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ANSYS Workbench 14.5建模与仿真从入门到精通
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资料介绍
ANSYS Workbench 14.5建模与仿真从入门到精通
出版时间：2014年版
内容简介
本书以ANSYS Workbench 14.5版本为基础，根据作者多年的一线设计工作经验，从工程实用的角度出发，详细介绍了ANSYS Workbench的基础知识和典型应用案例。全书分为两部分。第一部分介绍ANSYS Workbench基础知识，DesignModeler几何建模技术、Meshing网格划分技术、Mechanical基础知识；第二部分为典型案例，通过案例讲解ANSYS Workbench应用于结构静力学分析、结构动力学分析、刚体动力学分析、显示动力学分析、结构热分析、接触分析、屈曲分析、疲劳分析、结构优化分析及流体动力学分析等。本书语言通俗、层次清晰，从零开始，基础知识与应用实例相结合，配有完整的操作视频，具有很强的实用性、指导性和良好的可操作性。
目 录
第一篇 ANSYS Workbench 14．5基础知识
第1章 ANSYS Workbench 14．5基础知识 1
1．1 ANSYS Workbench 14．5概述 1
1．1．1 ANSYS Workbench 14．5简介 1
1．1．2 ANSYS Workbench 14．5特点 2
1．1．3 ANSYS Workbench 14．5功能 3
1．2 ANSYS Workbench 14．5的设计流程 4
1．3 ANSYS Workbench 14．5用户界面 5
1．3．1 启动ANSYS Workbench 5
1．3．2 ANSYS Workbench用户界面 5
1．4 训练实例——L形支架的静态分析 10
1．5 本章小结 18
第2章 ANSYS Workbench项目管理 19
2．1 工具箱 19
2．1．1 工具箱简介 19
2．1．2 工具箱设置 21
2．2 Workbench项目管理 22
2．2．1 分析项目组成 22
2．2．2 创建分析项目 22
2．2．3 删除分析项目 23
2．2．4 复制项目 24
2．2．5 项目关联与链接 24
2．3 Workbench文件管理 25
2．3．1 文件目录结构 25
2．3．2 显示文件明细 26
2．3．3 快速生成压缩文件 26
2．4 训练实例——创建自定义分析项目实例 27
2．5 本章小结 29
第3章 DesignModeler几何建模技术 30
3．1 DesignModeler概述 30
3．1．1 DesignModeler模块的特点 30
3．1．2 DesignModeler的启动和用户界面 31
3．1．3 鼠标选择操作 36
3．2 二维草图绘制 37
3．2．1 二维草图概述 37
3．2．2 创建新平面 37
3．2．3 创建新草图 41
3．2．4 创建草图元素 42
3．2．5 编辑草图元素 49
3．2．6 标注草图尺寸 54
3．2．7 草图几何约束 55
3．2．8 草图设置 57
3．3 实体特征建模 57
3．3．1 基础实体建模 57
3．3．2 拉伸特征 61
3．3．3 旋转特征 63
3．3．4 扫描特征 64
3．3．5 放样特征 64
3．4 实体特征编辑和操作 64
3．4．1 抽壳 65
3．4．2 倒圆角特征 65
3．4．3 倒角 66
3．4．4 阵列特征 66
3．4．5 体操作特征 67
3．4．6 布尔运算 68
3．4．7 切片特征 68
3．4．8 面删除 68
3．4．9 边删除 69
3．5 实体建模工具 69
3．5．1 激活和冻结体 69
3．5．2 取消和抑制体 70
3．5．3 命名选择 70
3．5．4 中面 71
3．5．5 包围 71
3．5．6 对称 72
3．5．7 填充 72
3．5．8 组合单体零件 73
3．6 概念建模 74
3．6．1 创建线体 74
3．6．2 定义截面 77
3．6．3 绘制面体 78
3．7 ANSYS Workbench与CAD数据交互 79
3．7．1 ANSYS Workbench与SolidWorks集成设置 79
3．7．2 直接读取模式 81
3．7．3 双向关联模式 82
3．8 训练实例——安装盘建模实例 83
3．9 本章小结 87
第4章 Meshing网格划分技术 88
