WORKBEnch18.0有限分析案例详解

第1章 有限元基本理论 1
1.1 有限元法发展综述 1
1.1.1 有限元法的孕育过程及诞生和发展 2
1.1.2 有限元法的基本思想 2
1.1.3 有限元的应用及其发展趋势 4
1.2 有限元分析基本理论 6
1.2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤 6
1.2.2 基于*小势能原理的有限元法 13
1.2.3 杆系结构的非线性分析理论 17
1.2.4 稳定计算理论 26
1.3 本章小结 28
第2章 ANSYS Workbench 18.0概述 29
2.1 ANSYS Workbench 18.0平台及模块 29
2.1.1 Workbench平台界面 30
2.1.2 菜单栏 30
2.1.3 工具栏 36
2.1.4 工具箱 36
2.2 DesignModeler 18.0几何建模 40
2.2.1 DesignModeler几何建模平台 40
2.2.2 菜单栏 41
2.2.3 工具栏 48
2.2.4 常用命令栏 50
2.2.5 Tree Outline（模型树） 50
2.2.6 DesignModeler几何建模实例——
连接板 52
2.3 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler
几何建模 60
2.3.1 SpaceClaim几何建模平台 60
2.3.2 菜单选项卡 61
2.4 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler
几何建模实例 64
2.5 ANSYS Meshing 18.0网格划分平台 68
2.5.1 Meshing网格划分适用领域 68
2.5.2 Meshing网格划分方法 68
2.5.3 Meshing网格默认设置 71
2.5.4 Meshing网格尺寸设置 72
2.5.5 Meshing网格Patch Conforming
选项 75
2.5.6 Meshing网格膨胀层设置 79
2.5.7 Meshing网格高级选项 80
2.5.8 Meshing网格评估统计 81
2.6 ANSYS Meshing 18.0网格划分实例 81
2.6.1 应用实例1——网格尺寸控制 81
2.6.2 应用实例2——扫掠网格划分 87
2.6.3 外部网格导入实例1——CDB网格
导入 93
2.6.4 外部网格导入实例2——CDB网格
导入 97
2.7 ANSYS Mechanical 18.0后处理 99
2.7.1 查看结果 99
2.7.2 结果显示 102
2.7.3 变形显示 102
2.7.4 应力和应变 103
2.7.5 接触结果 104
2.7.6 自定义结果显示 104
2.8 本章小结 105
第3章 结构静力学分析案例详解 106
3.1 线性静力分析简介 106
3.1.1 线性静力分析 106
3.1.2 线性静力分析流程 107
3.1.3 线性静力分析基础 107
3.2 静力学分析实例1——实体静力
分析 108
3.2.1 问题描述 108
3.2.2 启动Workbench并建立分析项目 108
3.2.3 导入创建几何体 109
3.2.4 添加材料库 109
3.2.5 添加模型材料属性 111
3.2.6 划分网格 112
3.2.7 施加载荷与约束 112
3.2.8 结果后处理 114
3.2.9 保存与退出 115
3.2.10 读者演练 116
3.3 静力学分析实例2——梁单元线性静力
分析 116
3.3.1 问题描述 116
3.3.2 启动Workbench并建立分析项目 117
3.3.3 创建几何体 117
3.3.4 添加材料库 121
3.3.5 添加模型材料属性 122
3.3.6 划分网格 123
3.3.7 施加载荷与约束 124
3.3.8 结果后处理 125
3.3.9 保存与退出 126
3.3.10 读者演练 127
3.4 静力学分析实例3——板单元静力分析 127
3.4.1 问题描述 128
3.4.2 启动Workbench并建立分析项目 128
3.4.3 导入创建几何体 128
3.4.4 添加材料库 129
3.4.5 添加模型材料属性 130
3.4.6 划分网格 130
3.4.7 施加载荷与约束 131
3.4.8 结果后处理 132
3.4.9 保存与退出 133
3.4.10 读者演练 133
3.5 静力学分析实例4——子模型静力分析 134
3.5.1 问题描述 134
3.5.2 启动Workbench并建立分析项目 134
3.5.3 导入创建几何体 134
3.5.4 添加材料库 135
3.5.5 添加模型材料属性 137
3.5.6 划分网格 138
3.5.7 施加载荷与约束 138
3.5.8 结果后处理 140
3.5.9 子模型分析 141
3.5.10 保存并退出 145
3.6 本章小结 145
第4章 模态分析案例详解 146
4.1 结构动力学分析简介 146
4.1.1 结构动力学分析 146
4.1.2 结构动力学分析的阻尼 147
