ANSYS Workbench 14.5有限元分析從入門到精通

前言
第1章   ANSYS Workbench 14.5基礎 1
1.1 CAE軟件簡介 2
1.2 有限元法簡介 3
1.2.1 有限元法的基本思想 4
1.2.2 有限元法的特點 4
1.3 ANSYS簡介 5
1.3.1 ANSYS的發(fā)展 5
1.3.2 ANSYS的功能 6
1.4 ANSYS Workbench概述 7
1.4.1 ANSYS Workbench 的特點 7
1.4.2 ANSYS Workbench 應用分類 8
1.5 ANSYS Workbench分析的基本過程 9
1.5.1 前處理 9
1.5.2 加載并求解 10
1.5.3 后處理 10
1.6 ANSYS Workbench 14.5的設計流程 11
1.7 ANSYS Workbench系統(tǒng)要求和啟動 11
1.7.1 系統(tǒng)要求 11
1.7.2 啟動 12
1.8 ANSYS 14.5的界面 13
第2章   ANSYS Workbench 項目管理 14
2.1 工具箱 15
2.2 項目概圖 16
2.2.1 系統(tǒng)和模塊 17
2.2.2 模塊的類型 17
2.2.3 了解模塊狀態(tài) 18
2.2.4 項目概圖中的鏈接 18
2.3 Workbench選項窗口 19
2.4 Workbench 文檔管理 20
2.4.1 目錄結構 20
2.4.2 顯示文件明細 20
2.4.3 打包文件 21
2.5 創(chuàng)建項目概圖實例 22
第3章   DesignModeler圖形用戶界面 25
3.1 啟動DesignModeler 26
3.2 圖形界面 28
3.2.1 操作界面介紹 28
3.2.2 Workbench窗口定制 29
3.2.3 DesignModeler主菜單 30
3.2.4 DesignModeler工具欄 32
3.2.5 屬性欄窗格 32
3.2.6 DesignModeler和CAD類文件交互 32
3.3 選擇操作 34
3.3.1 基本鼠標功能 34
3.3.2 選擇過濾器 34
3.4 視圖操作 37
3.4.1 圖形控制 37
3.4.2 光標模式 38
3.5 右鍵彈出菜單 38
3.5.1 插入特征 39
3.5.2 顯示/隱藏目標 40
3.5.3 特征/部件抑制 40
3.5.4 Go To特征 40
3.6 幫助文檔 42
第4章   草圖模式 43
4.1 DesignModeler中幾何體的分類 44
4.2 繪制草圖 44
4.2.1 長度單位制 44
4.2.2 創(chuàng)建新平面 45
4.2.3 創(chuàng)建新草圖 46
4.2.4 草圖的隱藏與顯示 47
4.3 工具箱 47
4.3.1 草繪工具箱 48
4.3.2 修改工具箱 48
4.3.3 標注工具箱 50
4.3.4 約束工具箱 52
4.3.5 設置工具箱 53
4.4 草繪附件 53
4.4.1 標尺工具 53
4.4.2 正視于工具 54
4.4.3 撤消工具 54
4.5 草圖繪制實例——墊片草圖 54
第5章   三維特征 59
5.1 建模特性 60
5.1.1 拉伸 60
5.1.2 旋轉 63
5.1.3 掃掠 64
5.1.4放樣 65
5.1.5 抽殼 66
5.2 修改特征 66
5.2.1 等半徑倒圓 66
5.2.2 變半徑倒圓 67
5.2.3 頂點倒圓 68
5.2.4 倒角 68
5.3 體操作 68
5.3.1 鏡像 69
5.3.2 移動 69
5.3.3 縫合 70
5.3.4 簡化 70
5.3.5 旋轉 71
5.3.6 切除材料 71
5.3.7 印記面 71
5.3.8 切片 72
5.4 高級體操作 72
5.4.1 陣列特征 72
5.4.2 布爾操作 73
5.4.3 直接創(chuàng)建幾何體 74
5.5 三維特征實例1——聯(lián)軸器 75
5.5.1 新建模型 75
5.5.2 拉伸模型 75
5.5.3 拉伸底面 76
5.5.4 拉伸大圓孔 78
5.5.5 拉伸生成鍵槽 79
5.5.6 拉伸小圓孔 80
5.6 三維特征實例2——機蓋 81
5.6.1 新建模型 81
5.6.2 旋轉模型 81
5.6.3 陣列筋 83
5.6.4 創(chuàng)建底面 85
第6章   高級三維建模 88
6.1 建模工具 89
6.1.1 激活和凍結體 89
6.1.2 體抑制 89
6.1.3 多體零件 90
6.2 高級工具 90
6.2.1 命名選擇 90
6.2.2 中面 91
6.2.3 包圍 93
6.2.4 對稱特征 94
6.2.5 填充 94
6.2.6 切片 94
6.2.7 面刪除 96
6.3 高級三維建模實例——鑄管 96
6.3.1 導入模型 96
6.3.2 填充特征 97
6.3.3 簡化模型 98
第7章   概念建模 99
7.1 概念建模工具 100
7.1.1 從點生成線 100
7.1.2 從草圖生成線 100
7.1.3 從邊生成線 101
7.1.4 修改線體：分割邊 101
7.2 橫截面 102
7.2.1 橫截面樹形目錄 102
7.2.2 橫截面編輯 102
7.3 面操作 105
7.3.1 從線建立面 105
7.3.2 從草圖創(chuàng)建面 106
