[正版] ANSYS 2020有限元分析从入门到精通 CAD CAM CAE技术联盟 清华大学出版社 ANSYS完全自学

《ANSYS 2020有限元分析从入门到精通》以ANSYS 2020为依托，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤和应用技巧进行详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS具体工程应用方法。本书共分为4篇20章：第1篇为操作基础篇（第1~6章），详细介绍ANSYS分析全流程的基本步骤和方法；第2篇为专题实例篇（第7~14章），按不同的分析专题讲解各种分析专题的参数设置方法与技巧；第3篇为热分析篇（第15~16章），依次介绍稳态热分析与瞬态热分析、热辐射和相变分析；第4篇为电磁分析篇（第17~20章），分别介绍电磁场有限元分析、二维磁场分析、三维磁场分析和电场分析等内容。另附3章线上扩展学习内容，主要对结构静力分析、耦合场分析、直接耦合场分析进行拓展。

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CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，包含20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。

CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

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第1篇  操作基础篇

第1章  ANSYS 2020入门  2

（视频讲解：14分钟）

1.1  ANSYS 2020的用户界面  3

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分析过程  8

1.3.1  建立模型  9

1.3.2  加载并求解  9

1.3.3  后处理器  10

1.4  实例入门—角托架受力分析  10

1.4.1  分析实例描述  10

1.4.2  建立模型  10

1.4.3  查看计算结果  19

第2章 几何建模  21

（视频讲解：33分钟）

2.1  坐标系简介  22

2.1.1  总体和局部坐标系  22

2.1.2  显示坐标系  24

2.1.3  节点坐标系  25

2.1.4  单元坐标系  26

2.1.5  结果坐标系  26

2.2  工作平面的使用  27

2.2.1  定义一个新的工作平面  27

2.2.2  控制工作平面的显示和样式  28

2.2.3  移动工作平面  28

2.2.4  旋转工作平面  28

2.2.5  还原一个已定义的工作平面  29

2.3  布尔操作  29

2.3.1  布尔运算的设置  29

2.3.2  布尔交运算  30

2.3.3  布尔两两相交运算  31

2.3.4  布尔加运算  32

2.3.5  布尔相减运算  32

2.3.6  利用工作平面进行减运算  33

2.3.7  布尔搭接运算  34

2.3.8  布尔分割运算  34

2.3.9  布尔粘接（或合并）运算  34

2.4  编辑几何模型  35

2.4.1  按照样本生成图元  35

2.4.2  由对称映像生成图元  36

2.4.3  将样本图元转换到坐标系  36

2.4.4  实体模型图元的缩放  37

2.5  自底向上创建几何模型  38

2.5.1  关键点  38

2.5.2  硬点  39

2.5.3  线  40

2.5.4  面  42

2.5.5  体  44

2.6  实例—储液罐的实体建模  45

2.6.1  GUI方式  45

2.6.2  命令流方式  49

2.7  自顶向下创建几何模型（体素）  50

2.7.1  创建面体素  51

2.7.2  创建实体体素  51

2.8  实例—轴承座的实体建模  52

2.8.1  GUI方式  53

2.8.2  命令流方式  58

2.9  从IGES文件中将几何模型导入ANSYS软件中  60

2.10  实例—输入IGES单一实体  61

2.11  实例—对输入模型修改  63

第3章 划分网格  67

（视频讲解：14分钟）

3.1  有限元网格概论  68

3.2  设定单元属性  68

3.2.1  生成单元属性表  68

3.2.2  在划分网格之前分配单元属性  69

3.3  网格划分的控制  71

3.3.1  ANSYS网格划分工具（MeshTool）  71

3.3.2  单元形状  72

3.3.3  选择自由或映射网格划分  72

3.3.4  控制单元中间节点的位置  73

