ANSYS 15.0 有限元分析自学手册

第1篇　操作基础篇

第1章　ANSYS概述 2

1．1 有限单元法简介 3

1．1．1 CAE软件简介 3

1．1．2 有限单元法的基本概念 5

1．2 工业ANSYS简介 6

1．2．1 ANSYS的发展 7

1．2．2 ANSYS的功能 7

1．3 ANSYS15．0的启动及界面 8

1．3．1 设置运行环境 8

1．3．2 启动与退出 11

1．3．3 ANSYS 15．0的图形用户界面 12

1．4 程序结构 13

1．4．1 处理器 14

1．4．2 文件格式 14

1．4．3 输入方式 14

1．4．4 输出文件类型 15

1．5 ANSYS分析的基本过程 15

1．5．1 前处理 15

1．5．2 加载并求解 16

1．5．3 后处理 16

1．5．4 实例导航—齿轮泵齿轮静力

分析实例 17

1．6 本章小结 18

第2章　几何建模 19

2．1 坐标系简介 20

2．1．1 总体和局部坐标系 20

2．1．2 显示坐标系 22

2．1．3 节点坐标系 23

2．1．4 单元坐标系 23

2．1．5 结果坐标系 24

2．1．6 坐标系创建实例 24

2．2 工作平面的使用和操作 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 29

2．2．5 还原一个已定义的工作平面 29

2．2．6 工作平面的高级用途 29

2．2．7 工作平面创建实例 31

2．3 布尔操作 33

2．3．1 布尔运算操作 33

2．3．2 布尔运算的设置 34

2．3．3 布尔运算之后的图元编号 35

2．3．4 交运算 35

2．3．5 两两相交 36

2．3．6 相加 37

2．3．7 相减 37

2．3．8 利用工作平面作减运算 38

2．3．9 搭接 39

2．3．10 分割 39

2．3．11 粘接（或合并） 40

2．3．12 布尔操作实例 40

2．4 自底向上创建几何模型 43

2．4．1 关键点 44

2．4．2 硬点 48

2．4．3 线 49

2．4．4 面 51

2．4．5 体 52

2．4．6 自底向上建模实例 54

2．5 自顶向下创建几何模型（体素） 64

2．5．1 创建面体素 64

2．5．2 创建实体体素 64

2．5．3 自顶向下建模实例 67

2．6 移动、复制和缩放几何模型 77

2．6．1 移动和复制 77

2．6．2 拖拉和旋转 78

2．6．3 按照样本生成图元 78

2．6．4 由对称映像生成图元 79

2．6．5 将样本图元转换坐标系 79

2．6．6 实体模型图元的缩放 80

2．6．7 修改模型（清除和删除） 81

2．7 几何模型导入到ANSYS 82

2．7．1 输入IGES单一实体 82

2．7．2 输入SAT 单一实体 85

2．7．3 输入SAT实体集合 87

2．7．4 输入Parasolid 单一实体 91

2．7．5 输入Parasolid实体集合 94

2．8 实例导航——齿轮泵齿轮的建模 95

2．9 本章小结 109

第3章　划分网格 111

3．1 有限元网格概论 112

3．2 设定单元属性 112

3．2．1 生成单元属性表 113

3．2．2 在划分网格之前分配单元属性 113

3．2．3 设定单元属性实例 115

3．3 网格划分的控制 119

3．3．1 ANSYS网格划分工具

（MeshTool） 119

3．3．2 映射网格划分中单元的默认尺寸 121

3．3．3 局部网格划分控制 122

3．3．4 内部网格划分控制 123

3．3．5 生成过渡棱锥单元 125

3．3．6 将退化的四面体单元转化为非

退化的形式 126

3．3．7 执行层网格划分 126

3．3．8 网格划分控制实例 127

3．4 自由网格划分和映射网格划分控制 129

3．4．1 自由网格划分 129

3．4．2 映射网格划分 130

3．5 给实体模型划分有限元网格 135

3．5．1 用xMESH命令生成网格 135

3．5．2 生成带方向节点的梁单元网格 136

3．5．3 在分界线或分界面处生成单位

厚度的界面单元 137

3．6 延伸和扫略生成有限元模型 138

3．6．1 延伸（Extrude）生成网格 138

3．6．2 扫略（VSWEEP）生成网格 140

3．7 修正有限元模型 142

3．7．1 局部细化网格 143

3．7．2 移动和复制节点和单元 145

3．7．3 控制面、线和单元的法向 146

3．7．4 修改单元属性 147

3．8 编号控制 147

3．8．1 合并重复项 148

3．8．2 编号压缩 149

3．8．3 设定起始编号 149

3．8．4 编号偏差 150

3．9 实例导航—齿轮泵齿轮模型

网格划分 150

3．10 本章小结 155

第4章　施加载荷 156

4．1 载荷概论 157

4．1．1 什么是载荷 157

4．1．2 载荷步、子步和平衡迭代 158

