ANSYS 19.0有限元分析完全自学手册

第 1篇 操作基础

第　1章 ANSYS概述

1.1　有限单元法简介

1.1.1　CAE软件简介

1.1.2　有限单元法的基本概念

1.2　工业ANSYS简介

1.2.1　ANSYS的发展

1.2.2　ANSYS的功能

1.3　ANSYS 19.0的启动及界面

1.3.1　设置运行环境

1.3.2　启动与退出

1.3.3　ANSYS 19.0的图形用户界面

1.4　程序结构

1.4.1　处理器

1.4.2　文件格式

1.4.3　输入方式

1.4.4　输出文件类型

1.5　ANSYS分析的基本过程

1.5.1　前处理

1.5.2　加载并求解

1.5.3　后处理

1.5.4　实例导航——齿轮泵齿轮静力分析

1.6　本章小结

第　2章 几何建模

2.1　坐标系简介

2.1.1　总体和局部坐标系

2.1.2　显示坐标系

2.1.3　节点坐标系

2.1.4　单元坐标系

2.1.5　结果坐标系

2.1.6　实例——坐标系创建

2.2　工作平面的使用和操作

2.2.1　定义一个新的工作平面

2.2.2　控制工作平面的显示和样式

2.2.3　移动工作平面

2.2.4　旋转工作平面

2.2.5　还原一个已定义的工作平面

2.2.6　工作平面的高级用途

2.2.7　实例——工作平面创建

2.3　布尔操作

2.3.1　布尔运算操作

2.3.2　布尔运算的设置

2.3.3　布尔运算之后的图元编号

2.3.4　交运算

2.3.5　两两相交运算

2.3.6　加运算

2.3.7　减运算

2.3.8　搭接运算

2.3.9　分割运算

2.3.10　粘接运算

2.3.11　实例——布尔操作

2.4　自底向上创建几何模型

2.4.1　关键点

2.4.2　实例——关键点创建

2.4.3　硬点

2.4.4　线

2.4.5　面

2.4.6　体

2.4.7　实例——自底向上建模

2.5　自顶向下创建几何模型

2.5.1　创建面体素

2.5.2　创建实体体素

2.5.3　实例——自顶向下建模

2.6　移动、复制和缩放几何模型

2.6.1　移动和复制

2.6.2　拖曳和旋转

2.6.3　按照样本生成图元

2.6.4　由对称映像生成图元

2.6.5　将样本图元转换坐标系

2.6.6　实体模型图元的缩放

2.6.7　修改模型（清除和删除）

2.7　几何模型导入到ANSYS

2.7.1　输入IGES单一实体

2.7.2　输入SAT单一实体

2.7.3　输入SAT实体集合

2.7.4　输入Parasolid单一实体

2.7.5　输入Parasolid实体集合

2.8　综合实例——齿轮泵齿轮的建模

2.9　本章小结

第3章　划分网格

3.1　有限元网格概论

3.2　设定单元属性

3.2.1　生成单元属性表

3.2.2　在划分网格之前分配单元属性

3.2.3　实例——设定单元属性

3.3　网格划分的控制

3.3.1　ANSYS网格划分工具（MeshTool）

3.3.2　映射网格划分中单元的默认尺寸

3.3.3　局部网格划分控制

3.3.4　内部网格划分控制

3.3.5　生成过渡棱锥单元

3.3.6　将退化的四面体单元转化为非退化的形式

3.3.7　执行层网格划分

3.3.8　实例——网格划分控制

3.4　自由网格划分和映射网格划分控制

3.4.1　自由网格划分

3.4.2　映射网格划分

3.5　给实体模型划分有限元网格

3.5.1　用xMESH命令生成网格

3.5.2　生成带方向节点的梁单元网格

3.5.3　在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元

3.6　延伸和扫略生成有限元模型

3.6.1　延伸（Extrude）生成网格

3.6.2　扫略（VSWEEP）生成网格

3.7　修正有限元模型

3.7.1　局部细化网格

3.7.2　移动和复制节点和单元

3.7.3　控制面、线和单元的法向

3.7.4　修改单元属性

3.8　编号控制

3.8.1　合并重复项

3.8.2　编号压缩

3.8.3　设定起始编号

3.8.4　编号偏差

3.9　综合实例——齿轮泵齿轮模型网格划分

3.10　本章小结

第4章　施加载荷

4.1　载荷概论

4.1.1　什么是载荷

4.1.2　载荷步、子步和平衡迭代

4.1.3　时间参数

4.1.4　阶跃载荷与坡道载荷

4.2　施加载荷

4.2.1　实体模型载荷与有限单元载荷

4.2.2　施加不同类型载荷

4.2.3　利用表格来施加载荷

