ANSYS Workbench 14.0有限元分析从入门到精通

前言

第1章 ANSYS Workbench 14.5基础 1

1.1 CAE软件简介 2

1.2 有限元法简介 3

1.2.1 有限元法的基本思想 4

1.2.2 有限元法的特点 4

1.3 ANSYS简介 5

1.3.1 ANSYS的发展 5

1.3.2 ANSYS的功能 6

1.4 ANSYS Workbench概述 7

1.4.1 ANSYS Workbench 的特点 7

1.4.2 ANSYS Workbench 应用分类 8

1.5 ANSYS Workbench分析的基本过程 9

1.5.1 前处理 9

1.5.2 加载并求解 10

1.5.3 后处理 10

1.6 ANSYS Workbench 14.5的设计流程 11

1.7 ANSYS Workbench系统要求和启动 11

1.7.1 系统要求 11

1.7.2 启动 12

1.8 ANSYS 14.5的界面 13

第2章 ANSYS Workbench 项目管理 14

2.1 工具箱 15

2.2 项目概图 16

2.2.1 系统和模块 17

2.2.2 模块的类型 17

2.2.3 了解模块状态 18

2.2.4 项目概图中的链接 18

2.3 Workbench选项窗口 19

2.4 Workbench 文档管理 20

2.4.1 目录结构 20

2.4.2 显示文件明细 20

2.4.3 打包文件 21

2.5 创建项目概图实例 22

第3章 DesignModeler图形用户界面 25

3.1 启动DesignModeler 26

3.2 图形界面 28

3.2.1 操作界面介绍 28

3.2.2 Workbench窗口定制 29

3.2.3 DesignModeler主菜单 30

3.2.4 DesignModeler工具栏 32

3.2.5 属性栏窗格 32

3.2.6 DesignModeler和CAD类文件交互 32

3.3 选择操作 34

3.3.1 基本鼠标功能 34

3.3.2 选择过滤器 34

3.4 视图操作 37

3.4.1 图形控制 37

3.4.2 光标模式 38

3.5 右键弹出菜单 38

3.5.1 插入特征 39

3.5.2 显示/隐藏目标 40

3.5.3 特征/部件抑制 40

3.5.4 Go To特征 40

3.6 帮助文档 42

第4章 草图模式 43

4.1 DesignModeler中几何体的分类 44

4.2 绘制草图 44

4.2.1 长度单位制 44

4.2.2 创建新平面 45

4.2.3 创建新草图 46

4.2.4 草图的隐藏与显示 47

4.3 工具箱 47

4.3.1 草绘工具箱 48

4.3.2 修改工具箱 48

4.3.3 标注工具箱 50

4.3.4 约束工具箱 52

4.3.5 设置工具箱 53

4.4 草绘附件 53

4.4.1 标尺工具 53

4.4.2 正视于工具 54

4.4.3 撤消工具 54

4.5 草图绘制实例——垫片草图 54

第5章 三维特征 59

5.1 建模特性 60

5.1.1 拉伸 60

5.1.2 旋转 63

5.1.3 扫掠 64

5.1.4放样 65

5.1.5 抽壳 66

5.2 修改特征 66

5.2.1 等半径倒圆 66

5.2.2 变半径倒圆 67

5.2.3 顶点倒圆 68

5.2.4 倒角 68

5.3 体操作 68

5.3.1 镜像 69

5.3.2 移动 69

5.3.3 缝合 70

5.3.4 简化 70

5.3.5 旋转 71

5.3.6 切除材料 71

5.3.7 印记面 71

5.3.8 切片 72

5.4 高级体操作 72

5.4.1 阵列特征 72

5.4.2 布尔操作 73

5.4.3 直接创建几何体 74

5.5 三维特征实例1——联轴器 75

5.5.1 新建模型 75

5.5.2 拉伸模型 75

5.5.3 拉伸底面 76

5.5.4 拉伸大圆孔 78

5.5.5 拉伸生成键槽 79

5.5.6 拉伸小圆孔 80

5.6 三维特征实例2——机盖 81

5.6.1 新建模型 81

5.6.2 旋转模型 81

5.6.3 阵列筋 83

5.6.4 创建底面 85

第6章 高级三维建模 88

6.1 建模工具 89

6.1.1 激活和冻结体 89

6.1.2 体抑制 89

6.1.3 多体零件 90

6.2 高级工具 90

6.2.1 命名选择 90

