ANSYS Workbench现代机械设计实用教程 有限元分析·优化设计·可靠性设计 任继文,舒盛荣,邓芳芳 编

第1章 绪论 001
1.1 概述 001
1.2 现代设计方法特点 001
1.3 常用现代设计方法简介 003
1.3.1 计算机辅助设计 003
1.3.2 有限元分析 004
1.3.3 优化设计 004
1.3.4 可靠性设计 004
1.3.5 绿色设计 004
1.3.6 虚拟设计 006
1.3.7 并行设计 007
1.3.8 智能设计 009
1.3.9 创新设计 009
1.3.10 模糊设计 010
1.3.11 模块化设计 010
1.3.12 动态分析设计 011
习题 012
有限元分析篇
第2章 有限元法理论简介 014
2.1 有限元方法基本思想 014
2.2 有限元模型基本构成 015
2.3 有限元分析基本步骤 016
2.4 有限元分析解题步骤实例——梯形板 017
2.4.1 提出问题 017
2.4.2 预处理阶段 018
2.4.3 求解阶段 023
2.4.4 后处理阶段 024
2.4.5 准确解析解与有限元数值法近似解的比较 026
习题 027
第3章 ANSYS Workbench分析流程 028
3.1 ANSYS Workbench分析流程 028
3.2 项目管理与文件管理 029
3.2.1 项目管理 029
3.2.2 操作界面 029
3.2.3 文件管理 031
3.3 选择或定义材料 033
3.3.1 选择材料 034
3.3.2 新建材料 035
3.4 建立几何模型 036
3.4.1 DM建模 036
3.4.2 导入外部CAD建模 046
3.4.3 DM三维建模——支座 047
3.5 网格划分 056
3.5.1 网格划分步骤 056
3.5.2 分析类型的选择 056
3.5.3 网格形状的控制 057
3.5.4 网格大小的控制 060
3.6 施加边界条件 063
3.6.1 载荷类型 063
3.6.2 结构支撑 064
3.7 求解及结果 065
3.7.1 常用结果 065
3.7.2 四大强度理论 066
3.7.3 应力工具 067
3.8 ANSYS Workbench解题步骤——支座 068
3.8.1 问题描述 068
3.8.2 有限元分析过程 068
习题 071
第4章 三维空间问题 073
4.1 三维实体单元类型 073
4.2 空间问题实例——汽车连杆 074
4.2.1 问题描述 074
4.2.2 有限元分析过程 075
习题 080
第5章 平面问题 081
5.1 平面应力与平面应变 081
5.2 平面单元类型 082
5.3 平面应力问题实例——带孔矩形板 084
5.3.1 问题描述 084
5.3.2 有限元分析过程 084
习题 090
第6章 对称问题 092
6.1 对称问题 092
6.1.1 对称与反对称 092
6.1.2 对称类型 093
6.2 实例1：平面对称问题实例——带孔矩形板 093
6.2.1 问题描述 093
6.2.2 有限元分析过程 093
6.3 实例2：三维对称问题实例——汽车连杆 100
6.3.1 问题描述 100
6.3.2 有限元分析过程 100
6.4 实例3：轴对称问题实例——油缸 106
6.4.1 问题描述 106
6.4.2 有限元分析过程 106
6.5 实例4：圆周循环对称问题实例——带孔飞轮 112
6.5.1 问题描述 112
6.5.2 有限元分析过程 112
习题 118
第7章 梁单元分析问题 119
7.1 梁单元类型 119
7.2 实例1——悬臂梁 119
7.2.1 问题描述 119
7.2.2 有限元分析过程 120
7.3 实例2——简支梁 129
7.3.1 问题描述 129
7.3.2 有限元分析过程 129
习题 136
第8章 薄板、壳问题 138
8.1 壳单元类型 138
8.2 壳模型的建立——抽中面操作 139
8.3 壳单元应用实例——挂钩 139
8.3.1 问题描述 139
8.3.2 有限元分析过程 140
习题 144
第9章 装配体接触问题 146
9.1 接触类型 146
9.2 接触问题实例——螺栓连接 147
9.2.1 问题描述 147
9.2.2 有限元分析过程 147
习题 153
第10章 动力学问题 155