4．1 有限元网格概述 88
4．1．1 Workbench网格划分界面 88
4．1．2 网格类型 95
4．1．3 网格划分步骤 96
4．2 全局网格控制 96
4．2．1 网格分析类型 96
4．2．2 相关性和关联中心 98
4．2．3 全局单元尺寸 99
4．2．4 初始尺寸种子 100
4．2．5 平滑和过渡 101
4．2．6 跨度中心角 102
4．2．7 使用高级尺寸功能 103
4．2．8 膨胀层 104
4．2．9 三角曲面划分器选项 106
4．2．10 网格高级选项 106
4．2．11 网格损伤设置 107
4．2．12 网格评估统计 108
4．3 局部网格控制 113
4．3．1 启动局部网格控制命令 114
4．3．2 局部尺寸 114
4．3．3 接触尺寸 117
4．3．4 细化 118
4．3．5 映射面划分 120
4．3．6 匹配控制 121
4．3．7 收缩控制 123
4．3．8 膨胀层 123
4．4 网格划分方法 126
4．4．1 网格划分方法简介 126
4．4．2 自动划分方法 127
4．4．3 四面体方法 128
4．4．4 六面体方法 130
4．4．5 扫掠方法 131
4．4．6 多区域 134
4．5 网格工具 136
4．5．1 生成和预览表面网格 136
4．5．2 剖面 137
4．5．3 命名选项 139
4．6 网格模型导入经典ANSYS界面 139
4．7 训练实例——三通搅拌器网格划分实例 141
4．8 本章小结 146
第5章 Mechanical基础知识 147
5．1 关于Mechanical 147
5．2 Mechanical用户界面 147
5．2．1 启动Mechanical 147
5．2．2 Mechanical界面介绍 148
5．2．3 鼠标控制 151
5．3 材料属性设置 151
5．3．1 进入Engineering Data应用程序 151
5．3．2 工程数据源和材料库 153
5．3．3 添加现有材料 154
5．3．4 添加新材料库及材料属性 156
5．4 在Mechanical中的操作 158
5．4．1 几何模型 158
5．4．2 坐标系 160
5．4．3 连接关系 161
5．4．4 网格划分 162
5．4．5 分析设置 162
5．4．6 载荷和约束 163
5．4．7 模型求解 163
5．4．8 结果后处理 164
5．5 本章小结 172
第二篇 ANSYS Workbench 14．5分析实例
第6章 线性结构静力学分析 173
6．1 线性结构静力学分析概述 173
6．1．1 线性结构静力分析基础 173
6．1．2 线性结构静力分析流程 174
6．2 静力分析实例1——固定支架分析 186
6．3 静力分析实例2——双金属带的热应力分析 194
6．4 本章小结 203
第7章 结构动力学分析 204
7．1 结构动力学概述 204
7．1．1 结构动力学简介 204
7．1．2 ANSYS Workbench结构动力学分析类型 205
7．2 模态分析 205
7．2．1 模态分析基础知识 205
7．2．2 模态分析流程 206
7．2．3 模态分析实例——音叉模态分析 209
7．2．4 带预应力模态分析实例——防水壁零件模态分析 217
7．2．5 旋转体模态分析实例——吹风机风扇模态分析 226
7．3 谐响应分析 237
7．3．1 谐响应分析基础知识 237
7．3．2 谐响应分析流程 238
7．3．3 谐响应分析实例——发动机支架谐响应分析 242
7．4 响应谱分析 253
7．4．1 响应谱分析基础知识 253
7．4．2 响应谱分析流程 254
7．4．3 响应谱分析实例——电路板响应谱分析 257
7．5 随机振动分析 265
7．5．1 随机振动分析基础知识 265
7．5．2 随机振动分析流程 266
7．5．3 随机振动分析实例——电子设备外壳随机振动分析 268
7．6 瞬态动力学分析 281
7．6．1 瞬态动力学分析基础知识 281
7．6．2 瞬态动力学分析流程 281
7．6．3 瞬态动力学分析实例——压榨机部件瞬态动力学分析 283
7．7 本章小结 289
第8章 刚体动力学分析 290
8．1 刚体动力学分析概述 290
8．1．1 刚体动力学分析基础 290
8．1．2 刚体动力学分析流程 290
8．2 刚体动力学分析实例——压气机动力学分析 297
8．3 本章小结 307
第9章 显式动力学分析 308
9．1 显式动力学概述 308