4.2 模态分析简介 147
4.2.1 模态分析 147
4.2.2 模态分析基础 148
4.2.3 预应力模态分析 148
4.3 模态分析实例1——模态分析 149
4.3.1 问题描述 149
4.3.2 启动Workbench并建立分析项目 149
4.3.3 创建几何体 150
4.3.4 添加材料库 150
4.3.5 添加模型材料属性 152
4.3.6 划分网格 153
4.3.7 施加载荷与约束 153
4.3.8 结果后处理 154
4.3.9 保存与退出 157
4.4 模态分析实例2——有预应力模态分析 157
4.4.1 问题描述 157
4.4.2 启动Workbench并建立分析项目 157
4.4.3 创建几何体 158
4.4.4 添加材料库 158
4.4.5 添加模型材料属性 160
4.4.6 划分网格 161
4.4.7 施加载荷与约束 161
4.4.8 模态分析 163
4.4.9 后处理 163
4.4.10 保存与退出 165
4.5 模态分析实例3——有预应力模态分析 165
4.5.1 问题描述 165
4.5.2 修改外载荷数据 166
4.5.3 模态分析 166
4.5.4 后处理 166
4.5.5 保存与退出 168
4.5.6 结论 168
4.6 本章小结 168
第5章 谐响应分析案例详解 169
5.1 谐响应分析简介 169
5.1.1 谐响应分析 169
5.1.2 谐响应分析的载荷与输出 170
5.1.3 谐响应分析通用方程 170
5.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析 170
5.2.1 问题描述 170
5.2.2 启动Workbench并建立分析项目 171
5.2.3 创建模态分析项目 172
5.2.4 材料选择 172
5.2.5 施加载荷与约束 172
5.2.6 模态分析 174
5.2.7 后处理 174
5.2.8 创建谐响应分析项目 176
5.2.9 施加载荷与约束 176
5.2.10 谐响应计算 177
5.2.11 结果后处理 178
5.2.12 保存与退出 179
5.3 谐响应分析实例2——实体模型谐响应
分析 180
5.3.1 问题描述 180
5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 180
5.3.3 材料选择 181
5.3.4 施加载荷与约束 181
5.3.5 模态分析 183
5.3.6 后处理 183
5.3.7 谐响应分析设置和求解 185
5.3.8 谐响应计算 186
5.3.9 结果后处理 186
5.3.10 保存与退出 188
5.4 本章小结 188
第6章 响应谱分析案例详解 189
6.1 响应谱分析简介 189
6.1.1 频谱的定义 189
6.1.2 响应谱分析的基本概念 190
6.2 响应谱分析实例1——简单桥梁
响应谱分析 192
6.2.1 问题描述 192
6.2.2 启动Workbench并建立分析项目 193
6.2.3 导入几何体模型 193
6.2.4 静态力学分析 194
6.2.5 添加材料库 194
6.2.6 划分网格 194
6.2.7 施加约束 195
6.2.8 模态分析 197
6.2.9 结果后处理 197
6.2.10 响应谱分析 198
6.2.11 添加加速度谱 199
6.2.12 后处理 199
6.2.13 保存与退出 201
6.3 响应谱分析实例2——建筑物框架
响应谱分析 201
6.3.1 问题描述 201
6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 202
6.3.3 导入几何体模型 203
6.3.4 静态力学分析 203
6.3.5 添加材料库 204
6.3.6 划分网格 204
6.3.7 施加约束 205
6.3.8 模态分析 206
6.3.9 结果后处理 206
6.3.10 响应谱分析 207
6.3.11 添加加速度谱 208
6.3.12 后处理 209
6.3.13 保存与退出 210
6.4 本章小结 210
第7章 随机振动分析案例详解 211
7.1 随机振动分析简介 211
7.2 随机振动分析实例1——简单桥梁随机
振动分析 212
7.2.1 问题描述 212
7.2.2 启动Workbench并建立分析项目 213
7.2.3 导入几何体模型 213
7.2.4 静态力学分析 214
7.2.5 添加材料库 214
7.2.6 划分网格 215
7.2.7 施加约束 216
7.2.8 模态分析 217
7.2.9 结果后处理 217
7.2.10 随机振动分析 219
7.2.11 添加加速度谱 219
7.2.12 后处理 220
7.2.13 保存与退出 221
7.3 随机振动分析实例2——建筑物框架随机
振动分析 221
7.3.1 问题描述 222
7.3.2 启动Workbench并建立分析项目 222
7.3.3 导入几何体模型 223
7.3.4 静态力学分析 223
7.3.5 添加材料库 224
