ANSYS 16.0有限元分析从入门到精通（第2版）

本书采用GUI界面操作与APDL命令相互对照的方式，从基础知识、专题技术2个层面详细地阐述有限元软件ANSYS 16.0的使用方法和技巧。本书自始至终采用实例描述方式安排内容，系统完整且每章又相对独立，是一本简明的ANSYS参考书。 全书分为两部分共22章。基础知识部分（第1～7章），讲解了使用ANSYS进行有限元分析的基本流程与方法、ANSYS建模、网格划分、边界条件定义、求解、后处理等知识；专题技术部分（第8～22章），根据工程应用的实际经验，介绍大量高级应用知识，包括ANSYS结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析、稳态热分析、瞬态热分析、电磁场分析、多物理场耦合分析、几何非线性分析、接触分析、生死单元技术、复合材料分析、薄膜结构分析、参数化与优化设计等。

目 录 第一部分 基础知识 第1章 绪论 1 1.1 有限元法概述 1 1.1.1 有限元法分析过程 1 1.1.2 有限元的方法和理论手段 3 1.2 ANSYS 16.0简介 4 1.2.1 ANSYS启动与退出 4 1.2.2 ANSYS操作界面 4 1.2.3 ANSYS文件管理 7 1.2.4 ANSYS分析流程 8 1.2.5 分析实例入门 9 1.3 本章小结 14 第2章 APDL基础应用 15 2.1 APDL参数 15 2.1.1 参数的概念与类型 15 2.1.2 参数命名规则 16 2.1.3 参数的定义与复制操作 16 2.1.4 参数的删除操作 17 2.1.5 数组参数 17 2.2 APDL的流程控制 18 2.2.1 *GO分支语句 19 2.2.2 *IF分支语句 19 2.2.3 *DO循环语句 19 2.2.4 *DOWHILE循环语句 19 2.3 宏文件 20 2.3.1 创建宏文件 20 2.3.2 调用宏文件 21 2.4 运算符、函数与函数编辑器 21 2.5 本章小结 22 第3章 实体建模 23 3.1 实体建模操作概述 23 3.2 用自下向上的方法建模 24 3.3 自顶向下法 29 3.4 外部程序导入模型 32 3.5 常用建模命令汇总 35 3.6 实体模型的建立 37 3.7 本章小结 44 第4章 划分网格 45 4.1 定义单元属性 45 4.2 设置网格划分控制 49 4.2.1 智能网格划分 49 4.2.2 全局单元尺寸控制 50 4.2.3 默认单元尺寸控制 51 4.2.4 关键点尺寸控制 52 4.2.5 线尺寸控制 52 4.2.6 面尺寸控制 54 4.2.7 单元尺寸定义命令的优先顺序 54 4.2.8 完成划分 55 4.3 网格的修改 56 4.3.1 清除网格 56 4.3.2 网格的局部细化 56 4.3.3 层状网格划分 58 4.4 高级网格划分技术 59 4.4.1 单元选择 59 4.4.2 映射网格 61 4.4.3 扫掠网格 62 4.4.4 拉伸网格 62 4.5 划分网格命令汇总 62 4.6 本章小结 65 第5章 加载 66 5.1 载荷与载荷步 66 5.1.1 载荷 66 5.1.2 载荷步 67 5.2 加载方式 68 5.2.1 实体加载的特点 68 5.2.2 有限元模型的加载特点 68 5.3 施加载荷 69 5.4 齿轮泵模型的加载 81 5.5 耦合与约束方程 83 5.5.1 耦合 83 5.5.2 约束方程 84 5.6 本章小结 86 第6章 求解 87 6.1 求解综述 87 6.2 例题 90 6.3 求解命令汇总 91 6.4 本章小结 92 第7章 后处理 93 7.1 通用后处理器 93 7.1.1 结果文件 93 7.1.2 结果输出 96 7.1.3 结果处理 110 7.1.4 结果查看器 112 7.2 时间历程后处理器 114 7.2.1 时间历程变量浏览器 114 7.2.2 定义变量 116 7.2.3 显示变量 118 7.3 本章小结 118 第二部分 专题技术 第8章 结构静力分析 120 8.1 结构分析概述 120 8.1.1 结构分析的定义 120 8.1.2 静力学分析的基本概念 121 8.1.3 结构静力学分析的方法 121 8.2 开孔平板静力分析 124 8.2.1 问题描述 124 8.2.2 设置分析环境 124 8.2.3 定义单元与材料属性 125 8.2.4 建立模型 127 8.2.5 划分网格 129 8.2.6 施加边界条件 130 8.2.7 求解 134 8.2.8 显示变形图 135 8.2.9 显示结果云图 135 8.2.10 查看矢量图 139 8.2.11 查看约束反力 140 8.2.12 查询危险点坐标 140 8.3 平面应力分析 142 8.3.1 问题描述 142 8.3.2 设置分析环境 142 8.3.3 定义几何参数 143 8.3.4 选择单元 144 8.3.5 