3.3.5  划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）  73

3.3.6  映射网格划分中单元的默认尺寸  74

3.3.7  局部网格划分控制  74

3.3.8  内部网格划分控制  75

3.3.9  生成过渡棱锥单元  77

3.3.10  将退化的四面体单元转化为非退化的形式  78

3.3.11  执行层网格划分  78

3.4  自由网格划分和映射网格划分控制  79

3.4.1  自由网格划分  79

3.4.2  映射网格划分  80

3.5  实例—储液罐的网格划分  85

3.5.1  GUI方式  85

3.5.2  命令流方式  87

3.6  延伸和扫掠生成有限元网格模型  88

3.6.1  延伸（Extrude）生成网格  88

3.6.2  扫掠（VSWEEP）生成网格  91

3.7  修改有限元模型  93

3.7.1  局部细化网格  93

3.7.2  移动、复制节点和单元  96

3.7.3  控制面、线和单元的法向  97

3.7.4  修改单元属性  98

3.8  直接通过节点和单元生成有限元模型  98

3.8.1  节点  99

3.8.2  单元  100

3.9  编号控制  102

3.9.1  合并重复项  103

3.9.2  编号压缩  104

3.9.3  设定起始编号  104

3.9.4  编号偏差  104

3.10  实例—轴承座的网格划分  105

3.10.1  GUI方式  105

3.10.2  命令流方式  109

第4章 施加载荷  111

（视频讲解：14分钟）

4.1  载荷概论  112

4.1.1  什么是载荷  112

4.1.2  载荷步、子步和平衡迭代  113

4.1.3  时间参数  114

4.1.4  阶跃载荷与坡道载荷  114

4.2  施加载荷  115

4.2.1  载荷分类  115

4.2.2  轴对称载荷与反作用力  120

4.2.3  利用表格施加载荷  121

4.2.4  利用函数施加载荷和边界条件  123

4.3  实例—轴承座的载荷和约束施加  125

4.3.1  GUI方式  125

4.3.2  命令流方式  128

4.4  设定载荷步选项  129

4.4.1  通用选项  129

4.4.2  动力学分析选项  132

4.4.3  非线性选项  133

4.4.4  输出控制  133

4.4.5  Biot-Savart选项  134

4.4.6  谱分析选项  134

4.4.7  创建多载荷步文件  135

4.5  实例—储液罐的载荷和约束施加  136

4.5.1  GUI方式  136

4.5.2  命令流方式  139

第5章 求解  141

（视频讲解：2分钟）

5.1  求解概论  142

5.1.1  使用直接求解法  142

5.1.2  使用其他求解器  143

5.1.3  获得解答  143

5.2  利用特定的求解控制器指定求解类型  144

5.2.1  使用Abridged Solution菜单选项  144

5.2.2  使用求解控制对话框  144

5.3  多载荷步求解  145

5.3.1  多重求解法  146

5.3.2  使用载荷步文件法  146

5.3.3  使用数组参数法（矩阵参数法）  147

5.4  实例—轴承座和储液罐模型求解  149

第6章 后处理  150

（视频讲解：6分钟）

6.1  后处理概述  151

6.1.1  结果文件  152

6.1.2  后处理可用的数据类型  152

6.2  通用后处理器（POST1）  153

6.2.1  将数据结果读入数据库  153

6.2.2  图像显示结果  159

6.2.3  列表显示结果  166

6.2.4  将结果旋转到不同坐标系中并显示  168

6.3  实例—轴承座计算结果后处理  169

6.3.1  GUI方式  170

6.3.2  命令流方式  173

6.4  时间历程后处理器（POST26）  173

6.4.1  定义和储存POST26变量  174

6.4.2  检查变量  176

6.4.3  POST26后处理器的其他功能  178

6.5  实例—储液罐计算结果后处理  179

6.5.1  GUI方式  179

6.5.2  命令流方式  182

第2篇  专题实例篇

第7章 结构静力分析  184

（视频讲解：34分钟）

7.1  结构静力概论  185

7.2  实例—高速齿轮应力分析  185

7.2.1  分析问题  185

7.2.2  建立模型  186

7.2.3  定义边界条件并求解  200

7.2.4  查看结果  202

7.2.5  命令流方式  206

第8章 模态分析  207

