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ANSYS2020有限元分析从入门到精通

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作者编者_胡仁喜//解江坤|责编_曲彩云

出版社机械工业出版社

ISBN9787111699033

出版时间2022-03

装帧平装

开本16开

定价139元

货号31410094

上书时间2024-05-28

书香美美

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目录
目  录
前言
第1章  ANSYS概述 . 1
1.1  CAE软件简介 . 2
1.2 有限元法简介  4
1.2.1 有限元法的基本思想 . 4
1.2.2 有限元法的特点 . 4
1.2.3 有限元模型 . 6
1.2.4 自由度 . 6
1.2.5 节点和单元 . 7
1.3  ANSYS简介  7
1.3.1  ANSYS的功能 . 8
1.3.2  ANSYS的发展 . 9
1.3.3 ANSYS 2020的启动 . 9
1.3.4  ANSYS 2020运行环境配置  9
1.4  程序结构  11
1.4.1 处理器 . 11
1.4.2 文件格式 . 12
1.4.3 输入方式 . 12
1.4.4 输出文件类型 . 12
1.5  ANSYS分析求解过程  13
1.5.1 前处理 . 14
1.5.2 加载并求解 . 14
1.5.3 后处理 . 14
1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟  15
第2章  几何建模 . 17
2.1 几何建模概述  18
2.1.1 自底向上创建几何模型 . 18
2.1.2 自顶向下创建几何模型 . 18
2.1.3 布尔运算操作 . 19
2.1.4 拖拉和旋转 . 20
2.1.5 移动和复制 . 20
2.1.6 修改模型（清除和删除） . 20
2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS. 21
2.2 自顶向下创建几何模型（体素）  21
2.2.1 创建面体素 . 21
2.2.2 创建实体体素 . 22
2.3 自底向上创建几何模型  24
2.3.1 关键点 . 24
2.3.2 硬点 . 26
2.3.3 线 . 27
2.3.4 面 . 30
2.3.5 体 . 31
2.4 工作平面的使用  33
2.4.1 定义一个新的工作平面 . 33
2.4.2 控制工作平面的显示和样式 . 34
2.4.3 移动工作平面 . 34
2.4.4 旋转工作平面 . 34
2.4.5 还原一个已定义的工作平面 . 35
2.4.6 工作平面的高级用途 . 35
2.5 坐标系简介  37
2.5.1 总体坐标系和局部坐标系 . 37
2.5.2 显示坐标系 . 40
2.5.3 节点坐标系 . 40
2.5.4 单元坐标系 . 41
2.5.5 结果坐标系 . 42
2.6 使用布尔运算来修正几何模型  42
2.6.1 布尔运算的设置 . 42
2.6.2 布尔运算后的图元编号 . 43
2.6.3 交运算 . 43
2.6.4 两两相交 . 44
2.6.5 相加 . 45
2.6.6 相减 . 45
2.6.7 利用工作平面做减运算 . 47
2.6.8 搭接 . 47
2.6.9 分割 . 48
2.6.10 粘接（或合并） . 48
2.7 移动、复制和缩放几何模型  48
2.7.1 按照样本生成图元 . 49
2.7.2 由对称映像生成图元 . 49
2.7.3 将样本图元转换坐标系 . 50
2.7.4 实体模型图元的缩放 . 50
2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模  51
2.8.1 自底向上创建药柱模型 . 51
2.8.2 布尔运算创建药柱模型 . 59
2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型  62
第3章  建模实例 . 65
3.1 实例导航——几何模型的输入  66
3.1.1 输入IGES单一实体 . 66
3.1.2 输入SAT 单一实体 . 68
3.1.3 输入Parasolid 单一实体  71
3.2 实例导航——修改输入模型  73
3.2.1 自顶向下建模实例 . 77
3.2.2 自底向上建模实例 . 88
第4章  网格划分 . 102
4.1 有限元网格概述  103
4.2 设定单元属性  103
4.2.1 生成单元属性表 . 104
4.2.2 在划分网格之前分配单元属性 . 104
4.3 网格划分的控制  105
4.3.1  ANSYS网格划分工具（MeshTool） . 106
4.3.2 单元形状 . 106
4.3.3 选择自由或映射网格划分 . 107
4.3.4 控制单元边中节点的位置 . 107
4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）  108
4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 . 108
4.3.7 局部网格划分控制 . 110
4.3.8 内部网格划分控制 . 111
4.3.9 生成过渡棱锥单元 . 112
4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式  113
4.3.11 执行层网格划分 . 114
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制  114
4.4.1 自由网格划分 . 114
4.4.2 映射网格划分 . 116
4.5 给实体模型划分有限元网格  121
4.5.1 用命令生成网格 . 121
4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 . 122
4.5.3 在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元  124
4.6 延伸和扫掠生成有限元模型  125
4.6.1 延伸生成网格 . 125
4.6.2 扫掠生成网格 . 127
4.7 修正有限元模型  130
4.7.1 局部细化网格 . 130
