ANSYSWorkbench2020工程实例解析

随着信息技术在各个领域的迅速渗透，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）技术已经得到了广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新兴技术、促进经济增长具有十分重要的意义。
现代工程科学技术的发展要求人才应具备完整的知识结构，即在工程实践、理论修养和计算能力三方面有严格的高水平训练，三者缺一不可，否则在今后的竞争中就会十分被动。计算能力的提高有多种途径，应用大型商业通用程序就是其中之一。Workbench功能强大，简便易学，是的通用程序。目前我国各高等院校为研究生教学的需要相继开设了这方面的课程内容。作者根据多年的教学和工程实践经验编写了本书，并充分考虑了学生的教学需求。
Workbench是目前国内外使用广泛的计算机辅助分析软件之一，经过40多年的发展，其强大的求解功能和良好的用户界面深受广大用户的欢迎。Workbench软件是一个集结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元分析软件，该软件可以很好地实现前、后处理，模型分析求解及多场耦合分析，数据库统一等功能。同时，它还是世界上个通过ISO 9001质量认证的分析设计类软件。Workbench软件广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、材料成型、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域。Workbench不但为当前的商业应用提供了新技术，而且在模拟复杂的工程产品和高性能计算(high performance computing,HPC)等方面取得了显著的进步。并且Workbench是目前应用广泛的商业CAE分析软件之一，分析类型全面，结果可靠，软件分析流程与有限元思想相吻合，学生在学习软件操作的过程中可以结合理论，进一步加深对理论的理解。
本书作为机械工程专业本科生的专业课教材，具有如下特色: 
(1) 作为机械工程专业本科生的专业课教材，突出专业性，重点讲解机械工程专业相关的有限元高级理论、技术、工具和应用。内容选择尽量集中凝练，突出关键内容，以期以点带面，除了通过课程学习使学生掌握核心的、必需的高级专业知识外，还能对以后知识的学习起到辐射作用。
(2) 突出实用性和实践性，注重理论与实践的结合，将功能强大的专业工具与工程应用结合在一起，使用户除了掌握高级理论知识之外，还具有解决工程问题的方法、手段和能力。
(3) 突出综合性，从工程应用的实际出发，从多个角度和层面分析工程问题，并注意内容组织的系统性。
(4) 突出先进性，体现专业领域的发展。
(5) 突出编写方式的渐进性，强调通俗易懂，由浅入深，并力求全面、系统和重点突出。
本书从有限元理论、软件操作、工程设计经验和分析技巧4个方面，全方位详细介绍Workbench的使用和解决工程实际问题的方法以及分析流程。本书基于Workbench 2020和HyperMesh软件,重点介绍了使用HyperMesh前处理和Workbench软件的对接，从实际出发，结合作者在教学和工程方面的使用经验，详细介绍了利用HyperMesh软件建立模型、划分网格、添加载荷和约束，以及导入Workbench进行后处理，查看结果的全过程。然后在此基础上采用图形用户界面（GUI）方式(菜单模式)对实例分析的操作过程和步骤进行细致讲解。本书共11章，主要介绍有限元基本理论，Workbench 2020简介，Meshing网格划分，后处理，结构静力学分析、模态分析案例详解，谐响应分析，动力学分析、疲劳分析、冲击分析案例详解，流体动力学分析等。本书在理论讲解的基础上结合工程实例，覆盖了大部分工程问题，也详细讲解了一些热门问题，可以帮助读者在短时间内掌握简单工程计算问题的分析流程和技巧，同时能使其学习实际工程问题的分析思路，并能解决相关领域的问题。
本书由西安工业大学田建辉教授主编，负责内容规划和通稿。编写分工为： 第1~3章由王文娟编写; 第4~5章和第7~11章由田建辉编写; 第6章由樊亚军编写。在本书的编写过程中，樊亚军对书中的内容进行了校对和审查，西安工业大学的张鸿睿、景国权、鲁星星等研究生参与了编写、校核等工作，在此一并表示感谢。
由于作者水平和经验有限，疏漏、不当之处在所难免，恳请读者提出宝贵意见，我们会在适当时机进行修订和补充，在此深表谢意。
本书配套模型以二维码的形式在书中呈现，需要先扫描书后的防盗码刮刮卡获取权限，再扫下方的二维码选择“推送到我的邮箱”即可获取。
作者
2021年5月

配套模型

本书介绍了Workbench 2020在有限元分析中的应用。全书主要以Workbench 2020软件的各功能模块为主线，详细介绍软件的功能和应用。后结合Workbench软件进行工程实例演练。全书主要内容包括：有限元基本理论，Workbench 2020 简介，Meshing网格划分，后处理，结构静力学分析，动力学分析，疲劳分析，流体分析等。 本书可作为工程力学专业和机械工程专业本科生的专业课教材，也可作为机械设计制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程等专业本科生高年级及研究生教材，也可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校的机电一体化、数控技术及应用、机械制造及自动化等专业的教材，还可作为相关工程技术人员的参考资料或培训教材。

