ANSYS有限元分析及仿真（第2版）

目 錄

第1章 ANSYS操作基礎(chǔ) 1
1.1 概述 1
1.2 操作界面 2
1.2.1 啟動(dòng)與設(shè)置 2
1.2.2 界面介紹 4
1.2.3 鼠標(biāo)操作 6
1.3 ANSYS文件系統(tǒng) 6
1.3.1 文件類(lèi)型 6
1.3.2 導(dǎo)入及導(dǎo)出其他兼容的數(shù)據(jù)格式 7
1.3.3 保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件 7
1.3.4 讀取數(shù)據(jù)庫(kù)文件 8
1.4 ANSYS分析過(guò)程 8
1.4.1 有限元分析過(guò)程 8
1.4.2 ANSYS典型分析過(guò)程 10
第2章 幾何建模 11
2.1 幾何建模概述 11
2.2 坐標(biāo)系 12
2.2.1 坐標(biāo)系的類(lèi)型 12
2.2.2 總體坐標(biāo)系 12
2.2.3 局部坐標(biāo)系 13
2.2.4 顯示坐標(biāo)系 14
2.2.5 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 14
2.2.6 單元坐標(biāo)系 15
2.2.7 結(jié)果坐標(biāo)系 15
2.3 工作平面 16
2.3.1 工作平面簡(jiǎn)介 16
2.3.2 定義一個(gè)新的工作平面 16
2.3.3 控制工作平面的顯示和樣式 17
2.3.4 移動(dòng)工作平面 17
2.3.5 旋轉(zhuǎn)工作平面 18
2.4 布爾操作 18
2.4.1 布爾操作的設(shè)置 18
2.4.2 相交操作 18
2.4.3 兩兩相交操作 19
2.4.4 相加操作 20
2.4.5 相減操作 20
2.4.6 利用工作平面相減操作 21
2.4.7 粘接操作 22
2.4.8 搭接操作 22
2.4.9 分割操作 23
2.5 自底向上創(chuàng)建幾何模型 23
2.5.1 關(guān)鍵點(diǎn) 23
2.5.2 硬點(diǎn) 25
2.5.3 線 26
2.5.4 面 29
2.5.5 體 31
2.6 自頂向下創(chuàng)建幾何模型 32
2.6.1 創(chuàng)建面素 33
2.6.2 創(chuàng)建體素 34
2.7 移動(dòng)、復(fù)制和縮放幾何模型 35
2.7.1 復(fù)制圖元 35
2.7.2 鏡像圖元 36
2.7.3 轉(zhuǎn)換圖元的坐標(biāo)系 36
2.7.4 圖元的縮放 37
2.8 將CAD幾何模型導(dǎo)入ANSYS 37
2.8.1 從IGES文件中輸入幾何模型 37
2.8.2 用IGES文件進(jìn)行工作 37
2.8.3 把常用的CAD模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS 38
2.9 綜合實(shí)例 39
實(shí)例2-1 直齒圓柱齒輪建模 39
實(shí)例2-2 軸承座建模 49
實(shí)例2-3 導(dǎo)入顯示器外殼 59
第3章 網(wǎng)格劃分 61
3.1 有限元模型概述 61
3.2 設(shè)置單元屬性 62
3.2.1 生成單元屬性表 62
3.2.2 網(wǎng)格劃分前分配單元屬性 63
3.3 網(wǎng)格劃分控制 64
3.3.1 網(wǎng)格劃分工具（MeshTool） 65
3.3.2 尺寸控制 66
3.3.3 網(wǎng)格劃分器選項(xiàng) 67
3.3.4 單元形狀控制 67
3.4 自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分 68
3.4.1 自由網(wǎng)格劃分 68
3.4.2 映射網(wǎng)格劃分 68
3.5 直接生成有限元模型 69
3.5.1 節(jié)點(diǎn) 69
3.5.2 單元 72
3.6 編號(hào)控制 75
3.6.1 合并重復(fù)項(xiàng) 75
3.6.2 壓縮編號(hào) 76
3.6.3 設(shè)置起始編號(hào) 76
3.6.4 設(shè)置編號(hào)偏差 77
3.7 工程實(shí)例 77
實(shí)例3-1 軸的建模及網(wǎng)格劃分 77
實(shí)例3-2 葉輪的建模及網(wǎng)格劃分 83
實(shí)例3-3 飛輪的建模及網(wǎng)格劃分 90
第4章 施加載荷 103
4.1 載荷概述 103
4.1.1 載荷類(lèi)型 103
4.1.2 載荷步、子步和平衡迭代 104
4.1.3 時(shí)間的作用 104
4.1.4 加載方式 105
4.1.5 實(shí)體模型載荷與有限元
模型載荷 106
