ANSYS有限元分析及仿真（第2版）

目 錄

第1章 ANSYS操作基礎(chǔ) 1
1.1 概述 1
1.2 操作界面 2
1.2.1 啟動與設(shè)置 2
1.2.2 界面介紹 4
1.2.3 鼠標(biāo)操作 6
1.3 ANSYS文件系統(tǒng) 6
1.3.1 文件類型 6
1.3.2 導(dǎo)入及導(dǎo)出其他兼容的數(shù)據(jù)格式 7
1.3.3 保存數(shù)據(jù)庫文件 7
1.3.4 讀取數(shù)據(jù)庫文件 8
1.4 ANSYS分析過程 8
1.4.1 有限元分析過程 8
1.4.2 ANSYS典型分析過程 10
第2章 幾何建模 11
2.1 幾何建模概述 11
2.2 坐標(biāo)系 12
2.2.1 坐標(biāo)系的類型 12
2.2.2 總體坐標(biāo)系 12
2.2.3 局部坐標(biāo)系 13
2.2.4 顯示坐標(biāo)系 14
2.2.5 節(jié)點坐標(biāo)系 14
2.2.6 單元坐標(biāo)系 15
2.2.7 結(jié)果坐標(biāo)系 15
2.3 工作平面 16
2.3.1 工作平面簡介 16
2.3.2 定義一個新的工作平面 16
2.3.3 控制工作平面的顯示和樣式 17
2.3.4 移動工作平面 17
2.3.5 旋轉(zhuǎn)工作平面 18
2.4 布爾操作 18
2.4.1 布爾操作的設(shè)置 18
2.4.2 相交操作 18
2.4.3 兩兩相交操作 19
2.4.4 相加操作 20
2.4.5 相減操作 20
2.4.6 利用工作平面相減操作 21
2.4.7 粘接操作 22
2.4.8 搭接操作 22
2.4.9 分割操作 23
2.5 自底向上創(chuàng)建幾何模型 23
2.5.1 關(guān)鍵點 23
2.5.2 硬點 25
2.5.3 線 26
2.5.4 面 29
2.5.5 體 31
2.6 自頂向下創(chuàng)建幾何模型 32
2.6.1 創(chuàng)建面素 33
2.6.2 創(chuàng)建體素 34
2.7 移動、復(fù)制和縮放幾何模型 35
2.7.1 復(fù)制圖元 35
2.7.2 鏡像圖元 36
2.7.3 轉(zhuǎn)換圖元的坐標(biāo)系 36
2.7.4 圖元的縮放 37
2.8 將CAD幾何模型導(dǎo)入ANSYS 37
2.8.1 從IGES文件中輸入幾何模型 37
2.8.2 用IGES文件進(jìn)行工作 37
2.8.3 把常用的CAD模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS 38
2.9 綜合實例 39
實例2-1 直齒圓柱齒輪建模 39
實例2-2 軸承座建模 49
實例2-3 導(dǎo)入顯示器外殼 59
第3章 網(wǎng)格劃分 61
3.1 有限元模型概述 61
3.2 設(shè)置單元屬性 62
3.2.1 生成單元屬性表 62
3.2.2 網(wǎng)格劃分前分配單元屬性 63
3.3 網(wǎng)格劃分控制 64
3.3.1 網(wǎng)格劃分工具（MeshTool） 65
3.3.2 尺寸控制 66
3.3.3 網(wǎng)格劃分器選項 67
3.3.4 單元形狀控制 67
3.4 自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分 68
3.4.1 自由網(wǎng)格劃分 68
3.4.2 映射網(wǎng)格劃分 68
3.5 直接生成有限元模型 69
3.5.1 節(jié)點 69
3.5.2 單元 72
3.6 編號控制 75
3.6.1 合并重復(fù)項 75
3.6.2 壓縮編號 76
3.6.3 設(shè)置起始編號 76
3.6.4 設(shè)置編號偏差 77
3.7 工程實例 77
實例3-1 軸的建模及網(wǎng)格劃分 77
實例3-2 葉輪的建模及網(wǎng)格劃分 83
實例3-3 飛輪的建模及網(wǎng)格劃分 90
第4章 施加載荷 103
4.1 載荷概述 103
4.1.1 載荷類型 103
4.1.2 載荷步、子步和平衡迭代 104
4.1.3 時間的作用 104
4.1.4 加載方式 105
4.1.5 實體模型載荷與有限元
模型載荷 106
4.2 施加載荷 106
