ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通

目 录 第1章 初识ANSYS Workbench 1 1.1 ANSYS Workbench 17.0概述 1 1.1.1 关于ANSYS Workbench 1 1.1.2 多物理场分析模式 2 1.1.3 项目级仿真参数管理 2 1.1.4 Workbench应用模块 3 1.2 Workbench 17.0的基本操作界面 3 1.2.1 启动ANSYS Workbench 3 1.2.2 ANSYS Workbench主界面 4 1.3 Workbench项目管理 7 1.3.1 复制及删除项目 7 1.3.2 关联项目 7 1.3.3 项目管理操作案例 8 1.3.4 设置项属性 9 1.4 Workbench文件管理 9 1.4.1 文件目录结构 9 1.4.2 快速生成压缩文件 10 1.5 Workbench实例入门 11 1.5.1 案例介绍 11 1.5.2 启动Workbench并建立分析项目 11 1.5.3 导入创建几何体 12 1.5.4 添加材料库 13 1.5.5 添加模型材料属性 14 1.5.6 划分网格 15 1.5.7 施加载荷与约束 16 1.5.8 结果后处理 18 1.5.9 保存与退出 19 1.6 本章小结 20 第2章 创建Workbench几何模型 21 2.1 认识DesignModeler 21 2.1.1 进入DesignModeler 21 2.1.2 DesignModeler的操作界面 23 2.1.3 DesignModeler的鼠标操作 24 2.1.4 图形选取与控制 25 2.1.5 DM几何体 25 2.2 DesignModeler草图模式 26 2.2.1 创建新平面 26 2.2.2 创建新草图 26 2.2.3 草图模式 27 2.2.4 草图援引 28 2.3 创建3D几何体 28 2.3.1 创建3D特征 28 2.3.2 激活体和冻结体 29 2.3.3 切片特征 30 2.3.4 抑制体 30 2.3.5 面印记 30 2.3.6 填充与包围操作 32 2.3.7 创建多体部件体 33 2.4 导入外部CAD文件 34 2.4.1 非关联性导入文件 34 2.4.2 关联性导入文件 35 2.4.3 导入定位 35 2.4.4 创建场域几何体 35 2.5 概念建模 35 2.5.1 从点生成线体 36 2.5.2 从草图生成线体 36 2.5.3 从边生成线体 36 2.5.4 定义横截面 36 2.5.5 从线生成面体 39 2.5.6 从草图生成面体 39 2.5.7 从面生成面体 40 2.6 创建几何体的实例操作 40 2.6.1 进入DM界面 40 2.6.2 绘制零件底部圆盘 41 2.6.3 创建零件肋柱 42 2.6.4 生成线体 45 2.6.5 生成面体 45 2.6.6 保存文件并退出 46 2.7 概念建模实例操作 46 2.7.1 从CAD进入DM界面 46 2.7.2 创建线体 47 2.7.3 生成面体 48 2.7.4 创建横截面 49 2.7.5 为线体添加横截面 50 2.7.6 保存文件并退出 50 2.8 本章小结 50 第3章 Workbench网格划分 51 3.1 网格划分平台 51 3.1.1 网格划分特点 51 3.1.2 网格划分方法 52 3.1.3 网格划分技巧 53 3.1.4 网格划分流程 54 3.1.5 网格尺寸策略 54 3.2 3D几何网格划分 54 3.2.1 四面体网格的优缺点 55 3.2.2 四面体网格划分时的常用参数 55 3.2.3 四面体算法 55 3.2.4 四面体膨胀 57 3.3 网格参数设置 57 3.3.1 默认参数设置 59 3.3.2 尺寸控制 59 3.3.3 膨胀控制 62 3.3.4 网格信息 64 3.4 扫掠网格划分 64 3.4.1 扫掠划分方法 64 3.4.2 扫掠网格控制 66 3.5 多区网格划分 66 3.5.1 多区划分方法 66 3.5.2 多区网格控制 67 3.6 网格划分案例 68 3.6.1 自动网格划分案例 68 3.6.2 网格划分控制案例 72 3.7 本章小结 79 第4章 Mechanical基础 80 4.1 关于Mechanical 80 4.2 Mechanical的基本操作 81 4.2.1 启动Mechanical 81 4.2.2 Mechanical操作界面 81 4.2.3 鼠标控制 84 4.3 材料参数输入控制 85 4.3.1 进入Engineering Data应用程序 85 4.3.2 材料库 85 4.3.3 添加材料 86 4.3.4 添加材料属性 87 4.4 Mechanical 前处理操作 88 4.4.1 几何分支 88 4.4.2 