4.2.4　轴对称载荷与反作用力

4.2.5　利用函数来施加载荷和边界条件

4.3　设定载荷步选项

4.3.1　通用选项

4.3.2　非线性选项

4.3.3　动力学分析选项

4.3.4　输出控制

4.3.5　Biot-Savart选项

4.3.6　谱分析选项

4.3.7　创建多载荷步文件

4.4　综合实例——齿轮泵齿轮模型载荷施加

4.5　本章小结

第5章　求解

5.1　求解概论

5.1.1　使用直接求解法

5.1.2　使用稀疏矩阵直接解法求解器

5.1.3　使用雅克比共轭梯度法求解器

5.1.4　使用不完全分解共轭梯度法求解器

5.1.5　使用预条件共轭梯度法求解器

5.1.6　使用自动迭代解法选项

5.1.7　获得解答

5.2　利用特定的求解控制器来指定求解类型

5.2.1　使用Abridged Solution菜单选项

5.2.2　使用求解控制对话框

5.3　多载荷步求解

5.3.1　多重求解法

5.3.2　使用载荷步文件法

5.3.3　使用数组参数法（矩阵参数法）

5.4　重新启动分析

5.4.1　重新启动一个分析

5.4.2　多载荷步文件的重启动分析

5.5　预测求解时间和估计文件大小

5.5.1　估计运算时间

5.5.2　估计文件的大小

5.5.3　估计内存需求

5.6　综合实例——齿轮泵齿轮模型求解

5.7　本章小结

第6章　后处理

6.1　后处理概述

6.1.1　后处理

6.1.2　结果文件

6.1.3　后处理可用的数据类型

6.2　通用后处理器（POST1）

6.2.1　将数据结果读入数据库

6.2.2　列表显示结果

6.2.3　图像显示结果

6.2.4　映射结果到某一路径上

6.2.5　表面操作

6.2.6　将结果旋转到不同坐标系中显示

6.3　时间历程后处理器（POST26）

6.3.1　定义和储存POST26变量

6.3.2　检查变量

6.3.3　后处理器POST26的其他功能

6.4　综合实例——齿轮泵齿轮模型结果后处理

6.5　本章小结

第　2篇 专题实例

第7章　静力学分析

7.1　静力分析介绍

7.1.1　结构静力分析简介

7.1.2　静力分析的类型

7.1.3　静力分析基本步骤

7.2　综合实例——钢桁架桥静力受力分析

7.2.1　问题的描述

7.2.2　建立模型

7.2.3　定义边界条件和载荷并求解

7.2.4　查看结果

7.2.5　命令流实现

7.3　综合实例——内六角扳手的静态分析

7.3.1　问题的描述

7.3.2　建立模型

7.3.3　定义边界条件并求解

7.3.4　查看结果

7.3.5　命令流方式

7.4　本章小结

第8章　模态分析

8.1　模态分析概论

8.2　模态分析的基本步骤

8.2.1　建立模型

8.2.2　加载及求解

8.2.3　扩展模态

8.2.4　观察结果和后处理

8.3　综合实例——结构模态分析

8.3.1　分析问题

8.3.2　建立模型

8.3.3　进行模态设置、定义边界条件并求解

8.3.4　查看结果

8.3.5　命令流实现

8.4　综合实例——小发电机转子模态分析

8.4.1　分析问题

8.4.2　建立模型

8.4.3　进行模态设置、定义边界条件并求解

8.4.4　查看结果

8.4.5　命令流方式

8.5　本章小结

第9章　谐响应分析

9.1　谐响应分析概论

9.1.1　完全法（Full Method）

9.1.2　减缩法（Reduced Method）

9.1.3　模态叠加法（Mode Superposition Method）

9.1.4　3种方法的共同局限性

9.2　谐响应分析的基本步骤

9.2.1　建立模型（前处理）

9.2.2　加载和求解

9.2.3　观察模型（后处理）

9.3　综合实例——悬臂梁谐响应分析

9.3.1　分析问题

9.3.2　建立模型

9.3.3　定义边界条件并求解

9.3.4　查看结果

9.3.5　命令流方式

9.4　综合实例——吉他的谐响应分析

9.4.1　分析问题

9.4.2　建立模型

9.4.3　定义边界条件并求解

9.4.4　查看结果

9.4.5　命令流方式

9.5　本章小结

第　10章 非线性分析

10.1　非线性分析概论

10.1.1　非线性行为的原因

10.1.2　非线性分析的基本信息

10.1.3　几何非线性

10.1.4　材料非线性

10.1.5　其他非线性问题

10.2　非线性分析的基本步骤

10.2.1　前处理（建模和分网）

10.2.2　设置求解控制器

10.2.3　设定其他求解选项