4.2.1 自由度約束 107
4.2.2 集中載荷 107
4.2.3 表面載荷 108
4.2.4 體載荷 109
4.2.5 慣性載荷 110
4.2.6 耦合場載荷 110
第5章 求解過程 111
5.1 求解概述 111
5.2 求解器 111
5.2.1 波前直接法 113
5.2.2 稀疏矩陣直接法 113
5.2.3 雅克比共軛梯度法 113
5.2.4 不完全分解共軛梯度法 113
5.2.5 預(yù)條件共軛梯度法 113
5.2.6 自動迭代法 114
5.3 求解方式 114
5.3.1 一般求解 114
5.3.2 多載荷步求解 115
5.3.3 重新啟動分析 116
5.4 ANSYS求解前的預(yù)估計 117
5.4.1 估計求解時間 117
5.4.2 估計文件大小 118
5.4.3 估計內(nèi)存需求 118
5.5 求解時需要注意的事項 119
第6章 結(jié)果后處理 120
6.1 后處理概述 120
6.1.1 什么是后處理 120
6.1.2 結(jié)果文件 121
6.1.3 后處理可用的數(shù)據(jù)類型 121
6.2 通用后處理 121
6.2.1 讀入結(jié)果文件 121
6.2.2 顯示結(jié)構(gòu)變形圖 122
6.2.3 顯示等值線分布圖 122
6.2.4 繪制矢量圖 122
6.2.5 繪制粒子軌跡圖 123
6.2.6 結(jié)果的列表顯示 123
6.2.7 單元數(shù)據(jù)列表 124
6.2.8 映射結(jié)果到指定路徑 124
6.2.9 顯示動畫 124
6.3 時間歷程后處理器 125
6.3.1 定義和存儲變量 125
6.3.2 變量的操作 126
6.3.3 設(shè)置變量 126
6.3.4 查看變量 127
第7章 ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言 128
7.1 APDL概述 128
7.2 使用參數(shù) 129
7.2.1 參數(shù)的命名規(guī)則 129
7.2.2 變量參數(shù) 129
7.2.3 數(shù)組參數(shù) 130
7.2.4 參數(shù)的列表顯示 131
7.3 APDL的流程控制語句 132
7.3.1 *GO無條件分支語句 132
7.3.2 *IF…*IFELSE…*ELSE…*ENDIF條件分支語句 132
7.3.3 *DO…*ENDDO循環(huán)語句 133
7.3.4 *DOWHILE循環(huán)語句 133
7.3.5 *REPEAT重復(fù)語句 134
7.4 APDL宏文件 134
7.4.1 使用*CERATE命令創(chuàng)建宏文件 135
7.4.2 使用*CFOPEN、*CFWRITE和*CFCLOS命令創(chuàng)建宏文件 135
7.4.3 使用/TEE命令創(chuàng)建宏文件 136
7.4.4 使用GUI方式創(chuàng)建宏文件 136
7.4.5 運(yùn)行宏文件 137
7.5 運(yùn)算符、函數(shù)和函數(shù)編輯器 138
7.5.1 運(yùn)算符 138
7.5.2 函數(shù) 138
7.5.3 函數(shù)編輯器 139
7.6 工程實例 140
實例7-1 圓盤的靜力分析 140
第8章 靜力學(xué)分析 142
8.1 靜力學(xué)分析概述 142
8.2 靜力學(xué)分析的步驟 143
8.2.1 建立模型 143
8.2.2 加載求解 143
8.2.3 結(jié)果后處理 144
8.3 工程實例 145
實例8-1 三角形桁架的靜力分析 145
實例8-2 工字梁的靜力分析 154
實例8-3 方形殼的靜力分析 166
實例8-4 管線的靜力分析 179
實例8-5 飛輪的靜力分析 193
第9章 非線性分析 204
9.1 非線性分析概述 204
9.1.1 引起非線性的原因 204
9.1.2 非線性分析的相關(guān)概念 205
9.2 非線性分析的步驟 206
9.2.1 建立模型 206
9.2.2 設(shè)置求解控制選項 206
9.2.3 設(shè)置其他求解控制選項 209
9.2.4 加載求解 211
9.2.5 結(jié)果后處理 211
9.3 工程實例 211