定义实常数 145 8.3.6 定义材料属性 146 8.3.7 创建实体模型 147 8.3.8 设定网格尺寸并划分网格 149 8.3.9 施加载荷并求解 150 8.3.10 求解 153 8.3.11 查看分析结果 153 8.3.12 命令流 157 8.4 本章小结 158 第9章 模态分析 159 9.1 模态分析的基本假设 159 9.2 模态分析方法 159 9.3 立体桁架结构模态分析 164 9.3.1 问题描述 164 9.3.2 分析 165 9.3.3 设置环境变量 165 9.3.4 设置材料属性 166 9.3.5 创建几何模型 167 9.3.6 划分网格 170 9.3.7 施加约束 171 9.3.8 设置分析类型 171 9.3.9 设置分析选项 172 9.3.10 求解 173 9.3.11 观察固有频率结果 173 9.3.12 读入数据结果 173 9.3.13 观察振型等值线结果。 174 9.3.14 命令流 176 9.4 本章小结 178 第10章 谐响应分析 179 10.1 谐响应分析应用 179 10.2 两自由度系统谐响应分析 184 10.2.1 问题描述 184 10.2.2 设置环境变量 184 10.2.3 设置材料属性 185 10.2.4 建立模型 186 10.2.5 划分网格 187 10.2.6 加载 188 10.2.7 求解 189 10.2.8 后处理 189 10.2.9 命令流 190 10.3 本章小结 191 第11章 瞬态动力学分析 192 11.1 概述 192 11.2 斜拉悬臂梁结构瞬态响应分析 198 11.2.1 问题描述 198 11.2.2 设置环境变量 198 11.2.3 设置材料属性 199 11.2.4 建立模型 200 11.2.5 划分网格 201 11.2.6 施加载荷 202 11.2.7 求解 204 11.2.8 后处理 204 11.3 本章小结 205 第12章 谱分析 206 12.1 ANSYS谱分析概述 206 12.2 三角平台结构地震响应分析 211 12.2.1 问题描述 211 12.2.2 分析 212 12.2.3 设置环境变量 212 12.2.4 设置材料属性 213 12.2.5 建立模型 215 12.2.6 划分网格 216 12.2.7 施加载荷 217 12.2.8 求解 217 12.2.9 观察结果 220 12.3 本章小结 221 第13章 热分析 222 13.1 热分析介绍 222 13.1.1 热分析的类型 222 13.1.2 热分析的基本过程 222 13.2 热―应力耦合分析实例 224 13.2.1 问题描述 224 13.2.2 设置环境变量 225 13.2.3 设置材料属性 226 13.2.4 建模 228 13.2.5 网格划分 228 13.2.6 加载 230 13.2.7 求解 231 13.2.8 后处理 233 13.3 本章小结 234 第14章 电磁场分析 235 14.1 磁场分析 235 14.2 电场分析 237 14.3 屏蔽带状传输线静电场分析 238 14.3.1 问题描述 238 14.3.2 设置环境变量 238 14.3.3 设置材料属性 239 14.3.4 建模 240 14.3.5 划分网格 241 14.3.6 加载 242 14.3.7 求解 244 14.3.8 后处理 244 14.4 本章小结 247 第15章 多物理场耦合分析 248 15.1 概述 248 15.1.1 顺序耦合 248 15.1.2 直接耦合分析 249 15.2 双层金属簧片耦合场分析 249 15.2.1 问题描述 249 15.2.2 设置环境变量 250 15.2.3 设置材料属性 250 15.2.4 建模 252 15.2.5 划分网格 253 15.2.6 加载 253 15.2.7 求解 254 15.2.8 后处理 255 15.3 本章小结 257 第16章 非线性静力分析 258 16.1 概述 258 16.1.1 非线性问题的分类 258 16.1.2 牛顿-拉森方法 260 16.1.3 非线性求解的组织级别 261 16.1.4 非线性瞬态过程的分析 264 16.2 实例分析一 273 16.2.1 问题描述 273 16.2.2 分析 273 16.2.3 设置环境变量 274 16.2.4 设置属性 274 16.2.5 建模 275 16.2.6 划分网格 276 16.2.7 加载 276 16.2.8 求解 278 16.2.9 后处理 279 16.2.10 命令流 282 16.3 实例分析二 283 16.3.1 问题描述 283 16.3.2 环境变量设置 283 16.3.3 设置属性 284 16.3.4 建模 285 16.3.5 网格划分 285 16.3.6 加载 286 16.3.7 求解 