7.3.6 划分网格 224
7.3.7 施加约束 225
7.3.8 模态分析 226
7.3.9 结果后处理 226
7.3.10 随机振动分析 227
7.3.11 添加加速度谱 227
7.3.12 后处理 228
7.3.13 保存与退出 229
7.4 本章小结 229
第8章 瞬态动力学分析案例详解 230
8.1 瞬态动力学分析简介 230
8.1.1 瞬态动力学分析 230
8.1.2 瞬态动力学分析基本公式 230
8.2 瞬态动力学分析实例1——蜗轮蜗杆传动
分析 231
8.2.1 问题描述 231
8.2.2 启动Workbench并建立分析项目 231
8.2.3 导入几何体模型 232
8.2.4 瞬态动力学分析参数设置 233
8.2.5 添加材料库 234
8.2.6 划分网格 234
8.2.7 施加约束 234
8.2.8 结果后处理 235
8.2.9 保存与退出 237
8.3 瞬态动力学分析实例2——活塞运动
分析 237
8.3.1 问题描述 237
8.3.2 启动Workbench并建立分析项目 238
8.3.3 导入几何体模型 238
8.3.4 瞬态动力学分析属性设置 239
8.3.5 添加材料库 241
8.3.6 划分网格 242
8.3.7 施加约束 242
8.3.8 结果后处理 243
8.3.9 保存与退出 244
8.4 活塞运动优化分析 245
8.5 本章小结 247
第9章 接触分析案例详解 248
9.1 接触分析简介 248
9.2 静态接触分析实例——铝合金板孔受力
分析 250
9.2.1 问题描述 250
9.2.2 启动Workbench并建立分析项目 250
9.2.3 建立几何体模型 250
9.2.4 添加材料库 252
9.2.5 添加模型材料属性 252
9.2.6 创建接触 252
9.2.7 划分网格 252
9.2.8 施加载荷与约束 254
9.2.9 结果后处理 254
9.2.10 保存与退出 256
9.3 本章小结 256
第10章 显示动力学分析案例详解 257
10.1 显示动力学分析简介 257
10.2 显示动力学分析实例1——钢球撞击
金属网分析 258
10.2.1 问题描述 259
10.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 259
10.2.3 启动Workbench LS-DYNA建立
项目 260
10.2.4 材料选择与赋予 260
10.2.5 建立项目分析 261
10.2.6 分析前处理 262
10.2.7 施加载荷 262
10.2.8 结果后处理 264
10.2.9 保存与退出 266
10.3 显示动力学分析实例2——金属块
穿透钢板分析 266
10.3.1 问题描述 266
10.3.2 启动Workbench并建立分析
项目 266
10.3.3 绘制几何模型 267
10.3.4 材料选择 269
10.3.5 显示动力学分析前处理 271
10.3.6 施加约束 272
10.3.7 结果后处理 273
10.3.8 启动AUTODYN软件 274
10.3.9 LS-DYNA计算 276
10.3.10 保存与退出 278
10.4 本章小结 278
第11章 复合材料分析案例详解 279
11.1 复合材料概论 279
11.2 ANSYS ACP模块功能概述 280
11.3 复合材料静力学分析实例——复合板
受力分析 283
11.3.1 问题描述 283
11.3.2 启动Workbench软件 284
11.3.3 静力分析项目 284
11.3.4 定义复合材料数据 285
11.3.5 数据更新 287
11.3.6 ACP复合材料定义 288
11.3.7 有限元计算 293
11.3.8 后处理 294
11.3.9 ACP专业后处理工具 294
11.3.10 保存与退出 296
11.4 本章小结 296
第12章 疲劳分析案例详解 297
12.1 疲劳分析简介 297
12.2 疲劳分析实例——轴疲劳分析 299
12.2.1 问题描述 299
12.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 300
12.2.3 导入几何模型 300
12.2.4 添加材料库 300
12.2.5 添加模型材料属性 300
12.2.6 划分网格 301
12.2.7 施加载荷与约束 302
12.2.8 结果后处理 303
12.2.9 添加Fatigue Tool工具 304
12.2.10 疲劳分析 304
12.2.11 保存与退出 306
12.3 本章小结 306
第13章 多体动力学分析案例详解 307
13.1 多体动力学分析简介 307
13.2 多体动力学分析实例——挖掘机臂
运动分析 308
13.2.1 问题描述 308
13.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 308
13.2.3 导入几何模型 309
13.2.4 多体动力学分析 309
13.2.5 添加材料库 312