4.7.2 移动和复制节点和单元 . 133
4.7.3 控制面、线和单元的法向 . 134
4.7.4 修改单元属性 . 136
4.8 直接通过节点和单元生成有限元模型  136
4.8.1 节点 . 136
4.8.2 单元 . 138
4.9 编号控制  141
4.9.1 合并重复项 . 141
4.9.2 编号压缩 . 142
4.9.3 设定起始编号 . 143
4.9.4 编号偏差 . 144
4.10 实例导航——导弹发动机药柱模型网格划分 . 144
4.10.1 智能分网 . 146
4.10.2 扫掠分网 . 147
4.10.3 采用延伸分网 . 153
第5章  施加载荷 . 158
5.1 载荷概述  159
5.1.1 什么是载荷 . 159
5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 . 160
5.1.3 时间参数 . 161
5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 . 162
5.2 施加载荷  162
5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 . 163
5.2.2 施加载荷 . 163
5.2.3 利用表格施加载荷 . 170
5.2.4 轴对称载荷与反作用力 . 172
5.2.5 利用函数施加载荷和边界条件 . 173
5.3 设定载荷步选项  175
5.3.1 通用选项 . 175
5.3.2 非线性选项 . 179
5.3.3 动态选项 . 179
5.3.4 输出控制 . 180
5.3.5  Biot-Savart选项  181
5.3.6 谱分析选项 . 182
5.3.7 创建多载荷步文件 . 182
5.4 实例导航——导弹发动机药柱模型载荷施加. 183
5.4.1 单载荷步的施加 . 184
5.4.2 多载荷步的施加 . 187
5.4.3 表格及函数载荷的施加 . 190
第6章  求解 . 192
6.1 求解概述  193
6.1.1 使用直接求解法 . 194
6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器 . 194
6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器 . 194
6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器 195
6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器 . 195
6.1.6 使用自动迭代法选项 . 196
6.1.7 获得解答 . 196
6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型  197
6.2.1 使用菜单选项 . 197
6.2.2 使用对话框 . 198
6.3 多载荷步求解  199
6.3.1 多重求解法 . 199
6.3.2 使用载荷步文件法 . 200
6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） . 201
6.4 重新启动分析  202
6.4.1重新启动一个分析  203
6.4.2 多载荷步文件的重启动分析 . 206
6.5 实例导航——导弹发动机药柱模型求解  208
6.5.1 单载荷步求解 . 209
6.5.2 多载荷步求解 . 209
第7章  后处理 . 210
7.1 后处理概述  211
7.1.1 什么是后处理 . 211
7.1.2 结果文件 . 212
7.1.3 后处理可用的数据类型 . 212
7.2 通用后处理器（POST1） . 213
7.2.1 将数据结果读入数据库 . 213
7.2.2 列表显示结果 . 220
7.2.3 图像显示结果 . 227
7.2.4 映射结果到某一路径上 . 234
7.2.5表面操作  239
7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示 . 242
7.3 时间历程后处理器（POST26） . 244
7.3.1 定义和储存POST26变量  244
7.3.2 检查变量 . 246
7.3.3 POST26后处理器的其他功能  249
7.4 实例导航——导弹发动机药柱模型结果后处理. 250
7.4.1 通用后处理器 . 250
7.4.2 时间历程后处理器 . 259
第8章  静力分析 . 263
8.1 静力分析概述  264
8.1.1 结构静力分析简介 . 264
8.1.2 静力分析的类型 . 265
8.1.3 静力分析的基本步骤 . 265
8.2 实例导航——悬臂梁的横向剪切应力分析  266
8.2.1 问题描述 . 266
8.2.2  GUI模式 . 266
8.2.3 命令流方式 . 279
8.3 实例导航——内六角扳手的静态分析  279
8.3.1 问题的描述 . 279
8.3.2 建立模型 . 280
8.3.3 定义边界条件并求解 . 289
8.3.4 后处理 . 294
8.3.5 命令流方式 . 300
8.4 实例导航——钢桁架桥的静力分析  300
8.4.1 问题描述 . 300
8.4.2 GUI模式  301
8.4.3 命令流实现 . 317
8.5 实例导航——联轴体的静力分析  317
8.5.1 问题描述 . 317
8.5.2 建立模型 . 317
8.5.3 定义边界条件并求解 . 323
8.5.4 后处理 . 327
8.4.5 命令流方式 . 332
第9章  模态分析 . 333
9.1 模态分析概述  334
9.2 模态分析的基本步骤  334
9.2.1 建立模型 . 334
9.2.2 加载及求解 . 335
9.2.3 扩展模态 . 338
9.2.4后处理  340
9.3 实例导航——钢桁架桥模态分析  340
9.3.1 问题描述 . 340
9.3.2  GUI模式 . 341
9.3.3 命令流方式 . 345
9.4 实例导航——小型发电机转子模态分析  345
9.4.1 问题描述 . 345
9.4.2 建立模型 . 346
9.4.3 进行模态分析设置、定义边界条件并求解  351
9.4.4 后处理 . 354
9.4.5 命令流方式 . 354
9.5 实例导航——压电变换器自振频率分析  354
9.5.1 问题描述 . 354
