ANSYS辅助分析应用基础教程(第3版高等学校计算机科学与技术教材)

\\\"本书包括ANSYS软件基础与高级仿真应用两部分：第1章～第8章为基础部分，详细说明ANSYS基本操作、实体模型的建立、材料模型的选取、网格的划分、结构分析的内容和方法等；第9章～第11章为高级应用部分，将作者团队的科研成果与软件使用紧密结合，提炼出适合的算例来介绍科学研究与工程应用中所涉及的高级仿真技术，包括子模型与子结构方法、热机耦合仿真、联合仿真及优化。书中每一章分为操作讲解、实例分析和检测练习三部分，从ANSYS软件最基本的使用开始，图文并茂，简单明了，配合了足够数量的、适当的实例和练习供读者学习和借鉴，且提供了全部用户界面操作和命令流文件。 本书作为教材适用于初学者，可为第一次接触ANSYS软件，希望了解、学习和使用ANSYS的读者提供良好的帮助，达到快速入门、掌握基础、具备独立深入能力的目的。此外，本书在基本操作基础上，丰富了实际应用中涉及的热点、高频使用仿真技术案例，有助于高年级本科生在毕业设计、课程设计等过程中快速掌握高级分析方法与软件操作，提升设计水平。\\\"

目 录 第1章 概述 1 1.1 有限元方法与ANSYS软件的发展历史 1 1.1.1 有限元法的诞生 1 1.1.2 由理论到程序的转变 2 1.1.3 国内有限元法的发展之路 5 1.2 有限元法的基本概念 6 1.2.1 平面杆单元有限元分析 6 1.2.2 平面三角形单元有限元分析 18 1.2.3 平面四边形等参单元有限元分析 29 1.3 ANSYS软件组成模块与功能 40 1.4 ANSYS求解一般步骤 42 练习题 44 第2章 ANSYS基本操作 45 2.1 启动与窗口功能 45 2.1.1 启动方式 45 2.1.2 窗口功能 47 2.1.3 APDL命令输入方法 48 2.1.4 文件系统 49 2.2 坐标系 50 2.2.1 总体坐标系 50 2.2.2 局部坐标系 50 2.2.3 显示坐标系 51 2.2.4 节点坐标系 51 2.2.5 单元坐标系 52 2.2.6 结果坐标系 52 2.3 工作平面的使用 53 2.3.1 定义工作平面 53 2.3.2 控制工作平面 53 2.3.3 还原已定义的工作平面 53 2.4 图形窗口显示控制 54 2.4.1 图形的平移、缩放和旋转 54 2.4.2 Plot菜单控制 55 2.4.3 PlotCtrls菜单控制 55 2.4.4 选取菜单与显示控制 57 2.5 主菜单简介 59 2.5.1 前处理菜单 60 2.5.2 求解菜单 60 2.5.3 后处理菜单 60 2.6 上机指导 61 上机目的 61 上机内容 61 2.6.1 实例2.1 如何开始第一步 61 2.6.2 实例2.2 工作平面的一般操作 66 2.6.3 实例2.3 图形窗口显示控制 70 2.7 检测练习 71 练习题 72 第3章 ANSYS实体建模 73 3.1 实体模型简介 73 3.1.1 实体建模的方法 73 3.1.2 群组命令介绍 73 3.2 基本图元对象的建立 74 3.2.1 点的定义 74 3.2.2 线的定义 77 3.2.3 面的定义 81 3.2.4 体定义 85 3.3 用体素创建ANSYS对象 90 3.3.1 体素的概念 90 3.3.2 布尔操作 90 3.4 图元对象的其他操作 94 3.4.1 移动和旋转 94 3.4.2 复制 95 3.4.3 镜像 95 3.4.4 删除 96 3.5 实体模型的输入 96 3.6 上机指导 96 上机目的 96 上机内容 96 3.6.1 实例3.1 轴承座的分析（几何建模） 97 3.6.2 实例3.2 轮的分析（几何建模） 104 3.6.3 实例3.3 工字截面梁 108 3.6.4 实例3.4 六角圆头螺杆 112 3.6.5 实例3.5 零件一 114 3.6.6 实例3.6 零件二 120 3.7 检测练习 123 练习题 128 第4章 ANSYS网格划分 129 4.1 区分实体模型和有限元模型 129 4.2 网格化的一般步骤 129 4.3 单元属性定义 130 4.3.1 单元形状的选择 130 4.3.2 单元实常数的定义 131 4.3.3 单元截面的定义 131 4.3.4 单元材料的定义 133 4.3.5 单元属性的分配 133 4.4 网格划分 134 4.4.1 网格划分工具 134 4.4.2 自由网格划分 136 4.4.3 映射网格划分 137 4.4.4 扫掠生成网格 138 4.5 网格的局部细化 141 4.5.1 局部细化一般过程 141 4.5.2 高级参数的控制 143 4.5.3 属性和载荷的转换 144 4.5.4 局部细化的其他问题 144 4.6 网格的直接生成 145 4.6.1 关于节点的操作 145 4.6.2 关于单元的操作 147 4.7 网格的清除 148 4.8 网格划分的其他方法 149 4.9 上机指导 150 上机目的 150 上机内容 150 4.9.1 实例4.1 轴承座的分析（网格划分） 151 4.9.2 实例4.2 轮的分析（网格划分） 152 4.9.3 实例4.3 