10.2.4　加载

10.2.5　求解

10.2.6　后处理

10.3　综合实例——螺栓的蠕变分析

10.3.1　问题描述

10.3.2　建立模型

10.3.3　设置分析并求解

10.3.4　查看结果

10.3.5　命令流实现

10.4　综合实例——材料非线性分析

10.4.1　分析问题

10.4.2　建立模型

10.4.3　定义边界条件并求解

10.4.4　查看结果

10.4.5　命令流实现

10.5　本章小结

第　11章 结构屈曲分析

11.1　结构屈曲概论

11.2　结构屈曲分析的基本步骤

11.2.1　前处理

11.2.2　获得静力解

11.2.3　获得特征值屈曲解

11.2.4　扩展解

11.2.5　后处理（观察结果）

11.3　综合实例——薄壁圆筒屈曲分析

11.3.1　分析问题

11.3.2　建立模型

11.3.3　求解

11.3.4　查看结果

11.3.5　命令流

11.4　综合实例——桁架结构屈曲分析

11.4.1　问题描述

11.4.2　建立模型

11.4.3　求解

11.4.4　查看结果

11.4.5　命令流实现

11.5　本章小结

第　12章 谱分析

12.1　谱分析概论

12.1.1　响应谱

12.1.2　动力设计分析方法（DDAM）

12.1.3　功率谱密度（PSD）

12.2　谱分析的基本步骤

12.2.1　前处理

12.2.2　模态分析

12.2.3　谱分析

12.2.4　扩展模态

12.2.5　合并模态

12.2.6　后处理

12.3　综合实例——支撑平板的动力效果分析

12.3.1　问题描述

12.3.2　建立模型

12.3.3　进行分析

12.3.4　后处理

12.3.5　命令流实现

12.4　本章小结

第　13章 瞬态动力学分析

13.1　瞬态动力学概论

13.1.1　完全法（Full Method）

13.1.2　模态叠加法（Mode Superposition Method）

13.1.3　减缩法（Reduced Method）

13.2　瞬态动力学的基本步骤

13.2.1　前处理（建模和分网）

13.2.2　建立初始条件

13.2.3　设定求解控制器

13.2.4　设定其他求解选项

13.2.5　施加载荷

13.2.6　设定多载荷步

13.2.7　瞬态求解

13.2.8　后处理

13.3　综合实例——瞬态动力学分析

13.3.1　分析问题

13.3.2　建立模型

13.3.3　进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解

13.3.4　查看结果

13.3.5　命令流实现

13.4　综合实例——哥伦布阻尼的自由振动分析

13.4.1　问题描述

13.4.2　建立模型

13.4.3　进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解

13.4.4　查看结果

13.4.5　命令流方式

13.5　本章小结

第　14章 接触问题分析

14.1　接触问题概论

14.1.1　一般分类

14.1.2　接触单元

14.2　接触分析的步骤

14.2.1　建立模型，并划分网格

14.2.2　识别接触对

14.2.3　定义刚性目标面

14.2.4　定义柔性体的接触面

14.2.5　设置实常数和单元关键点

14.2.6　控制刚性目标的运动

14.2.7　给变形体单元施加必要的边界条件

14.2.8　定义求解和载荷步选项

14.2.9　求解

14.2.10　检查结果

14.3　综合实例——陶瓷套管的接触分析

14.3.1　问题描述

14.3.2　建立模型并划分网格

14.3.3　定义边界条件并求解

14.3.4　后处理

14.3.5　命令流实现

14.4　本章小结

第　15章 高级分析

15.1　自适应网格划分

15.1.1　自适应网格的条件

15.1.2　自适应网格过程

15.2　综合实例——平板受热分析

15.2.1　问题描述

15.2.2　建立模型

15.2.3　定义边界条件并求解

15.2.4　查看结果

15.2.5　命令流

15.3　子模型

15.3.1　子模型介绍

15.3.2　子模型方法

15.3.3　子模型过程

15.4　参数化设计语言

15.4.1　参数化设计语言介绍

15.4.2　参数化设计语言的功能

15.5　综合实例——悬臂梁

15.5.1　分析问题

15.5.2　建立模型

15.5.3　定义边界条件并求解

15.5.4　命令流

15.6　本章小结