9.5.2 GUI模式  355
9.5.3 命令流方式 . 371
第10章  谐响应分析 . 372
10.1 谐响应分析概述  373
10.2 谐响应分析的基本步骤  374
10.2.1 建立模型（前处理） . 374
10.2.2 加载并求解 . 374
10.2.3后处理  381
10.3 实例导航——弹簧质量系统的谐响应分析. 382
10.3.1 问题描述 . 383
10.3.2 GUI模式  383
10.3.3 命令流方式 . 396
10.4 实例导航——悬臂梁谐响应分析  396
10.4.1 问题描述 . 396
10.4.2 建立模型 . 397
10.4.3 后处理 . 410
10.4.4 命令流方式 . 413
第11章  瞬态动力学分析 . 414
11.1 瞬态动力学概述  415
11.1.1 完全法 . 415
11.1.2 模态叠加法 . 415
11.1.3 减缩法 . 416
11.2 瞬态动力学分析的基本步骤. 416
11.2.1 前处理（建模和分网）  416
11.2.2 建立初始条件 417
11.2.3 设定求解控制器 418
11.2.4 设定其他求解选项  420
11.2.5 施加载荷 . 420
11.2.6 设定多载荷步 422
11.2.7 瞬态求解 . 423
11.2.8 后处理 . 423
11.3 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析 . 425
11.3.1 问题描述 . 425
11.3.2  GUI模式 . 426
11.3.3命令流方式  439
11.4 实例导航——瞬态动力学分析实例 . 439
11.4.1 问题描述 . 439
11.4.2 建立模型 . 440
11.4.3 进行模态分析 445
11.4.4 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解  446
11.4.5 后处理 . 451
11.4.5 命令流方式 . 453
第12章  谱分析 . 454
12.1 谱分析概述  455
12.1.1 响应谱分析 . 455
12.1.2 动力设计分析方法（DDAM） . 455
12.1.3 功率谱密度（PSD）  456
12.2 谱分析的基本步骤  456
12.2.1 前处理 . 456
12.2.2 模态分析 . 456
12.2.3 谱分析 . 457
12.2.4 扩展模态 . 459
12.2.5 合并模态 . 461
12.2.6 后处理 . 462
12.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析. 464
12.3.1 问题描述 . 464
12.3.2  GUI模式 . 464
12.3.3 命令流方式 . 487
第13章  结构屈曲分析 . 488
13.1 结构屈曲分析概述  489
13.2 结构屈曲分析的基本步骤  489
13.2.1 前处理 . 489
13.2.2 获得静力解 . 489
13.2.3 获得特征值屈曲解 . 490
13.2.4 扩展解 . 492
13.2.5 后处理 . 493
13.3实例导航——薄壁圆筒屈曲分析 . 494
13.3.1 问题描述 . 494
13.3.2 GUI 模式 . 494
13.3.3 命令流方式 . 503
第14章  非线性分析 . 504
14.1 非线性分析概论  505
14.1.1 非线性行为的原因 . 505
14.1.2 非线性分析的基本信息 . 506
14.1.3 几何非线性 . 508
14.1.4 材料非线性 . 509
14.1.5 其他非线性问题 . 513
14.2 非线性分析的基本步骤  513
14.2.1 前处理（建模和分网） . 514
14.2.2 设置求解控制器 . 514
14.2.3 设定其他求解选项 . 516
14.2.4 加载 . 518
14.2.5 求解 . 518
14.2.6 后处理 . 518
14.3 实例导航——铆钉冲压变形分析  520
14.3.1 问题描述 . 520
14.3.2 建立模型 . 521
14.3.3 定义边界条件并求解 . 527
14.3.4 后处理 . 530
14.3.5 命令流方式 . 534
第15章  接触问题分析 . 535
15.1 接触问题概述  536
15.1.1 一般分类 . 536
15.1.2 接触单元 . 536
15.2 接触问题分析步骤  537
15.2.1 建立模型并划分网格 . 538
15.2.2 识别接触对 . 538
15.2.3 定义刚性目标面 . 538
15.2.4 定义柔性体的接触面 . 540
15.2.5 设置实常数和单元关键点 . 542
15.2.6 控制刚性目标的运动 . 543
15.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件 . 543
15.2.8 定义求解和载荷步选项 . 543
15.2.9 求解 . 545
15.2.10 后处理 . 545
15.3 实例导航——陶瓷套管的接触分析  546
15.3.1 问题描述 . 546
15.3.2 建立模型并划分网格 . 547
15.3.3 定义边界条件并求解 . 555
15.3.4 后处理 . 560
15.3.5 命令流方式 . 565

内容摘要
本书对ANSYS2020有限元分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS的具体应用方法。
本书前7章为操作基础，详细介绍了ANSYS分析的基本步骤和方法：第1章ANSYS概述；第2章几何建模；第3章建模实例；第4章网格划分；第5章施加载荷；第6章求解；第7章后处理。后8章为专题实例，按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧：第8章静力分析；第9章模态分析；第10章谐响应分析；第11章瞬态动力学分析；第12章谱分析；第13章结构屈曲分析；第14章非线性分析；第15章接触问题分析。
本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的培训教材，也可作为结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。

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