ANSYS Workbench 14.0超级学习手册

目　录

第1章　ANSYS Workbench 14.0概述　1

1.1　ANSYS软件简介　1

1.2　ANSYS Workbench 14.0平台及模块　3

1.2.1　Workbench平台界面　4

1.2.2　菜单栏　5

1.2.3　工具栏　13

1.2.4　工具箱　13

1.3　Workbench与SolidWorks软件集成设置　17

1.4　本章小结　20

第2章　ANSYS Workbench几何建模　21

2.1　DesignModeler平台概述　21

2.1.1　DesignModeler平台界面　21

2.1.2　菜单栏　21

2.1.3　工具栏　30

2.1.4　常用命令栏　32

2.1.5　Tree Outline(模型树)　33

2.2　DesignModeler几何建模　35

2.2.1　DesignModeler零件建模　36

2.2.2　DesignModeler装配体建模　41

2.2.3　DesignModeler导入Creo Parametric软件几何数据　47

2.2.4　DesignModeler导入SolidWorks软件几何数据　51

2.2.5　DesignModeler建模工具　55

2.2.6　DesignModeler概念建模工具　63

2.3　DesignModeler几何建模综合实例　69

2.4　 本章小结　79

第3章　Meshing网格划分　80

3.1　Meshing平台概述　80

3.1.1　Workbench平台界面　81

3.1.2　菜单栏　81

3.1.3　工具栏　84

3.1.4　用户图形操作窗口　85

3.1.5　模型树及详细设置窗口　86

3.2　Meshing网格剖分　90

3.2.1　Meshing网格划分适用领域　90

3.2.2　Meshing网格划分方法　91

3.2.3　Meshing网格默认设置　94

3.2.4　Meshing网格尺寸设置　95

3.2.5　Meshing网格膨胀层设置　99

3.2.6　Meshing网格Patch Conforming选项　100

3.2.7　Meshing网格高级选项　100

3.2.8　Meshing网格损伤设置　100

3.2.9　Meshing网格评估统计　101

3.3　Meshing网格剖分实例　107

3.3.1　应用实例一——网格尺寸控制　107

3.3.2　应用实例二——扫掠网格划分　115

3.3.3　应用实例三——多区域网格划分　122

3.4　ICEM CFD简介与实例　128

3.4.1　ICEM CFD软件功能　128

3.4.2　ICEM CFD软件界面　129

3.4.3　ICEM CFD网格划分实例　129

3.5　本章小结　136

第4章　Workbench结果后处理　137

4.1　Mechanical基本操作　137

4.1.1　关于Mechanical　137

4.1.2　启动Mechanical　138

4.1.3　Mechanical操作界面　138

4.1.4　鼠标控制　141

4.2　材料参数输入控制　141

4.2.1　进入Engineering Data应用程序　141

4.2.2　材料库　142

4.2.3　添加材料　143

4.2.4　添加材料属性　144

4.3　Mechanical前处理操作　145

4.3.1　几何分支　145

4.3.2　接触与点焊　146

4.3.3　坐标系　149

4.3.4　网格划分　150

4.3.5　分析设置　150

4.4　施加载荷和约束　151

4.4.1　约束和载荷　151

4.4.2　惯性载荷　152

4.4.3　力载荷　152

4.4.4　热载荷　153

4.4.5　常见约束　154

4.5　模型求解　154

4.6　后处理操作　156

4.6.1　查看结果　156

4.6.2　结果显示　160

4.6.3　变形显示　160

4.6.4　应力和应变　161

4.6.5　接触结果　162

4.6.6　自定义结果显示　163

4.7　本章小结　164

第5章　结构静力学分析　165

5.1　线性静力分析简介　165

5.1.1　线性静力分析　165

5.1.2　线性静力分析流程　166

5.1.3　线性静力分析基础　167

5.2　静力分析实例1——实体静力分析　167

5.2.1　问题描述　167

5.2.2　启动Workbench并建立分析项目　168

5.2.3　导入创建几何体　168

5.2.4　添加材料库　170

5.2.5　添加模型材料属性　171

5.2.6　划分网格　172

5.2.7　施加载荷与约束　173

5.2.8　结果后处理　175

5.2.9　保存与退出　176

5.2.10　读者演练　176

5.3　静力分析实例2——梁单元线性静力分析　177

5.3.1　问题描述　177

5.3.2　启动Workbench并建立分析项目　178

