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本書對Ansys 2024有限元分析的基本思路、操作步驟、應用技巧進行了詳細介紹,並結合典型工程應用實例詳細講述了Ansys的具體應用方法。本書前7章為操作基礎,詳細介紹了Ansys分析的基本步驟和方法:第1章Ansys概述;第2章幾何建模;第3章建模實例;第4章網格劃分;第5章施加載荷;第6章求解;第7章後處理。後8章為專題實例,按不同的分析專題講解了各種分析專題的參數設置方法與技巧:第8章靜力分析;第9章模態分析;第10章諧回應分析;第11章瞬態動力學分析;第12章譜分析;第13章結構屈曲分析;第14章非線性分析;第15章接觸問題分析。本書可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、研究生及教師學習Ansys軟體的培訓教材,也可作為結構分析相關行業的工程技術人員使用Ansys軟體的參考書。
第1章 Ansys概述11.1 CAE軟體簡介21.2 有限元法簡介41.2.1 有限元法的基本思想41.2.2 有限元法的點41.2.3 有限元模型 51.2.4 自由度61.2.5 節點和單元61.3 Ansys簡介71.3.1 Ansys的功能71.3.2 Ansys的發展81.3.3 Ansys 2024的啟動91.3.4 Ansys 2024運行環境配置91.4 程式結構111.4.1 處理器111.4.2 檔案格式111.4.3 輸入方式111.4.4 輸出檔案類型121.5 Ansys分析求解過程121.5.1 前處理131.5.2 載入並求解131.5.3 後處理141.5.4 實例導航—導彈發動機藥柱承受溫度和內壓載荷數值模擬14第2章 幾何建模162.1 幾何建模概述172.1.1 自底向上創建幾何模型172.1.2 自向下創建幾何模型172.1.3 布耳運算作182.1.4 拖拉和旋轉182.1.5 移動和複製192.1.6 修改模型(和刪除)192.1.7 從IGES檔幾何模型導入到Ansys202.2 自向下創建幾何模型(體素)202.2.1 創建面體素202.2.2 創建實體體素212.3 自底向上創建幾何模型222.3.1 關鍵點222.3.2 硬點242.3.3 線252.3.4 面272.3.5 體282.4 工作平面的使用292.4.1 定義一個新的工作平面302.4.2 控制工作平面的顯示和樣式302.4.3 移動工作平面312.4.4 旋轉工作平面312.4.5 還原一個已定義的工作平面312.4.6 工作平面的高級用途322.5 坐標系簡介332.5.1 總體坐標系和局坐標系342.5.2 顯示坐標系362.5.3 節點坐標系362.5.4 單元坐標系372.5.5 結果坐標系382.6 使用布耳運算來修正幾何模型382.6.1 布耳運算的設置382.6.2 布耳運算後的圖元編號392.6.3 交運算392.6.4 兩兩相交402.6.5 相加402.6.6 相減412.6.7 利用工作平面做減運算422.6.8 搭接422.6.9 分割422.6.10 粘接(或合併)432.7 移動、複製和縮放幾何模型432.7.1 按照樣本生成圖元432.7.2 由對稱映射生成圖元442.7.3 將樣本圖元轉換坐標系442.7.4 實體模型圖元的縮放452.8 實例導航—導彈發動機藥柱建模452.8.1 自底向上創建藥柱模型452.8.2 布耳運算創建藥柱模型532.8.3 導入SolidWorks中創建的藥柱模型57第3章 建模實例593.1 實例導航—幾何模型的輸入603.1.1 輸入IGES單一實體603.1.2 輸入SAT 單一實體623.1.3 輸入Parasolid 單一實體653.2 實例導航—修改輸入模型673.2.1 自向下建模實例713.2.2 自底向上建模實例82第4章 網格劃分954.1 有限元網格概述964.2 設定單元屬性964.2.1 生成單元屬性工作表964.2.2 在劃分網格之前分配單元屬性974.3 網格劃分的控制984.3.1 Ansys網格劃分工具(MeshTool)984.3.2 單元形狀994.3.3 選擇自由或映射網格劃分1004.3.4 控制單元邊中節點的位置1004.3.5 劃分自由網格時的單元尺寸控制(SmartSizing)1004.3.6 映射網格劃分中單元的預設尺寸1014.3.7 局網格劃分控制1024.3.8 內網格劃分控制1034.3.9 生成過渡棱錐單元1054.3.10 將化的四面體單元轉化為非化的形式1054.3.11 執行層網格劃分1064.4 自由網格劃分和映射網格劃分控制1064.4.1 