9．1．1 显式动力学分析基础 308
9．1．2 显式动力学分析流程 309
9．2 显式动力分析实例——圆柱体冲击薄板分析 310
9．3 本章小结 320
第10章 结构热分析 321
10．1 热分析概述 321
10．1．1 传热的基本方式 321
10．1．2 热分析类型 324
10．1．3 ANSYS Workbench热分析流程 325
10．2 稳态热分析实例——LED散热器分析 334
10．3 载荷随时间变化瞬态热分析实例——LED散热器分析 346
10．4 本章小结 350
第11章 接触分析 351
11．1 接触分析概述 351
11．1．1 接触概念 351
11．1．2 接触算法 351
11．1．3 接触分析流程 352
11．2 静态接触分析实例——手工虎钳接触分析 359
11．3 本章小结 373
第12章 屈曲分析 374
12．1 屈曲分析概述 374
12．1．1 屈曲分析基础 374
12．1．2 屈曲分析类型 375
12．1．3 ANSYS Workbench屈曲分析流程 375
12．2 线性屈曲分析实例——凳子屈曲分析 376
12．3 本章小结 383
第13章 疲劳分析 384
13．1 疲劳分析概述 384
13．1．1 疲劳分析基础 384
13．1．2 疲劳分析术语 385
13．1．3 ANSYS Workbench疲劳分析流程 387
13．2 疲劳分析实例——篮圈疲劳分析 390
13．3 本章小结 402
第14章 结构优化分析 403
14．1 优化设计概述 403
14．1．1 优化设计基本原理 403
14．1．2 优化设计类型 404
14．1．3 Design Exploration概述 405
14．2 形状拓扑优化分析实例——支架拓扑优化设计 406
14．3 直接优化分析实例——悬臂支架优化分析 411
14．4 响应曲面优化分析实例——侧板拓扑优化设计 422
14．5 本章小结 434
第15章 流体动力学分析 435
15．1 流体动力学分析概述 435
15．1．1 计算流体动力学分析介绍 435
15．1．2 流体动力学基本理论 436
15．1．3 ANSYS Workbench流体动力学分析流程 439
15．2 基于Fluent流体动力学实例——三通内流场分析 440
15．3 基于CFX流体动力学实例——阀门内流场分析 457
15．4 基于CFX流体动力学实例——机翼绕流分析 467
15．5 本章小结 478
出版时间：2014年版
内容简介
本书以ANSYS Workbench 14.5版本为基础，根据作者多年的一线设计工作经验，从工程实用的角度出发，详细介绍了ANSYS Workbench的基础知识和典型应用案例。全书分为两部分。第一部分介绍ANSYS Workbench基础知识，DesignModeler几何建模技术、Meshing网格划分技术、Mechanical基础知识；第二部分为典型案例，通过案例讲解ANSYS Workbench应用于结构静力学分析、结构动力学分析、刚体动力学分析、显示动力学分析、结构热分析、接触分析、屈曲分析、疲劳分析、结构优化分析及流体动力学分析等。本书语言通俗、层次清晰，从零开始，基础知识与应用实例相结合，配有完整的操作视频，具有很强的实用性、指导性和良好的可操作性。
目 录
第一篇 ANSYS Workbench 14．5基础知识
第1章 ANSYS Workbench 14．5基础知识 1
1．1 ANSYS Workbench 14．5概述 1
1．1．1 ANSYS Workbench 14．5简介 1
1．1．2 ANSYS Workbench 14．5特点 2
1．1．3 ANSYS Workbench 14．5功能 3
1．2 ANSYS Workbench 14．5的设计流程 4
1．3 ANSYS Workbench 14．5用户界面 5
1．3．1 启动ANSYS Workbench 5
1．3．2 ANSYS Workbench用户界面 5
1．4 训练实例——L形支架的静态分析 10
1．5 本章小结 18
第2章 ANSYS Workbench项目管理 19
2．1 工具箱 19
2．1．1 工具箱简介 19
2．1．2 工具箱设置 21
2．2 Workbench项目管理 22
2．2．1 分析项目组成 22
2．2．2 创建分析项目 22
2．2．3 删除分析项目 23
2．2．4 复制项目 24
2．2．5 项目关联与链接 24
2．3 Workbench文件管理 25
2．3．1 文件目录结构 25