5.3.3　创建几何体　178

5.3.4　添加材料库　184

5.3.5　添加模型材料属性　185

5.3.6　划分网格　186

5.3.7　施加载荷与约束　187

5.3.8　结果后处理　188

5.3.9　保存与退出　191

5.3.10　读者演练　191

5.4　静力分析实例3——复杂实体静力分析　191

5.4.1　问题描述　192

5.4.2　启动Workbench并建立分析项目　192

5.4.3　导入创建几何体　192

5.4.4　添加材料库　194

5.4.5　添加模型材料属性　195

5.4.6　划分网格　196

5.4.7　施加载荷与约束　197

5.4.8　结果后处理　199

5.4.9　保存与退出　201

5.4.10　读者演练　201

5.5　静力分析实例4——大变形静力学分析　201

5.5.1　问题描述　201

5.5.2　使用Solid Works 2012建模　202

5.5.3　导入模型　207

5.5.4　设定材料属性　207

5.5.5　划分网格　208

5.5.6　定义约束及边界条件　208

5.5.7　求解及后处理　210

5.5.8　开启大变形开关再次求解　211

5.5.9　求解及后处理　212

5.5.10　保存并退出　213

5.6　本章小结　213

第6章　结构动力学分析　214

6.1　结构动力学分析简介　214

6.1.1　结构动力学分析　214

6.1.2　结构动力学分析的阻尼　215

6.2　模态分析简介　215

6.2.1　模态分析　216

6.2.2　模态分析基础　216

6.2.3　预应力模态分析　217

6.3　模态分析实例1——模态分析　217

6.3.1　问题描述　217

6.3.2　启动Workbench并建立分析项目　217

6.3.3　导入创建几何体　218

6.3.4　添加材料库　219

6.3.5　添加模型材料属性　221

6.3.6　划分网格　222

6.3.7　施加载荷与约束　222

5.3.8　结果后处理　223

6.3.9　保存与退出　226

6.4　模态分析实例2——有预应力模态分析　226

6.4.1　问题描述　226

6.4.2　启动Workbench并建立分析项目　226

6.4.3　导入创建几何体　227

6.4.4　添加材料库　229

6.4.5　添加模型材料属性　230

6.4.6　划分网格　231

6.4.7　施加载荷与约束　232

6.4.8　模态分析　233

6.4.9　后处理　234

6.4.10　保存与退出　236

6.4.11　读者演练　236

6.5　响应谱分析简介　236

6.5.1　频谱的定义　237

6.5.2　响应谱分析的基本概念　237

6.6　响应谱分析实例——钢构架响应谱分析　239

6.6.1　问题描述　239

6.6.2　启动Workbench并建立分析项目　240

6.6.3　导入几何体模型　240

6.6.4　模态分析　241

6.6.5　添加材料库　242

6.6.6　划分网格　242

6.6.7　施加约束　243

6.6.8　结果后处理　244

6.6.9　响应谱分析　246

6.6.10　添加加速度谱　247

6.6.11　后处理　249

6.6.12　保存与退出　250

6.6.13　读者演练　250

6.7　随机振动分析简介　251

6.8　随机振动分析实例——钢构架随机振动分析　252

6.8.1　问题描述　252

6.8.2　启动Workbench并建立分析项目　253

6.8.3　创建几何体模型　253

6.8.4　模态分析　254

6.8.5　添加材料库　254

6.8.6　划分网格　254

6.8.7　施加约束　255

6.8.8　结果后处理　256

6.8.9　随机振动分析　257

6.8.10　添加动态力载荷　258

6.8.11　后处理　260

6.8.12　保存与退出　262

6.8.13　读者演练　262

6.9　谐响应分析简介　262

6.9.1　谐响应分析简介　262

6.9.2　谐响应分析的载荷与输出　263

6.9.3　谐响应分析通用方程　263

6.10　谐响应分析实例——底座架谐响应分析　264

6.10.1　问题描述　264

6.10.2　启动Workbench并建立分析项目　264

6.10.3　创建模态分析项目　265

6.10.4　材料选择　266

6.10.5　施加载荷与约束　266

6.10.6　模态求解　268

6.10.7　后处理　269

6.10.8　创建响应谱分析项目　270

6.10.9　施加载荷与约束　270

6.10.10　谐响应计算　272

6.10.11　结果后处理　272

6.10.12　保存与退出　274

6.10.13　读者演练　274

6.11　线性屈曲分析简介　274

6.11.1　结构稳定性　274

6.11.2　线性屈曲分析　275

6.12　线性屈曲分析实例1——圆筒屈曲分析　275