自由網格劃分1064.4.2 映射網格劃分1074.5 給實體模型劃分有限元網格1124.5.1 用命令生成網格1134.5.2 生成帶方向節點的梁單元網格1134.5.3 在分界線或分介面處生成單位厚度的介面單元1154.6 延伸和掃掠生成有限元模型1164.6.1 延伸生成網格1164.6.2 掃掠生成網格1184.7 修正有限元模型1214.7.1 局細化網格1214.7.2 移動和複製節點和單元1234.7.3 控制面、線和單元的法向1244.7.4 修改單元屬性1254.8 直接通過節點和單元生成有限元模型1264.8.1 節點1264.8.2 單元1284.9 編號控制1304.9.1 合併重複項1304.9.2 編號壓縮1314.9.3 設定起始編號1324.9.4 編號偏差1324.10 實例導航—導彈發動機藥柱模型網格劃分1334.10.1 智能分網1354.10.2 掃掠分網1364.10.3 採用延伸分網142第5章 施加載荷1475.1 載荷概述1485.1.1 什麼是載荷1485.1.2 載荷步、子步和平衡反覆運算1495.1.3 時間參數1495.1.4 躍載荷與坡道載荷1505.2 載荷施加相關內容1515.2.1 實體模型載荷與有限單元載荷1515.2.2 施加載荷方法1525.2.3 利用表格施加載荷1575.2.4 軸對稱載荷與反作用力1595.2.5 利用函數施加載荷和邊界條件1605.3 設定載荷步選項1625.3.1 通用選項1625.3.2 非線性選項1655.3.3 動態選項1665.3.4 輸出控制1665.3.5 Biot-Savart選項1675.3.6 譜分析選項1685.3.7 創建多載荷步文件1685.4 實例導航—導彈發動機藥柱模型載荷施加1695.4.1 單載荷步的施加1705.4.2 多載荷步的施加1735.4.3 表格及函數載荷的施加176第6章 求解1786.1 求解概述1796.1.1 使用直接求解法1796.1.2 使用疏鬆陣列直接求解法求解器1806.1.3 使用雅克比共軛梯度法求解器1806.1.4 使用不完全分解共軛梯度法求解器1806.1.5 使用預條件共軛梯度法求解器1816.1.6 使用自動反覆運算法選項1816.1.7 獲得解答1826.2 利用定的求解控制器來求解類型1836.2.1 使用功能表選項1836.2.2 使用對話方塊1836.3 多載荷步求解1856.3.1 多重求解法1856.3.2 使用載荷步檔法1856.3.3 使用陣列參數法(矩陣參數法)1866.4 重新啟動分析1886.4.1 重新啟動一個分析1886.4.2 多載荷步檔的重啟動分析1916.5 實例導航—導彈發動機藥柱模型求解1936.5.1 單載荷步求解1936.5.2 多載荷步求解194第7章 後處理1957.1 後處理概述1967.1.1 什麼是後處理1967.1.2 結果檔1977.1.3 後處理可用的資料類型1977.2 通用後處理器(POST1)1987.2.1 將資料結果讀入資料庫1987.2.2 清單顯示結果2047.2.3 圖像顯示結果2107.2.4 映射結果到某一路徑上2187.2.5 表面作2227.2.6 將結果旋轉到不同坐標系中顯示2267.3 時間歷程後處理器(POST26)2277.3.1 定義和儲存POST26變數2277.3.2 檢查變數2307.3.3 POST26後處理器的其他功能2327.4 實例導航—導彈發動機藥柱模型結果後處理2337.4.1 通用後處理器2337.4.2 時間歷程後處理器244第8章 靜力分析2478.1 靜力分析概述2488.1.1 結構靜力分析簡介2488.1.2 靜力分析的類型2498.1.3 靜力分析的基本步驟2498.2 實例導航—懸臂梁的橫向剪應力分析2498.2.1 問題描述2498.2.2 GUI模式2508.2.3 命令流方式2638.3 實例導航—內六角扳手的靜力分析2638.3.1 問題的描述2638.3.2 建立模型2638.3.3 定義邊界條件並求解2738.3.4 後處理2788.3.5 命令流方式2848.4 實例導航—鋼桁架橋的靜力分析2848.4.1 問題描述2848.4.2 GUI模式2858.4.3 命令流實現3018.5 實例導航—聯軸體的靜力分析3018.5.1 問題描述3018.5.2 建立模型3028.5.3 定義邊界條件並求解3078.5.4 後處理3118.5.5 命令流方式317第9章 模態分析3189.1 模態分析概述3199.2 模態分析的基本步驟3199.2.1 建立模型3199.2.2 載入及求解3199.2.3 擴展模態3229.2.4 