ANSYS Workbench 18.0有限元分析從入門到精通

前言
第1章  ANSYS Workbench 18.0基礎(chǔ)1
1.1 CAE軟件簡(jiǎn)介2
1.2 有限元法簡(jiǎn)介3
1.2.1 有限元法的基本思想4
1.2.2 有限元法的特點(diǎn)4
1.3 ANSYS簡(jiǎn)介5
1.3.1 ANSYS的發(fā)展5
1.3.2 ANSYS的功能6
1.4 ANSYS Workbench概述7
1.4.1 ANSYS Workbench18.0 的特點(diǎn)7
1.4.2 ANSYS Workbench18.0應(yīng)用分類8
1.5 ANSYS Workbench18.0分析的基本過程9
1.5.1 前處理9
1.5.2 加載并求解10
1.5.3 后處理11
1.6 ANSYS Workbench 18.0的設(shè)計(jì)流程11
1.7 ANSYS Workbench18.0系統(tǒng)要求和啟動(dòng)11
1.7.1 系統(tǒng)要求11
1.7.2 啟動(dòng)12
1.8 ANSYS Workbench 18.0的界面13
第2章  項(xiàng)目管理14
2.1 工具箱15
2.2 項(xiàng)目概圖16
2.2.1 系統(tǒng)和模塊17
2.2.2 模塊的類型17
2.2.3 了解模塊狀態(tài)18
2.2.4 項(xiàng)目概圖中的鏈接19
2.3 ANSYS Workbench18.0選項(xiàng)窗口19
2.4 ANSYS Workbench18.0文檔管理20
2.4.1 目錄結(jié)構(gòu)20
2.4.2 顯示文件明細(xì)21
2.4.3 打包文件21
2.5 創(chuàng)建項(xiàng)目概圖實(shí)例22
第3章  DesignModeler圖形用戶界面25
3.1 啟動(dòng)DesignModeler26
3.2 圖形界面28
3.2.1 操作界面介紹28
3.2.2 Workbench窗口定制30
3.2.3 DesignModeler主菜單31
3.2.4 DesignModeler工具欄32
3.2.5 屬性欄窗格32
3.2.6 DesignModeler和CAD類文件交互33
3.3 選擇操作34
3.3.1 基本鼠標(biāo)功能34
3.3.2 選擇過濾器35
3.4 視圖操作37
3.4.1 圖形控制37
3.4.2 光標(biāo)模式38
3.5 右鍵彈出菜單38
3.5.1 插入特征39
3.5.2 顯示/隱藏目標(biāo)40
3.5.3 特征/部件抑制40
3.5.4 Go To特征40
3.6 幫助文檔42
第4章  草圖模式43
4.1 Design Modeler中幾何體的分類44
4.2 繪制草圖44
4.2.1 長(zhǎng)度單位制44
4.2.2 創(chuàng)建新平面45
4.2.3 創(chuàng)建新草圖46
4.2.4 草圖的隱藏與顯示47
4.3 工具箱47
4.3.1 草繪工具箱47
4.3.2 修改工具箱48
4.3.3 標(biāo)注工具箱50
4.3.4 約束工具箱51
4.3.5 設(shè)置工具箱52
4.4 草繪附件53
4.4.1 標(biāo)尺工具53
4.4.2 正視于工具53
4.4.3 撤消工具54
4.5 草圖繪制實(shí)例——墊片草圖54
第5章  三維特征59
5.1 建模特性60
5.1.1 拉伸60
5.1.2 旋轉(zhuǎn)63
5.1.3 掃掠64
5.1.4放樣65
5.1.5 抽殼65
5.2 修改特征66
5.2.1 等半徑倒圓66
5.2.2 變半徑倒圓67
5.2.3 頂點(diǎn)倒圓67
5.2.4 倒角68
5.3 體操作68
5.3.1 鏡像68
5.3.2 移動(dòng)69
5.3.3 縫合70
5.3.4 簡(jiǎn)化70
5.3.5 旋轉(zhuǎn)71
5.3.6 切除材料71
5.3.7 印記面71
5.3.8 切片71
5.4 高級(jí)體操作72
5.4.1 陣列特征72
5.4.2 布爾操作72
5.4.3 直接創(chuàng)建幾何體73
5.5 三維特征實(shí)例1——聯(lián)軸器74
5.5.1 新建模型74
5.5.2 拉伸模型75
5.5.3 拉伸底面76
5.5.4 拉伸大圓孔77
5.5.5 拉伸生成鍵槽78
5.5.6 拉伸小圓孔79
5.6 三維特征實(shí)例2——機(jī)蓋80
5.6.1 新建模型80
5.6.2 旋轉(zhuǎn)模型81
5.6.3 陣列筋83
5.6.4 創(chuàng)建底面84
第6章  高級(jí)三維建模87
6.1 建模工具88
6.1.1 激活和凍結(jié)體88
6.1.2 體抑制88