6.12.1　问题描述　276

6.12.2　启动Workbench并建立分析项目　276

6.12.3　创建几何体　276

6.12.4　设置材料　280

6.12.5　添加模型材料属性　280

6.12.6　划分网格　280

6.12.7　施加载荷与约束　281

6.12.8　结果后处理　282

6.12.9　线性屈曲分析　284

6.12.10　施加载荷与约束　285

6.12.11　结果后处理　286

6.12.12　保存与退出　287

6.12.13　读者演练　287

6.13　线性屈曲分析实例2——线性屈曲分析　288

6.13.1　案例介绍　289

6.13.2　建模　289

6.13.3　开启模块并导入模型　293

6.13.4　划分网格　295

6.13.5　定义约束及边界条件　296

6.13.6　求解及后处理　299

6.13.7　保存并退出　303

6.13.8　读者演练　303

6.14　瞬态动力学分析简介　303

6.14.1　瞬态动力学分析简介　303

6.14.2　瞬态动力学分析基本公式　303

6.15　瞬态动力学分析实例——钢构架地震分析　304

6.15.1　问题描述　304

6.15.2　启动Workbench并建立分析项目　305

6.15.3　创建几何体模型　305

6.15.4　瞬态动力学分析　306

6.15.5　添加材料库　306

6.15.6　划分网格　306

6.15.7　施加约束　307

6.15.8　结果后处理　310

6.15.9　保存与退出　313

6.15.10　读者演练　313

6.16　本章小结　313

第7章　热力学分析　314

7.1　热力学分析简介　314

7.1.1　热力学分析目的　314

7.1.2　热力学分析　314

7.1.3　基本传热方式　315

7.2　稳态热学分析实例1——热传递与对流分析　316

7.2.1　问题描述　316

7.2.2　启动Workbench并建立分析项目　316

7.2.3　导入几何体模型　317

7.2.4　创建分析项目　318

7.2.5　添加材料库　318

7.2.6　添加模型材料属性　319

7.2.7　划分网格　320

7.2.8　施加载荷与约束　321

7.2.9　结果后处理　322

7.2.10　保存与退出　324

7.2.11　读者演练　324

7.3　稳态热学分析实例2——热传递与对流分析　325

7.3.1　问题描述　325

7.3.2　启动Workbench并建立分析项目　325

7.3.3　导入几何体模型　326

7.3.4　创建分析项目　327

7.3.5　添加材料库　327

7.3.6　添加模型材料属性　328

7.3.7　划分网格　329

7.3.8　施加载荷与约束　330

7.3.9　结果后处理　333

7.3.10　保存与退出　334

7.3.11　读者演练　334

7.4　稳态热学分析实例3——水杯热学分析　334

7.4.1　案例介绍　334

7.4.2　启动Workbench并建立分析项目　335

7.4.3　定义材料参数　335

7.4.4　导入模型　335

7.4.5　划分网格　336

7.4.6　定义荷载　337

7.4.7　求解及后处理　339

7.4.8　保存并退出　343

7.5　瞬态热学分析——散热片瞬态热学分析　343

7.5.1　问题描述　343

7.5.2　启动Workbench并建立分析项目　344

7.5.3　导入几何体模型　344

7.5.4　创建分析项目　345

7.5.5　添加材料库　345

7.5.6　添加模型材料属性　347

7.5.7　划分网格　348

7.5.8　施加载荷与约束　348

7.5.9　瞬态热学分析　350

7.5.10　设置分析选项　350

7.5.11　后处理　351

7.5.12　保存与退出　353

7.6　本章小结　353

第8章　接触分析　354

8.1　接触分析简介　354

8.2　静态接触分析实例——挖掘机臂受力分析　356

8.2.1　问题描述　356

8.2.2　启动Workbench软件　356

8.2.3　导入几何体模型　357

8.2.4　创建分析项目　358

8.2.5　添加材料库　359

8.2.6　添加模型材料属性　359

8.2.7　接触设置　359

8.2.8　划分网格　359

8.2.9　施加载荷与约束　360

8.2.10　结果后处理　362

8.2.11　保存与退出　364

8.2.12　读者演练　365

8.3　动态接触分析实例——移动滑块接触分析　365

8.3.1　问题描述　365

8.3.2　启动Workbench软件　365

8.3.3　导入几何体模型　366

8.3.4　创建分析项目　367

8.3.5　添加材料库　367

8.3.6　添加模型材料属性　369

8.3.7　创建接触　370

8.3.8　划分网格　371

8.3.9　施加载荷与约束　372