接触与点焊 89 4.4.3 坐标系 91 4.4.4 分析设置 92 4.5 施加载荷和约束 93 4.5.1 施加载荷 94 4.5.2 施加约束 96 4.6 模型求解 96 4.7 结果后处理 98 4.7.1 结果显示 98 4.7.2 变形显示 99 4.7.3 应力和应变 99 4.7.4 接触结果 100 4.7.5 自定义结果显示 101 4.8 本章小结 102 第5章 线性静态结构分析 103 5.1 线性静态结构分析概述 103 5.2 线性静态结构的分析流程 104 5.2.1 几何模型 104 5.2.2 材料特性 105 5.2.3 定义接触区域 105 5.2.4 划分网格 105 5.2.5 施加载荷和边界条件 105 5.2.6 模型求解控制 106 5.2.7 结果后处理 106 5.3 风力发电机叶片静态结构分析 106 5.3.1 问题描述 106 5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 106 5.3.3 导入几何体 107 5.3.4 添加材料库 108 5.3.5 添加模型材料属性 111 5.3.6 划分网格 113 5.3.7 施加载荷与约束 114 5.3.8 结果后处理（设置求解项） 116 5.3.9 求解并显示求解结果 117 5.3.10 更改材料观察分析结果 119 5.3.11 保存与退出 122 5.4 本章小结 122 第6章 模态分析 123 6.1 模态分析概述 123 6.2 Workbench模态分析流程 124 6.2.1 几何体和质点 125 6.2.2 接触区域 125 6.2.3 分析类型 126 6.2.4 载荷和约束 126 6.2.5 求解模型 127 6.3 飞机机翼模态分析 127 6.3.1 问题描述 127 6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 128 6.3.3 导入几何体 129 6.3.4 添加材料库 129 6.3.5 修改模型材料属性 131 6.3.6 划分网格 132 6.3.7 施加固定约束 133 6.3.8 结果后处理（设置求解项） 134 6.3.9 求解并显示求解结果 135 6.3.10 保存与退出 136 6.4 风力发电机叶片预应力模态分析 136 6.4.1 打开结构静态分析 136 6.4.2 创建预应力模态分析项目 137 6.4.3 结果后处理 138 6.4.4 求解并显示求解结果 139 6.4.5 保存与退出 141 6.5 本章小结 141 第7章 谐响应分析 142 7.1 谐响应分析概述 142 7.2 谐响应分析流程 143 7.2.1 施加简谐载荷 144 7.2.2 求解方法 145 7.2.3 查看结果 145 7.3 连接转轴的谐响应分析 146 7.3.1 问题描述 146 7.3.2 Workbench基础操作 146 7.3.3 创建多体部件体及抑制体 147 7.3.4 网格参数设置 148 7.3.5 施加载荷与约束 150 7.3.6 设置求解选项 152 7.3.7 求解并显示求解结果 152 7.3.8 保存与退出 155 7.4 本章小结 155 第8章 响应谱分析 156 8.1 谱分析概述 156 8.2 响应谱分析流程 156 8.3 地震位移下的响应谱分析 158 8.3.1 问题描述 158 8.3.2 启动Workbench进入DM界面 158 8.3.3 创建模型 159 8.3.4 添加材料 165 8.3.5 为体添加材料 166 8.3.6 划分网格 167 8.3.7 施加固定约束 169 8.3.8 提取模态参数设置 169 8.3.9 查看模态分析结果 170 8.3.10 添加响应谱位移 172 8.3.11 提取响应谱分析结果 172 8.3.12 查看分析结果 173 8.3.13 保存与退出 174 8.4 本章小结 175 第9章 随机振动分析 176 9.1 随机振动分析概述 176 9.2 随机振动分析流程 177 9.3 梁板结构的随机振动分析 178 9.3.1 问题描述 178 9.3.2 启动Workbench并建立分析项目 179 9.3.3 修改模型 179 9.3.4 生成多体部件体 183 9.3.5 划分网格 183 9.3.6 施加固定约束 185 9.3.7 提取模态参数设置 186 9.3.8 查看模态分析结果 187 9.3.9 添加功率谱位移 188 9.3.10 提取随机振动的分析结果 189 9.3.11 查看随机振动的分析结果 190 9.3.12 保存与退出 192 9.4 本章小结 192 第10章 瞬态动力学分析 193 10.1 瞬态动力学分析概述 193 10.2 瞬态动力学分析流程 193 10.2.1 