288 16.3.8 后处理 288 16.3.9 命令流 291 16.4 本章小结 293 第17章 接触问题 294 17.1 概述 294 17.2 齿轮接触分析 295 17.2.1 问题描述 295 17.2.2 设置环境变量 296 17.2.3 设置属性 297 17.2.4 建立模型 298 17.2.5 对齿面划分网格 296 17.2.6 定义接触对 296 17.2.7 施加位移边界 298 17.2.8 求解 300 17.2.9 后处理 301 17.3 并列放置两个圆柱体的接触问题 303 17.3.1 问题描述 303 17.3.2 分析 303 17.3.3 设置分析环境 304 17.3.4 设置属性 304 17.3.5 建立模型 306 17.3.6 网格划分 308 17.3.7 定义约束 311 17.3.8 加载 312 17.3.9 求解 314 17.3.10 后处理 314 17.4 本章小结 316 第18章 生死单元 317 18.1 概述 317 18.1.1 生死单元的基本概念 317 18.1.2 单元生死技术的使用 318 18.2 焊接过程模拟 320 18.2.1 问题描述 320 18.2.2 定义材料参数 320 18.2.3 建立模型 322 18.2.4 生成钢板的单元 323 18.2.5 加载 324 18.2.6 求解 326 18.2.7 查看图形结果 331 18.3 本章小结 333 第19章 复合材料分析 334 19.1 复合材料的相关概念 334 19.2 建立复合材料模型 335 19.2.1 选择合适的单元类型 335 19.2.2 定义材料的叠层结构 336 19.2.3 定义失效准则 339 19.2.4 应遵循的建模和后处理规则 340 19.3 复合材料分析实例 342 19.3.1 问题描述 342 19.3.2 定义单元类型、实常数及材料特性 343 19.3.3 建立有限元模型 345 19.3.4 划分网格 346 19.3.5 添加约束和载荷 347 19.3.6 求解 348 19.3.7 后处理 349 19.3.8 命令流 351 19.4 本章小结 352 第20章 机械零件分析 353 20.1 扳手的静力分析 353 20.1.1 问题描述 353 20.1.2 设置分析环境 354 20.1.3 定义单元与材料属性 354 20.1.4 建立模型 355 20.1.5 划分网格 357 20.1.6 施加边界条件 358 20.1.7 求解 359 20.1.8 查看求解结果 360 20.1.9 退出系统 361 20.1.10 命令流 361 20.2 材料非线性分析 363 20.2.1 问题描述 363 20.2.2 设置环境变量 364 20.2.3 定义单元类型 365 20.2.4 建立实体模型 366 20.2.5 划分网格 370 20.2.6 加载 371 20.2.7 求解 372 20.2.8 后处理 373 20.3 螺栓连接件仿真分析 375 20.3.1 设置分析环境 376 20.3.2 定义几何参数 376 20.3.3 生成板梁 377 20.3.4 生成柱腹板 381 20.3.5 生成肋板 383 20.3.6 生成螺栓孔 385 20.3.7 生成螺栓 387 20.3.8 黏接 388 20.3.9 设置属性 389 20.3.10 划分网格 390 20.3.11 定义接触 393 20.3.12 加载 395 20.3.13 求解 395 20.3.14 后处理 397 20.4 本章小结 398 第21章 薄膜结构分析 399 21.1 概述 399 21.2 实例详解：悬链面薄膜结构找形分析 400 21.2.1 问题描述 400 21.2.2 设置分析环境 401 21.2.3 建立模型 402 21.2.4 划分网格 405 21.2.5 施加边界条件 406 21.2.6 求解 408 21.2.7 后处理 408 21.3 命令流 409 21.4 本章小结 410 第22章 参数化与优化设计 411 22.1 参数化设计语言 411 22.1.1 参数化设计语言介绍 411 22.1.2 参数化设计语言功能 412 22.1.3 参数化设计语言实例 414 22.1.4 设置环境变量 415 22.1.5 定义单元类型 415 22.1.6 定义材料属性 416 22.1.7 创建模型并划分网格 417 22.1.8 加载 417 22.1.9 求解 418 22.1.10 查看结果 418 22.2 优化设计 420 22.2.1 优化设计介绍 420 22.2.2 优化中的基本概念 421 22.2.3 优化设计步骤 422 22.4 拓扑优化 425 22.4.1 拓扑优化方法 425 22.4.2 拓扑优化步骤 425 22.4.3 拓扑优化实例 426 22.5 本章小结 434