ANSYS Workbench 2020有限元分析從入門到精通（升級版）

目錄
第1部分
第1章 ANSYS Workbench 2020 概述 1
1．1 Workbench 2020平臺界面 1
1．1．1 菜單欄 2
1．1．2 工具欄 9
1．1．3 工具箱 10
1．2 操作實例――建立用戶自定義分析模板 12
1．3 本章小結(jié) 15
第2章 幾何建模 16
2．1 DesignModeler幾何建模概述 16
2．1．1 DesignModeler幾何建模平臺 17
2．1．2 菜單欄 17
2．1．3 工具欄 26
2．1．4 常用命令欄 28
2．1．5 Tree Outline（模型樹） 28
2．1．6 DesignModeler的啟動與草繪 31
2．1．7 DesignModeler特有操作 34
2．2 幾何建模實例 41
2．2．1 幾何建模實例1――實體建模 41
2．2．2 幾何建模實例2――概念建模 45
2．3 本章小結(jié) 50
第3章 網(wǎng)格劃分 51
3．1 Meshing網(wǎng)格劃分 51
3．1．1 Meshing網(wǎng)格劃分適用領(lǐng)域 51
3．1．2 Meshing網(wǎng)格劃分方法 52
3．1．3 Meshing網(wǎng)格默認(rèn)設(shè)置 55
3．1．4 Meshing網(wǎng)格尺寸設(shè)置 56
3．1．5 Meshing網(wǎng)格質(zhì)量設(shè)置 58
3．1．6 Meshing網(wǎng)格膨脹層設(shè)置 64
3．1．7 Meshing網(wǎng)格高級選項設(shè)置 65
3．1．8 Meshing網(wǎng)格統(tǒng)計設(shè)置 66
3．2 Meshing網(wǎng)格劃分實例 66
3．2．1 應(yīng)用實例1――Inflation網(wǎng)格劃分 67
3．2．2 應(yīng)用實例2――MultiZone網(wǎng)格劃分 71
3．3 ANSYS Workbench其他網(wǎng)格劃分工具 77
3．3．1 ICEM CFD軟件簡介 77
3．3．2 TGrid軟件簡介 78
3．3．3 Gambit軟件功能 79
3．4 本章小結(jié) 80
第4章 后處理 81
4．1 ANSYS Workbench 2020后處理 81
4．1．1 查看結(jié)果 81
4．1．2 顯示結(jié)果 85
4．1．3 顯示變形 85
4．1．4 應(yīng)力和應(yīng)變 86
4．1．5 接觸結(jié)果 87
4．1．6 自定義結(jié)果顯示 88
4．2 案例分析 89
4．2．1 問題描述 89
4．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 89
4．2．3 導(dǎo)入幾何體 90
4．2．4 添加材料庫 91
4．2．5 添加模型材料屬性 93
4．2．6 劃分網(wǎng)格 94
4．2．7 施加載荷與約束 94
4．2．8 結(jié)果后處理 96
4．2．9 保存與退出 99
4．3 本章小結(jié) 100
第2部分
第5章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 101
5．1 線性靜力學(xué)分析概述 101
5．1．1 線性靜力學(xué)分析簡介 101
5．1．2 線性靜力學(xué)分析流程 102
5．1．3 線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ) 102
5．2 項目分析1――實體單元靜力學(xué)分析 103
5．2．1 問題描述 103
5．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 103
5．2．3 導(dǎo)入幾何體 104
5．2．4 添加材料庫 105
5．2．5 添加模型材料屬性 106
5．2．6 劃分網(wǎng)格 107
5．2．7 施加載荷與約束 108
5．2．8 結(jié)果后處理 109
5．2．9 保存與退出 111
5．3 項目分析2――梁單元線性靜力學(xué)分析 111
5．3．1 問題描述 111
5．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 112
5．3．3 創(chuàng)建幾何體 112
5．3．4 添加材料庫 118
5．3．5 添加模型材料屬性 120
