详解ANSYS有限元分析

出版时间：2015年版

内容简介

　　本书以ANSYS的最新版本ANSYS 15.0为平台，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述ANSYS的工程应用方法。书中尽量避开烦琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者的软件使用经验，每个实例都先用GUI方式一步一步操作，随后提供详细的命令流，读者能轻松学会。本书分为两部分，第一部分为操作基础篇，详细介绍ANSYS分析全流程的基本步骤和方法，内容包括ANSYS概论、图形用户界面、几何建模、划分网格、施加载荷、求解、后处理。第二部分为专题实例篇，按不同的分析专题讲解各专题的参数设置方法与技巧，内容包括结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、谱分析、非线性分析、瞬态动力学分析、结构屈曲分析、热分析。

目录

第1章 ANSYS概论1

1.1 有限元常用术语1

1.2 有限元法的分析过程2

1.3 ANSYS 15.0的安装与启动3

1.3.1 系统要求3

1.3.2 设置运行参数4

1.3.3 启动与退出7

1.4 ANSYS分析的基本过程8

1.4.1 前处理8

1.4.2 加载并求解8

1.4.3 后处理9

第2章 图形用户界面10

2.1 ANSYS 15.0图形用户界面的组成10

2.2 对话框及其组件12

2.2.1 文本框12

2.2.2 单选列表13

2.2.3 双列选择列表13

2.2.4 标签对话框13

2.2.5 选取框14

2.3 通用菜单15

2.3.1 文件菜单15

2.3.2 选取菜单17

2.3.3 列表菜单20

2.3.4 绘图菜单23

2.3.5 绘图控制菜单24

2.3.6 工作平面菜单30

2.3.7 参量菜单32

2.3.8 宏菜单35

2.3.9 菜单控制菜单36

2.3.10 帮助菜单36

2.4 输入窗口38

2.5 主菜单38

2.5.1 优选项39

2.5.2 预处理器39

2.5.3 求解器44

2.5.4 通用后处理器47

2.5.5 时间历程后处理器50

2.5.6 记录编辑器51

2.6 输出窗口52

2.7 工具条52

2.8 图形窗口53

2.8.1 图形显示53

2.8.2 多窗口绘图55

2.8.3 增强图形显示58

2.9 个性化界面58

2.9.1 改变颜色和字体59

2.9.2 改变GUI的启动菜单显示59

2.9.3 改变菜单链接和对话框59

第3章 几何建模60

3.1 几何建模概述60

3.1.1 自底向上创建几何模型60

3.1.2 自顶向下创建几何模型61

3.1.3 布尔运算操作61

3.1.4 拖拉和旋转62

3.1.5 移动和复制62

3.1.6 修改模型（清除和删除）62

3.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS63

3.2 坐标系简介63

3.2.1 总体和局部坐标系63

3.2.2 显示坐标系66

3.2.3 节点坐标系66

3.2.4 单元坐标系67

3.2.5 结果坐标系67

3.3 工作平面的使用68

3.3.1 定义一个新的工作平面68

3.3.2 控制工作平面的显示和样式69

3.3.3 移动工作平面69

3.3.4 旋转工作平面70

3.3.5 还原一个已定义的工作平面70

3.4 自底向上创建几何模型70

3.4.1 关键点71

3.4.2 硬点72

3.4.3 线73

3.4.4 面75

2.4.5 体77

3.5 自顶向下创建几何模型（体素）78

3.5.1 创建面体素78

3.5.2 创建实体体素79

3.6 使用布尔操作来修正几何模型80

3.6.1 布尔运算的设置80

3.6.2 布尔运算之后的图元编号81

3.6.3 交运算81

3.6.4 两两相交82

3.6.5 相加83

3.6.6 相减83

3.6.7 利用工作平面作减运算84

3.6.8 搭接85

3.6.9 分割85

3.6.10 粘接（或合并）85

3.6.11 实例——托架建模86

3.7 移动、复制和缩放几何模型93

3.7.1 按照样本生成图元93

3.7.2 由对称映像生成图元94

3.7.3 将样本图元转换坐标系94

3.7.4 实体模型图元的缩放95

第4章 网格划分96

4.1 有限元网格概述96

4.2 设定单元属性97

4.2.1 生成单元属性表97

4.2.2 在划分网格之前分配单元属性97

4.3 网格划分的控制100

4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）100

4.3.2 单元形状100

4.3.3 选择自由或映射网格划分101

4.3.4 控制单元边中节点的位置101

