ANSYS结构及动力学分析

第1部分　基础篇

第1章　ANSYS操作基础

1.1　概述

1.2　操作界面

1.2.1　启动与设置

1.2.2　界面介绍

1.2.3　鼠标操作

1.3　ANSYS文件系统

1.3.1　文件类型

1.3.2　导入及导出其他兼容的数据格式

1.3.3　保存数据库文件

1.3.4　读取数据库文件

1.4　ANSYS分析过程

1.4.1　有限元分析过程

1.4.2　ANSYS典型分析过程

第2章　几何建模

2.1　几何建模概述

2.2　坐标系

2.2.1　坐标系的类型

2.2.2　总体坐标系

2.2.3　局部坐标系

2.2.4　显示坐标系

2.2.5　节点坐标系

2.2.6　单元坐标系

2.2.7　结果坐标系

2.3　工作平面

2.3.1　工作平面概述

2.3.2　定义一个新的工作平面

2.3.3　控制工作平面的显示和样式

2.3.4　移动工作平面

2.3.5　旋转工作平面

2.4　布尔操作

2.4.1　布尔操作的设置

2.4.2　相交操作

2.4.3　两两相交操作

2.4.4　相加操作

2.4.5　相减操作

2.4.6　利用工作平面相减操作

2.4.7　粘接操作

2.4.8　搭接操作

2.4.9　分割操作

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　自顶向下创建几何模型

2.6.1　创建面素

2.6.2　创建体素

2.7　移动、复制和缩放几何模型

2.7.1　复制图元

2.7.2　镜像图元

2.7.3　转换图元的坐标系

2.7.4　图元的缩放

2.8　将CAD几何模型导入ANSYS

2.8.1　从IGES文件中输入几何模型

2.8.2　用IGES文件进行工作

2.8.3　把常用的CAD模型数据导入ANSYS

2.9　综合实例

实例2-1　直齿圆柱齿轮建模

实例2-2　轴承座建模

实例2-3　导入显示器外壳

第3章　网格划分

3.1　有限元模型概述

3.2　设置单元属性

3.2.1　生成单元属性表

3.2.2　网格划分前分配单元属性

3.3　网格划分控制

3.3.1　网格划分工具

3.3.2　尺寸控制

3.3.3　网格划分器选项

3.3.4　单元形状控制

3.4　自由网格划分和映射网格划分

3.4.1　自由网格划分

3.4.2　映射网格划分

3.5　直接生成有限元模型

3.5.1　节点

3.5.2　单元

3.6　编号控制

3.6.1　合并重复项

3.6.2　压缩编号

3.6.3　设置起始编号

3.6.4　设置编号偏差

3.7　工程实例

实例3-1　轴的建模及网格划分

实例3-2　叶轮的建模及网格划分

实例3-3　飞轮的建模及网格划分

第4章　施加载荷

4.1　载荷概述

4.1.1　载荷类型

4.1.2　载荷步、子步和平衡迭代

4.1.3　时间的作用

4.1.4　加载方式

4.1.5　实体模型载荷与有限元模型载荷

4.2　施加载荷

4.2.1　自由度约束

4.2.2　集中载荷

4.2.3　表面载荷

4.2.4　体载荷

4.2.5　惯性载荷

4.2.6　耦合场载荷

第5章　求解过程

5.1　求解概述

5.2　求解器

5.2.1　波前直接法

5.2.2　稀疏矩阵直接法

5.2.3　雅可比共轭梯度法

5.2.4　不完全分解共轭梯度法

5.2.5　预条件共轭梯度法

5.2.6　自动迭代法

5.3　求解方式

5.3.1　一般求解

5.3.2　多载荷步求解

5.3.3　重新启动分析

5.4　ANSYS求解前的预估计

5.4.1　估计求解时间

5.4.2　估计文件大小

5.4.3　估计内存需求

5.5　求解时需要注意的事项

第6章　结果后处理

6.1　后处理概述

6.1.1　什么是后处理

6.1.2　结果文件

6.1.3　后处理可用的数据类型

6.2　通用后处理

6.2.1　读入结果文件

6.2.2　显示结构变形图

6.2.3　显示等值线分布图

6.2.4　绘制矢量图

6.2.5　绘制粒子轨迹图

6.2.6　结果的列表显示

6.2.7　单元数据列表

6.2.8　映射结果到指定路径

6.2.9　显示动画

6.3　时间历程后处理器

6.3.1　定义和存储变量

6.3.2　变量的操作

6.3.3　设置变量

6.3.4　查看变量

第7章　ANSYS参数化设计语言

7.1　APDL概述

7.2　使用参数

7.2.1　参数的命名规则

7.2.2　变量参数

7.2.3　数组参数

7.2.4　参数的列表显示

7.3　APDL的流程控制语句

7.3.1　*GO无条件分支语句

7.3.2　*IF…*IFELSE…*ELSE…*ENDIF条件分支语句

7.3.3　*DO…*ENDDO循环语句

7.3.4　*DOWHILE循环语句

7.3.5　*REPEAT重复语句

7.4　APDL宏文件

7.4.1　使用“*CREATE”命令创建宏文件

7.4.2　使用“*CFOPEN、*CFWRITE和*CFCLOS”命令创建宏文件

7.4.3　使用“/TEE”命令创建宏文件