（视频讲解：49分钟）

8.1  模态分析概论  208

8.2  实例—高速齿轮模态分析  208

8.2.1  分析问题  208

8.2.2  建立模型  208

8.2.3  进行模态分析设置、施加边界条件并求解  214

8.2.4  查看结果  217

8.2.5  命令流方式  221

8.3  实例—钢桁架桥模态分析  221

8.3.1  问题描述  221

8.3.2  GUI操作方法  222

8.3.3  命令流方式  226

第9章 谐响应分析  227

（视频讲解：20分钟）

9.1  谐响应分析概论  228

9.1.1  Full Method（完全法）  228

9.1.2  Reduced Method（减缩法）  229

9.1.3  Mode Superposition Method（模态叠加法）  229

9.1.4  3种方法的共同局限性  229

9.2  实例—悬臂梁谐响应分析  229

9.2.1  分析问题  230

9.2.2  建立模型  230

9.2.3  查看结果  241

9.2.4  命令流方式  243

第10章 谱分析  244

（视频讲解：34分钟）

10.1  谱分析概论  245

10.1.1  响应谱  245

10.1.2  动力设计分析方法（DDAM）  245

10.1.3  功率谱密度（PSD）  245

10.2  实例—支撑平板动力效果谱分析  246

10.2.1  问题描述  246

10.2.2  建立模型  246

10.2.3  命令流方式  264

第11章 瞬态动力学分析  265

（视频讲解：16分钟）

11.1  瞬态动力学概论  266

11.1.1  Full Method（完全法）  266

11.1.2  Mode Superposition Method（模态叠加法）  266

11.1.3  Reduced Method（减缩法）  267

11.2  实例—哥伦布阻尼的自由振动分析  267

11.2.1  问题描述  267

11.2.2  GUI模式  268

11.2.3  命令流方式  279

第12章 非线性分析  280

（视频讲解：25分钟）

12.1  非线性分析概论  281

12.1.1  非线性行为的原因  281

12.1.2  非线性分析的基本信息  282

12.1.3  几何非线性  284

12.1.4  材料非线性  285

12.1.5  其他非线性问题  289

12.2  实例—深沟球轴承  289

12.2.1  分析问题  289

12.2.2  GUI方式  289

12.2.3  查看结果  298

12.2.4  命令流方式  301

第13章 接触问题分析  302

（视频讲解：17分钟）

13.1  接触问题概论  303

13.1.1  一般分类  303

13.1.2  接触单元  303

13.2  实例—齿轮副的接触分析  304

13.2.1  分析问题  304

13.2.2  建立模型  304

13.2.3  定义边界条件并求解  314

13.2.4  查看结果  317

13.2.5  命令流方式  319

第14章 结构屈曲分析  320

（视频讲解：24分钟）

14.1  结构屈曲概论  321

14.2 实例—框架结构屈曲分析  321

14.2.1  分析问题  321

14.2.2  GUI 路径模式  322

14.2.3 命令流方式  335

第3篇  热分析篇

第15章 稳态热分析与瞬态热分析  338

（视频讲解：50分钟）

15.1  热分析概论  339

15.1.1  热分析的特点  339

15.1.2  热分析单元  340

15.2  热载荷和边界条件的类型  340

15.2.1  概述  340

15.2.2  热载荷和边界条件注意事项  341

15.3  稳态热分析概述  341

15.3.1  稳态热分析定义  341

15.3.2  稳态热分析的控制方程  341

15.4  实例—电热丝生热稳态热分析  342

15.4.1  GUI操作步骤  342

15.4.2  命令流方式  355

15.5  瞬态热分析概述  355

15.5.1  瞬态热分析特性  355

15.5.2  瞬态热分析前处理考虑因素  356

15.5.3  控制方程  356

15.5.4  初始条件的施加  356

15.6  实例—钢球淬火过程瞬态热分析  358

15.6.1  GUI分析过程  358

15.6.2  命令流方式  366

第16章 热辐射和相变分析  367

（视频讲解：71分钟）

16.1  热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法  368