6.1.3 多體零件89
6.2 高級(jí)工具89
6.2.1 命名選擇89
6.2.2 中面90
6.2.3 包圍92
6.2.4 對(duì)稱特征93
6.2.5 填充93
6.2.6 切片93
6.2.7 面刪除95
6.3 高級(jí)三維建模實(shí)例——鑄管95
6.3.1 導(dǎo)入模型95
6.3.2 填充特征97
6.3.3 簡(jiǎn)化模型97
第7章  概念建模99
7.1 概念建模工具100
7.1.1 從點(diǎn)生成線100
7.1.2 從草圖生成線100
7.1.3 從邊生成線101
7.1.4 修改線體：分割邊101
7.2 橫截面102
7.2.1 橫截面樹形目錄102
7.2.2 橫截面編輯102
7.3 面操作105
7.3.1 從線建立面105
7.3.2 從草圖創(chuàng)建面106
7.3.3 面修補(bǔ)106
7.3.4 邊接合106
7.4 概念建模實(shí)例——框架結(jié)構(gòu)107
7.4.1 新建模型107
7.4.2 創(chuàng)建草圖108
7.4.3 創(chuàng)建線體109
7.4.4 創(chuàng)建橫截面110
7.4.5 創(chuàng)建梁之間的面111
7.4.6 生成多體零件112
第8章  一般網(wǎng)格控制113
8.1 網(wǎng)格劃分概述114
8.1.1 ANSYS網(wǎng)格劃分應(yīng)用程序概述114
8.1.2 網(wǎng)格劃分步驟114
8.1.3 分析類型114
8.2 全局網(wǎng)格控制116
8.2.1 相關(guān)性和關(guān)聯(lián)中心116
8.2.2 全局單元尺寸117
8.2.3 初始尺寸種子117
8.2.4 平滑和過渡118
8.2.5 跨度中心角119
8.2.6 高級(jí)尺寸功能120
8.3 局部網(wǎng)格控制121
8.3.1 局部尺寸122
8.3.2 接觸尺寸125
8.3.3 細(xì)化125
8.3.4 映射面劃分126
8.3.5 匹配控制127
8.3.6 收縮控制128
8.3.7 膨脹128
8.4 網(wǎng)格工具129
8.4.1 生成網(wǎng)格129
8.4.2 截面位面130
8.4.3 命名選項(xiàng)131
8.5 網(wǎng)格劃分方法131
8.5.1 自動(dòng)劃分方法131
8.5.2 四面體132
8.5.3 掃掠133
8.5.4 多區(qū)域134
8.6 網(wǎng)格劃分實(shí)例1——兩管容器網(wǎng)格劃分136
8.6.1 定義幾何136
8.6.2 初始網(wǎng)格137
8.6.3 命名選項(xiàng)138
8.6.4 膨脹139
8.6.5 截面位面139
8.7 網(wǎng)格劃分實(shí)例2——四通管網(wǎng)格劃分140
8.7.1 定義幾何140
8.7.2 Mechanical默認(rèn)與CFD網(wǎng)格141
8.7.3 截面位面142
8.7.4 使用面尺寸144
8.7.5 局部網(wǎng)格劃分146
第9章  Mechanical簡(jiǎn)介149
9.1 啟動(dòng)Mechanical150
9.2 Mechanical 界面150
9.2.1 Mechanical菜單欄151
9.2.2 工具欄151
9.2.3 樹形目錄152
9.2.4 屬性窗格153
9.2.5 繪圖區(qū)域154
9.2.6 應(yīng)用向?qū)?54
9.3 基本分析步驟155
9.4 一個(gè)簡(jiǎn)單的分析實(shí)例——鋁合金彎管頭156
9.4.1 問題描述156
9.4.2 項(xiàng)目概圖156
9.4.3 前處理158
9.4.4 求解161
9.4.5 結(jié)果161
9.4.6 報(bào)告162
第10章  靜力結(jié)構(gòu)分析164
10.1 幾何模型165
10.1.1 質(zhì)量點(diǎn)165
10.1.2 材料特性166
10.2 分析設(shè)置166
10.3 載荷和約束167
10.3.1 加速度和重力加速度168
10.3.2 集中力和壓力168
10.3.3 約束169
10.4 求解模型170
10.5 后處理170
10.6 靜力結(jié)構(gòu)分析1——連桿基體強(qiáng)度校核173
10.6.1 問題描述173
10.6.2 前處理175
10.6.3 求解178
10.6.4 結(jié)果178
10.7 靜力結(jié)構(gòu)分析2——聯(lián)軸器變形和應(yīng)力校核180
10.7.1 問題描述180
10.7.2 項(xiàng)目概圖180
10.7.3 前處理181
10.7.4 求解183