4.2 施加載荷 106
4.2.1 自由度約束 107
4.2.2 集中載荷 107
4.2.3 表面載荷 108
4.2.4 體載荷 109
4.2.5 慣性載荷 110
4.2.6 耦合場(chǎng)載荷 110
第5章 求解過(guò)程 111
5.1 求解概述 111
5.2 求解器 111
5.2.1 波前直接法 113
5.2.2 稀疏矩陣直接法 113
5.2.3 雅克比共軛梯度法 113
5.2.4 不完全分解共軛梯度法 113
5.2.5 預(yù)條件共軛梯度法 113
5.2.6 自動(dòng)迭代法 114
5.3 求解方式 114
5.3.1 一般求解 114
5.3.2 多載荷步求解 115
5.3.3 重新啟動(dòng)分析 116
5.4 ANSYS求解前的預(yù)估計(jì) 117
5.4.1 估計(jì)求解時(shí)間 117
5.4.2 估計(jì)文件大小 118
5.4.3 估計(jì)內(nèi)存需求 118
5.5 求解時(shí)需要注意的事項(xiàng) 119
第6章 結(jié)果后處理 120
6.1 后處理概述 120
6.1.1 什么是后處理 120
6.1.2 結(jié)果文件 121
6.1.3 后處理可用的數(shù)據(jù)類(lèi)型 121
6.2 通用后處理 121
6.2.1 讀入結(jié)果文件 121
6.2.2 顯示結(jié)構(gòu)變形圖 122
6.2.3 顯示等值線分布圖 122
6.2.4 繪制矢量圖 122
6.2.5 繪制粒子軌跡圖 123
6.2.6 結(jié)果的列表顯示 123
6.2.7 單元數(shù)據(jù)列表 124
6.2.8 映射結(jié)果到指定路徑 124
6.2.9 顯示動(dòng)畫(huà) 124
6.3 時(shí)間歷程后處理器 125
6.3.1 定義和存儲(chǔ)變量 125
6.3.2 變量的操作 126
6.3.3 設(shè)置變量 126
6.3.4 查看變量 127
第7章 ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言 128
7.1 APDL概述 128
7.2 使用參數(shù) 129
7.2.1 參數(shù)的命名規(guī)則 129
7.2.2 變量參數(shù) 129
7.2.3 數(shù)組參數(shù) 130
7.2.4 參數(shù)的列表顯示 131
7.3 APDL的流程控制語(yǔ)句 132
7.3.1 *GO無(wú)條件分支語(yǔ)句 132
7.3.2 *IF…*IFELSE…*ELSE…*ENDIF條件分支語(yǔ)句 132
7.3.3 *DO…*ENDDO循環(huán)語(yǔ)句 133
7.3.4 *DOWHILE循環(huán)語(yǔ)句 133
7.3.5 *REPEAT重復(fù)語(yǔ)句 134
7.4 APDL宏文件 134
7.4.1 使用*CERATE命令創(chuàng)建宏文件 135
7.4.2 使用*CFOPEN、*CFWRITE和*CFCLOS命令創(chuàng)建宏文件 135
7.4.3 使用/TEE命令創(chuàng)建宏文件 136
7.4.4 使用GUI方式創(chuàng)建宏文件 136
7.4.5 運(yùn)行宏文件 137
7.5 運(yùn)算符、函數(shù)和函數(shù)編輯器 138
7.5.1 運(yùn)算符 138
7.5.2 函數(shù) 138
7.5.3 函數(shù)編輯器 139
7.6 工程實(shí)例 140
實(shí)例7-1 圓盤(pán)的靜力分析 140
第8章 靜力學(xué)分析 142
8.1 靜力學(xué)分析概述 142
8.2 靜力學(xué)分析的步驟 143
8.2.1 建立模型 143
8.2.2 加載求解 143
8.2.3 結(jié)果后處理 144
8.3 工程實(shí)例 145
實(shí)例8-1 三角形桁架的靜力分析 145
實(shí)例8-2 工字梁的靜力分析 154
實(shí)例8-3 方形殼的靜力分析 166
實(shí)例8-4 管線的靜力分析 179
實(shí)例8-5 飛輪的靜力分析 193
第9章 非線性分析 204
9.1 非線性分析概述 204
9.1.1 引起非線性的原因 204
9.1.2 非線性分析的相關(guān)概念 205
9.2 非線性分析的步驟 206
9.2.1 建立模型 206
9.2.2 設(shè)置求解控制選項(xiàng) 206
9.2.3 設(shè)置其他求解控制選項(xiàng) 209
9.2.4 加載求解 211
9.2.5 結(jié)果后處理 211
9.3 工程實(shí)例 211
實(shí)例9-1 細(xì)長(zhǎng)桿的非線性屈曲分析 211
實(shí)例9-2 圓盤(pán)的非線性分析 226