4．1．3 时间参数 159

4．1．4 阶跃载荷与坡道载荷 160

4．2 施加载荷 160

4．2．1 实体模型载荷与有限单元载荷 161

4．2．2 施加载荷 161

4．2．3 利用表格来施加载荷 167

4．2．4 轴对称载荷与反作用力 169

4．2．5 利用函数来施加载荷和边界条件 170

4．3 设定载荷步选项 172

4．3．1 通用选项 172

4．3．2 非线性选项 175

4．3．3 动力学分析选项 176

4．3．4 输出控制 176

4．3．5 Biot-Savart选项 177

4．3．6 谱分析选项 178

4．3．7 创建多载荷步文件 178

4．4 实例导航—齿轮泵齿轮模型

载荷施加 179

4．5 本章小结 183

第5章 求解 184

5．1 求解概论 185

5．1．1 使用直接求解法 186

5．1．2 使用稀疏矩阵直接解法求解器 186

5．1．3 使用雅克比共轭梯度法求解器 186

5．1．4 使用不完全分解共轭梯度法求

解器 187

5．1．5 使用预条件共轭梯度法求解器 187

5．1．6 使用自动迭代解法选项 188

5．1．7 获得解答 189

5．2 利用特定的求解控制器来

指定求解类型 189

5．2．1 使用Abridged Solution菜单选项 190

5．2．2 使用求解控制对话框 190

5．3 多载荷步求解 192

5．3．1 多重求解法 192

5．3．2 使用载荷步文件法 192

5．3．3 使用数组参数法（矩阵参数法） 193

5．4 重新启动分析 194

5．4．1 重新启动一个分析 195

5．4．2 多载荷步文件的重启动分析 198

5．5 预测求解时间和估计文件大小 200

5．5．1 估计运算时间 201

5．5．2 估计文件的大小 201

5．5．3 估计内存需求 201

5．6 实例导航——齿轮泵齿轮

模型求解 202

5．7 本章小结 202

第6章 后处理 203

6．1 后处理概述 204

6．1．1 后处理 204

6．1．2 结果文件 205

6．1．3 后处理可用的数据类型 205

6．2 通用后处理器（POST1） 206

6．2．1 将数据结果读入数据库 206

6．2．2 列表显示结果 213

6．2．3 图像显示结果 219

6．2．4 映射结果到某一路径上 226

6．2．5 表面操作 231

6．2．6 将结果旋转到不同坐标

系中显示 234

6．3 时间历程后处理器（POST26） 236

6．3．1 定义和储存POST26变量 236

6．3．2 检查变量 239

6．3．3 后处理器POST26的其他功能 241

6．4 实例导航——齿轮泵齿轮

模型结果后处理 242

6．5 本章小结 248

第2篇　专题实例篇

第7章 静力学分析 250

7．1 静力分析介绍 251

7．1．1 结构静力分析简介 251

7．1．2 静力分析的类型 252

7．1．3 静力分析基本步骤 252

7．2 实例导航—联轴体的

静力分析实例 253

7．2．1 问题描述 253

7．2．2 建立模型 254

7．2．3 定义边界条件并求解 258

7．2．4 查看结果 261

7．2．5 命令流实现 265

7．3 实例导航—内六角扳手的

静态分析 265

7．3．1 问题的描述 265

7．3．2 建立模型 265

7．3．3 定义边界条件并

求解 273

7．3．4 查看结果 2

本书以ANSYS的版本ANSYS15.0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解了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进行讲解，其中实例部分采用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。
本书分为两篇，共计15章。第1篇为操作基础篇，详细讲解了ANSYS分析全流程的基本步骤和方法，共分为6章：第1章讲解ANSYS概述；第2章讲解几何建模；第3章讲解划分网格；第4章讲解施加载荷；第5章讲解求解；第6章讲解后处理。第2篇为专题实例篇，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，共分为9章：第7章讲解静力学分析；第8章讲解模态分析；第9章讲解谐响应分析；第10章讲解瞬态动力学分析；第11章讲解谱分析；第12章讲解结构屈曲分析；第13章讲解非线性分析；第14章讲解接触问题分析；第15章讲解高级分析。

1．结构鲜明：以利用ANSYS 15.0进行有限元分析的相关基础知识为框架，用精选的多个实例以各种角度讲解命令的应用，从理论和实践中学习知识技能。
2．可读性强：精心设计的排版方式不但比同类同页码书籍容纳多达27％的知识内容，也以封面、封二、光盘介绍链接和封底等各种方式引导读者学习和利用。
3．海量信息：120分钟的同步声音实例录像演示，光盘简单易行的操作界面，演示录像丰富的步骤提示。