8.3.10　结果后处理　374

8.3.11　保存与退出　377

8.3.12　读者演练　378

8.4　本章小结　378

第9章　电磁场分析　379

9.1　电磁场基本理论　379

9.1.1　麦克斯韦方程　379

9.1.2　一般形式的电磁场微分方程　380

9.1.3　电磁场中常见边界条件　381

9.1.4　ANSYS Workbench平台电磁分析　382

9.1.5　ANSOFT软件电磁分析　382

9.2　Electric电场分析实例——直流传导　383

9.2.1　问题描述　384

9.2.2　启动Workbench并建立分析项目　384

9.2.3　保存工程文件　384

9.2.4　几何文件　385

9.2.5　边界条件设定　386

9.2.6　求解计算　387

9.2.7　后处理　387

9.2.8　保存与退出　387

9.3　Maxwell电场分析实例——直流传导　388

9.3.1　启动Workbench并建立分析项目　388

9.3.2　建立几何模型　389

9.3.3　边界条件设定　391

9.3.4　求解计算　392

9.3.5　后处理　392

9.3.7　保存与退出　394

9.4　本章小结　394

第10章　疲劳分析　395

10.1　疲劳分析简介　395

10.2　疲劳分析实例——轴疲劳分析　397

10.2.1　问题描述　397

10.2.2　启动Workbench并建立分析项目　397

10.2.3　导入创建几何体　398

10.2.4　添加材料库　398

10.2.5　添加模型材料属性　398

10.2.6　划分网格　399

10.2.7　施加载荷与约束　399

10.2.8　结果后处理　401

10.2.9　保存文件　402

10.2.10　启动nCode程序　402

10.2.11　疲劳分析　404

10.2.12　保存与退出　406

10.3　本章小结　406

第11章　复合材料分析　407

11.1　复合材料概论　407

11.2　ANSYS ACP模块功能概述　408

11.3　复合材料静力学分析实例——复合板受力分析　411

11.3.1　问题描述　411

11.3.2　启动Workbench软件　411

11.3.3　静力分析项目　412

11.3.4　定义复合材料数据　413

11.3.5　数据更新　415

11.3.6　ACP复合材料定义　416

11.3.7　有限元计算　423

11.3.8　后处理　423

11.3.9　ACP专业后处理工具　424

11.3.10　保存与退出　426

11.4　本章小结　427

第12章　结构优化分析　428

12.1　优化分析简介　428

12.1.1　优化设计概述　428

12.1.2　Workbench结构优化分析简介　429

12.1.3　Workbench结构优化分析　430

12.2　优化分析实例——响应曲面优化分析　430

12.2.1　问题描述　430

12.2.2　启动Workbench并建立分析项目　430

12.2.3　导入几何模型　431

12.2.4　结果后处理　435

12.3　本章小结　439

第13章　流体动力学分析　440

13.1　流体动力学分析简介　440

13.1.1　流体动力学分析　440

13.1.2　CFD基础　443

13.2　流体动力学实例——CFX内流场分析　450

13.2.1　问题描述　450

13.2.2　启动Workbench并建立分析项目　451

13.2.3　创建几何体模型　451

13.2.4　网格划分　452

13.2.5　流体动力学前处理　454

13.2.6　流体计算　458

13.2.7　结果后处理　459

13.3　流体动力学实例——FLUENT流场分析　461

13.3.1　问题描述　461

13.3.2　软件启动与保存　461

13.3.3　导入几何数据文件　462

13.3.4　网格设置　463

13.3.5　进入FLUENT平台　464

13.3.6　材料选择　466

13.3.7　设置几何属性　466

13.3.8　流体边界条件　466

13.3.9　求解器设置　468

13.3.10　结果后处理　469

13.4　本章小结　471

第14章　多物理场耦合分析　472

14.1　多物理场耦合分析简介　472

14.1.1　多物理场耦合分析　472

14.1.2　多物理场应用场合　473

14.2　耦合实例1——Maxwell和Mechanical电磁热结构耦合　474

14.2.1　问题描述　474

14.2.2　软件启动与保存　474

14.2.3　建立电磁分析　475

14.2.4　几何模型建立　477

14.2.5　求解域的设置　479

14.2.6　赋予材料属性　480

14.2.7　添加激励　481

14.2.8　分析步创建　481

14.2.9　模型检查与计算　482

14.2.10　后处理　482