10.7.5 結(jié)果183
10.7.6 報(bào)告184
10.8 靜力結(jié)構(gòu)學(xué)分析3——基座基體強(qiáng)度校核185
10.8.1 問題描述185
10.8.2 建立分析項(xiàng)目186
10.8.3 前處理188
10.8.4 求解191
10.8.5 結(jié)果192
第11章  模態(tài)分析193
11.1 模態(tài)分析方法194
11.2 模態(tài)系統(tǒng)分析步驟194
11.2.1 幾何體和質(zhì)點(diǎn)194
11.2.2 接觸區(qū)域194
11.2.3 分析類型195
11.2.4 載荷和約束196
11.2.5 求解196
11.2.6 檢查結(jié)果196
11.3 模態(tài)分析實(shí)例1——機(jī)蓋殼體強(qiáng)度校核196
11.3.1 問題描述196
11.3.2 項(xiàng)目概圖197
11.3.3 前處理198
11.3.4 求解200
11.3.5 結(jié)果200
11.4 模態(tài)分析實(shí)例2——長(zhǎng)鉚釘預(yù)應(yīng)力202
11.4.1 問題描述202
11.4.2 項(xiàng)目概圖202
11.4.3 前處理204
11.4.4 求解206
11.4.5 結(jié)果206
11.5 模態(tài)分析實(shí)例3——機(jī)翼209
11.5.1 問題描述209
11.5.2 項(xiàng)目概圖209
11.5.3 前處理210
11.5.4 求解214
11.5.5 模態(tài)分析215
第12章  響應(yīng)譜分析218
12.1 響應(yīng)譜分析簡(jiǎn)介219
12.1.1 響應(yīng)譜分析過程219
12.1.2 在ANSYS Workbench 18.0中進(jìn)行響應(yīng)譜分析220
12.2 響應(yīng)譜分析實(shí)例——三層框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析221
12.2.1 問題描述221
12.2.2 項(xiàng)目概圖221
12.2.3 前處理223
12.2.4 模態(tài)分析求解225
12.2.5 響應(yīng)譜分析設(shè)置并求解227
12.2.6 查看分析結(jié)果229
第13章  諧響應(yīng)分析231
13.1 諧響應(yīng)分析簡(jiǎn)介232
13.2 諧響應(yīng)分析步驟232
13.2.1 建立諧響應(yīng)分析項(xiàng)232
13.2.2 加載諧響應(yīng)載荷233
13.2.3 求解方法233
13.2.4 后處理中查看結(jié)果234
13.3 諧響應(yīng)分析實(shí)例——固定梁234
13.3.1 問題描述234
13.3.2 項(xiàng)目概圖235
13.3.3 前處理237
13.3.4 模態(tài)分析求解238
13.3.5 諧響應(yīng)分析預(yù)處理240
13.3.6 諧響應(yīng)分析設(shè)置并求解240
13.3.7 諧響應(yīng)分析后處理242
第14章  隨機(jī)振動(dòng)分析245
14.1 隨機(jī)振動(dòng)分析簡(jiǎn)介246
14.1.1 隨機(jī)振動(dòng)分析過程246
14.1.2 在ANSYS Workbench 18.0中進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析246
14.2 隨機(jī)振動(dòng)分析實(shí)例——橋梁模型隨機(jī)振動(dòng)分析246
14.2.1 問題描述248
14.2.2 項(xiàng)目概圖248
14.2.3 前處理250
14.2.4 模態(tài)分析求解253
14.2.5 隨機(jī)振動(dòng)分析設(shè)置并求解255
14.2.6 查看分析結(jié)果256
第15章  線性屈曲分析258
15.1 屈曲概述259
15.2 屈曲分析步驟259
15.2.1 幾何體和材料屬性260
15.2.2 接觸區(qū)域260
15.2.3 載荷與約束260
15.2.4 設(shè)置屈曲260
15.2.5 求解模型261
15.2.6 檢查結(jié)果262
15.3 線性屈曲分析實(shí)例1——空心管262
15.3.1 問題描述262
15.3.2 項(xiàng)目概圖263
15.3.3 創(chuàng)建草圖264
15.3.4 Mechanical前處理266
15.3.5 求解266
15.3.6 結(jié)果268
15.4 線性屈曲分析實(shí)例2——升降架269