4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）102

4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸102

4.3.7 局部网格划分控制103

4.3.8 内部网格划分控制104

4.3.9 生成过渡棱锥单元105

4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式106

4.3.11 执行层网格划分106

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制107

4.4.1 自由网格划分107

4.4.2 映射网格划分108

4.4.3 实例——托架的网格划分112

4.5 延伸和扫掠生成有限元模型113

4.5.1 延伸（Extrude）生成网格113

4.5.2 扫掠（VSWEEP）生成网格114

4.6 直接通过节点和单元生成有限元模型117

4.6.1 节点117

4.6.2 单元119

4.7 编号控制121

4.7.1 合并重复项121

4.7.2 编号压缩122

4.7.3 设定起始编号122

4.7.4 编号偏差123

4.8 综合实例——内六角扳手的建模及网格划分123

4.8.1 问题描述123

4.8.2 GUI路径模式124

第5章 施加载荷132

5.1 载荷概述132

5.1.1 什么是载荷132

5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代133

5.1.3 时间参数134

5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷135

5.2 施加载荷概述136

5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷136

5.2.2 施加载荷137

5.2.3 利用表格来施加载荷142

5.2.4 轴对称载荷与反作用力144

5.2.5 实例——托架施加载荷145

5.3 设定载荷步选项146

5.3.1 通用选项147

5.3.2 非线性选项150

5.3.3 动力学分析选项150

5.3.4 输出控制151

5.3.5 创建多载荷步文件152

5.4 综合实例——内六角扳手的载荷施加153

5.4.1 添加位移边界条件153

5.4.2 显示边界条件154

5.4.3 在手柄上施加压力154

5.4.4 写第一载荷步155

5.4.5 定义向下的压力156

5.4.6 写第二载荷步156

第6章 求解157

6.1 求解概述157

6.1.1 使用直接求解法158

6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器158

6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器159

6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器159

6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器159

6.1.6 使用自动迭代求解器选项160

6.1.7 获得解答161

6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型161

6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项161

6.2.2 使用求解控制对话框162

6.2.3 实例——托架的求解163

6.3 多载荷步求解164

6.3.1 多重求解法164

6.3.2 使用载荷步文件法164

6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）165

6.4 重新启动分析166

6.4.1 重新启动一个分析167

6.4.2 多载荷步文件的重启动分析170

6.4.3 实例——内六角扳手求解172

6.5 预测求解时间和估计文件大小173

6.5.1 估计运算时间173

6.5.2 估计文件的大小173

6.5.3 估计内存需求173

第7章 后处理174

7.1 后处理概述174

7.1.1 什么是后处理174

7.1.2 结果文件175

7.1.3 后处理可用的数据类型175

7.2 通用后处理器（POST1）176

7.2.1 将数据结果读入数据库176

7.2.2 列表显示结果182

7.2.3 图像显示结果189

7.2.4 实例——查看计算结果193

7.3 时间历程后处理器（POST26）194

7.3.1 定义和储存POST26变量195

7.3.2 检查变量197