5．3．6 劃分網(wǎng)格 121
5．3．7 施加載荷與約束 121
5．3．8 結(jié)果后處理 123
5．3．9 保存與退出 125
5．4 項目分析3――曲面實體靜力學(xué)分析 126
5．4．1 問題描述 126
5．4．2 啟動Workbench并建立分析項目 126
5．4．3 導(dǎo)入幾何體 127
5．4．4 添加材料庫 128
5．4．5 添加模型材料屬性 129
5．4．6 劃分網(wǎng)格 130
5．4．7 施加載荷與約束 131
5．4．8 結(jié)果后處理 133
5．4．9 保存與退出 134
5．5 項目分析4――支承座靜力學(xué)分析 135
5．5．1 問題描述 135
5．5．2 添加材料和導(dǎo)入模型 135
5．5．3 修改模型 138
5．5．4 賦予材料和劃分網(wǎng)格 139
5．5．5 添加約束和載荷 141
5．5．6 求解 143
5．5．7 結(jié)果后處理 143
5．5．8 保存與退出 145
5．6 項目分析5――子模型靜力學(xué)分析 145
5．6．1 問題描述 145
5．6．2 啟動Workbench并建立分析項目 146
5．6．3 導(dǎo)入幾何體 146
5．6．4 添加材料庫 147
5．6．5 添加模型材料屬性 149
5．6．6 劃分網(wǎng)格 150
5．6．7 施加載荷與約束 151
5．6．8 結(jié)果后處理 152
5．6．9 子模型分析 154
5．6．10 保存并退出 157
5．7 本章小結(jié) 158
第6章 模態(tài)分析 159
6．1 模態(tài)分析概述 159
6．1．1 模態(tài)分析簡介 159
6．1．2 模態(tài)分析基礎(chǔ) 160
6．2 項目分析1――計算機機箱模態(tài)分析 160
6．2．1 問題描述 161
6．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 161
6．2．3 導(dǎo)入幾何體 161
6．2．4 添加材料庫 162
6．2．5 添加模型材料屬性 164
6．2．6 劃分網(wǎng)格 165
6．2．7 施加載荷與約束 166
6．2．8 結(jié)果后處理 167
6．2．9 保存與退出 169
6．3 項目分析2――零件有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 170
6．3．1 問題描述 170
6．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 170
6．3．3 導(dǎo)入幾何體 171
6．3．4 添加材料庫 172
6．3．5 添加模型材料屬性 173
6．3．6 劃分網(wǎng)格 174
6．3．7 施加載荷與約束 175
6．3．8 模態(tài)分析 176
6．3．9 結(jié)果后處理 177
6．3．10 保存與退出 179
6．4 項目分析3――制動鼓模態(tài)分析 179
6．4．1 問題描述 180
6．4．2 添加材料和導(dǎo)入幾何體 180
6．4．3 賦予材料和劃分網(wǎng)格 181
6．4．4 添加約束和載荷 182
6．4．5 求解 183
6．4．6 結(jié)果后處理 184
6．4．7 保存與退出 186
6．5 本章小結(jié) 187
第7章 諧響應(yīng)分析 188
7．1 諧響應(yīng)分析概述 188
7．1．1 諧響應(yīng)分析簡介 188
7．1．2 諧響應(yīng)分析基礎(chǔ) 189
7．2 項目分析1――計算機機箱諧響應(yīng)分析 189
7．2．1 問題描述 189
7．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 189
7．2．3 創(chuàng)建諧響應(yīng)分析項目 190
7．2．4 施加載荷與約束 191
7．2．5 結(jié)果后處理 193
7．2．6 保存與退出 196
7．3 項目分析2――齒輪箱諧響應(yīng)分析 196
7．3．1 問題描述 197
7．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 197
7．3．3 創(chuàng)建模態(tài)分析項目 198
7．3．4 材料選擇 198
7．3．5 施加載荷與約束 199
7．3．6 模態(tài)求解 201
7．3．7 結(jié)果后處理（1） 201