15.4.1 問題描述269
15.4.2 項(xiàng)目概圖269
15.4.3 Mechanical前處理270
15.4.4 求解272
15.4.5 結(jié)果273
第16章  結(jié)構(gòu)非線性分析274
16.1 非線性分析概論275
16.1.1 非線性行為的原因275
16.1.2 非線性分析的基本信息276
16.2 結(jié)構(gòu)非線性的一般過程278
16.2.1 建立模型278
16.2.2 分析設(shè)置279
16.2.3 查看結(jié)果281
16.3 接觸非線性結(jié)構(gòu)281
16.3.1 接觸基本概念282
16.3.2 接觸類型282
16.3.3 剛度及滲透282
16.3.4 Pinball 區(qū)域283
16.3.5 對(duì)稱/非對(duì)稱行為284
16.3.6 接觸結(jié)果286
16.4 結(jié)構(gòu)非線性實(shí)例1——?jiǎng)傂越佑|286
16.4.1 問題描述287
16.4.2 項(xiàng)目概圖287
16.4.3 繪制草圖288
16.4.4 創(chuàng)建面體288
16.4.5 更改模型類型289
16.4.6 修改幾何體屬性290
16.4.7 添加接觸291
16.4.8 劃分網(wǎng)格291
16.4.9 分析設(shè)置294
16.4.10 求解297
16.4.11 查看求解結(jié)果297
16.4.12 接觸結(jié)果后處理300
16.5 結(jié)構(gòu)非線性實(shí)例2——O形圈302
16.5.1 問題描述302
16.5.2 項(xiàng)目概圖303
16.5.3 繪制草圖304
16.5.4 創(chuàng)建面體304
16.5.5 添加材料306
16.5.6 修改幾何體屬性308
16.5.7 添加接觸309
16.5.8 劃分網(wǎng)格311
16.5.9 分析設(shè)置313
16.5.10 求解315
16.5.11 查看求解結(jié)果315
第17章  熱分析318
17.1 熱分析模型319
17.1.1 幾何模型319
17.1.2 材料屬性319
17.2 裝配體319
17.2.1 實(shí)體接觸319
17.2.2 熱導(dǎo)率321
17.2.3 點(diǎn)焊321
17.3 熱環(huán)境工具欄321
17.3.1 熱載荷322
17.3.2 熱邊界條件322
17.4 求解選項(xiàng)323
17.5 結(jié)果和后處理324
17.5.1 溫度324
17.5.2 熱通量325
17.5.3 響應(yīng)熱流速325
17.6 熱分析實(shí)例1——變速器上箱蓋325
17.6.1 問題描述326
17.6.2 項(xiàng)目概圖326
17.6.3 前處理327
17.6.4 求解331
17.6.5 結(jié)果331
17.7 熱分析實(shí)例2——齒輪泵基座334
17.7.1 問題描述334
17.7.2 項(xiàng)目概圖334
17.7.3 前處理336
17.7.4 求解339
17.7.5 結(jié)果340
第18章  優(yōu)化設(shè)計(jì)342
18.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概論343
18.1.1 ANSYS優(yōu)化方法343
18.1.2 定義參數(shù)343
18.1.3 Design Explorer 優(yōu)化類型344
18.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)界面344
18.2.1 Design Explorer用戶界面344
18.2.2 Design Explorer 數(shù)據(jù)參數(shù)界面344
18.2.3 讀入APDL文件344
18.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例——連桿六西格瑪優(yōu)化設(shè)計(jì)346
18.3.1 問題描述346
18.3.2 項(xiàng)目概圖346
18.4.3 Mechanical前處理347
18.3.4 設(shè)置求解350
18.3.5 六西格瑪設(shè)計(jì)352
附錄A  ANSYS Workbench18.0菜單欄命令359
A-1 Workbench中菜單欄359
A-2 DesignModeler中菜單欄360
A-3 Mechanical中菜單欄361
附錄B  有限元知識(shí)架構(gòu)362
附錄C  ANSYS Workbench18.0幫助文件說明362