14.2.11　创建热学分析和数据共享　483

14.2.12　材料设定　485

14.2.13　网格划分　486

14.2.14　添加边界条件与映射激励　487

14.2.15　求解计算　489

14.2.16　后处理　489

14.2.17　应力计算　490

14.2.18　读者演练　491

14.3　耦合实例2——Maxwell和Mechanical线圈电磁结构耦合　491

14.3.1　问题描述　491

14.3.2　软件启动与保存　492

14.3.3　导入几何数据文件　492

14.3.4　求解器与求解域的设置　493

14.3.5　赋予材料属性　494

14.3.6　添加激励　495

14.3.7　模型检查与计算　496

14.3.8　后处理　497

14.3.9　创建力学分析和数据共享　499

14.3.10　材料设定　500

14.3.11　网格划分　502

14.3.12　添加边界条件与映射激励　502

14.3.13　求解计算　504

14.3.14　后处理　504

14.4　耦合实例3——FLUENT和Mechanical流体结构耦合分析　505

14.4.1　问题描述　505

14.4.2　软件启动与保存　505

14.4.3　导入几何数据文件　506

14.4.4　抑制几何　508

14.4.5　网格设置　508

14.4.6　进入FLUENT平台　510

14.4.7　材料选择　511

14.4.8　设置几何属性　512

14.4.9　流体边界条件　512

14.4.10　求解器设置　514

14.4.11　结构力学计算　516

14.4.12　材料设定　517

14.4.13　网格划分　518

14.4.14　添加边界条件与映射激励　518

14.4.15　求解计算　519

14.4.16　后处理　520

14.4.17　读者演练　520

14.5　耦合实例4——Maxwell和FLUENT电磁热流耦合　521

14.5.1　问题描述　521

14.5.2　软件启动与保存　521

14.5.3　导入几何数据文件　522

14.5.4　求解器与求解域的设置　523

14.5.5　赋予材料属性　523

14.5.6　添加激励　525

14.5.7　模型检查与计算　527

14.5.8　后处理　527

14.5.9　创建流体力学分析和数据共享　530

14.5.10　DM中几何数据文件　530

14.5.11　传递数据　533

14.5.12　网格设置　533

14.5.13　进入FLUENT平台　535

14.5.14　材料选择　536

14.5.15　设置几何属性　537

14.5.16　流体边界条件　538

14.5.17　求解器设置　539

14.5.18　CFD——Post后处理操作　541

14.6　本章小结　543

附录　添加Workbench材料　545

参考文献　548

·《ANSYS Workbench 14.0超级学习手册》详细介绍了ANSYS最新版本的有限元分析平台Workbench 14.0的功能及应用。通过学习，读者不仅能掌握软件的操作，同时也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法，并能自如地解决本领域所出现的问题。·除介绍Workbench 14.0的建模、网格划分、与常见CAD软件集成、结果后处理等基础分析模块之外，还以工程实践和科学研究中的诸多项目为范例，讲解了Workbench在静力学分析、动力学分析、热力学分析、接触分析、电磁场分析、疲劳分析、复合材料分析、结构优化分析、流体动力学分析及多物理场耦合分析中的应用·《ANSYS Workbench 14.0超级学习手册》内容全面，结构清晰，讲解细致，随书提供DVD光盘1张，附赠工程应用实例源文件，方便读者上机操练《ANSYS Workbench 14.0超级学习手册》详细介绍了ANSYS公司最新版本的有限元分析平台Workbench 14.0的功能及应用。通过学习，读者不仅能掌握软件的操作，同时也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法，并能自如地解决本领域所出现的问题。　　全书共14章，第1章～第4章以各个分析模块为基础，介绍ANSYS Workbench 14.0的建模、网格划分、与常见CAD软件集成、结果后处理等内容。第5章～第14章以项目范例为指导，主要讲解Workbench在静力学分析、动力学分析、热力学分析、接触分析、电磁场分析、疲劳分析、复合材料分析、结构优化分析、流体动力学分析及多物理场耦合分析中的应用等内容，其中电磁分析模块(Maxwell)、疲劳分析模块(nCode)及复合材料分析模块(ANSYS ACP)需要读者单独安装。　　《ANSYS Workbench 14.0超级学习手册》工程实例丰富、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生及教师使用，同时也可以作为相关工程技术人员从事工程研究的参考书。