13.2.6 划分网格 312
13.2.7 施加约束 312
13.2.8 结果后处理 314
13.2.9 保存与退出 315
13.3 本章小结 316
第14章 稳态热力学分析案例详解 317
14.1 热力学分析简介 317
14.1.1 热力学分析目的 317
14.1.2 热力学分析 317
14.1.3 基本传热方式 318
14.2 稳态热力学分析实例1——热传递
分析 319
14.2.1 问题描述 319
14.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 319
14.2.3 导入几何模型 320
14.2.4 创建分析项目 320
14.2.5 添加材料库 321
14.2.6 添加模型材料属性 322
14.2.7 划分网格 323
14.2.8 施加载荷与约束 323
14.2.9 结果后处理 324
14.2.10 保存与退出 326
14.3 稳态热力学分析实例2——热对流分析 326
14.3.1 问题描述 327
14.3.2 启动Workbench并建立分析
项目 327
14.3.3 导入几何模型 327
14.3.4 创建分析项目 328
14.3.5 添加材料库 328
14.3.6 添加模型材料属性 330
14.3.7 划分网格 330
14.3.8 施加载荷与约束 331
14.3.9 结果后处理 332
14.3.10 保存与退出 333
14.3.11 读者演练 333
14.4 稳态热力学分析实例3——热辐射分析 334
14.4.1 案例介绍 334
14.4.2 启动Workbench并建立分析
项目 334
14.4.3 定义材料参数 334
14.4.4 导入模型 335
14.4.5 划分网格 335
14.4.6 定义荷载 337
14.4.7 后处理 338
14.4.8 保存并退出 340
14.5 本章小结 340
第15章 瞬态热力学分析案例详解 341
15.1 热力学分析简介 341
15.1.1 瞬态热力学分析目的 341
15.1.2 瞬态热力学分析 341
15.2 瞬态热力学分析实例1——散热片瞬态
热学分析 342
15.2.1 问题描述 342
15.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 342
15.2.3 创建瞬态热分析 342
15.2.4 施加载荷与约束 343
15.2.5 后处理 343
15.2.6 保存与退出 344
15.3 瞬态热学分析实例2——高温钢球瞬态
热学分析 344
15.3.1 问题描述 344
15.3.2 启动Workbench并建立分析
项目 345
15.3.3 创建瞬态热分析 345
15.3.4 施加载荷与约束 346
15.3.5 后处理 347
15.3.6 保存与退出 348
15.4 本章小结 348
第16章 流体动力学分析案例详解 349
16.1 流体动力学分析简介 349
16.1.1 流体动力学分析 349
16.1.2 CFD基础 352
16.2 流体动力学实例1——CFX内流场
分析 359
16.2.1 问题描述 360
16.2.2 启动Workbench并建立分析
项目 360
16.2.3 创建几何体模型 360
16.2.4 网格划分 361
16.2.5 流体动力学前处理 362
16.2.6 流体计算 364
16.2.7 结果后处理 365
16.3 流体动力学实例2——Fluent流场分析 367
16.3.1 问题描述 367
16.3.2 软件启动与保存 368
16.3.3 导入几何数据文件 368
16.3.4 网格设置 369
16.3.5 进入Fluent平台 371
16.3.6 材料选择 373
16.3.7 设置几何属性 373
16.3.8 流体边界条件 374
16.3.9 求解器设置 375
16.3.10 结果后处理 376
16.3.11 Post后处理 378
16.4 流体动力学实例3——Icepak流场分析 380
16.4.1 问题描述 382
16.4.2 软件启动与保存 382
16.4.3 导入几何数据文件 383
16.4.4 添加Icepak模块 384
16.4.5 求解分析 387
16.4.6 Post后处理 389
16.4.7 静态力学分析 390
16.5 本章小结 392
第17章 电场分析案例详解 393
17.1 电磁场基本理论 393
17.1.1 麦克斯韦方程 393
17.1.2 一般形式的电磁场微分方程 394
17.1.3 电磁场中常见边界条件 395
17.1.4 ANSYS Workbench平台电磁
分析 396
17.1.5 ANSOFT软件电磁分析 396
17.2 Maxwell静态电场分析实例——同轴电缆
电场计算 397
17.2.1 启动Maxwell 16.0并建立分析
项目 398
17.2.2 建立几何模型 398
17.2.3 建立求解器及求解域 400
17.2.4 添加材料 400
17.2.5 边界条件设置 401
17.2.6 求解计算 402
17.2.7 图表显示 403
