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第1篇 操作基础3

第1章 ANSYS概述3

1.1 有限单元法简介4

1.1.1 CAE软件简介4

1.1.2 有限单元法的基本概念5

1.2 工业ANSYS简介7

1.2.1 ANSYS的发展7

1.2.2 ANSYS的功能7

1.3 ANSYS 19.0的启动及界面9

1.3.1 设置运行环境9

1.3.2 启动与退出10

1.3.3 ANSYS 19.0的图形用户界面12

1.4 程序结构14

1.4.1 处理器14

1.4.2 文件格式14

1.4.3 输入方式14

1.4.4 输出文件类型15

1.5 ANSYS分析的基本过程15

1.5.1 前处理15

1.5.2 加载并求解16

1.5.3 后处理16

1.5.4 实例——齿轮泵齿轮静力分析16

1.6 本章小结18

第2章 几何建模19

2.1 坐标系简介20

2.1.1 总体和局部坐标系20

2.1.2 显示坐标系22

2.1.3 节点坐标系22

2.1.4 单元坐标系23

2.1.5 结果坐标系23

2.1.6 实例——坐标系创建24

2.2 工作平面的使用和操作26

2.2.1 定义一个新的工作平面27

2.2.2 控制工作平面的显示和样式27

2.2.3 移动工作平面27

2.2.4 旋转工作平面27

2.2.5 还原一个已定义的工作平面28

2.2.6 工作平面的高级用途28

2.2.7 实例——工作平面创建30

2.3 布尔操作32

2.3.1 布尔运算操作32

2.3.2 布尔运算的设置33

2.3.3 布尔运算之后的图元编号33

2.3.4 交运算33

2.3.5 两两相交运算35

2.3.6 加运算35

2.3.7 减运算36

2.3.8 搭接运算37

2.3.9 分割运算37

2.3.10 粘接运算38

2.3.11 实例——布尔操作38

2.4 自底向上创建几何模型41

2.4.1 关键点41

2.4.2 实例——关键点创建43

2.4.3 硬点44

2.4.4 线45

2.4.5 面47

2.4.6 体48

2.4.7 实例——自底向上建模50

2.5 自顶向下创建几何模型58

2.5.1 创建面体素58

2.5.2 创建实体体素59

2.5.3 实例——自顶向下建模60

2.6 移动、复制和缩放几何模型69

2.6.1 移动和复制69

2.6.2 拖曳和旋转70

2.6.3 按照样本生成图元70

2.6.4 由对称映像生成图元71

2.6.5 将样本图元转换坐标系71

2.6.6 实体模型图元的缩放71

2.6.7 修改模型（清除和删除）72

2.7 几何模型导入到ANSYS72

2.7.1 输入IGES单一实体73

2.7.2 输入SAT单一实体75

2.7.3 输入SAT实体集合78

2.7.4 输入Parasolid单一实体81

2.7.5 输入Parasolid实体集合83

2.8 综合实例——齿轮泵齿轮的建模84

2.9 本章小结96

第3章 划分网格97

3.1 有限元网格概论98

3.2 设定单元属性98

3.2.1 生成单元属性表98

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性99

3.2.3 实例——设定单元属性101

3.3 网格划分的控制104

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）104

3.3.2 映射网格划分中单元的默认尺寸106

3.3.3 局部网格划分控制107

3.3.4 内部网格划分控制108

3.3.5 生成过渡棱锥单元109

3.3.6 将退化的四面体单元转化为非退化的形式110

3.3.7 执行层网格划分110

3.3.8 实例——网格划分控制111

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制113

3.4.1 自由网格划分113

3.4.2 映射网格划分114

3.5 给实体模型划分有限元网格119

3.5.1 用xMESH命令生成网格119

3.5.2 生成带方向节点的梁单元网格119

3.5.3 在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元120

3.6 延伸和扫略生成有限元模型121

3.6.1 延伸（Extrude）生成网格121

3.6.2 扫略（VSWEEP）生成网格123

3.7 修正有限元模型125

3.7.1 局部细化网格125

3.7.2 移动和复制节点和单元127

3.7.3 控制面、线和单元的法向128

3.7.4 修改单元属性129

3.8 编号控制129

3.8.1 合并重复项130

3.8.2 编号压缩131

3.8.3 设定起始编号131

3.8.4 编号偏差132

3.9 综合实例——齿轮泵齿轮模型网格划分132

3.10 本章小结136

第4章 施加载荷138

4.1 载荷概论139

4.1.1 什么是载荷139

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代140

4.1.3 时间参数140

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷141

4.2 施加载荷方法142

4.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷142

4.2.2 施加不同类型载荷143

4.2.3 利用表格来施加载荷148

4.2.4 轴对称载荷与反作用力150

