ANSYS 14热力学/电磁学/耦合场分析自学手册

目　录

第1章　ANSYS概述　1

1.1　ANSYS家族概述　2

1.1.1　CAE的发展历程　3

1.1.2　CAE的优越性　4

1.2　有限元法简介　5

1.2.1　有限元法的基本思想　5

1.2.2　有限元法的特点　6

1.3　ANSYS简介　7

1.3.1　ANSYS的发展　7

1.3.2　ANSYS的功能　7

1.4　ANSYS 14.0的启动及运行　9

1.4.1　ANSYS 14.0的启动　9

1.4.2　ANSYS 14.0运行环境配置　10

1.5　程序结构　11

1.5.1　处理器　11

1.5.2　文件格式　12

1.5.3　输入方式　12

1.5.4　输出文件类型　12

第2章　ANSYS基本功能　14

2.1　ANSYS 14.0图形用户界面的组成　15

2.2　启动图形用户界面　16

2.3　对话框及其组件　17

2.3.1　文本框　17

2.3.2　单选列表　18

2.3.3　双列选择列表　18

2.3.4　标签对话框　19

2.3.5　选取框　19

2.4　菜单栏　20

2.4.1　文件菜单　21

2.4.2　选取菜单　23

2.4.3　列表菜单　25

2.4.4　绘图菜单　29

2.4.5　绘图控制菜单　30

2.4.6　工作平面菜单　37

2.4.7　参量菜单　39

2.4.8　宏菜单　41

2.4.9　菜单控制菜单　43

2.4.10　帮助菜单　43

2.5　输入窗口　45

2.6　主菜单　45

2.6.1　优选项　46

2.6.2　预处理器　47

2.6.3　求解器　52

2.6.4　通用后处理器　55

2.6.5　时间历程后处理器　58

2.6.6　拓扑优化器　60

2.6.7　优化器　61

2.6.8　概率设计和辐射选项　61

2.6.9　运行时间估计量　62

2.6.10　记录编辑器　62

2.7　输出窗口　63

2.8　工具条　64

2.9　图形窗口　64

2.9.1　图形显示　65

2.9.2　多窗口绘图　67

2.9.3　增强图形显示　70

2.10　个性化界面　71

2.10.1　改变字体和颜色　71

2.10.2　改变GUI的启动菜单显示　71

2.10.3　改变菜单链接和对话框　72

第3章　几何建模　73

3.1　几何模型的输入　74

3.1.1　输入IGES单一实体　74

3.1.2　输入SAT单一实体　77

3.1.3　输入SAT实体集合　79

3.1.4　输入Parasolid单一实体　83

3.1.5　输入Parasolid实体集合　86

3.2　对输入模型修改　89

3.3　自主建模　92

3.3.1　自顶向下建模实例　92

3.3.2　自底向上建模实例　101

第4章　求解分析　111

4.1　分析问题　112

4.1.1　问题描述　112

4.1.2　确定问题的范围　113

4.2　建立有限元模型　115

4.2.1　创建实体模型　115

4.2.2　对实体模型进行网格划分　123

4.3　施加载荷　124

4.4　进行求解　128

4.4.1　求解器的类别　128

4.4.2　求解检查　128

4.4.3　求解的实施　129

4.4.4　求解会碰到的问题　130

4.5　后处理　130

4.6　分析步骤示例——工字钢悬臂梁　134

4.6.1　分析问题　134

4.6.2　建立有限元模型　134

4.6.3　施加载荷　139

4.6.4　进行求解　140

4.6.5　后处理　141

4.6.6　命令流　143

第5章　热力学分析基础　145

5.1　热力学分析概论　146

5.1.1　热分析的特点　146

5.1.2　ANSYS中热分析单元简介　147

5.1.3　热分析的基本过程　150

5.2　热分析的分类　152

5.2.1　稳态热分析　152

5.2.2　瞬态热分析概述　153

5.2.3　非线性分析综述　158

5.2.4　热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法　169

5.2.5　相变基本术语　181

第6章　热力学分析实例　186

6.1　稳态热分析的实例——换热管的热分析　187

6.1.1　问题描述　187

6.1.2　GUI分析过程　187

6.1.3　命令流方式　198

6.2　瞬态热分析实例——钢球淬火过程温度分析　207

6.2.1　问题描述　207

6.2.2　GUI分析过程　207

6.2.3　命令流方式　218

6.3　热应力分析实例——换热管的热应力分析　223

6.3.1　问题描述　223

6.3.2　GUI分析过程　223

6.3.3　命令流方式　229

6.4　热辐射分析实例——立方体坯料空冷过程分析　229

6.4.1　问题描述　229

6.4.2　GUI操作步骤　230

6.4.3　APDL命令流程序　235

6.5　相变分析实例——某焊接件两焊缝在顺序焊接过程中的分析　235

6.5.1　问题描述　235

6.5.2　GUI操作步骤　236

6.5.3　APDL命令流程序　246