實(shí)例9-3 鉚釘?shù)姆蔷€性分析 234
第10章 模態(tài)分析 243
10.1 模態(tài)分析概述 243
10.1.1 Block Lanczos（分塊蘭索斯）法 244
10.1.2 Subspace（子空間）法 244
10.1.3 PCG Lanczos（預(yù)條件共軛梯度蘭索斯）法 244
10.1.4 Reduced（縮減）法 244
10.1.5 Unsymmetric（非對(duì)稱(chēng)）法 245
10.1.6 Damped（阻尼）法 245
10.1.7 QR Damped（QR阻尼）法 245
10.1.8 Supernode（超節(jié)點(diǎn)）法 245
10.2 模態(tài)分析的步驟 245
10.2.1 建立模型 246
10.2.2 加載求解 246
10.2.3 擴(kuò)展模態(tài) 250
10.2.4 結(jié)果后處理 252
10.3 工程實(shí)例 254
實(shí)例10-1 懸臂梁的模態(tài)分析 254
實(shí)例10-2 齒輪的模態(tài)分析 262
實(shí)例10-3 顯示器外殼的模態(tài)分析 271
實(shí)例10-4 圓盤(pán)的模態(tài)分析 281
第11章 諧響應(yīng)分析 298
11.1 諧響應(yīng)分析概述 298
11.1.1 Full（完全）法 299
11.1.2 Reduced（縮減）法 299
11.1.3 Mode Superpos’n（模態(tài)疊加）法 299
11.2 諧響應(yīng)分析的步驟 299
11.2.1 建立模型 300
11.2.2 設(shè)置分析類(lèi)型和選項(xiàng) 300
11.2.3 加載求解 302
11.2.4 結(jié)果后處理 304
11.3 工程實(shí)例 305
實(shí)例11-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的諧響應(yīng)分析 305
實(shí)例11-2 琴弦的諧響應(yīng)分析 316
實(shí)例11-3 工作臺(tái)的諧響應(yīng)分析 327
第12章 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 343
12.1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析概述 343
12.1.1 Full（完全）法 343
12.1.2 Reduced（縮減）法 344
12.1.3 Mode Superpos’n（模態(tài)疊加）法 344
12.2 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟 344
12.2.1 建立模型 345
12.2.2 設(shè)置初始條件 345
12.2.3 設(shè)置求解控制選項(xiàng) 346
12.2.4 設(shè)置其他求解控制選項(xiàng) 347
12.2.5 施加載荷 348
12.2.6 定義多步載荷 350
12.2.7 求解 350
12.2.8 結(jié)果后處理 350
12.3 工程實(shí)例 352
實(shí)例12-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 352
實(shí)例12-2 鐘擺擺動(dòng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 362
第13章 譜分析 370
13.1 譜分析概述 370
13.1.1 響應(yīng)譜 370
13.1.2 動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法 371
13.1.3 功率譜密度 371
13.2 譜分析的步驟 371
13.2.1 建立模型 371
13.2.2 模態(tài)分析 371
13.2.3 譜分析 372
13.2.4 擴(kuò)展模態(tài) 374
13.2.5 合并模態(tài) 375
13.2.6 結(jié)果后處理 377
13.3 工程實(shí)例 377
實(shí)例13-1 梁板結(jié)構(gòu)在振動(dòng)位移譜下的響應(yīng) 377
第14章 屈曲分析 398
14.1 屈曲分析概述 398
14.2 屈曲分析的步驟 398
14.2.1 建立模型 399
14.2.2 靜力學(xué)分析 399
14.2.3 特征值屈曲分析 399
14.2.4 擴(kuò)展解 401
14.2.5 結(jié)果后處理 403
14.3 工程實(shí)例 403
實(shí)例14-1 圓柱殼的屈曲分析 403