6.2.2 中面 91

6.2.3 包围 93

6.2.4 对称特征 94

6.2.5 填充 94

6.2.6 切片 94

6.2.7 面删除 96

6.3 高级三维建模实例——铸管 96

6.3.1 导入模型 96

6.3.2 填充特征 97

6.3.3 简化模型 98

第7章 概念建模 99

7.1 概念建模工具 100

7.1.1 从点生成线 100

7.1.2 从草图生成线 100

7.1.3 从边生成线 101

7.1.4 修改线体：分割边 101

7.2 横截面 102

7.2.1 横截面树形目录 102

7.2.2 横截面编辑 102

7.3 面操作 105

7.3.1 从线建立面 105

7.3.2 从草图创建面 106

7.3.3 面修补 106

7.3.4 边接合 107

7.4 概念建模实例——框架结构 107

7.4.1 新建模型 107

7.4.2 创建草图 108

7.4.3 创建线体 109

7.4.4 创建横截面 110

7.4.5 创建梁之间的面 111

7.4.6 生成多体零件 112

第8章 一般网格控制 113

8.1 网格划分概述 114

8.1.1 ANSYS网格划分应用程序概述 114

8.1.2 网格划分步骤 114

8.1.3 分析类型 114

8.2 全局网格控制 116

8.2.1相关性和关联中心 116

8.2.2 全局单元尺寸 117

8.2.3 初始尺寸种子 117

8.2.4 平滑和过渡 118

8.2.5 跨度中心角 119

8.2.6 高级尺寸功能 120

8.3 局部网格控制 121

8.3.1 局部尺寸 122

8.3.2 接触尺寸 125

8.3.3 细化 125

8.3.4 映射面划分 126

8.3.5 匹配控制 127

8.3.6 收缩控制 128

8.3.7 膨胀 129

8.4 网格工具 129

8.4.1 生成网格 129

8.4.2 截面位面 130

8.4.3 命名选项 131

8.5 网格划分方法 132

8.5.1 自动划分方法 132

8.5.2 四面体 132

8.5.3 扫掠 135

8.5.4 多区域 135

8.6 网格划分实例1——两管容器网格划分 136

8.6.1 定义几何 137

8.6.2 初始网格 138

8.6.3 命名选项 139

8.6.4 膨胀 139

8.6.5 截面位面 140

8.7 网格划分实例2——四通管网格划分 140

8.7.1 定义几何 141

8.7.2 Mechanical默认与CFD网格 142

8.7.3 截面位面 143

8.7.4 使用面尺寸 145

8.7.5 局部网格划分 147

第9章 Mechanical简介 149

9.1 启动Mechanical 150

9.2 Mechanical 界面 150

9.2.1 Mechanical菜单栏 151

9.2.2 工具栏 151

9.2.3 树形目录 153

9.2.4 属性窗格 153

9.2.5 绘图区域 154

9.2.6 应用向导 154

9.3 基本分析步骤 155

9.4 一个简单的分析实例——铝合金弯管头 156

9.4.1 问题描述 156

9.4.2 项目概图 157

9.4.3 前处理 158

9.4.4 求解 161

9.4.5 结果 161

9.4.6 报告 163

第10章 静力结构分析 165

10.1 几何模型 166

10.1.1 质量点 166

10.1.2 材料特性 167

10.2 分析设置 167

10.3 载荷和约束 168

10.3.1 加速度和重力加速度 169

10.3.2 集中力和压力 169

10.3.3 约束 170

10.4 求解模型 171

10.5 后处理 171

10.6 静力结构分析1——连杆基体强度校核 174

10.6.1 问题描述 174

10.6.2 前处理 176

10.6.3 求解 180

10.6.4 结果 180

10.7 静力结构分析2——联轴器变形和应力校核 181

10.7.1 问题描述 181

10.7.2 项目概图 181

10.7.3 前处理 183

10.7.4 求解 185

10.7.5 结果 185

10.7.6 报告 186

10.8 静力结构学分析3——基座基体强度校核 187

10.8.1 问题描述 187

10.8.2 建立分析项目 187

10.8.3 前处理 189

10.8.4 求解 193

10.8.5 结果 193