4.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件151

4.3 设定载荷步选项152

4.3.1 通用选项152

4.3.2 非线性选项155

4.3.3 动力学分析选项156

4.3.4 输出控制156

4.3.5 Biot-Savart选项157

4.3.6 谱分析选项157

4.3.7 创建多载荷步文件158

4.4 综合实例——齿轮泵齿轮模型载荷施加159

4.5 本章小结162

第5章 求解163

5.1 求解概论164

5.1.1 使用直接求解法164

5.1.2 使用稀疏矩阵直接解法求解器165

5.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器165

5.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器165

5.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器165

5.1.6 使用自动迭代解法选项166

5.1.7 获得解答167

5.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型167

5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项168

5.2.2 使用求解控制对话框168

5.3 多载荷步求解169

5.3.1 多重求解法169

5.3.2 使用载荷步文件法170

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）171

5.4 重新启动分析172

5.4.1 重新启动一个分析173

5.4.2 多载荷步文件的重启动分析176

5.5 预测求解时间和估计文件大小177

5.5.1 估计运算时间178

5.5.2 估计文件的大小178

5.5.3 估计内存需求178

5.6 综合实例——齿轮泵齿轮模型求解178

5.7 本章小结179

第6章 后处理180

6.1 后处理概述181

6.1.1 后处理定义181

6.1.2 结果文件181

6.1.3 后处理可用的数据类型182

6.2 通用后处理器（POST1）183

6.2.1 将数据结果读入数据库183

6.2.2 列表显示结果189

6.2.3 图像显示结果194

6.2.4 映射结果到某一路径上200

6.2.5 表面操作206

6.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示209

6.3 时间历程后处理器（POST26）211

6.3.1 定义和储存POST26变量211

6.3.2 检查变量213

6.3.3 后处理器POST26的其他功能215

6.4 综合实例——齿轮泵齿轮模型结果后处理216

6.5 本章小结222

第2篇 专题实例225

第7章 静力学分析225

7.1 静力学分析介绍226

7.1.1 结构静力学分析简介226

7.1.2 静力学分析的类型227

7.1.3 静力学分析基本步骤227

7.2 综合实例——钢桁架桥静力受力分析227

7.2.1 问题的描述228

7.2.2 建立模型228

7.2.3 定义边界条件和载荷并求解236

7.2.4 查看结果238

7.2.5 命令流实现242

7.3 综合实例——内六角扳手的静态分析242

7.3.1 问题的描述242

7.3.2 建立模型242

7.3.3 定义边界条件并求解250

7.3.4 查看结果253

7.3.5 命令流方式257

7.4 本章小结257

第8章 模态分析258

8.1 模态分析概论259

8.2 模态分析的基本步骤259

8.2.1 建立模型259

8.2.2 加载及求解259

8.2.3 扩展模态262

8.2.4 观察结果和后处理264

8.3 综合实例——结构模态分析264

8.3.1 分析问题265

8.3.2 建立模型265

8.3.3 进行模态设置、定义边界条件并求解271

8.3.4 查看结果274

8.3.5 命令流实现277

8.4 综合实例——小发电机转子模态分析277

8.4.1 分析问题277

8.4.2 建立模型278

8.4.3 进行模态设置、定义边界条件并求解281

8.4.4 查看结果283

8.4.5 命令流方式284

8.5 本章小结284

第9章 谐响应分析285

9.1 谐响应分析概论286

9.1.1 完全法（Full Method）286

9.1.2 减缩法（Reduced Method）287

9.1.3 模态叠加法（Mode Superposition Method）287

9.1.4 3种方法的共同局限性287

9.2 谐响应分析的基本步骤288

9.2.1 建立模型（前处理）288

9.2.2 加载和求解288

9.2.3 观察模型（后处理）293

9.3 综合实例——悬臂梁谐响应分析294

9.3.1 分析问题295

9.3.2 建立模型295

9.3.3 定义边界条件并求解299

9.3.4 查看结果305

9.3.5 命令流方式307

9.4 综合实例——吉他的谐响应分析307

9.4.1 分析问题308

9.4.2 建立模型308

9.4.3 定义边界条件并求解313

9.4.4 查看结果318

9.4.5 命令流方式320

9.5 本章小结320

第10章 非线性分析321

10.1 非线性分析概论322

10.1.1 非线性行为的原因322

10.1.2 非线性分析的基本信息323

10.1.3 几何非线性325

10.1.4 材料非线性326