後處理3249.3 實例導航—鋼桁架橋模態分析3259.3.1 問題描述3259.3.2 GUI模式3259.3.3 命令流方式3309.4 實例導航—小型發電機轉子模態分析3309.4.1 問題描述3309.4.2 建立模型3309.4.3 進行模態分析設置、定義邊界條件並求解3359.4.4 後處理3389.4.5 命令流方式3389.5 實例導航—壓電變換器自振頻率分析3389.5.1 問題描述3389.5.2 GUI模式3399.5.3 命令流方式354第10章 諧回應分析35510.1 諧回應分析概述35610.2 諧回應分析的基本步驟35710.2.1 建立模型(前處理)35710.2.2 載入並求解35710.2.3 後處理36310.3 實例導航—彈簧品質系統的諧回應分析36510.3.1 問題描述36510.3.2 GUI模式36610.3.3 命令流方式37910.4 實例導航—懸臂梁諧回應分析37910.4.1 問題描述37910.4.2 建立模型38010.4.3 後處理39410.4.4 命令流方式396第11章 瞬態動力學分析39711.1 瞬態動力學概述39811.1.1 “Full”法39811.1.2 “Mode Superposition”法39811.2 瞬態動力學分析的基本步驟39911.2.1 前處理(建模和分網)39911.2.2 建立初始條件39911.2.3 設定求解控制器40011.2.4 設定其他求解選項40211.2.5 施加載荷40211.2.6 設定多載荷步40311.2.7 瞬態求解40411.2.8 後處理40411.3 實例導航—哥倫布阻尼的自由振動分析40611.3.1 問題描述40611.3.2 GUI模式40711.3.3 命令流方式41911.4 實例導航—瞬態動力學分析實例41911.4.1 問題描述41911.4.2 建立模型42011.4.3 進行模態分析42511.4.4 進行瞬態動力學分析設置、定義邊界條件並求解42711.4.5 後處理43111.4.6 命令流方式434第12章 譜分析43512.1 譜分析概述43612.1.1 回應譜分析43612.1.2 動力設計分析方法(DDAM)43612.1.3 功率譜密度(PSD)43612.2 譜分析的基本步驟43712.2.1 前處理43712.2.2 模態分析43712.2.3 譜分析43712.2.4 擴展模態44012.2.5 合併模態44112.2.6 後處理44312.3 實例導航—支撐平板的動力效果分析44412.3.1 問題描述44412.3.2 GUI模式44512.3.3 命令流方式465第13章 結構屈曲分析46613.1 結構屈曲分析概述46713.2 結構屈曲分析的基本步驟46713.2.1 前處理46713.2.2 獲得靜力解46713.2.3 獲得征值屈曲解46813.2.4 擴展解46913.2.5 後處理47013.3 實例導航—薄壁圓筒屈曲分析47113.3.1 問題描述47113.3.2 GUI 模式47113.3.3 命令流方式478第14章 非線性分析47914.1 非線性分析概論48014.1.1 非線性行為的原因48014.1.2 非線性分析的基本資訊48114.1.3 幾何非線性48314.1.4 材料非線性48414.1.5 其他非線性問題48814.2 非線性分析的基本步驟48814.2.1 前處理(建模和分網)48814.2.2 設置求解控制器48814.2.3 設定其他求解選項49014.2.4 載入49214.2.5 求解49214.2.6 後處理49214.3 實例導航—鉚釘衝壓變形分析49414.3.1 問題描述49414.3.2 建立模型49514.3.3 定義邊界條件並求解50114.3.4 後處理50314.3.5 命令流方式507第15章 接觸問題分析50815.1 接觸問題概述50915.1.1 一般分類50915.1.2 接觸單元50915.2 接觸問題分析步驟51015.2.1 建立模型並劃分網格51015.2.2 識別接觸對51115.2.3 定義剛性目標面51115.2.4 定義柔性體的接觸面51215.2.5 設置實常數和單元關鍵點51415.2.6 控制剛性目標的運動51515.2.7 給變形體單元施加要的邊界條件51615.2.8 定義求解和載荷步選項51615.2.9 求解51715.2.10 後處理51715.3 實例導航—陶瓷套管的接觸分析51815.3.1 問題描述51815.3.2 建立模型並劃分網格51915.3.3 定義邊界條件並求解52615.3.4 後處理53015.3.5 命令流方式534