2．3．2 显示文件明细 26
2．3．3 快速生成压缩文件 26
2．4 训练实例——创建自定义分析项目实例 27
2．5 本章小结 29
第3章 DesignModeler几何建模技术 30
3．1 DesignModeler概述 30
3．1．1 DesignModeler模块的特点 30
3．1．2 DesignModeler的启动和用户界面 31
3．1．3 鼠标选择操作 36
3．2 二维草图绘制 37
3．2．1 二维草图概述 37
3．2．2 创建新平面 37
3．2．3 创建新草图 41
3．2．4 创建草图元素 42
3．2．5 编辑草图元素 49
3．2．6 标注草图尺寸 54
3．2．7 草图几何约束 55
3．2．8 草图设置 57
3．3 实体特征建模 57
3．3．1 基础实体建模 57
3．3．2 拉伸特征 61
3．3．3 旋转特征 63
3．3．4 扫描特征 64
3．3．5 放样特征 64
3．4 实体特征编辑和操作 64
3．4．1 抽壳 65
3．4．2 倒圆角特征 65
3．4．3 倒角 66
3．4．4 阵列特征 66
3．4．5 体操作特征 67
3．4．6 布尔运算 68
3．4．7 切片特征 68
3．4．8 面删除 68
3．4．9 边删除 69
3．5 实体建模工具 69
3．5．1 激活和冻结体 69
3．5．2 取消和抑制体 70
3．5．3 命名选择 70
3．5．4 中面 71
3．5．5 包围 71
3．5．6 对称 72
3．5．7 填充 72
3．5．8 组合单体零件 73
3．6 概念建模 74
3．6．1 创建线体 74
3．6．2 定义截面 77
3．6．3 绘制面体 78
3．7 ANSYS Workbench与CAD数据交互 79
3．7．1 ANSYS Workbench与SolidWorks集成设置 79
3．7．2 直接读取模式 81
3．7．3 双向关联模式 82
3．8 训练实例——安装盘建模实例 83
3．9 本章小结 87
第4章 Meshing网格划分技术 88
4．1 有限元网格概述 88
4．1．1 Workbench网格划分界面 88
4．1．2 网格类型 95
4．1．3 网格划分步骤 96
4．2 全局网格控制 96
4．2．1 网格分析类型 96
4．2．2 相关性和关联中心 98
4．2．3 全局单元尺寸 99
4．2．4 初始尺寸种子 100
4．2．5 平滑和过渡 101
4．2．6 跨度中心角 102
4．2．7 使用高级尺寸功能 103
4．2．8 膨胀层 104
4．2．9 三角曲面划分器选项 106
4．2．10 网格高级选项 106
4．2．11 网格损伤设置 107
4．2．12 网格评估统计 108
4．3 局部网格控制 113
4．3．1 启动局部网格控制命令 114
4．3．2 局部尺寸 114
4．3．3 接触尺寸 117
4．3．4 细化 118
4．3．5 映射面划分 120
4．3．6 匹配控制 121
4．3．7 收缩控制 123
4．3．8 膨胀层 123
4．4 网格划分方法 126
4．4．1 网格划分方法简介 126
4．4．2 自动划分方法 127
4．4．3 四面体方法 128
4．4．4 六面体方法 130
4．4．5 扫掠方法 131
4．4．6 多区域 134
4．5 网格工具 136
4．5．1 生成和预览表面网格 136
4．5．2 剖面 137
4．5．3 命名选项 139
4．6 网格模型导入经典ANSYS界面 139
4．7 训练实例——三通搅拌器网格划分实例 141
4．8 本章小结 146
第5章 Mechanical基础知识 147
5．1 关于Mechanical 147
5．2 Mechanical用户界面 147
5．2．1 启动Mechanical 147
5．2．2 Mechanical界面介绍 148
5．2．3 鼠标控制 151
5．3 材料属性设置 151
5．3．1 进入Engineering Data应用程序 151
5．3．2 工程数据源和材料库 153
5．3．3 添加现有材料 154
5．3．4 添加新材料库及材料属性 156
5．4 在Mechanical中的操作 158
5．4．1 几何模型 158
5．4．2 坐标系 160
5．4．3 连接关系 161
5．4．4 网格划分 162
5．4．5 分析设置 162
5．4．6 载荷和约束 163
5．4．7 模型求解 163
5．4．8 结果后处理 164
5．5 本章小结 172
