ANSYS 15.0有限元分析从入门到精通

第1篇操作基础篇

第1章 ANSYS 15.0入门

1.1ANSYS 15.0的用户界面

1.2ANSYS文件系统

1.2.1文件类型

1.2.2文件管理

1.3ANSYS分析过程

1.3.1建立模型

1.3.2加载并求解

1.3.3后处理

1.4实例入门—托架受力分析

1.4.1分析实例描述

1.4.2建立模型

1.4.3查看计算结果

第2章 几何建模

（视频讲解：20分钟）

2.1坐标系简介

2.1.1总体和局部坐标系

2.1.2显示坐标系

2.1.3节点坐标系

2.1.4单元坐标系

2.1.5结果坐标系

2.2工作平面的使用

2.2.1定义一个新的工作平面

2.2.2控制工作平面的显示和样式

2.2.3移动工作平面

2.2.4旋转工作平面

2.2.5还原一个已定义的工作平面

2.3布尔操作

2.3.1布尔运算的设置

2.3.2交运算

2.3.3两两相交

2.3.4相加

2.3.5相减

2.3.6利用工作平面做减运算

2.3.7搭接

2.3.8分割

2.3.9粘接（或合并）

2.4编辑几何模型

2.4.1按照样本生成图元

2.4.2由对称映像生成图元

2.4.3将样本图元转换坐标系

2.4.4实体模型图元的缩放

2.5自底向上创建几何模型

2.5.1关键点

2.5.2硬点

2.5.3线

2.5.4面

2.5.5体

2.6实例—储液罐的实体建模

2.6.1GUI方式

2.6.2命令流方式

2.7自顶向下创建几何模型（体素）

2.7.1创建面体素

2.7.2创建实体体素

2.8实例—轴承座的实体建模

2.8.1GUI方式

2.8.2命令流方式

2.9从IGES文件中将几何模型导入ANSYS

第3章 划分网格

（视频讲解：11分钟）

3.1有限元网格概论

3.2设定单元属性

3.2.1生成单元属性表

3.2.2在划分网格之前分配单元属性

3.3网格划分的控制

3.3.1ANSYS网格划分工具（MeshTool）

3.3.2单元形状

3.3.3选择自由或映射网格划分

3.3.4控制单元边中节点的位置

3.3.5划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）

3.3.6映射网格划分中单元的默认尺寸

3.3.7局部网格划分控制

3.3.8内部网格划分控制

3.3.9生成过渡棱锥单元

3.3.10将退化的四面体单元转化为非退化的形式

3.3.11执行层网格划分

3.4自由网格划分和映射网格划分控制

3.4.1自由网格划分

3.4.2映射网格划分

3.5给实体模型划分有限元网格

3.5.1用xMESH命令生成网格

3.5.2生成带方向节点的梁单元网格

3.5.3在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元

3.6实例—储液罐的网格划分

3.6.1GUI方式

3.6.2命令流方式

3.7延伸和扫掠生成有限元模型

3.7.1延伸（Extrude）生成网格

3.7.2扫掠（VSWEEP）生成网格

3.8修正有限元模型

3.8.1局部细化网格

3.8.2移动和复制节点及单元

3.8.3控制面、线和单元的法向

3.8.4修改单元属性

3.9直接通过节点和单元生成有限元模型

3.9.1节点

3.9.2单元

3.10编号控制

3.10.1合并重复项

3.10.2编号压缩

3.10.3设定起始编号

3.10.4编号偏差

3.11实例—轴承座的网格划分

3.11.1GUI方式

3.11.2命令流方式

第4章 施加载荷

4.1载荷概论

4.1.1什么是载荷

4.1.2载荷步、子步和平衡迭代

4.1.3时间参数

4.1.4阶跃载荷与坡道载荷

4.2施加载荷

4.2.1载荷分类

4.2.2轴对称载荷与反作用力

4.2.3利用表格施加载荷

4.2.4利用函数施加载荷和边界条件

4.3实例—轴承座的载荷和约束施加

4.3.1GUI方式

4.3.2命令流方式

4.4设定载荷步选项

4.4.1通用选项

4.4.2动力学分析选项

4.4.3非线性选项

4.4.4输出控制

4.4.5Biot-Savart选项

4.4.6谱分析选项

4.4.7创建多载荷步文件