第11章 模态分析 195

11.1 模态分析方法 196

11.2 模态系统分析步骤 196

11.2.1 几何体和质点 196

11.2.2 接触区域 196

11.2.3 分析类型 197

11.2.4 载荷和约束 198

11.2.5 求解 198

11.2.6 检查结果 198

11.3 模态分析实例1——机盖壳体强度校核 199

11.3.1 问题描述 199

11.3.2 项目概图 199

11.3.3 前处理 200

11.3.4 求解 203

11.3.5 结果 203

11.4 模态分析实例2——长铆钉预应力 205

11.4.1 问题描述 205

11.4.2 项目概图 205

11.4.3 前处理 207

11.4.4 求解 209

11.4.5 结果 209

11.5 模态分析实例3——机翼 212

11.5.1 问题描述 212

11.5.2 项目概图 212

11.5.3 前处理 213

11.5.4 求解 217

11.5.5 模态分析 218

第12章 响应谱分析 221

12.1 响应谱分析简介 222

12.1.1 响应谱分析过程 222

12.1.2 在Workbench 14.5中进行响应谱分析 223

12.2 响应谱分析实例——三层框架结构地震响应分析 224

12.2.1 问题描述 224

12.2.2 项目概图 225

12.2.3 前处理 227

12.2.4 模态分析求解 228

12.2.5响应谱分析设置并求解 230

12.2.6 查看分析结果 231

第13章 谐响应分析 234

13.1 谐响应分析简介 235

13.2 谐响应分析步骤 235

13.2.1 建立谐响应分析项 235

13.2.2 加载谐响应载荷 236

13.2.3 求解方法 237

13.2.4 后处理中查看结果 237

13.3 谐响应分析实例——固定梁 237

13.3.1 问题描述 237

13.3.2 项目概图 238

13.3.3 前处理 240

13.3.4模态分析求解 241

13.3.5 谐响应分析预处理 244

13.3.6 谐响应分析设置并求解 245

13.3.7 谐响应分析后处理 246

第14章 随机振动分析 249

14.1 随机振动分析简介 250

14.1.1 随机振动分析过程 250

14.1.2 在Workbench 14.5中进行随机振动分析 250

14.2 随机振动分析实例——桥梁模型随机振动分析 250

14.2.1 问题描述 252

14.2.2 项目概图 252

14.2.3 前处理 254

14.2.4 模态分析求解 257

14.2.5随机振动分析设置并求解 259

14.2.6 查看分析结果 261

第15章 线性 屈曲分析 263

15.1 屈曲概述 264

15.2 屈曲分析步骤 264

15.2.1 几何体和材料属性 265

15.2.2 接触区域 265

15.2.3 载荷与约束 265

15.2.4 设置屈曲 265

15.2.5 求解模型 266

15.2.6 检查结果 267

15.3 线性屈曲分析实例1——空心管 267

15.3.1 问题描述 267

15.3.2 项目概图 268

15.3.3 创建草图 269

15.3.4 Mechanical前处理 271

15.3.5 求解 272

15.3.6 结果 273

15.4 线性屈曲分析实例2——升降架 274

15.4.1 问题描述 274

15.4.2 项目概图 275

15.4.3 Mechanical前处理 276

15.4.4 求解 278

15.4.5 结果 278

第16章 结构非线性分析 279

16.1 非线性分析概论 280

16.1.1 非线性行为的原因 280

16.1.2 非线性分析的基本信息 281

16.2 结构非线性的一般过程 283

16.2.1 建立模型 283

16.2.2 分析设置 284

16.2.3 查看结果 286

16.3 接触非线性结构 287

16.3.1 接触基本概念 287

16.3.2 接触类型 287

16.3.3 刚度及渗透 287

16.3.4 Pinball 区域 288

16.3.5 对称/非对称行为 290

16.3.6 接触结果 291

16.4 结构非线性实例1——刚性接触 292

16.4.1 问题描述 292

16.4.2 项目概图 292

16.4.3 绘制草图 293

16.4.4 创建面体 293

16.4.5 更改模型类型 294