第二篇 ANSYS Workbench 14．5分析实例
第6章 线性结构静力学分析 173
6．1 线性结构静力学分析概述 173
6．1．1 线性结构静力分析基础 173
6．1．2 线性结构静力分析流程 174
6．2 静力分析实例1——固定支架分析 186
6．3 静力分析实例2——双金属带的热应力分析 194
6．4 本章小结 203
第7章 结构动力学分析 204
7．1 结构动力学概述 204
7．1．1 结构动力学简介 204
7．1．2 ANSYS Workbench结构动力学分析类型 205
7．2 模态分析 205
7．2．1 模态分析基础知识 205
7．2．2 模态分析流程 206
7．2．3 模态分析实例——音叉模态分析 209
7．2．4 带预应力模态分析实例——防水壁零件模态分析 217
7．2．5 旋转体模态分析实例——吹风机风扇模态分析 226
7．3 谐响应分析 237
7．3．1 谐响应分析基础知识 237
7．3．2 谐响应分析流程 238
7．3．3 谐响应分析实例——发动机支架谐响应分析 242
7．4 响应谱分析 253
7．4．1 响应谱分析基础知识 253
7．4．2 响应谱分析流程 254
7．4．3 响应谱分析实例——电路板响应谱分析 257
7．5 随机振动分析 265
7．5．1 随机振动分析基础知识 265
7．5．2 随机振动分析流程 266
7．5．3 随机振动分析实例——电子设备外壳随机振动分析 268
7．6 瞬态动力学分析 281
7．6．1 瞬态动力学分析基础知识 281
7．6．2 瞬态动力学分析流程 281
7．6．3 瞬态动力学分析实例——压榨机部件瞬态动力学分析 283
7．7 本章小结 289
第8章 刚体动力学分析 290
8．1 刚体动力学分析概述 290
8．1．1 刚体动力学分析基础 290
8．1．2 刚体动力学分析流程 290
8．2 刚体动力学分析实例——压气机动力学分析 297
8．3 本章小结 307
第9章 显式动力学分析 308
9．1 显式动力学概述 308
9．1．1 显式动力学分析基础 308
9．1．2 显式动力学分析流程 309
9．2 显式动力分析实例——圆柱体冲击薄板分析 310
9．3 本章小结 320
第10章 结构热分析 321
10．1 热分析概述 321
10．1．1 传热的基本方式 321
10．1．2 热分析类型 324
10．1．3 ANSYS Workbench热分析流程 325
10．2 稳态热分析实例——LED散热器分析 334
10．3 载荷随时间变化瞬态热分析实例——LED散热器分析 346
10．4 本章小结 350
第11章 接触分析 351
11．1 接触分析概述 351
11．1．1 接触概念 351
11．1．2 接触算法 351
11．1．3 接触分析流程 352
11．2 静态接触分析实例——手工虎钳接触分析 359
11．3 本章小结 373
第12章 屈曲分析 374
12．1 屈曲分析概述 374
12．1．1 屈曲分析基础 374
12．1．2 屈曲分析类型 375
12．1．3 ANSYS Workbench屈曲分析流程 375
12．2 线性屈曲分析实例——凳子屈曲分析 376
12．3 本章小结 383
第13章 疲劳分析 384
13．1 疲劳分析概述 384
13．1．1 疲劳分析基础 384
13．1．2 疲劳分析术语 385
13．1．3 ANSYS Workbench疲劳分析流程 387
13．2 疲劳分析实例——篮圈疲劳分析 390
13．3 本章小结 402
第14章 结构优化分析 403
14．1 优化设计概述 403
14．1．1 优化设计基本原理 403
14．1．2 优化设计类型 404
14．1．3 Design Exploration概述 405
14．2 形状拓扑优化分析实例——支架拓扑优化设计 406
14．3 直接优化分析实例——悬臂支架优化分析 411
14．4 响应曲面优化分析实例——侧板拓扑优化设计 422
14．5 本章小结 434
第15章 流体动力学分析 435
15．1 流体动力学分析概述 435
15．1．1 计算流体动力学分析介绍 435
15．1．2 流体动力学基本理论 436
15．1．3 ANSYS Workbench流体动力学分析流程 439
15．2 基于Fluent流体动力学实例——三通内流场分析 440
15．3 基于CFX流体动力学实例——阀门内流场分析 457
15．4 基于CFX流体动力学实例——机翼绕流分析 467
15．5 本章小结 478