弹簧－质量系统 154 4.9.4 实例4.4 零件二的网格划分 159 4.9.5 实例4.5 自由网格与映射网格划分练习 160 4.10 检测练习 163 练习题 165 第5章 ANSYS静载荷施加与求解 166 5.1 载荷的定义 166 5.2 有限元模型的加载 166 5.2.1 节点自由度的约束 167 5.2.2 节点载荷的施加 168 5.2.3 单元载荷的施加 169 5.3 实体模型的加载 169 5.3.1 关键点上载荷的施加 169 5.3.2 线段上载荷的施加 170 5.3.3 面上载荷的施加 171 5.4 求解 172 5.5 上机指导 173 上机目的 173 上机内容 173 5.5.1 实例5.1 薄板圆孔受力分析 173 5.5.2 实例5.2 轴承座的分析（加载与求解） 177 5.5.3 实例5.3 轮的分析（加载与求解） 178 5.5.4 实例5.4 阶梯轴的受力分析 181 5.6 检测练习 186 练习题 188 第6章 ANSYS结构动力学分析 189 6.1 动力学有限元分析基础 189 6.1.1 动力学问题构造 189 6.1.2 瞬态分析中的时间积分 190 6.1.3 系统的固有频率计算 193 6.2 模态分析 194 6.3 谐响应分析 197 6.4 瞬态动力学分析 201 6.5 谱分析 206 6.6 上机指导 210 上机目的 210 上机内容 210 6.6.1 实例6.1 飞机机翼模态分析 211 6.6.2 实例6.2 电机平台的模态分析与谐响应分析 218 6.6.3 实例6.3 板—梁结构的瞬态分析 226 6.6.4 实例6.4 板—梁结构的单点谱分析 234 6.7 检测练习 239 练习题 242 第7章 ANSYS后处理 243 7.1 应力/应变描述与后处理 243 7.2 通用后处理器 248 7.2.1 变形图的绘制 248 7.2.2 等值线图的绘制 249 7.2.3 列表显示和查询结果 254 7.2.4 路径的定义和使用 255 7.2.5 动画显示 257 7.3 时间历程后处理器 257 7.3.1 定义变量 258 7.3.2 绘制变量曲线图 259 7.3.3 变量的数学运算 259 7.4 上机指导 262 上机目的 262 上机内容 262 7.4.1 实例7.1 轴承座的分析（计算结果） 262 7.4.2 实例7.2 机翼模态的计算结果分析 264 7.4.3 实例7.3 电机平台的计算结果分析 265 7.5 检测练习 268 练习题 269 第8章 典型实例与练习 270 8.1 车轮的分析 270 8.1.1 有限元模型 270 8.1.2 约束、载荷与求解 276 8.1.3 后处理查看结果 277 8.2 连杆的分析 278 8.2.1 有限元模型 279 8.2.2 约束、加载与求解 282 8.2.3 查看结果 282 8.3 广告牌承受风载荷的模拟 284 8.3.1 有限元模型的建立 284 8.3.2 简化为静载的分析 285 8.3.3 考虑动载荷的分析 291 8.4 动载荷频率对结构承载的影响 295 8.4.1 求解过程 295 8.4.2 干扰力频率、固有频率与系统阻尼之间关系的分析 296 第9章 ANSYS在焊接结构分析中的应用 298 9.1 ANSYS热分析使用的符号、单位、单元及仿真流程 298 9.2 间接法热应力分析 299 9.3 焊接温度场分析的基本理论 302 9.4 焊接应力与变形分析理论 304 9.5 焊接过程分析的几种有限元方法 305 9.6 平板堆焊温度场及应力场算例 306 第10章 子模型与子结构方法 323 10.1 ANSYS子模型方法 323 10.1.1 子模型简介 323 10.1.2 子模型分析步骤 324 10.1.3 带孔方板算例 324 10.2 壳-实体单元的子模型应用 331 10.2.1 基于虚拟节点的子模型边界传递 332 10.2.2 基于径向基函数的边界插值 335 10.2.3 算例分析与讨论 336 10.3 ANSYS子结构方法 340 10.3.1 子结构方法的基本原理 340 10.3.2 子结构方法的基本过程 341 10.3.3 子结构方法算例 343 10.3.4 组件模态综合法及算例 352 第11章 ANSYS-MATLAB联合仿真及优化初步 357 11.1 联合仿真软件简介 357 11.2 结构优化设计简介 357 11.2.1 结构优化设计思想 357 11.2.2 结构优化设计的数学模型 358 11.2.3 优化问题解法 358 11.3 五杆桁架联合仿真及初步优化 359 11.3.1 问题描述 360 11.3.2 ANSYS有限元建模 360 11.3.3 MATLAB联合仿真及优化方法 364 11.3.4 优化结果 367 11.3.5 命令流 368 11.4 车体侧墙型材联合仿真及多目标优化 371 11.4.1 问题描述 372 11.4.2 ANSYS有限元建模 372 11.4.3 MATLAB联合仿真及优化方法 378 11.4.4 优化结果 380 11.4.5 命令流 382