485
19.5.13 求解分析488
19.5.14 Post后处理490
19.6 本章小结491
附录A Simplorer电力电子系统仿真模块492
附录B ANSYS Workbench平台ACT
模块496
参考文献498