17.2.8 Workbench平台中加载Maxwell
工程文件 405
17.2.9 保存与退出 405
17.3 Maxwell直流传导分析实例——焊接位置
的电场分析 405
17.3.1 启动Workbench并建立分析
项目 406
17.3.2 几何模型导入 406
17.3.3 建立求解器 407
17.3.4 添加材料 407
17.3.5 边界条件设置 408
17.3.6 求解计算 409
17.3.7 网格划分 409
17.3.8 后处理 410
17.3.9 保存与退出 411
17.4 本章小结 411
第18章 磁场分析案例详解 412
18.1 ANSOFT软件磁场分析 412
18.2 Maxwell静态磁场分析实例——
磁场力计算 413
18.2.1 启动Workbench并建立分析
项目 413
18.2.2 建立几何模型 414
18.2.3 建立求解器及求解域 418
18.2.4 添加材料 419
18.2.5 边界条件设置 419
18.2.6 求解计算 420
18.2.7 参数化扫描 422
18.2.8 保存与退出 423
18.3 Maxwell涡流磁场分析实例——金属块
涡流损耗 424
18.3.1 启动Workbench并建立分析
项目 424
18.3.2 几何模型的导入 425
18.3.3 建立求解器 425
18.3.4 添加材料 426
18.3.5 边界条件设置 426
18.3.6 求解计算 427
18.3.7 损耗计算 429
18.3.8 保存与退出 429
18.4 Maxwell瞬态磁场分析实例——金属块
涡流损耗 430
18.4.1 启动Workbench并建立分析
项目 430
18.4.2 建立求解器 431
18.4.3 建立几何模型 431
18.4.4 添加材料 432
18.4.5 边界条件设置 433
18.4.6 网格划分 434
18.4.7 求解计算 435
18.4.8 图表显示 437
18.4.9 3D图表显示 438
18.4.10 保存与退出 439
18.5 本章小结 439
第19章 多物理场耦合分析案例详解 440
19.1 多物理场耦合分析简介 440
19.1.1 多物理场耦合分析 440
19.1.2 多物理场应用场合 441
19.2 耦合实例1——Maxwell和Mechanical线圈
电磁结构瞬态耦合 442
19.2.1 问题描述 442
19.2.2 软件启动与保存 443
19.2.3 导入几何数据文件 443
19.2.4 求解器与求解域的设置 444
19.2.5 赋予材料属性 444
19.2.6 添加激励 445
19.2.7 模型检查与计算 447
19.2.8 后处理 448
19.2.9 创建电磁分析环境 449
19.2.10 创建力学分析和数据共享 450
19.2.11 材料设置 451
19.2.12 网格划分 452
19.2.13 添加边界条件与映射激励 452
19.2.14 求解计算 454
19.2.15 后处理 454
19.2.16 关闭Workbench平台 455
19.3 耦合实例2——FLUENT和Mechanical
流体结构耦合分析 455
19.3.1 载入工程文件 455
19.3.2 结构力学计算 455
19.3.3 材料设置 457
19.3.4 网格划分 458
19.3.5 添加边界条件与映射激励 458
19.3.6 求解计算 459
19.3.7 后处理 460
19.3.8 读者演练 460
19.4 耦合实例3——Maxwell和Mechanical
线圈电磁结构瞬态耦合 461
19.4.1 问题描述 461
19.4.2 软件启动与保存 461
19.4.3 导入几何数据文件 461
19.4.4 求解器与求解域的设置 462
19.4.5 赋予材料属性 463
19.4.6 添加激励 464
19.4.7 模型检查与计算 466
19.4.8 后处理 467
19.4.9 创建力学分析和数据共享 469
19.4.10 材料设置 470
19.4.11 网格划分 471
19.4.12 添加边界条件与映射激励 471
19.4.13 求解计算 473
19.4.14 后处理 473
19.4.15 关闭Workbench平台 474
19.5 耦合实例4——Maxwell和Icepak电磁
热流耦合 474
19.5.1 问题描述 474
19.5.2 软件启动与保存 475
19.5.3 建立电磁分析 475
19.5.4 几何模型的建立 476
19.5.5 求解域的设置 480
19.5.6 赋予材料属性 480
19.5.7 添加激励 481
19.5.8 分析步创建 482
19.5.9 模型检查与计算 482
19.5.10 后处理 483
19.5.11 创建几何数据共享 484
19.5.12 添加Icepak模块 485
19.5.13 求解分析 488
19.5.14 Post后处理 490
19.6 本章小结 491
附录A Simplorer电力电子系统仿真模块 492
附录B ANSYS Workbench平台ACT
模块 496
参考文献 498