7.4.4　使用GUI方式创建宏文件

7.4.5　运行宏文件

7.5　运算符、函数和函数编辑器

7.5.1　运算符

7.5.2　函数

7.5.3　函数编辑器

7.6　工程实例

实例7-1　圆盘的静力分析

第2部分　高级篇

第8章　静力学分析

8.1　静力学分析概述

8.2　静力学分析的步骤

8.2.1　建立模型

8.2.2　加载求解

8.2.3　结果后处理

8.3　工程实例

实例8-1　三角形桁架的静力分析

实例8-2　工字梁的静力分析

实例8-3　方形壳的静力分析

实例8-4　管线的静力分析

实例8-5　飞轮的静力分析

第9章　非线性分析

9.1　非线性分析概述

9.1.1　引起非线性的原因

9.1.2　非线性分析的相关概念

9.2　非线性分析的步骤

9.2.1　建立模型

9.2.2　设置求解控制选项

9.2.3　设置其他求解控制选项

9.2.4　加载求解

9.2.5　结果后处理

9.3　工程实例

实例9-1　细长杆的非线性屈曲分析

实例9-2　圆盘的非线性分析

实例9-3　铆钉的非线性分析

第10章　模态分析

10.1　模态分析概述

10.1.1　Block Lanczos（分块兰索斯）法

10.1.2　Subspace（子空间）法

10.1.3　PCG Lanczos（预条件共轭梯度兰索斯）法

10.1.4　Reduced（缩减）法

10.1.5　Unsymmetric（非对称）法

10.1.6　Damped（阻尼）法

10.1.7　QR Damped（QR阻尼）法

10.2　模态分析的步骤

10.2.1　建立模型

10.2.2　加载求解

10.2.3　扩展模态

10.2.4　结果后处理

10.3　工程实例

实例10-1　悬臂梁的模态分析

实例10-2　齿轮的模态分析

实例10-3　显示器外壳的模态分析

实例10-4　圆盘的模态分析

第11章　谐响应分析

11.1　谐响应分析概述

11.1.1　Full（完全）法

11.1.2　Reduced（缩减）法

11.1.3　Mode Superpos'n（模态叠加）法

11.2　谐响应分析的步骤

11.2.1　建立模型

11.2.2　设置分析类型和选项

11.2.3　加载求解

11.2.4　结果后处理

11.3　工程实例

实例11-1　弹簧质量系统的谐响应分析

实例11-2　琴弦的谐响应分析

实例11-3　工作台的谐响应分析

第12章　瞬态动力学分析

12.1　瞬态动力学分析概述

12.1.1　Full（完全）法

12.1.2　Reduced（缩减）法

12.1.3　Mode Superpos'n（模态叠加）法

12.2　瞬态动力学分析的步骤

12.2.1　建立模型

12.2.2　设置初始条件

12.2.3　设置求解控制选项

12.2.4　设置其他求解控制选项

12.2.5　施加载荷

12.2.6　定义多步载荷

12.2.7　求解

12.2.8　结果后处理

12.3　工程实例

实例12-1　弹簧质量系统的瞬态动力学分析

实例12-2　钟摆摆动的瞬态动力学分析

第13章　谱分析

13.1　谱分析概述

13.1.1　响应谱

13.1.2　动力设计分析方法

13.1.3　功率谱密度

13.2　谱分析的步骤

13.2.1　建立模型

13.2.2　模态分析

13.2.3　谱分析

13.2.4　扩展模态

13.2.5　合并模态

13.2.6　结果后处理

13.3　工程实例

实例13-1　梁板结构在振动位移谱下的响应

第14章　屈曲分析

14.1　屈曲分析概述

14.2　屈曲分析的步骤

14.2.1　建立模型

14.2.2　静力学分析

14.2.3　特征值屈曲分析

14.2.4　扩展解

14.2.5　结果后处理

14.3　工程实例

实例14-1　圆柱壳的屈曲分析

参考文献

《ANSYS结构及动力学分析》适合于ANSYS软件的初中级用户，也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，可供从事各类结构及动力学分析的工程技术人员学习参考。ANSYS软件是集结构、热、流体、电场、磁场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木工程、机械工程、材料工程、航天航空、汽车制造、铁路交通、核工业、石油化工和船舶制造等工业领域，运用它可大幅度地缩短研发周期，降低研发成本，提高产品质量。它是计算机技术和现代工程方法的完美结合。　　《ANSYS结构及动力学分析》以ANSYS13.0为版本，分两大部分（共14章），介绍了ANSYS分析的各个典型步骤和常用分析过程的方法和技巧。本书按照循序渐进的学习原则，在典型步骤部分首先介绍了ANSYS软件的界面和主要特点，其次，介绍了ANSYS软件的几何建模、划分网格、加载、求解、后处理和ANSYS参数化设计语言等内容；在常用分析过程部分分别介绍了静力学分析、非线性分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析和屈曲分析的相关内容。