10.1.5 其他非线性问题329

10.2 非线性分析的基本步骤329

10.2.1 前处理（建模和分网）329

10.2.2 设置求解控制器330

10.2.3 设定其他求解选项332

10.2.4 加载333

10.2.5 求解333

10.2.6 后处理333

10.3 综合实例——螺栓的蠕变分析335

10.3.1 问题描述335

10.3.2 建立模型335

10.3.3 设置分析并求解337

10.3.4 查看结果339

10.3.5 命令流实现342

10.4 综合实例——材料非线性分析342

10.4.1 分析问题343

10.4.2 建立模型343

10.4.3 定义边界条件并求解347

10.4.4 查看结果348

10.4.5 命令流实现352

10.5 本章小结352

第11章 结构屈曲分析353

11.1 结构屈曲概论354

11.2 结构屈曲分析的基本步骤354

11.2.1 前处理354

11.2.2 获得静力解354

11.2.3 获得特征值屈曲解355

11.2.4 扩展解356

11.2.5 后处理（观察结果）357

11.3 综合实例——薄壁圆筒屈曲分析358

11.3.1 分析问题358

11.3.2 建立模型358

11.3.3 求解361

11.3.4 查看结果364

11.3.5 命令流364

11.4 综合实例——桁架结构屈曲分析365

11.4.1 问题描述365

11.4.2 建立模型365

11.4.3 求解369

11.4.4 查看结果372

11.4.5 命令流实现377

11.5 本章小结377

第12章 谱分析378

12.1 谱分析概论379

12.1.1 响应谱379

12.1.2 动力设计分析方法（DDAM）379

12.1.3 功率谱密度（PSD）379

12.2 谱分析的基本步骤379

12.2.1 前处理379

12.2.2 模态分析380

12.2.3 获取谱分析380

12.2.4 扩展模态382

12.2.5 合并模态383

12.2.6 后处理384

12.3 综合实例——支撑平板的动力效果分析385

12.3.1 问题描述386

12.3.2 建立模型386

12.3.3 进行分析392

12.3.4 后处理400

12.3.5 命令流实现403

12.4 本章小结403

第13章 瞬态动力学分析404

13.1 瞬态动力学概论405

13.1.1 完全法（Full Method）405

13.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）405

13.1.3 减缩法（Reduced Method）406

13.2 瞬态动力学的基本步骤406

13.2.1 前处理（建模和分网）406

13.2.2 建立初始条件406

13.2.3 设定求解控制器407

13.2.4 设定其他求解选项409

13.2.5 施加载荷409

13.2.6 设定多载荷步410

13.2.7 瞬态求解411

13.2.8 后处理411

13.3 综合实例——瞬态动力学分析413

13.3.1 分析问题414

13.3.2 建立模型415

13.3.3 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解419

13.3.4 查看结果423

13.3.5 命令流实现425

13.4 综合实例——哥伦布阻尼的自由振动分析425

13.4.1 问题描述426

13.4.2 建立模型426

13.4.3 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解429

13.4.4 查看结果432

13.4.5 命令流方式436

13.5 本章小结436

第14章 接触问题分析437

14.1 接触问题概论438

14.1.1 一般分类438

14.1.2 接触单元438

14.2 接触分析的步骤439

14.2.1 建立模型，并划分网格439

14.2.2 识别接触对440

14.2.3 定义刚性目标面440

14.2.4 定义柔性体的接触面441

14.2.5 设置实常数和单元关键点443

14.2.6 控制刚性目标的运动444

14.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件444

14.2.8 定义求解和载荷步选项444

14.2.9 求解446

14.2.10 检查结果446

14.3 综合实例——陶瓷套管的接触分析447

14.3.1 问题描述447

14.3.2 建立模型并划分网格447

14.3.3 定义边界条件并求解453

14.3.4 后处理457

14.3.5 命令流实现460

14.4 本章小结460

第15章 高级分析461

15.1 自适应网格划分462

15.1.1 自适应网格划分的条件462

15.1.2 自适应网格划分的过程462

15.2 综合实例——平板受热分析464

15.2.1 问题描述464

15.2.2 建立模型465

15.2.3 定义边界条件并求解468

15.2.4 查看结果470

15.2.5 命令流471

15.3 子模型471

15.3.1 子模型介绍471

15.3.2 子模型方法471

15.3.3 子模型过程472

15.4 参数化设计语言475

15.4.1 参数化设计语言介绍475

15.4.2 参数化设计语言的功能475

15.5 综合实例——悬臂梁477

15.5.1 分析问题478

15.5.2 建立模型478

15.5.3 定义边界条件并求解480

15.5.4 命令流482

15.6 本章小结482