7．3．8 創(chuàng)建諧響應(yīng)分析項目 202
7．3．9 施加載荷與約束 203
7．3．10 諧響應(yīng)計算 205
7．3．11 結(jié)果后處理（2） 205
7．3．12 保存與退出 207
7．4 項目分析3――絲桿諧響應(yīng)分析 207
7．4．1 問題描述 208
7．4．2 添加材料和導(dǎo)入幾何體 208
7．4．3 賦予材料和劃分網(wǎng)格 209
7．4．4 添加約束和載荷 210
7．4．5 諧響應(yīng)求解 212
7．4．6 諧響應(yīng)后處理 212
7．4．7 保存與退出 216
7．5 本章小結(jié) 216
第8章 響應(yīng)譜分析 217
8．1 響應(yīng)譜分析簡介 217
8．2 項目分析1――塔架響應(yīng)譜分析 218
8．2．1 問題描述 218
8．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 218
8．2．3 導(dǎo)入幾何體 219
8．2．4 模態(tài)分析 220
8．2．5 添加材料庫 220
8．2．6 劃分網(wǎng)格 221
8．2．7 施加約束 222
8．2．8 結(jié)果后處理（1） 223
8．2．9 響應(yīng)譜分析 225
8．2．10 添加加速度譜 226
8．2．11 結(jié)果后處理（2） 228
8．2．12 保存與退出 228
8．3 項目分析2――計算機機箱響應(yīng)譜分析 229
8．3．1 問題描述 229
8．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 229
8．3．3 響應(yīng)譜分析 230
8．3．4 添加加速度譜 231
8．3．5 結(jié)果后處理 232
8．3．6 保存與退出 234
8．4 本章小結(jié) 234
第9章 瞬態(tài)動力學(xué)分析 235
9．1 瞬態(tài)動力學(xué)分析概述 235
9．1．1 瞬態(tài)動力學(xué)分析簡介 235
9．1．2 瞬態(tài)動力學(xué)分析方程 236
9．2 項目分析1――實體梁瞬態(tài)動力學(xué)分析 236
9．2．1 問題描述 237
9．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 237
9．2．3 創(chuàng)建幾何體 237
9．2．4 模態(tài)分析 239
9．2．5 創(chuàng)建材料 240
9．2．6 模態(tài)分析前處理 242
9．2．7 施加約束 243
9．2．8 結(jié)果后處理（1） 245
9．2．9 瞬態(tài)動力學(xué)分析 246
9．2．10 添加動態(tài)力載荷 247
9．2．11 結(jié)果后處理（2） 250
9．2．12 保存與退出 251
9．3 項目分析2――彈簧瞬態(tài)動力學(xué)分析 251
9．3．1 問題描述 252
9．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 252
9．3．3 創(chuàng)建幾何體模型 252
9．3．4 模態(tài)分析 253
9．3．5 模態(tài)分析前處理 253
9．3．6 施加約束 255
9．3．7 結(jié)果后處理（1） 256
9．3．8 瞬態(tài)動力學(xué)分析 257
9．3．9 添加動態(tài)力載荷 258
9．3．10 結(jié)果后處理（2） 261
9．3．11 保存與退出 262
9．4 本章小結(jié) 263
第10章 隨機振動分析 264
10．1 隨機振動分析簡介 264
10．2 項目分析1――實體梁隨機振動分析 265
10．2．1 問題描述 265
10．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 265
10．2．3 創(chuàng)建幾何體模型 265
10．2．4 模態(tài)分析 268
10．2．5 創(chuàng)建材料 268
10．2．6 模態(tài)分析前處理 270
10．2．7 施加約束 271
10．2．8 結(jié)果后處理（1） 273
10．2．9 隨機振動分析 274
10．2．10 添加加速度譜 275
10．2．11 結(jié)果后處理（2） 276
10．2．12 保存與退出 277
10．3 項目分析2――彈簧隨機振動分析 278