4.5实例—储液罐的载荷和约束施加

4.5.1GUI方式

4.5.2命令流方式

第5章 求解

5.1求解概论

5.1.1使用直接求解法

5.1.2使用其他求解器

5.1.3获得解答

5.2利用特定的求解控制器指定求解类型

5.2.1使用AbridgedSolution菜单选项

5.2.2使用求解控制对话框

5.3多载荷步求解

5.3.1多重求解法

5.3.2使用载荷步文件法

5.3.3使用数组参数法（矩阵参数法）

5.4实例—轴承座和储液罐模型求解

第6章 后处理

6.1后处理概述

6.1.1结果文件

6.1.2后处理可用的数据类型

6.2通用后处理器（POST1）

6.2.1将数据结果读入数据库

6.2.2图像显示结果

6.2.3列表显示结果

6.2.4将结果旋转到不同坐标系中并显示

6.3实例—轴承座计算结果后处理

6.3.1GUI方式

6.3.2命令流方式

6.4时间历程后处理（POST26）

6.4.1定义和储存POST26变量

6.4.2检查变量

6.4.3POST26后处理器的其他功能

6.5实例—储液罐计算结果后处理

6.5.1GUI方式

6.5.2命令流方式

第2篇 专题实例篇

第7章 结构静力分析

（视频讲解：24分钟）

7.1结构静力概论

7.2实例—高速齿轮应力分析

7.2.1分析问题

7.2.2建立模型

7.2.3定义边界条件并求解

7.2.4查看结果

7.2.5命令流执行方式

第8章 模态分析

（视频讲解：28分钟）

8.1模态分析概论

8.2实例—高速齿轮模态分析

8.2.1分析问题

8.2.2建立模型

8.2.3进行模态设置、定义边界条件并求解

8.2.4查看结果

8.2.5命令流模式

第9章 谐响应分析

（视频讲解：10分钟）

9.1谐响应分析概论

9.1.1Full Method（完全法）

9.1.2Reduced Method（减缩法）

9.1.3Mode Superposition Method（模态叠加法）

9.1.43种方法的共同局限性

9.2实例—弹簧质子系统的谐响应分析

9.2.1问题描述

9.2.2建立模型

9.2.3分析模型

9.2.4观察结果

9.2.5命令流方式

第10章 瞬态动力学分析

（视频讲解：12分钟）

10.1瞬态动力学概论

10.1.1Full Method（完全法）

10.1.2Mode Superposition Method（模态叠加法）

10.1.3Reduced Method（减缩法）

10.2实例—弹簧阻尼系统的自由振动分析

10.2.1分析问题

10.2.2建立模型

10.2.3进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解

10.2.4查看结果

10.2.5命令流模式

第11章 谱分析

（视频讲解：22分钟）

11.1谱分析概论

11.1.1响应谱

11.1.2动力设计分析方法（DDAM）

11.1.3功率谱密度（PSD）

11.2实例—支撑平板动力效果谱分析

11.2.1问题描述

11.2.2建立模型

11.2.3命令流方式

第12章 非线性分析

（视频讲解：11分钟）

12.1非线性分析概论

12.1.1非线性行为的原因

12.1.2非线性分析的基本信息

12.1.3几何非线性

12.1.4材料非线性

12.1.5其他非线性问题

12.2实例—铆钉冲压应力分析

12.2.1分析问题

12.2.2建立模型

12.2.3定义边界条件并求解

12.2.4查看结果

12.2.5命令流

第13章 结构屈曲分析

13.1结构屈曲概论

13.2实例—圆盘边缘屈曲分析

13.2.1分析问题

13.2.2建立模型

13.2.3定义边界条件并求解

13.2.4查看结果

13.2.5命令流

第14章 接触问题分析

（视频讲解：31分钟）

14.1接触问题概论

14.1.1一般分类

14.1.2接触单元

14.2实例—齿轮副的接触分析

14.2.1分析问题

14.2.2建立模型

14.2.3定义边界条件并求解

14.2.4查看结果

14.2.5命令流方式

第15章 结构优化

（视频讲解：24分钟）

15.1结构优化设计概论

15.2实例—梁结构优化设计

15.2.1问题描述

15.2.2命令流方式