6.6　摩擦生热分析实例——两物体相对转动过程中的摩擦生热分析　246

6.6.1　问题描述　246

6.6.2　GUI操作步骤　247

6.6.3　APDL命令流程序　254

第7章　电磁学分析基础　255

7.1　电磁分析概论　256

7.1.1　ANSYS电磁场分析对象　256

7.1.2　电磁场单元概述　257

7.1.3　电磁宏　258

7.1.4　远场单元及远场单元的使用　266

7.2　电磁学分析的分类　268

7.2.1　二维静态磁场分析　268

7.2.2　二维谐波磁场分析　272

7.2.3　二维瞬态磁场分析　276

7.2.4　三维静态磁场标量法分析　279

7.2.5　三维静态磁场棱边单元法分析　285

7.2.6　三维谐波磁场棱边单元法分析　289

7.2.7　三维瞬态磁场棱边单元法分析　294

7.2.8　三维静态、谐波和瞬态节点法分析　299

7.2.9　稳态电流传导分析　305

7.2.10　静电场分析　310

7.2.11　电路分析　316

7.2.12　高频电磁场分析　322

第8章　电磁学分析实例　330

8.1　二维静态磁场分析实例——二维螺线管制动器内静态磁场分析　331

8.1.1　问题描述　331

8.1.2　GUI操作方法　332

8.1.3　命令流实现　345

8.2　二维谐波磁场分析实例——二维非线性谐波分析　347

8.2.1　问题描述　348

8.2.2　GUI操作方法　348

8.2.3　命令流实现　357

8.3　二维瞬态磁场分析实例——带缝导体瞬态分析　359

8.3.1　问题描述　359

8.3.2　GUI操作方法　360

8.3.3　命令流实现　374

8.4　三维静态磁场分析实例——棱边元法计算电机沟槽中的静态磁场分布　380

8.4.1　问题描述　380

8.4.2　GUI操作方法　381

8.4.3　命令流实现　391

8.5　三维谐波与瞬态磁场分析实例——棱边元法计算电机沟槽中的谐波与瞬态磁场分布　391

8.5.1　问题描述　391

8.5.2　GUI操作方法　392

8.5.3　命令流实现　403

8.6　静电场分析实例——电容计算　403

8.6.1　问题描述　403

8.6.2　GUI操作方法　404

8.6.3　命令流实现　414

8.7　电路分析实例——瞬态电路分析　414

8.7.1　问题描述　415

8.7.2　GUI操作方法　415

8.7.3　命令流实现　426

8.8　高频电磁场分析实例——腔体高频模态分析　426

8.8.1　问题描述　426

8.8.2　GUI操作方法　427

8.8.3　命令流实现　435

第9章　耦合场分析概述　436

9.1　耦合场分析的定义　437

9.2　耦合场分析的类型　437

9.2.1　直接方法　437

9.2.2　载荷传递分析　437

9.2.3　直接方法和载荷传递　438

9.2.4　其他分析方法　441

9.3　耦合场分析的单位制　441

9.4　直接耦合场分析　447

9.4.1　集总电单元　447

9.4.2　热-电分析　448

9.4.3　压电分析　449

9.4.4　电弹分析　450

9.4.5　压阻分析　451

9.4.6　结构-热分析　453

9.4.7　结构-热-电分析　455

9.4.8　磁-结构分析　456

9.4.9　电子机械分析　456

9.5　其他耦合场分析方法　462

9.5.1　MFS单代码耦合分析　462

9.5.2　MFX多代码耦合分析　469

9.5.3　载荷传递耦合物理分析　478

9.5.4　耦合物理电路分析　487

第10章　耦合场分析实例　491

10.1　热结构耦合分析实例——某扁挤压筒耦合分析　492

10.1.1　问题描述　492

10.1.2　问题分析　492

10.1.3　GUI操作步骤　493

10.1.4　APDL命令流程序　502

10.2　热电耦合分析实例————发电机耦合分析　507

10.2.1　前处理　508

10.2.2　求解　517

10.2.3　后处理　518

10.2.4　命令流　520

10.3　压电耦合分析实例——压电晶片耦合分析　524

10.3.1　前处理　525

10.3.2　驱动模拟求解　533

10.3.3　驱动模拟后处理　533

10.3.4　感应模拟求解　534

10.3.5　感应模拟后处理　537

10.3.6　命令流　540

10.4　载荷传递耦合物理场实例分析——流——固耦合分析实例　540

10.4.1　创建整个区域模型　542

10.4.2　创建流体物理环境　549

10.4.3　创建结构物理环境　554

10.4.4　流-固耦合求解　558

10.4.5　后处理　562

10.4.6　命令流　564

10.5　耦合物理电路模拟实例分析——机电-电路耦合分析实例　564

10.5.1　前处理　565

10.5.2　求解　573

10.5.3　后处理　576

10.5.4　命令流　578

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