16.4.6 修改几何体属性 295

16.4.7 添加接触 296

16.4.8 划分网格 296

16.4.9 分析设置 299

16.4.10 求解 302

16.4.11 查看求解结果 303

16.4.12 接触结果后处理 305

16.5 结构非线性实例2——O形圈 307

16.5.1 问题描述 307

16.5.2 项目概图 308

16.5.3 绘制草图 308

16.5.4 创建面体 310

16.5.5 添加材料 311

16.5.6 修改几何体属性 313

16.5.7 添加接触 314

16.5.8 划分网格 317

16.5.9 分析设置 318

16.5.10 求解 320

16.5.11 查看求解结果 321

第17章 热分析 324

17.1 热分析模型 325

17.1.1 几何模型 325

17.1.2 材料属性 325

17.2 装配体 325

17.2.1 实体接触 325

17.2.2 导热率 326

17.2.3 点焊 327

17.3 热环境工具栏 327

17.3.1 热载荷 327

17.3.2 热边界条件 328

17.4 求解选项 329

17.5 结果和后处理 330

17.5.1 温度 330

17.5.2 热通量 331

17.5.3 响应热流速 331

17.6 热分析实例1——变速器上箱盖 331

17.6.1 问题描述 332

17.6.2 项目概图 332

17.6.3 前处理 333

17.6.4 求解 337

17.6.5 结果 338

17.7 热分析实例2——齿轮泵基座 340

17.7.1 问题描述 340

17.7.2 项目概图 341

17.7.3 前处理 342

17.7.4 求解 346

17.7.5 结果 347

第18章 优化设计 349

18.1 优化设计概论 350

18.1.1 ANSYS优化方法 350

18.1.2 定义参数 350

18.1.3 Design Explorer 优化类型 351

18.2 优化设计界面 351

18.2.1 Design Explorer用户界面 351

18.2.2 Design Explorer 数据参数界面 351

18.2.3 读入APDL文件 351

18.3 优化设计实例1——板材拓扑优化设计 352

18.3.1 问题描述 353

18.3.2 项目概图 354

18.3.3 创建模型 355

18.3.4 前处理 356

18.3.5 求解 360

18.3.6 结果 360

18.4 优化设计实例2——连杆六西格玛优化设计 362

18.4.1 问题描述 362

18.4.2 项目概图 362

18.4.3 Mechanical前处理 363

18.4.4 设置求解 366

18.4.5 六西格玛设计 368

附录A ANSYS Workbench 中菜单栏命令 375

附录B 有限元知识结构 378

附录C ANSYS Workbench 帮助文件说明 378

《ANSYS Workbench 14.5有限元分析从入门到精通》以ANSYS的最新版本ANSYS 14.5为依据，对ANSYS Workbench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 Workbench的具体工程应用方法。
　　本书前9章为操作基础，详细介绍了ANSYS Workbench分析全流程的基本步骤和方法：第1章为ANSYS Workbench 14.5的基础；第2章为ANSYS Workbench项目管理；第3章为DesignModeler图形用户界面；第4章为草图模式；第5章为三维特征；第6章为高级三维建模；第7章为概念建模；第8章为一般网格控制；第9章为Mechanical简介。后6章为专题实例，按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧：第10章为静力学分析；第11章为模态分析；第12章为响应谱分析；第13章为谐响应分析；第14章为随机振动分析；第15章为线性屈曲分析；第16章为结构非线性分析；第17章为热分析；第18章为优化设计。
　　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；本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、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。