16.1.1  热辐射特性  368

16.1.2  ANSYS中热辐射的处理方法  368

16.2  实例—两同心圆柱体间热辐射分析  368

16.2.1  问题描述  368

16.2.2  问题分析  369

16.2.3  GUI操作步骤  369

16.2.4  命令流方式  379

16.3  实例—圆台形物体热辐射分析  380

16.3.1  问题描述  380

16.3.2  问题分析  380

16.3.3  GUI操作步骤  380

16.3.4  命令流方式  386

16.4  相变分析概述  387

16.4.1  相和相变  387

16.4.2  潜在热量和焓  387

16.4.3  相变分析基本思路  388

16.5  实例—茶杯中水结冰过程分析  390

16.5.1  问题描述  390

16.5.2  问题分析  390

16.5.3  GUI操作步骤  390

16.5.4  命令流方式  402

第4篇  电磁分析篇

第17章 电磁场有限元分析简介  404

17.1  电磁场有限元分析概述  405

17.1.1  电磁场中常见边界条件  405

17.1.2  ANSYS电磁场分析对象  405

17.1.3  电磁场单元概述  406

17.1.4  电磁宏  407

17.2  远场单元及远场单元的使用  408

17.2.1  远场单元  408

17.2.2  使用远场单元的注意事项  409

第18章 二维磁场分析  411

（视频讲解：91分钟）

18.1  二维静态磁场分析中要使用的单元  412

18.2  实例—二维螺线管制动器内静态磁场的分析  412

18.2.1  问题描述  412

18.2.2  GUI操作方法  414

18.2.3  命令流方式  425

18.3  二维谐波磁场分析中要使用的单元  425

18.4 实例—二维自由空间线圈的谐波磁场的分析  425

18.4.1 问题描述  425

18.4.2 GUI操作方法  426

18.4.3  命令流方式  437

18.5  二维瞬态磁场分析中要使用的单元  437

18.6  实例—二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析  438

18.6.1  问题描述  438

18.6.2  GUI操作方法  439

18.6.3  命令流方式  451

第19章 三维磁场分析  452

（视频讲解：46分钟）

19.1  三维静态磁场标量法分析中要使用的单元  453

19.2  实例—带空气隙的永磁体  454

19.2.1  问题描述  454

19.2.2  GUI操作方法  455

19.2.3  命令流方式  466

19.3  棱边单元边方法中要使用的单元  466

19.4  实例—电动机沟槽中瞬态磁场分布  467

19.4.1  问题描述  467

19.4.2  创建物理环境  467

19.4.3  建立模型、赋予特性、划分网格  469

19.4.4  加边界条件和载荷  471

19.4.5  求解  472

19.4.6  查看计算结果  474

19.4.7  命令流方式  477

第20章 电场分析  478

（视频讲解：79分钟）

20.1  电场分析中要使用的单元  479

20.2  实例—正方形电流环中的磁场分布  481

20.2.1  问题描述  481

20.2.2  创建物理环境  482

20.2.3  建立模型、赋予特性、划分网格  483

20.2.4  加边界条件和载荷  485

20.2.5  求解  486

20.2.6  查看计算结果  487

20.2.7  命令流方式  489

20.3  h方法静电场分析中要使用的单元  489

20.4  实例—屏蔽微带传输线的静电分析  490

20.4.1  问题描述  490

20.4.2  GUI操作方法  491

20.4.3  命令流方式  500

20.5  电路分析中要使用的单元  500

20.5.1  使用CIRCU124单元  500

20.5.2  使用CIRCU125单元  502

20.6  实例—谐波电路分析  503

20.6.1  问题描述  503

20.6.2  GUI操作方法  503

20.6.3  命令流方式  510

20.7  多导体系统求解电容  510

20.7.1  对地电容和集总电容  510

20.7.2  步骤  511

20.8  实例—电容计算实例  513

20.8.1  问题描述  513

20.8.2  创建物理环境  514

20.8.3  建立模型、赋予特性、划分网格  516

20.8.4  加边界条件和载荷  520

20.8.5  求解  522

20.8.6  命令流方式  523