基于ANSYS的車輛結構有限元分析

第1章有限元法原理和基本概念1
1.1　引言1
1.2　有限元法基本原理2
　　1.2.1　平面問題概述3
　　1.2.2　結構離散化5
　　1.2.3　位移函數(shù)5
　　1.2.4　單元剛度矩陣8
　　1.2.5　載荷移置與等效節(jié)點載荷11
　　1.2.6　結構總體剛度方程12
　　1.2.7　位移邊界條件的處理16
　　1.2.8　應力計算及導出結果的計算17
1.3　有限元分析與變分原理19
　　1.3.1　泛函和變分19
　　1.3.2　變分原理19
　　1.3.3　能量變分原理19
1.4　有限元方程解法20
　　1.4.1　概述20
　　1.4.2　總體剛度矩陣的一維變帶寬存儲21
　　1.4.3　直接法21
　　1.4.4　迭代法23

第2章ANSYS的基本使用方法25
2.1　ANSYS軟件介紹25
2.2　ANSYS軟件的使用28
　　2.2.1　ANSYS軟件解決問題的步驟28
　　2.2.2　ANSYS軟件的使用版本29
2.3　ANSYS經(jīng)典版的使用30
　　2.3.1　圖形用戶界面30
　　2.3.2　對話框及其組成控件31
　　2.3.3　ANSYS的菜單系統(tǒng)34
　　2.3.4　命令流輸入39
2.4　ANSYS經(jīng)典版實例分析40
　　2.4.1　問題描述及解析解40
　　2.4.2　ANSYS分析步驟40
　　2.4.3　命令流46
2.5　ANSYSWorkbench的使用47
　　2.5.1　ANSYSWorkbench的啟動方法47
　　2.5.2　ANSYSWorkbench的用戶界面48
　　2.5.3　ANSYSWorkbench的應用方式53
　　2.5.4　ANSYSWorkbench項目管理53
　　2.5.5　ANSYSWorkbench文件管理56
2.6　ANSYSWorkbench實例分析57
　　2.6.1　問題描述及解析解57
　　2.6.2　分析步驟57

第3章創(chuàng)建實體模型62
3.1　幾何模型與有限元模型創(chuàng)建技術62
3.2　ANSYS中直接創(chuàng)建實體模型62
　　3.2.1　實例3-1：直齒圓柱齒輪的創(chuàng)建62
　　3.2.2　實例3-2：帶輪的創(chuàng)建71
　　3.2.3　實例3-3：棘輪的創(chuàng)建80
　　3.2.4　實例3-4：保持架的創(chuàng)建88
　　3.2.5　實例3-5：螺母的創(chuàng)建93
　　3.2.6　實例3-6：斜齒圓柱齒輪的創(chuàng)建99
　　3.2.7　實例3-7：管道接頭的創(chuàng)建105
3.3　復雜實體導入ANSYS中創(chuàng)建有限元模型112
　　3.3.1　ANSYS實體建模簡介112
　　3.3.2　實例3-8：出料口模型的導入112

第4章車輛結構靜力學分析115
4.1　ANSYSAPDL平臺進行靜力學分析115
　　4.1.1　靜力學分析步驟115
　　4.1.2　實例4-1：車橋靜力學分析116
　　4.1.3　實例4-2：軸的扭轉分析121
4.2　ANSYSWorkbench平臺進行靜力學分析129
　　4.2.1　靜力學分析步驟129
　　4.2.2　實例4-3：車橋靜力學分析129
　　4.2.3　實例4-4：支架靜力學分析135

第5章車輛結構的模態(tài)分析143
5.1　ANSYSWorkbench模態(tài)分析簡介143
5.2　實例5-1：邊梁式車架模態(tài)分析144
5.3　實例5-2：車輛螺旋彈簧模態(tài)分析148
5.4　實例5-3：車輛鋼板彈簧模態(tài)分析153
5.5　實例5-4：水泥罐車整車模態(tài)分析162

第6章車輛結構的瞬態(tài)分析165
6.1　瞬態(tài)動力學分析方法簡介165
　　6.1.1　瞬態(tài)分析的原理165
　　6.1.2　瞬態(tài)分析分析步驟166
6.2　實例6-1：車輛多自由度振動瞬態(tài)分析168
6.3　實例6-2：車輛結構中轉向橋連桿瞬態(tài)分析175

第7章車輛結構的諧響應分析183
7.1　ANSYS諧響應分析簡介183
　　7.1.1　諧響應分析的原理183
　　7.1.2　諧響應分析步驟184
7.2　實例7-1：車輛多自由度振動諧響應APDL分析186
7.3　實例7-2：車輛多自由度振動諧響應Workbench分析195

第8章車輛結構的疲勞分析201
8.1　疲勞分析基礎201
8.2　轉向橋連桿的疲勞分析202
8.3　貨車鋼板彈簧的疲勞分析210
　　8.3.1　實例8-1：鋼板彈簧有限元靜力分析211
　　8.3.2　實例8-2：鋼板彈簧疲勞有限元分析220

第9章車輛結構的優(yōu)化設計224
9.1　車輛結構件的輕量化設計和拓撲優(yōu)化224
　　9.1.1　ANSYSWorkbench拓撲優(yōu)化簡介224
　　9.1.2　實例9-1：懸架控制臂的拓撲優(yōu)化和輕量化設計225
　　9.1.3　實例9-2：整體式轉向梯形機構優(yōu)化設計233
9.2　響應面優(yōu)化239
　　9.2.1　參數(shù)化建立幾何模型基礎239
　　9.2.2　DesignExploration概述242
　　9.2.3　響應曲面優(yōu)化設計的操作步驟243
　　9.2.4　實例9-3：對控制臂進行響應面優(yōu)化的步驟243

參考文獻259