7.3.3 POST26后处理器的其他功能199

7.4 综合实例——内六角扳手的静态分析后处理200

7.4.1 读取第一个载荷步计算结果200

7.4.2 读取下一载荷步计算结果202

7.4.3 放大横截面203

第8章 静力分析205

8.1 静力分析概述205

8.1.1 结构静力分析简介205

8.1.2 静力分析的类型206

8.1.3 静力分析的求解步骤207

8.2 钢桁架桥静力受力分析207

8.2.1 问题描述207

8.2.2 GUI操作方法208

8.2.3 命令流实现223

第9章 模态分析224

9.1 模态分析概述224

9.2 模态分析的基本步骤225

9.2.1 建模225

9.2.2 加载及求解225

9.2.3 扩展模态228

9.2.4 观察结果和后处理230

9.3 钢桁架桥模态分析231

9.3.1 问题描述231

9.3.2 GUI操作方法231

9.3.3 命令流实现235

第10章 谐响应分析236

10.1 谐响应分析概述236

10.2 谐响应分析的基本步骤237

10.2.1 建立模型（前处理）237

10.2.2 加载和求解238

10.2.3 观察模型（后处理）244

10.3 综合实例——琴弦谐响应分析246

10.3.1 分析问题246

10.3.2 建立模型246

10.3.3 查看结果259

10.3.4 命令方式262

第11章 谱分析263

11.1 谱分析概述263

11.1.1 响应谱263

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM）264

11.1.3 功率谱密度（PSD）264

11.2 谱分析的基本步骤264

11.2.1 前处理264

11.2.2 模态分析264

11.2.3 谱分析265

11.2.4 扩展模态267

11.2.5 合并模态268

11.2.6 后处理270

11.3 综合实例——三层框架结构地震响应分析272

11.3.1 问题描述272

11.3.2 GUI操作方法273

11.3.3 命令流实现284

第12章 非线性分析285

12.1 非线性分析概述285

12.1.1 非线性行为的原因286

12.1.2 非线性分析的基本信息286

12.1.3 几何非线性288

12.1.4 材料非线性289

12.1.5 其他非线性问题293

12.2 非线性分析的基本步骤293

12.2.1 前处理（建模和分网）294

12.2.2 设置求解控制器294

12.2.3 设定其他求解选项296

12.2.4 加载298

12.2.5 求解298

12.2.6 后处理298

12.3 综合实例——铆钉冲压应力分析300

12.3.1 分析问题300

12.3.2 建立模型300

12.3.3 定义边界条件并求解307

12.3.4 查看结果309

12.3.5 命令313

第13章 瞬态动力学分析314

13.1 瞬态动力学概述314

13.1.1 完全法（Full Method）315

13.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）315

13.1.3 减缩法（Reduced Method）315

13.2 瞬态动力学的基本步骤316

13.2.1 前处理（建模和分网）316

13.2.2 建立初始条件316

13.2.3 设定求解控制器317

13.2.4 设定其他求解选项319

13.2.5 施加载荷319

13.2.6 设定多载荷步321

13.2.7 瞬态求解321

13.2.8 后处理322

13.3 综合实例——哥伦布阻尼的自由振动分析324

13.3.1 问题描述324

13.3.2 GUI模式325

13.3.3 命令流方式335

第14章 结构屈曲分析336

14.1 结构屈曲概述336

14.2 结构屈曲分析的基本步骤337

14.2.1 前处理337

14.2.2 获得静力解337

14.2.3 获得特征值屈曲解337

14.2.4 扩展解339

14.2.5 后处理（观察结果）340

14.3 综合实例——框架结构的屈曲分析341

14.3.1 问题描述341

14.3.2 操作步骤342

14.3.3 命令流355

第15章 热分析356

15.1 热分析概述356

15.1.1 热分析的特点356

15.1.2 热分析单元357

15.2 热分析的基本过程358

15.2.1 稳态热分析358

15.2.2 瞬态热分析365

15.3 综合实例——蒸汽管分析370

15.3.1 问题描述370

15.3.2 问题分析370

15.3.3 GUI操作步骤371

15.3.4 命令流374




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