本书介绍了Workbench 2020在有限元分析中的应用。全书主要以Workbench 2020软件的各功能模块为主线，详细介绍软件的功能和应用。后结合Workbench软件进行工程实例演练。全书主要内容包括：有限元基本理论，Workbench 2020 简介，Meshing网格划分，后处理，结构静力学分析，动力学分析，疲劳分析，流体分析等。 本书可作为工程力学专业和机械工程专业本科生的专业课教材，也可作为机械设计制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程等专业本科生高年级及研究生教材，也可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校的机电一体化、数控技术及应用、机械制造及自动化等专业的教材，还可作为相关工程技术人员的参考资料或培训教材。

田建辉，西安工业大学，副教授，博士后，硕士生导师。“CAE工程应用分析室”团队带头人，主持国家自然科学基金项目1项，主持省部级项目2项，主持横向课题多项。完成国家自然科学基金项目多项，国家杰出青年基金1项，国防基础研究项目1项，参与省部级科研项目1项，发表论文30余篇，被EI、ISTP收录20篇次，SCI收录9篇，获得陕西省优秀论文三等奖一项，西安工业大学青年英才称号，西安工业大学优秀研究生指导教师称号，获批及申请发明专利3项，编著教材4部。担任*学位中心评议专家、广东省科技业务管理阳光政务平台评审专家、西安工业大学学报审稿专家，目前为中国力学学会、中国航空学会、中国海归协会会员，多次参加行业协会，参加第七届百名专家淄川行项目对接会，参加”百校千企”产学研创新工程西安行对接会，参加国内分析计算类学术会议并主持分会报告。

1有限元基本理论

1.1有限元法发展综述

1.1.1有限元法的孕育过程及诞生和发展

1.1.2有限元法的基本思想

1.1.3有限元的应用及发展趋势

1.2有限元分析基本理论

1.2.1有限元分析的基本概念和计算步骤

1.2.2基于小势能原理的有限元法

1.2.3杆系结构的非线性分析理论

1.2.4稳定计算理论

1.3本章小结

习题

2Workbench 2020 简介

2.1Workbench 2020 平台及模块

2.1.1Workbench 平台界面

2.1.2菜单栏

2.1.3工具栏

2.1.4工具箱

2.2DesignModeler 2020几何建模

2.2.1DesignModeler几何建模平台

2.2.2菜单栏

2.2.3工具栏

2.2.4常用命令栏

2.2.5Tree Outline(模型树)