第3篇 热分析篇

第16章 稳态热分析与瞬态热分析

（视频讲解：28分钟）

16.1热分析概论

16.1.1热分析的特点

16.1.2热分析单元

16.2热载荷和边界条件的类型

16.2.1概述

16.2.2热载荷和边界条件注意事项

16.3稳态热分析概述

16.3.1稳态热分析定义

16.3.2稳态热分析的控制方程

16.4瞬态热分析概述

16.4.1瞬态热分析特性

16.4.2瞬态热分析前处理考虑因素

16.4.3控制方程

16.4.4初始条件的施加

16.5稳态热分析实例—换热管的热分析

16.5.1GUI分析过程

16.5.2命令流方式

16.6瞬态热分析实例—钢球淬火过程温度分析

16.6.1GUI分析过程

16.6.2命令流方式

第17章 热辐射和相变分析

（视频讲解：51分钟）

17.1热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法

17.1.1热辐射特性

17.1.2ANSYS中热辐射的处理方法

17.2实例—两同心圆柱体间热辐射分析

17.2.1问题描述

17.2.2问题分析

17.2.3GUI操作步骤

17.2.4APDL命令流程序

17.3实例—一长方体形坯料空冷过程分析

17.3.1问题描述

17.3.2问题分析

17.3.3GUI操作步骤

17.3.4APDL命令流程序

17.4相变分析概述

17.4.1相和相变

17.4.2潜在热量和焓

17.4.3相变分析基本思路

17.5实例—某零件铸造过程分析

17.5.1问题描述

17.5.2问题分析

17.5.3GUI操作步骤

17.5.4APDL命令流程序

第4篇 电磁分析篇

第18章 电磁场有限元分析简介

18.1电磁场有限元分析概述

18.1.1电磁场中常见边界条件

18.1.2ANSYS电磁场分析对象

18.1.3电磁场单元概述

18.1.4电磁宏

18.2远场单元及远场单元的使用

18.2.1远场单元

18.2.2使用远场单元的注意事项

第19章 二维磁场分析

（视频讲解：67分钟）

19.1二维静态磁场分析中要用到的单元

19.2实例—载流导体的电磁力分析

19.2.1问题描述

19.2.2GUI操作方法

19.2.3命令流实现

19.3二维谐波磁场分析中要用到的单元

19.4实例—二维非线性谐波分析

19.4.1问题描述

19.4.2GUI操作方法

19.4.3命令流实现

19.5二维瞬态磁场分析中要用到的单元

19.6实例—二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析

19.6.1问题描述

19.6.2创建物理环境

19.6.3建立模型、赋予特性、划分网格

19.6.4加边界条件和载荷

19.6.5求解

19.6.6命令流实现

第20章 三维磁场分析

（视频讲解：36分钟）

20.1三维静态磁场标量法分析中要用到的单元

20.2实例—三维螺线管静态磁分析

20.2.1问题描述

20.2.2创建物理环境

20.2.3建立模型、赋予特性、划分网格

20.2.4加边界条件和载荷

20.2.5求解

20.2.6查看计算结果

20.2.7命令流实现

20.3棱边单元边方法中用到的单元

20.4实例—电动机沟槽中瞬态磁场分布

20.4.1问题描述

20.4.2创建物理环境

20.4.3建立模型、赋予特性、划分网格

20.4.4加边界条件和载荷

20.4.5求解

20.4.6查看计算结果

20.4.7命令流实现

第21章 电场分析

（视频讲解：53分钟）

21.1电场分析要用到的单元

21.2实例—正方形电流环中的磁场

21.2.1问题描述

21.2.2创建物理环境

21.2.3建立模型、赋予特性、划分网格

21.2.4加边界条件和载荷

21.2.5求解

21.2.6查看计算结果

21.2.7命令流实现

21.3h方法静电场分析中用到的单元

21.4实例—电容计算

21.4.1问题描述

21.4.2创建物理环境

21.4.3建立模型、赋予特性、划分网格

21.4.4加边界条件和载荷

21.4.5求解

21.4.6命令流实现

21.5电路分析中要用到的单元

21.5.1使用CIRCU124单元

21.5.2使用CIRCU125单元