10．3．1 問題描述 278
10．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 278
10．3．3 創(chuàng)建幾何體 279
10．3．4 模態(tài)分析 280
10．3．5 模態(tài)分析前處理 280
10．3．6 施加約束 281
10．3．7 結(jié)果后處理（1） 282
10．3．8 隨機振動分析 284
10．3．9 添加動態(tài)力載荷 285
10．3．10 結(jié)果后處理（2） 286
10．3．11 保存與退出 288
10．4 本章小結(jié) 288
第3部分
第11章 顯式動力學(xué)分析 289
11．1 顯式動力學(xué)分析簡介 289
11．1．1 ANSYS Explicit STR 289
11．1．2 ANSYS Autodyn 290
11．1．3 ANSYS LS-DYNA 290
11．2 項目分析1――鋼釘受力顯式動力學(xué)分析 291
11．2．1 問題描述 291
11．2．2 啟動Creo Parametric 3．0 291
11．2．3 啟動Workbench并建立分析項目 293
11．2．4 顯式動力學(xué)分析 294
11．2．5 材料選擇 295
11．2．6 材料賦予 296
11．2．7 分析前處理 297
11．2．8 施加載荷與約束 298
11．2．9 結(jié)果后處理 300
11．2．10 保存與退出 302
11．3 項目分析2――鋼板成型顯式動力學(xué)分析 303
11．3．1 問題描述 303
11．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 304
11．3．3 導(dǎo)入幾何模型 304
11．3．4 材料選擇 305
11．3．5 顯式動力學(xué)分析前處理 306
11．3．6 施加約束 308
11．3．7 結(jié)果后處理 310
11．3．8 啟動Autodyn軟件 312
11．3．9 保存與退出 313
11．4 本章小結(jié) 313
第12章 結(jié)構(gòu)非線性分析 314
12．1 結(jié)構(gòu)非線性分析簡介 314
12．1．1 Contact Type――接觸類型 315
12．1．2 塑性 316
12．1．3 屈服準(zhǔn)則 316
12．1．4 非線性分析 316
12．2 項目分析――接觸大變形分析 317
12．2．1 問題描述 317
12．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 317
12．2．3 創(chuàng)建幾何體模型 318
12．2．4 瞬態(tài)分析 319
12．2．5 創(chuàng)建材料 319
12．2．6 瞬態(tài)分析前處理 321
12．2．7 施加約束 323
12．2．8 結(jié)果后處理 325
12．3 本章小結(jié) 326
第13章 接觸分析 327
13．1 接觸分析簡介 327
13．2 項目分析1――虎鉗接觸分析 328
13．2．1 問題描述 328
13．2．2 啟動Workbench軟件 328
13．2．3 導(dǎo)入幾何體 329
13．2．4 創(chuàng)建分析項目 330
13．2．5 添加材料庫 330
13．2．6 添加模型材料屬性 332
13．2．7 創(chuàng)建接觸 332
13．2．8 劃分網(wǎng)格 336
13．2．9 施加載荷 336
13．2．10 結(jié)果后處理 338
13．2．11 保存與退出 339
13．3 項目分析2――裝配體接觸分析 339
13．3．1 問題描述 340
13．3．2 啟動Workbench軟件 340
13．3．3 導(dǎo)入幾何體 341
13．3．4 創(chuàng)建分析項目 341
13．3．5 添加材料庫 342
13．3．6 添加模型材料屬性 343
13．3．7 創(chuàng)建接觸 344
13．3．8 劃分網(wǎng)格 347
13．3．9 施加載荷與約束 348
13．3．10 結(jié)果后處理 350
13．3．11 保存與退出 351
13．4 本章小結(jié) 351
第14章 特征值屈曲分析 352
14．1 特征值屈曲分析簡介 352
14．1．1 屈曲分析 352
14．1．2 特征值屈曲分析方程 353
14．2 項目分析1――鋼管特征值屈曲分析 353
14．2．1 問題描述 353