2.2.6几何建模实例——连接板

2.3本章小结

习题

3Meshing网格划分

3.1Meshing网格划分概述

3.1.1网格适用领域

3.1.2网格划分方法

3.1.3网格默认设置

3.1.4网格尺寸设置

3.1.5Meshing网格膨胀层设置

3.1.6网格Patch Conforming选项

3.1.7网格高级选项

3.1.8网格损伤设置

3.1.9网格评估系统

3.2HyperMesh网格划分与Workbench平台的对接

3.2.1HyperMesh网格划分简介

3.2.2HyperMesh网格的导出

3.2.3网格的导入

3.3本章小结

习题

4后处理

4.1案例分析

4.1.1问题描述

4.1.2启动Workbench并建立分析项目

4.1.3导入几何体

4.1.4添加材料库

4.1.5添加模型材料属性

4.1.6划分网格

4.1.7施加载荷与约束

4.1.8结果后处理

4.1.9保存与退出

4.2Workbench Mechanical 2020后处理

4.2.1查看结果

4.2.2变形显示

4.2.3应力和应变

4.2.4接触结果

4.3本章小结

习题

5结构静力学分析案例详解

5.1静力学分析简介

5.2弹性车轮静力学疲劳分析

5.2.1问题描述

5.2.2模型网格划分

5.2.3网格模型的导入

5.2.4添加材料库

5.2.5添加模型材料属性

5.2.6施加约束与载荷

5.2.7结果后处理

5.2.8保存与退出

5.3某型号风源装置静力学分析

5.3.1问题描述

5.3.2模型网格划分

5.3.3网格模型的导入

5.3.4添加材料库

5.3.5添加模型材料属性

5.3.6施加约束与载荷

5.3.7结果后处理

5.3.8保存与退出

5.4本章小结

习题

6模态分析案例详解

6.1模态分析简介

6.2弹性车轮模态分析

6.2.1问题描述

6.2.2模型网格划分

6.2.3网格模型的导入

6.2.4添加材料库

6.2.5模态分析设置

6.2.6施加约束

6.2.7结果后处理

6.2.8保存与退出

6.3某型号风源装置模态分析

6.3.1问题描述

6.3.2模型网格划分

6.3.3网格模型的导入

6.3.4添加材料库

6.3.5模态分析设置

6.3.6施加约束

6.3.7结果后处理

6.3.8保存与退出

6.4本章小结

习题

7谐响应分析

7.1谐响应分析简介

7.2弹性车轮谐响应分析

7.2.1问题描述

7.2.2模型网格划分

7.2.3创建模态分析

7.2.4添加材料库

7.2.5添加模型材料属性

7.2.6施加约束与载荷

7.2.7模态设置

7.2.8结果后处理

7.3树叶模型谐响应分析

7.3.1问题描述

7.3.2模型网格划分

7.3.3创建模态分析

7.3.4创建谐响应分析

7.3.5施加约束与载荷

7.3.6结果后处理

7.3.7保存与退出

7.4本章小结

习题

8动力学分析案例详解

8.1弹性车轮动力学分析

8.1.1问题描述

8.1.2模型网格划分

8.1.3网格模型的导入

8.1.4添加材料库

8.1.5添加模型材料属性

8.1.6施加约束与载荷

8.1.7结果后处理

8.1.8保存与退出

8.2本章小结

习题

9疲劳分析案例详解

9.1疲劳分析简介

9.1.1疲劳概述

9.1.2载荷与疲劳失效的关系

9.1.3疲劳分析方法

9.2某型号风源装置静力学疲劳分析

9.2.1问题描述

9.2.2模型网格划分

9.2.3网格模型的导入

9.2.4添加材料库

9.2.5添加模型材料属性

9.2.6添加质量点(非必需步骤)

9.2.7施加约束与载荷

9.2.8结果后处理

9.2.9添加疲劳分析选项

9.2.10保存与退出

9.3某型号风源装置动力学疲劳分析

9.3.1问题描述

9.3.2模型网格划分

9.3.3网格模型的导入

9.3.4添加及设置材料属性

9.3.5分析属性设置

9.3.6施加加速度

9.3.7结果后处理

9.3.8添加疲劳分析选项

9.3.9保存与退出

9.4本章小结

习题

10冲击分析案例详解

10.1冲击分析简介

10.2某型号风源装置的冲击分析

10.2.1问题描述

10.2.2模型网格划分

10.2.3网格模型的导入

10.2.4添加材料库

10.2.5冲击分析设置

10.2.6施加载荷与约束

10.2.7结果后处理

10.2.8保存与退出

10.3本章小结

习题

11流体动力学分析

11.1流体动力学分析简介

11.1.1流体动力学应用简介

11.1.2基本控制方程

11.2伺服阀动密封流体动力学分析

11.2.1问题描述

11.2.2启动Workbench并建立分析项目

11.2.3创建几何体模型

11.2.4网格划分

11.2.5流体动力学前处理

11.2.6结果后处理

11.3本章小结

习题

参考文献

本书介绍了Workbench 2020在有限元分析中的应用。全书主要以Workbench 2020软件的各功能模块为主线，详细介绍软件的功能和应用。后结合Workbench软件进行工程实例演练。全书主要内容包括：有限元基本理论，Workbench 2020 简介，Meshing网格划分，后处理，结构静力学分析，动力学分析，疲劳分析，流体分析等。 本书可作为工程力学专业和机械工程专业本科生的专业课教材，也可作为机械设计制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程等专业本科生高年级及研究生教材，也可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校的机电一体化、数控技术及应用、机械制造及自动化等专业的教材，还可作为相关工程技术人员的参考资料或培训教材。

田建辉，西安工业大学，副教授，博士后，硕士生导师。“CAE工程应用分析室”团队带头人，主持国家自然科学基金项目1项，主持省部级项目2项，主持横向课题多项。完成国家自然科学基金项目多项，国家杰出青年基金1项，国防基础研究项目1项，参与省部级科研项目1项，发表论文30余篇，被EI、ISTP收录20篇次，SCI收录9篇，获得陕西省优秀论文三等奖一项，西安工业大学青年英才称号，西安工业大学优秀研究生指导教师称号，获批及申请发明专利3项，编著教材4部。担任*学位中心评议专家、广东省科技业务管理阳光政务平台评审专家、西安工业大学学报审稿专家，目前为中国力学学会、中国航空学会、中国海归协会会员，多次参加行业协会，参加第七届百名专家淄川行项目对接会，参加”百校千企”产学研创新工程西安行对接会，参加国内分析计算类学术会议并主持分会报告。