ANSYS Workbench 18.2机械工程应用实践

目 录
第1章 ANSYS Workbench基础知识 1
1．1　ANSYS Workbench概述 1
1．1．1　ANSYS Workbench的特点 1
1．1．2　ANSYS Workbench的启动方法 2
1．1．3　ANSYS Workbench的用户界面 2
1．1．4　ANSYS Workbench的应用方式 6
1．2　ANSYS Workbench项目管理 8
1．2．1　项目组成 8
1．2．2　项目操作 8
1．3　ANSYS Workbench文件管理 10
1．4　ANSYS Workbench入门实例―悬臂梁 11
1．4．1　问题描述及解析解 11
1．4．2　分析步骤 11
第2章 工程数据 16
2．1　Engineering Data界面 16
2．2　材料属性常用操作 18
第3章 几何模型创建 21
3．1　DesignModeler概述 21
3．1．1　DesignModeler的用户界面及使用方法 21
3．1．2　DesignModeler的基本操作 23
3．2　2D草图绘制 25
3．2．1　创建新平面 25
3．2．2　创建新草图 26
3．2．3　绘制2D图形 26
3．2．4　草图投影和草图援引 29
3．3　3D几何体创建 30
3．3．1　3D几何体基础 30
3．3．2　3D特征 31
3．3．3　高级几何体操作 34
3．4　概念建模 37
3．4．1　线体 38
3．4．2　面体 39
3．5　复杂几何体的创建实例―相交圆柱体 40
3．5．1　相交圆柱体的视图 40
3．5．2　创建步骤 40
3．6　复杂几何体的创建实例―螺栓 48
3．6．1　螺栓的视图 48
3．6．2　创建步骤 48
3．7　参数化建模实例―斜齿圆柱齿轮的创建 56
3．7．1　参数化建模基础 56
3．7．2　问题描述 59
3．7．3　创建步骤 59
第4章 网格划分 67
4．1　网格划分方法 67
4．1．1　针对3D几何体的方法 68
4．1．2　针对2D几何体的方法 69
4．2　网格划分整体控制 69
4．3　局部网格控制 73
4．4　网格划分实例 73
4．4．1　四面体单元及六面体单元为主划分法实例―轴 73
4．4．2　扫略划分网格实例―斜齿圆柱齿轮 76
4．4．3　多区划分网格实例―支座 77
4．4．4　将有限元模型导出到经典ANSYS中 79
第5章 线性结构静力学分析 81
5．1　Mechanical概述 81
5．1．1 Mechanical的用户界面及使用 81
5．1．2　Mechanical分析步骤 86
5．1．3　Mechanical通用前处理 87
5．1．4　分析设置（Analysis Settings） 89
5．1．5　边界条件 91
5．1．6　结果后处理 93
5．1．7　结构静力学分析简介 96
5．2　平面问题的求解实例―厚壁圆筒问题 96
5．2．1　平面问题 96
5．2．2　对称性 97
5．2．3　问题描述及解析解 97
5．2．4　分析步骤 97
5．3　静力学问题的求解实例―扳手的受力分析 106
5．3．1　问题描述 106
5．3．2　分析步骤 106
5．4　概念建模及静力学问题的求解实例―水杯变形分析 112
5．4．1　问题描述 112
5．4．2　分析步骤 112
5．5　复杂问题的求解实例―液压支架顶梁刚度和强度分析 119
5．5．1　问题描述 119
5．5．2　分析步骤 120
第6章 结构动力学分析 126
6．1　概述 126
6．2　模态分析 127
6．2．1　模态分析基础 127
6．2．2　模态分析步骤 127
6．2．3　模态分析特点 127
6．2．4　模态分析实例―均匀直杆的固有频率分析 128
6．2．5　模态分析实例―齿轮的固有频率分析 133
6．2．6　带预应力的模态分析实例―弦的横向振动研究 139
6．2．7　循环对称结构的模态分析实例―转子的固有频率分析 147
6．3　谐响应分析 155
6．3．1　概述 155
6．3．2　谐响应分析实例―横梁 156
6．4　结构瞬态动力学分析 164
6．4．1　结构瞬态动力学分析概述 164
6．4．2　瞬态动力学分析步骤 164
6．4．3　瞬态动力学分析特点 165
6．4．4　瞬态动力学分析实例―凸轮从动件运动分析 167
6．5　响应谱分析 174
6．5．1　概述 174
6．5．2　响应谱分析步骤 175
6．5．3　响应谱分析实例―地震谱作用下的结构响应分析 176
第7章 结构非线性分析 186
7．1　非线性分析的基本概念 186
7．1．1　概述 186
7．1．2　非线性有限元方程的求解方法 187
7．1．3　非线性分析的特性 188
7．2　几何非线性分析 189
7．2．1　几何非线性概述 189
7．2．2　应力和应变 190
7．2．3　几何非线性分析的注意事项 190
7．2．4　结构非线性分析实例―盘形弹簧载荷和变形关系分析 190
7．2．5　屈曲分析 197
7．2．6　特征值屈曲分析实例―压杆稳定性问题 200
7．2．7　非线性屈曲分析实例―悬臂梁 208
7．3　材料非线性分析 216
7．3．1　材料非线性概述 216
7．3．2　塑性力学的基本法则 217
7．3．3　输入材料数据 218
7．3．4　材料非线性分析实例―自增强厚壁圆筒承载能力研究 219
7．4　状态非线性分析 230
7．4．1　接触概述 230
7．4．2　接触算法 231
7．4．3　接触选项 231
7．4．4　接触分析实例―平行圆柱体承受法向载荷时的接触应力分析 233
7．4．5　接触分析实例―过盈配合连接与组合厚壁圆筒 243
7．4．6　接触分析实例―斜齿圆柱齿轮传动分析 254
7．4．7　利用MPC技术对3D实体-面体进行连接实例―简支梁 261
第8章 综合应用 272
8．1　热应力计算 272
8．1．1　热分析概述 272
8．1．2　稳态热分析和热应力计算步骤 273
8．1．3　瞬态热分析和热应力计算步骤 275
8．1．4　稳态热分析和热应力计算实例―液体管路 276
8．1．5　瞬态热分析和热应力计算实例―零件淬火 283
8．2　显式动力学分析 291
8．2．1　显式动力学分析概述 291
8．2．2　显式动力学分析实例―弹丸冲击钢板 292
8．3　疲劳强度计算 297
8．3．1　疲劳概述 297
8．3．2　恒定振幅、比例载荷情况下的疲劳分析步骤 298
8．3．3　恒定振幅、比例载荷情况下疲劳强度计算实例―受压带圆孔薄板 301
8．4　刚体动力学分析 308
8．4．1　刚体动力学分析概述 308
8．4．2　刚体动力学分析实例―曲柄滑块机构的运动分析 310
8．5　结构优化分析 317
8．5．1　优化设计基本原理 317
8．5．2　结构优化设计类型 317
8．5．3　Design Exploration概述 317
8．5．4　操作步骤 319
8．5．5　响应曲面优化实例―变截面梁的优化设计 319
8．5．6　直接优化设计实例―液压支架四连杆机构尺寸优化 330
8．6　螺栓联接的受力分析 335
8．6．1　承受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接 335
8．6．2　螺栓预紧载荷（Bolt Pretension） 336
8．6．3　带预紧力的螺栓联接的有限元分析 336
附录 345
参考文献 348