14．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 353
14．2．3 創(chuàng)建幾何體 354
14．2．4 設(shè)置材料 356
14．2．5 添加模型材料屬性 356
14．2．6 劃分網(wǎng)格 357
14．2．7 施加載荷與約束 359
14．2．8 結(jié)果后處理（1） 361
14．2．9 特征值屈曲分析 363
14．2．10 施加載荷與約束 363
14．2．11 結(jié)果后處理（2） 365
14．2．12 保存與退出 366
14．3 項目分析2――金屬容器特征值屈曲分析 366
14．3．1 問題描述 367
14．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 367
14．3．3 創(chuàng)建幾何體 367
14．3．4 設(shè)置材料 369
14．3．5 添加模型材料屬性 370
14．3．6 劃分網(wǎng)格 370
14．3．7 施加載荷與約束 371
14．3．8 結(jié)果后處理（1） 373
14．3．9 特征值屈曲分析 375
14．3．10 施加載荷與約束 375
14．3．11 結(jié)果后處理（2） 377
14．3．12 保存與退出 378
14．4 項目分析3――工字梁特征值屈曲分析 379
14．4．1 問題描述 379
14．4．2 添加材料和導(dǎo)入幾何體 379
14．4．3 添加屈曲分析項目 382
14．4．4 賦予材料和劃分網(wǎng)格 382
14．4．5 添加約束和載荷 384
14．4．6 靜態(tài)壓力求解 386
14．4．7 屈曲分析求解 386
14．4．8 結(jié)果后處理 387
14．4．9 保存與退出 388
14．5 本章小結(jié) 388
第4部分
第15章 熱力學(xué)分析 389
15．1 熱力學(xué)分析簡介 389
15．1．1 熱力學(xué)分析目的 389
15．1．2 熱力學(xué)分析方程 390
15．1．3 基本熱量傳遞方式 390
15．2 項目分析1――杯子穩(wěn)態(tài)熱力學(xué)分析 391
15．2．1 問題描述 391
15．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 391
15．2．3 導(dǎo)入幾何體 392
15．2．4 創(chuàng)建分析項目 393
15．2．5 添加材料庫 393
15．2．6 添加模型材料屬性 395
15．2．7 劃分網(wǎng)格 396
15．2．8 施加載荷與約束 396
15．2．9 結(jié)果后處理 398
15．2．10 保存與退出 399
15．3 項目分析2――杯子瞬態(tài)熱力學(xué)分析 400
15．3．1 瞬態(tài)熱力學(xué)分析 400
15．3．2 設(shè)置分析選項 400
15．3．3 結(jié)果后處理 402
15．3．4 保存與退出 402
15．4 本章小結(jié) 402
第16章 疲勞分析 403
16．1 疲勞分析簡介 403
16．1．1 疲勞概述 403
16．1．2 恒定振幅載荷 404
16．1．3 成比例載荷 404
16．1．4 應(yīng)力定義 404
16．1．5 應(yīng)力-壽命曲線 404
16．1．6 總結(jié) 405
16．2 項目分析1――椅子疲勞分析 405
16．2．1 問題描述 406
16．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 406
16．2．3 保存工程文件 406
16．2．4 更改設(shè)置 407
16．2．5 添加Fatigue Tool命令 408
16．2．6 保存與退出 410
16．3 項目分析2――實體疲勞分析 411
16．3．1 問題描述 411
16．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 411
16．3．3 導(dǎo)入幾何體 412
16．3．4 添加材料庫 412
16．3．5 進入分析界面 413
16．3．6 劃分網(wǎng)格 413
16．3．7 施加載荷與約束 414
16．3．8 結(jié)果后處理 415
16．3．9 保存文件 416
16．3．10 添加Fatigue Tool命令 416
16．3．11 疲勞分析 417
16．3．12 保存與退出 418
