ANSYS Workbench2024有限元分析入门与应用

本书以ANSYS Workbench 2024为基础，集ANSYS软件的使用技巧和实际工程应用于一体，包含前处理、结构分析、流体分析、优化设计和自动化分析5大部分内容，共20章，包括ANSYS Workbench基础、几何建模、网格划分、结构线性静力分析、结构非线性分析、热力学分析、特征值屈曲分析、线性动力学分析、多体系统动力学分析、显式动力学分析、复合材料分析、断裂力学分析、疲劳强度分析、增材制造分析、稳态导电与静磁场分析、耦合场分析、流体动力学分析、优化设计和自动化分析。作为一本系统介绍有限元分析入门与工程应用的书籍，本书涵盖了ANSYS Workbench 2024的新功能及工程应用实例。 本书内容适合机械工程、土木工程、水利水电、医疗器械、化工装备、农牧装备、能源动力、电子通信、工程力学、航空航天等领域从事产品设计、仿真和优化的工程技术人员使用，也可作为工科类专业师生的参考书，还可供相关领域广大CAE爱好者参考。

买买提明·艾尼，新疆大学教授，博士生导师，博士后合作导师，新疆建设兵团特聘专家（石河子大学机械电气工程学院）、广东省农业科学院设施农业研究所特聘专家。1990年留学到日本东京理科大学，1996年3月获日本东京理科大学工学博士学位。曾担任日本学术振兴会JSPS Fellow、西北工业大学兼职教授、东京理科大学客座教授、西安交通大学博士生导师、中科院长春应用化学研究所高级访问学者、日本岩手大学客座教授、日本Global COE Program客座教授等。承担30多项科研项目，其中主持和参与重大和一般项目8项，发表论文160多篇，编著图书6部，获得专利和软著等40余项、省部级奖2项。主要研究领域：现代设计理论与方法，转子-轴承系动力学行为与稳定性，模态识别与振动控制，智能农牧装备与机器人、结构优化方法，损伤与强度评价，计算力学等。

前言 第1章ANSYS Workbench基础1 11ANSYS Workbench概述1 12Workbench 2024平台2 121Workbench 2024界面2 122Workbench 2024应用程序类型9 123Workbench 2024产品分析流程10 13Workbench 2024工作目录、文件及 格式11 131Workbench 2024工作目录11 132Workbench 2024文件管理11 14应用CAE仿真技术需注意的事项13 141CAE仿真技术应用的主要工作 内容13 142CAE仿真人员应注意的事项13 15本章小结13 第2章几何建模14 21SpaceClaim直接建模14 211SpaceClaim用户界面14 212创建与设计15 213组件与工具25 214刻面处理27 215增材制造前处理29 216修复与准备34 217测量与显示37 218网格生成38 219钣金设计39 2110详细设计41 22DesignModeler建模41 221DesignModeler界面介绍41 222平面草图45 223特征体建模48 224概念建模52 225参数化建模53 226高级几何工具54 23BladeModeler建模56 231BladeEditor建模56 232BladeGen建模56 233Meanline sizing tools建模60 24齿轮泵基座的全参数化建模61 25本章小结66 第3章网格划分67 31网格划分平台概述67 311网格划分平台67 312网格类型68 313网格工作流程68 32Meshing网格划分方法69 321自动网格划分69 322四面体网格划分69 323六面体主导网格划分70 324扫掠网格划分70 325多区域网格划分71 326笛卡儿网格划分72 327分层四面体划分73 328微粒法划分74 329自动（PrimeMesh)划分74 3210面体网格划分75 33全局网格控制75 331显示与默认值75 332全局尺寸调整76 333质量78 334膨胀79 335高级控制80 34局部网格控制81 341局部尺寸调整81 342接触尺寸83 343单元加密83 344面网格划分83 345网格复制84 346匹配控制84 347收缩控制85 348膨胀控制85 349垫圈86 3410焊接86 3411连接88 3412特征抑制88 3413四边形层88 3414偏差89 3415修补拓扑89 3416虚拟拓扑89 35网格编辑90 351网格连接90 352节点融合90 353接触匹配91 354节点移动92 355拉动网格93 36网格质量94 361网格质量检查规则94 362网格质量检查显示95 37ICEM CFD网格划分96 371ICEM CFD特色96 372ICEM CFD环境介绍和文件类型97 373ICEM CFD特色功能99 38涡轮机械网格划分99 381TurboGrid 环境介绍100 382TurboGrid功能工具101 39ANSYS Meshing挖掘机机械臂网格 划分103 310TurboGrid径流式涡轮网格划分106 311本章小结109 第4章结构线性静力分析110 41结构静力分析基础110 411结构静力分析的基本假设110 412结构静力分析基础方程111 42结构静力分析前处理111 421结构静力分析界面111 422几何属性112 423载荷与约束115 424坐标系121 425对称边界122 426连接关系123 427分析设置126 428特定工具129 429插件功能区131 4210螺栓工具131 43结构静力分析求解和后处理136 431常用结果136 432特定结果139 433求解工具145 434收敛控制148 