21.6实例—瞬态电路分析

21.6.1问题描述

21.6.2创建物理环境

21.6.3建立模型、赋予特性、划分网格

21.6.4加边界条件和载荷

21.6.5求解

21.6.6查看计算结果

21.6.7命令流实现

21.7高频分析中要用到的单元

21.8实例—腔体高频模态分析

21.8.1问题描述

21.8.2创建物理环境

21.8.3建立模型、赋予特性、划分网格

21.8.4加边界条件和载荷

21.8.5求解

21.8.6查看计算结果

21.8.7命令流实现

第5篇 耦合场分析篇

第22章 耦合场分析简介

22.1耦合场分析的定义

22.2耦合场分析的类型

22.2.1直接方法

22.2.2载荷传递分析

22.2.3直接方法和载荷传递

22.2.4其他分析方法

22.3耦合场分析的单位制

第23章 直接耦合场分析

（视频讲解：53分钟）

23.1热应力耦合分析实例—换热管的热应力分析

23.1.1前处理

23.1.2求解

23.1.3后处理

23.1.4命令流方式

23.2热电耦合分析实例—热电发电机耦合分析

23.2.1前处理

23.2.2求解

23.2.3后处理

23.2.4命令流方式

23.3机电耦合分析实例—梳齿式电机耦合分析

23.3.1前处理

23.3.2求解

23.3.3后处理

23.3.4命令流方式

第24章 多场求解-MFS单码的耦合分析

（视频讲解：110分钟）

24.1厚壁圆筒的热应力分析

24.1.1前处理

24.1.2求解

24.1.3后处理

24.1.4命令流方式

24.2圆钢坯的感应加热分析

24.2.1前处理

24.2.2求解

24.2.3后处理

24.2.4命令流方式

24.3使用物理环境方法求解热-应力问题实例

24.3.1前处理（热分析）

24.3.2前处理（结构分析）

24.3.3求解（热分析）

24.3.4后处理（热分析）

24.3.5求解（结构分析）

24.3.6后处理（结构分析）

24.3.7命令流

24.4机电-电路耦合分析实例

24.4.1前处理

24.4.2求解

24.4.3后处理

24.4.4 命令流方式

《ANSYS 15.0有限元分析从入门到精通》以 ANSYS 15.0为依据，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤和应用技巧进行了详细介绍，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。书中尽量避开了烦琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，实例部分采用GUI方式一步步地对操作过程和步骤进行了讲解。为了帮助读者熟悉 ANSYS 的相关操作命令，在每个实例的后面都列出了分析过程的命令流文件。本书分为5篇，共24章，第1篇为操作基础篇，共6章，详细介绍了ANSYS分析全流程的基本步骤和方法；第2篇为专题实例篇，共9章，讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧；第3篇为热分析篇，共2章，分别介绍了热分析、热辐射和相变分析；第4篇为电磁分析篇，共4章，分别介绍了电磁场分析、二维磁场分析、三维磁场分析和电场分析；第5篇为耦合场分析篇，共3章，分别介绍了耦合场分析、直接耦合场分析和多场求解-MFS单码的耦合分析。本书适用于 ANSYS 软件的初、中级用户，以及有初步使用经验的技术人员；可作为理工科类院校相关专业的本科生、研究生及教师学习 ANSYS 软件的培训教材；也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。

本书以ANSYS 15.0为依据，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍，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。
书中尽量避开了繁琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，实例部分采用GUI方式一步一步地对操作过程和步骤进行讲解。为了帮助用户熟悉ANSYS的相关操作命令，在实例的后面还列出了分析过程的命令流文件。