16．4 本章小結(jié) 418
第17章 流體動力學(xué)分析 420
17．1 流體動力學(xué)分析概述 420
17．1．1 計算流體動力學(xué)分析 420
17．1．2 基本控制方程 423
17．2 項目分析1――三通內(nèi)流場分析 426
17．2．1 問題描述 426
17．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 427
17．2．3 導(dǎo)入幾何體 427
17．2．4 流體動力學(xué)分析 428
17．2．5 網(wǎng)格劃分 429
17．2．6 流體動力學(xué)前處理 431
17．2．7 流體計算 434
17．2．8 結(jié)果后處理 434
17．3 項目分析2――葉輪外流場分析 437
17．3．1 問題描述 437
17．3．2 啟動Workbench并建立分析項目 437
17．3．3 創(chuàng)建幾何體模型 437
17．3．4 創(chuàng)建外部流場 439
17．3．5 流體動力學(xué)分析 439
17．3．6 網(wǎng)格劃分 440
17．3．7 流體動力學(xué)前處理 442
17．3．8 流體計算 446
17．3．9 結(jié)果后處理 447
17．3．10 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析模塊 448
17．4 本章小結(jié) 453
第18章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 454
18．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析簡介 454
18．1．1 優(yōu)化設(shè)計概述 454
18．1．2 ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析簡介 455
18．1．3 ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具 456
18．2 項目分析――響應(yīng)曲面優(yōu)化分析 456
18．2．1 問題描述 457
18．2．2 啟動Workbench并建立分析項目 457
18．2．3 導(dǎo)入幾何模型 457
18．2．4 結(jié)果后處理 463
18．3 本章小結(jié) 471
第5部分
第19章 多物理場耦合分析 472
19．1 多物理場耦合分析簡介 472
19．2 項目分析1――四分裂導(dǎo)線電磁結(jié)構(gòu)耦合分析 473
19．2．1 問題描述 473
19．2．2 啟動軟件與保存文檔 474
19．2．3 建立電磁分析項目與讀取數(shù)據(jù) 474
19．2．4 設(shè)置求解器與求解域 475
19．2．5 賦予材料屬性 476
19．2．6 添加激勵 477
19．2．7 劃分網(wǎng)格與創(chuàng)建分析步 478
19．2．8 檢查模型與求解 480
19．2．9 結(jié)果后處理（1） 480
19．2．10 創(chuàng)建靜力學(xué)分析項目和數(shù)據(jù)共享 481
19．2．11 設(shè)定材料 483
19．2．12 劃分網(wǎng)格 484
19．2．13 添加邊界條件與映射激勵 486
19．2．14 求解 487
19．2．15 結(jié)果后處理（2） 487
19．2．16 保存與退出 489
19．3 項目分析2――螺線管電磁結(jié)構(gòu)耦合分析 489
19．3．1 問題描述 489
19．3．2 啟動軟件與保存文檔 490
19．3．3 導(dǎo)入幾何體 491
19．3．4 建立電磁分析項目與讀取數(shù)據(jù) 492
19．3．5 設(shè)置求解器與求解域 495
19．3．6 賦予材料屬性 496
19．3．7 添加激勵 496
19．3．8 檢查模型與求解 497
19．3．9 結(jié)果后處理（1） 498
19．3．10 創(chuàng)建靜力學(xué)分析項目和數(shù)據(jù)共享 499
19．3．11 設(shè)定材料 500
19．3．12 劃分網(wǎng)格 501
19．3．13 添加邊界條件與映射 激勵 502
19．3．14 求解 503
19．3．15 結(jié)果后處理（2） 504
19．3．16 保存與退出 504
19．4 本章小結(jié) 505