實例9-1 細(xì)長桿的非線性屈曲分析 211
實例9-2 圓盤的非線性分析 226
實例9-3 鉚釘?shù)姆蔷€性分析 234
第10章 模態(tài)分析 243
10.1 模態(tài)分析概述 243
10.1.1 Block Lanczos（分塊蘭索斯）法 244
10.1.2 Subspace（子空間）法 244
10.1.3 PCG Lanczos（預(yù)條件共軛梯度蘭索斯）法 244
10.1.4 Reduced（縮減）法 244
10.1.5 Unsymmetric（非對稱）法 245
10.1.6 Damped（阻尼）法 245
10.1.7 QR Damped（QR阻尼）法 245
10.1.8 Supernode（超節(jié)點）法 245
10.2 模態(tài)分析的步驟 245
10.2.1 建立模型 246
10.2.2 加載求解 246
10.2.3 擴(kuò)展模態(tài) 250
10.2.4 結(jié)果后處理 252
10.3 工程實例 254
實例10-1 懸臂梁的模態(tài)分析 254
實例10-2 齒輪的模態(tài)分析 262
實例10-3 顯示器外殼的模態(tài)分析 271
實例10-4 圓盤的模態(tài)分析 281
第11章 諧響應(yīng)分析 298
11.1 諧響應(yīng)分析概述 298
11.1.1 Full（完全）法 299
11.1.2 Reduced（縮減）法 299
11.1.3 Mode Superpos’n（模態(tài)疊加）法 299
11.2 諧響應(yīng)分析的步驟 299
11.2.1 建立模型 300
11.2.2 設(shè)置分析類型和選項 300
11.2.3 加載求解 302
11.2.4 結(jié)果后處理 304
11.3 工程實例 305
實例11-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的諧響應(yīng)分析 305
實例11-2 琴弦的諧響應(yīng)分析 316
實例11-3 工作臺的諧響應(yīng)分析 327
第12章 瞬態(tài)動力學(xué)分析 343
12.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析概述 343
12.1.1 Full（完全）法 343
12.1.2 Reduced（縮減）法 344
12.1.3 Mode Superpos’n（模態(tài)疊加）法 344
12.2 瞬態(tài)動力學(xué)分析的步驟 344
12.2.1 建立模型 345
12.2.2 設(shè)置初始條件 345
12.2.3 設(shè)置求解控制選項 346
12.2.4 設(shè)置其他求解控制選項 347
12.2.5 施加載荷 348
12.2.6 定義多步載荷 350
12.2.7 求解 350
12.2.8 結(jié)果后處理 350
12.3 工程實例 352
實例12-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的瞬態(tài)動力學(xué)分析 352
實例12-2 鐘擺擺動的瞬態(tài)動力學(xué)分析 362
第13章 譜分析 370
13.1 譜分析概述 370
13.1.1 響應(yīng)譜 370
13.1.2 動力設(shè)計分析方法 371
13.1.3 功率譜密度 371
13.2 譜分析的步驟 371
13.2.1 建立模型 371
13.2.2 模態(tài)分析 371
13.2.3 譜分析 372
13.2.4 擴(kuò)展模態(tài) 374
13.2.5 合并模態(tài) 375
13.2.6 結(jié)果后處理 377
13.3 工程實例 377
實例13-1 梁板結(jié)構(gòu)在振動位移譜下的響應(yīng) 377
第14章 屈曲分析 398
14.1 屈曲分析概述 398
14.2 屈曲分析的步驟 398
14.2.1 建立模型 399
14.2.2 靜力學(xué)分析 399
14.2.3 特征值屈曲分析 399
14.2.4 擴(kuò)展解 401
14.2.5 結(jié)果后處理 403
14.3 工程實例 403
實例14-1 圓柱殼的屈曲分析 403