435求解方案信息148 436图形处理149 44简单悬臂梁静力分析151 45某型燃气轮机机座静力分析156 46本章小结159 第5章结构非线性分析160 51非线性分析基础160 52非线性自适应区域160 521基于能量准则161 522基于位置准则161 523基于网格准则161 53接触非线性162 531基于对的接触探测162 532基于对的接触设置163 533通用接触170 534接触工具170 54几何非线性172 541网格控制173 542大变形173 55材料非线性173 551塑性材料173 552超弹性材料174 56非线性诊断176 561非线性收敛诊断176 562非线性诊断总结177 57某型U形支架螺栓预紧非线性接触 分析177 58本章小结182 第6章热力学分析183 61传热学基础183 611传热学在工程领域中的应用183 612热能传递的三种基本方式183 613温度场185 62Workbench热分析185 621稳态热分析和瞬态热分析185 622材料属性186 623组件与接触186 624热分析设置187 625热负载与边界188 626热流体189 627求解与后处理190 63发动机托架热应力分析191 64本章小结195 第7章特征值屈曲分析196 71基本理论196 711屈曲196 712屈曲平衡方程197 713线性屈曲与非线性屈曲197 72特征值屈曲分析环境与方法198 721特征值屈曲分析界面198 722特征值屈曲分析方法199 73分析设置与后处理199 731屈曲分析设置199 732结果后处理200 74钢塔杆支撑结构线性屈曲分析200 75本章小结204 第8章线性动力学分析205 81动力学分析基础205 811动力学基本方程205 812基本概念205 82模态分析206 821模态分析理论基础207 822模态分析界面207 823模态分析设置208 824模态分析边界与结果209 825坎贝尔图结果210 83谐响应分析210 831谐响应分析基本理论211 832谐响应分析界面与连接关系211 833谐响应分析设置211 834谐响应分析结果213 84响应谱分析215 841响应谱分析基础215 842响应谱分析界面与分析设置215 843响应谱分析边界与结果216 85随机振动分析216 851随机振动分析基础217 852随机振动分析界面与分析设置217 853随机振动分析边界与结果218 86某机床珐琅振动模态分析218 87某猫头型直线塔随机振动分析221 88本章小结224 第9章多体系统动力学分析225 91多刚体系统动力学分析225 911多刚体系统动力学分析界面225 912几何模型与网格226 913连接关系226 914刚体系统动力学分析设置231 92多柔体系统动力学分析232 921多柔体系统动力学分析基础与 界面232 922多柔体系统动力学分析设置233 923多柔体系统动力学分析初始 条件234 924多柔体系统动力学分析关联235 93某万向节刚体动力学分析236 94本章小结238 第10章显式动力学分析239 101ANSYS显式动力学分析概述239 1011ANSYS显式动力学组成239 1012显式与隐式动力学分析比较239 102Explicit分析240 1021Explicit分析界面240 1022分析设置与初始条件240 103Autodyn分析244 1031Autodyn界面介绍244 1032网格245 1033材料模型245 104LSDYNA分析245 1041LSDYNA分析界面245 1042分析设置与初始条件246 1043LSDYNA特定前处理247 1044关键字k文件250 1045LSDYNA Restart重启设置251 105圆柱体撞击刚性墙面显式动力学 分析252 106本章小结255 第11章复合材料分析256 111ACP概述256 1111复合材料概述256 1112ACP简述257 112ACP前后处理特征260 1121ACP Model260 1122材料数据260 1123单元集与边集262 1124几何功能与坐标262 1125选择规则与选择集263 1126创建铺层组264 1127取样点与截面剪切264 1128实体模型265 1129查找表与探测评估266 11210场景与视图266 11211铺覆显示与铺层表267 11212参数化267 11213失效准则268 11214求解269 113某方管复合材料分析271 114本章小结276 第12章断裂力学分析277 121断裂力学的基本概念和理论277 1211裂纹的分类277 1212断裂力学参数278 1213断裂准则280 122裂纹扩展分析280 1221基于虚拟裂纹闭合技术的界面 单元法280 1222内聚力法281 1223Gurson模型281 1224扩展有限元法281 123断裂裂纹281 1231任意形状裂纹282 1232半椭圆形裂纹283 1233椭圆形裂纹285 1234环形裂纹286 1235角裂纹288 1236边缘裂纹289 1237贯穿裂纹291 1238圆柱形裂纹292 1239预网格裂纹294 124断裂失效295 1241界面分离295 1242接触剥离失效296 1243SMART裂纹扩展297 125断裂力学参数评价298 1251应力强度因子299 1252J积分299 1253能量释放率300 1254材料力300 1255T应力301 1256C*积分301 126某双悬臂梁预裂纹断裂分析301 127本章小结306 第13章疲劳强度分析308 131疲劳基本知识308 1311疲劳基本概念308 1312应力寿命曲线309 