几何模型 194 10.2.2 时间步长 195 10.2.3 运动副 195 10.2.4 弹簧 195 10.2.5 阻尼 196 10.2.6 载荷和约束 196 10.2.7 后处理中查看结果 196 10.3 汽车主轴的瞬态动力学分析 196 10.3.1 问题描述 196 10.3.2 Workbench基础操作 197 10.3.3 为体添加材料特性 197 10.3.4 创建坐标系 198 10.3.5 划分网格 199 10.3.6 施加载荷与约束 200 10.3.7 设置求解选项 201 10.3.8 求解并显示求解结果 204 10.3.9 保存与退出 207 10.4 本章小结 207 第11章 显式动力学分析 208 11.1 显式动力学分析概述 208 11.1.1 显式算法与隐式算法的区别 208 11.1.2 ANSYS中的显式动力学模块 209 11.2 显式动力学分析流程 209 11.3 质量块冲击薄板的显式动力学分析 210 11.3.1 问题描述 210 11.3.2 启动Workbench并建立分析项目 210 11.3.3 建立几何模型 211 11.3.4 添加材料特性 214 11.3.5 添加模型材料属性 216 11.3.6 划分网格 218 11.3.7 施加载荷与约束 220 11.3.8 提取显式动力学分析结果 221 11.3.9 求解并显示求解结果 222 11.3.10 保存与退出 225 11.4 本章小结 226 第12章 热分析 227 12.1 传热概述 227 12.1.1 传热方式 227 12.1.2 热分析类型 228 12.1.3 非线性热分析 229 12.1.4 边界条件或初始条件 229 12.2 热分析流程 229 12.2.1 几何模型 230 12.2.2 实体接触 230 12.2.3 导热率 231 12.2.4 施加载荷 232 12.2.5 热边界条件 232 12.2.6 热应力分析 232 12.2.7 结果后处理 233 12.3 散热器的热分析 234 12.3.1 问题描述 234 12.3.2 启动Workbench并建立分析项目 234 12.3.3 导入几何体 235 12.3.4 添加材料库 236 12.3.5 添加模型材料属性 238 12.3.6 划分网格 238 12.3.7 施加载荷与约束 239 12.3.8 结果后处理（设置求解项） 241 12.3.9 求解并显示求解结果 242 12.3.10 热应变分析 242 12.3.11 保存文件 244 12.3.12 更改材料进行求解 245 12.3.13 保存并退出 246 12.4 本章小结 246 第13章 特征值屈曲分析 247 13.1 屈曲分析概述 247 13.1.1 关于欧拉屈曲 247 13.1.2 线性屈曲的计算 248 13.1.3 线性屈曲分析的特点 249 13.2 线性屈曲的分析过程 249 13.2.1 几何体和材料属性 249 13.2.2 接触区域 250 13.2.3 载荷与约束 250 13.2.4 屈曲设置 250 13.2.5 模型求解 251 13.2.6 结果检查 252 13.3 桁架结构的抗屈曲分析 252 13.3.1 问题描述 252 13.3.2 Workbench基础操作 253 13.3.3 创建多体部件体 254 13.3.4 网格参数设置 255 13.3.5 施加载荷与约束 256 13.3.6 设置求解选项 257 13.3.7 求解并显示求解结果 258 13.3.8 保存与退出 260 13.4 本章小结 260 第14章 结构非线性分析 261 14.1 结构非线性分析概述 261 14.2 结构非线性分析流程 263 14.2.1 超弹性材料 264 14.2.2 塑性材料 266 14.3 销轴的结构非线性分析 270 14.3.1 问题描述 271 14.3.2 启动Workbench并建立分析项目 271 14.3.3 创建几何体 272 14.3.4 添加模型材料属性 277 14.3.5 划分网格 280 14.3.6 求解载荷步数的设置 282 14.3.7 施加载荷与约束 283 14.3.8 结果后处理（设置求解项） 284 14.3.9 求解并显示求解结果 286 14.3.10 保存与退出 290 14.4 本章小结 291 第15章 接触问题分析 292 15.1 接触问题分析概述 292 15.1.1 罚函数法和增强拉格朗日法 292 15.1.2 拉格朗日乘数法 293 15.1.3 多点约束法 293 15.2 接触问题分析流程 294 15.2.1 接触刚度与渗透 294 15.2.2 接触类型 295 15.2.3 对称/非对称行为 295 15.2.4 施加摩擦接触 296 15.2.5 检查接触结果 297 