10.1 动力学分析概述 155
10.2 模态分析 156
10.2.1 模态分析理论基础 156
10.2.2 Workbench模态分析步骤 156
10.3 模态分析实例——飞机机翼 159
10.3.1 实例1：不带预应力的模态分析 159
10.3.2 实例2：带预应力的模态分析 163
10.4 谐响应分析 166
10.4.1 谐响应分析理论基础 166
10.4.2 谐响应分析步骤 167
10.5 谐响应分析实例——飞机机翼 171
习题 179
第11章 电-热-力耦合问题 180
11.1 传热学基础 180
11.1.1 传热学经典理论 180
11.1.2 热传递方式 180
11.1.3 温度场 181
11.1.4 传热学在工程领域中的应用 181
11.2 热应力耦合分析 182
11.2.1 热分析过程 182
11.2.2 热应力分析过程 186
11.3 实例1：热应力耦合分析——冷却栅管 187
11.3.1 问题描述 187
11.3.2 冷却栅管稳态热分析 188
11.3.3 冷却栅管热应力分析 194
11.4 实例2：电热耦合分析——平板式汽车氧传感器 197
11.4.1 问题描述 197
11.4.2 氧传感器电热耦合分析 198
习题 204
优化设计篇
第12章 优化设计理论简介 208
12.1 概述 208
12.1.1 优化设计与传统设计方法的比较 208
12.1.2 优化设计一般过程 209
12.2 优化设计的数学模型 210
12.2.1 设计变量与设计空间 210
12.2.2 约束 211
12.2.3 目标函数 212
12.2.4 数学模型 212
12.2.5 应用实例 213
12.3 优化设计基本方法 216
习题 218
第13章 ANSYS Workbench拓扑优化 220
13.1 拓扑优化介绍 220
13.1.1 什么是拓扑优化 220
13.1.2 拓扑优化实现方法 221
13.1.3 拓扑优化设计流程 221
13.1.4 拓扑优化分析界面 222
13.2 拓扑优化工具 222
13.3 拓扑优化设置 223
13.4 设计结果与验证 223
13.4.1 拓扑优化求解结果 223
13.4.2 拓扑优化结果验证分析 224
13.5 拓扑优化实例——汽车轮毂 225
13.5.1 问题描述 225
13.5.2 汽车轮毂静力分析 225
13.5.3 汽车轮毂拓扑优化 227
13.5.4 汽车轮毂优化验证分析 229
习题 233
第14章 ANSYS Workbench尺寸优化 235
14.1 ANSYS Workbench设计探索优化介绍 235
14.1.1 设计探索优化模块及流程 235
14.1.2 模型参数化 236
14.1.3 相关性分析 239
14.1.4 DOE实验设计 241
14.1.5 响应面拟合 243
14.1.6 目标驱动优化 245
14.2 基于参数敏感性的响应面尺寸优化实例——发动机曲轴 248
14.2.1 问题描述 248
14.2.2 发动机曲轴静力分析 248
14.2.3 发动机曲轴模态分析 258
14.2.4 相关性分析 260
14.2.5 发动机曲轴尺寸优化设计 264
习题 271
可靠性分析篇
第15章 可靠性基本概念与理论 274
15.1 概述 274
15.1.1 可靠性发展历程 274
15.1.2 可靠性定义 275
15.1.3 可靠性设计的基本内容 276
15.1.4 可靠性设计的特点 276
15.2 可靠性基础概念 277
15.2.1 可靠性与故障率 277
15.2.2 产品失效模型 279
15.2.3 产品的平均寿命 282
15.3 零件机械强度可靠性设计 283
15.3.1 应力-强度干涉模型 283
15.3.2 用分析法进行可靠性预计 283
15.3.3 受拉零件静强度的可靠性设计 285
15.3.4 梁的静强度可靠性设计 288
习题 291
第16章 ANSYS Workbench的六西格玛可靠性分析 292
16.1 六西格玛可靠性分析简介 292
16.2 六西格玛可靠性分析的基本步骤 293
16.3 六西格玛可靠性分析实例——连杆 293
16.3.1 问题描述 293
16.3.2 静力学分析 293
16.3.3 六西格玛分析 297
习题 302
参考文献 303