1313载荷类型310 1314疲劳寿命的影响因素311 132平均应力修正312 1321应力寿命修正方法312 1322应变寿命修正方法314 1323雨流计数法315 1324疲劳损伤法则316 133疲劳分析设置316 134疲劳分析结果317 1341疲劳结果工具317 1342疲劳结果分析319 135nCode Design Life疲劳分析320 1351nCode Design Life界面320 1352nCode Design Life分析流程324 136Mechanical Design Life疲劳分析327 1361Mechanical nCode Design Life 界面327 1362Mechanical Design Life分析 设置328 1363Mechanical Design Life载荷与 材料329 137某发动机连杆疲劳分析330 138本章小结334 第14章增材制造分析335 141增材制造分析概述335 1411增材制造分析方法335 1412Workbench增材制造336 142激光粉末床熔融分析337 1421激光粉末床熔融导航树分析 设置337 1422激光粉末床熔融分析向导 设置344 1423激光粉末床熔融校正分析 设置345 143定向能量沉积分析347 1431定向能量沉积导航树分析 设置347 1432定向能量沉积分析向导设置354 144烧结分析355 1441烧结导航树分析设置356 1442烧结分析向导设置358 145失真补偿分析360 1451失真迭代补偿361 1452失真单次补偿362 146金属花瓶增材制造粉末床熔融 分析364 147本章小结369 第15章稳态导电与静磁场分析370 151稳态导电分析370 1511稳态导电分析概述370 1512稳态导电分析负载370 1513稳态导电分析结果370 152静磁场分析371 1521静磁场分析概述371 1522静磁场分析负载371 1523静磁场分析结果372 153铜线圈包裹钢芯电磁分析373 154本章小结376 第16章耦合场分析377 161耦合场分析概述377 1611耦合场分析介绍377 1612耦合场分析类型377 162结构耦合场分析378 1621耦合场静态分析378 1622耦合场模态分析380 1623耦合场谐响应分析381 1624耦合场瞬态分析381 163齿轮齿条热结构耦合场瞬态分析382 164本章小结389 第17章流体动力学分析Ⅰ （ANSYS Fluent）390 171计算流体力学概述390 1711计算流体力学简介390 1712计算流体力学湍流模型390 172Fluent概述392 1721Fluent简介392 1722Fluent中的物理模型393 1723Fluent 网格393 173ANSYS Fluent环境界面393 1731启动ANSYS Fluent的方法393 1732ANSYS Fluent环境操作界面 介绍395 174Fluent问题设置398 1741边界区域398 1742材料属性399 1743边界条件399 1744动网格401 1745用户定义函数403 175求解设置405 1751压力基405 1752密度基406 176Fluent后处理407 1761统一CFDPost407 1762运用 Tecplot后处理408 177Fluent Meshing409 1771Fluent Meshing环境操作界面 介绍410 1772Fluent Meshing划分步骤及 诊断411 178非恒定流体绕圆柱流体分析412 179本章小结421 第18章流体动力学分析Ⅱ （ANSYS CFX）422 181CFX概述422 1811ANSYS CFX简介422 1812CFX与Fluent的区别422 1813CFX网格423 182CFX前处理423 1821打开CFX的方法423 1822CFXPre窗口介绍424 1823域设定427 1824子域428 1825边界条件428 1826初始边界条件设置431 1827物质设置431 1828反应设置431 1829附加变量设置432 18210表达式设置432 18211用户函数设置432 18212用户子程序433 18213求解器控制433 18214输出文件和监控434 183CFXSolver求解设置434 1831定义模拟计算435 1832求解工作界面435 184CFXPost 后处理437 1841CFX后处理工作界面437 1842创建云图439 1843创建流线439 1844创建数据与报告工具440 1845表达式语言440 1846CFX命令语言440 185某型拉伐尔喷管流体力学分析441 186本章小结449 第19章优化设计450 191设计探索优化450 1911设计探索优化介绍450 1912探索试验设计453 1913响应面454 1914目标驱动优化456 1915相关参数459 1916三维模型降阶460 192结构优化461 1921结构优化介绍461 1922结构优化工具462 1923结构优化设置463 1924设计结果与验证分析464 193某桁架支座多目标优化465 194某悬臂结构拓扑优化475 195本章小结480 第20章自动化分析481 201PyANSYS自动化概述481 2011分析自动化介绍481 2012ANSYS Python管理器481 202PyANSYS自动化分析483 2021Mechanical Scripting分析483 2022PyFluent分析485 203三角平台上圆筒受力自动化分析487 204本章小结491 参考文献492