15.3 轴承内外套的接触分析 297 15.3.1 问题描述 297 15.3.2 启动Workbench并建立分析项目 297 15.3.3 创建几何体 298 15.3.4 添加模型材料属性 306 15.3.5 设置接触选项 308 15.3.6 划分网格 309 15.3.7 施加载荷与约束 311 15.3.8 结果后处理（设置求解项） 313 15.3.9 求解并显示求解结果 314 15.3.10 保存与退出 316 15.4 本章小结 316 第16章 Workbench优化设计 317 16.1 Design Exploration概述 317 16.1.1 参数定义 317 16.1.2 设定优化方法 317 16.1.3 Design Exploration选项 318 16.1.4 Design Exploration特点 318 16.1.5 Design Exploration操作界面 319 16.2 Design Exploration优化设计基础 320 16.2.1 参数设置 320 16.2.2 响应曲面优化 321 16.2.3 响应曲面 323 16.2.4 实验设计 324 16.2.5 六西格玛分析 326 16.3 连接板的优化设计 327 16.3.1 问题描述 328 16.3.2 启动Workbench并建立分析项目 328 16.3.3 导入几何体 328 16.3.4 添加材料库 330 16.3.5 添加模型材料属性 331 16.3.6 划分网格 332 16.3.7 施加约束与载荷 333 16.3.8 结果后处理（设置求解项） 335 16.3.9 求解并显示求解结果 336 16.3.10 观察优化参数 336 16.3.11 响应曲面 339 16.3.12 观察新设计点的结果 342 16.3.13 保存与退出 343 16.4 本章小结 343 第17章 流体动力学分析 344 17.1 流体动力学基础 344 17.1.1 质量守恒方程 344 17.1.2 动量守恒方程 344 17.1.3 能量守恒方程 345 17.1.4 湍流模型 345 17.2 流体动力学的分析流程 346 17.3 基于Fluent的导弹流体动力学分析 347 17.3.1 案例介绍 347 17.3.2 启动Workbench并建立分析项目 347 17.3.3 导入几何体 348 17.3.4 划分网格 350 17.3.5 网格检查与处理 352 17.3.6 设置物理模型和材料 354 17.3.7 设置操作环境和边界条件 355 17.3.8 设置求解方法和控制参数 356 17.3.9 设置监视窗口和初始化 356 17.3.10 求解和退出 359 17.3.11 计算结果的后处理 360 17.3.12 保存与退出 366 17.4 本章小结 366 第18章 电磁场分析 367 18.1 电磁场基本理论 367 18.1.1 麦克斯韦方程组 367 18.1.2 电磁场微分方程 368 18.1.3 ANSYS Workbench平台电磁分析 369 18.1.4 ANSYS Maxwell软件电磁分析 370 18.2 导体磁场计算 371 18.2.1 启动ANSYS Electronics Desktop 2016并建立分析项目 371 18.2.2 建立几何模型 372 18.2.3 设置求解域 372 18.2.4 定义材料属性 372 18.2.5 边界条件与激励 374 18.2.6 求解计算 374 18.2.7 图表显示 376 18.2.8 加载Maxwell工程文件 377 18.2.9 保存与退出 377 18.3 电感计算 378 18.3.1 启动Workbench并建立分析项目 378 18.3.2 建立几何模型 378 18.3.3 建立求解器及求解域 379 18.3.4 添加材料 379 18.3.5 网格划分 380 18.3.6 求解计算 382 18.3.7 保存与退出 383 18.4 本章小结 383 第19章 多物理场耦合分析 384 19.1 多物理场耦合分析概述 384 19.2 电磁热耦合分析 385 19.2.1 问题描述 385 19.2.2 软件启动与保存 386 19.2.3 建立电磁分析 386 19.2.4 建立几何模型 388 19.2.5 设置求解域 390 19.2.6 赋予材料属性 390 19.2.7 添加激励 391 19.2.8 添加分析步 392 19.2.9 模型检查与计算 392 19.2.10 后处理 393 19.2.11 创建数据共享 394 19.2.12 设定材料 396 19.2.13 划分网格 397 19.2.14 添加边界条件与映射激励 398 19.2.15 求解计算 399 19.2.16 后处理 399 19.3 本章小结 400