7.3.3 面修補 106
7.3.4 邊接合 107
7.4 概念建模實例——框架結構 107
7.4.1 新建模型 107
7.4.2 創(chuàng)建草圖 108
7.4.3 創(chuàng)建線體 109
7.4.4 創(chuàng)建橫截面 110
7.4.5 創(chuàng)建梁之間的面 111
7.4.6 生成多體零件 112
第8章   一般網(wǎng)格控制 113
8.1 網(wǎng)格劃分概述 114
8.1.1 ANSYS網(wǎng)格劃分應用程序概述 114
8.1.2 網(wǎng)格劃分步驟 114
8.1.3 分析類型 114
8.2 全局網(wǎng)格控制 116
8.2.1相關性和關聯(lián)中心 116
8.2.2 全局單元尺寸 117
8.2.3 初始尺寸種子 117
8.2.4 平滑和過渡 118
8.2.5 跨度中心角 119
8.2.6 高級尺寸功能 120
8.3 局部網(wǎng)格控制 121
8.3.1 局部尺寸 122
8.3.2 接觸尺寸 125
8.3.3 細化 125
8.3.4 映射面劃分 126
8.3.5 匹配控制 127
8.3.6 收縮控制 128
8.3.7 膨脹 129
8.4 網(wǎng)格工具 129
8.4.1 生成網(wǎng)格 129
8.4.2 截面位面 130
8.4.3 命名選項 131
8.5 網(wǎng)格劃分方法 132
8.5.1 自動劃分方法 132
8.5.2 四面體 132
8.5.3 掃掠 135
8.5.4 多區(qū)域 135
8.6 網(wǎng)格劃分實例1——兩管容器網(wǎng)格劃分 136
8.6.1 定義幾何 137
8.6.2 初始網(wǎng)格 138
8.6.3 命名選項 139
8.6.4 膨脹 139
8.6.5 截面位面 140
8.7 網(wǎng)格劃分實例2——四通管網(wǎng)格劃分 140
8.7.1 定義幾何 141
8.7.2 Mechanical默認與CFD網(wǎng)格 142
8.7.3 截面位面 143
8.7.4 使用面尺寸 145
8.7.5 局部網(wǎng)格劃分 147
第9章   Mechanical簡介 149
9.1 啟動Mechanical 150
9.2 Mechanical 界面 150
9.2.1 Mechanical菜單欄 151
9.2.2 工具欄 151
9.2.3 樹形目錄 153
9.2.4 屬性窗格 153
9.2.5 繪圖區(qū)域 154
9.2.6 應用向導 154
9.3 基本分析步驟 155
9.4 一個簡單的分析實例——鋁合金彎管頭 156
9.4.1 問題描述 156
9.4.2 項目概圖 157
9.4.3 前處理 158
9.4.4 求解 161
9.4.5 結果 161
9.4.6 報告 163
第10章   靜力結構分析 165
10.1 幾何模型 166
10.1.1 質量點 166
10.1.2 材料特性 167
10.2 分析設置 167
10.3 載荷和約束 168
10.3.1 加速度和重力加速度 169
10.3.2 集中力和壓力 169
10.3.3 約束 170
10.4 求解模型 171
10.5 后處理 171
10.6 靜力結構分析1——連桿基體強度校核 174
10.6.1 問題描述 174
10.6.2 前處理 176
10.6.3 求解 180
10.6.4 結果 180
10.7 靜力結構分析2——聯(lián)軸器變形和應力校核 181
10.7.1 問題描述 181
10.7.2 項目概圖 181
10.7.3 前處理 183
10.7.4 求解 185
10.7.5 結果 185
10.7.6 報告 186
10.8 靜力結構學分析3——基座基體強度校核 187
10.8.1 問題描述 187
10.8.2 建立分析項目 187
10.8.3 前處理 189
10.8.4 求解 193
10.8.5 結果 193
第11章   模態(tài)分析 195
11.1 模態(tài)分析方法 196
11.2 模態(tài)系統(tǒng)分析步驟 196
11.2.1 幾何體和質點 196
11.2.2 接觸區(qū)域 196
11.2.3 分析類型 197
11.2.4 載荷和約束 198
11.2.5 求解 198
11.2.6 檢查結果 198
11.3 模態(tài)分析實例1——機蓋殼體強度校核 199
11.3.1 問題描述 199
11.3.2 項目概圖 199
11.3.3 前處理 200
11.3.4 求解 203
11.3.5 結果 203
11.4 模態(tài)分析實例2——長鉚釘預應力 205
11.4.1 問題描述 205
11.4.2 項目概圖 205
11.4.3 前處理 207
11.4.4 求解 209
11.4.5 結果 209
11.5 模態(tài)分析實例3——機翼 212
11.5.1 問題描述 212
11.5.2 項目概圖 212
11.5.3 前處理 213
11.5.4 求解 217
11.5.5 模態(tài)分析 218
第12章   響應譜分析 221
12.1 響應譜分析簡介 222
12.1.1 響應譜分析過程 222
12.1.2 在Workbench 14.5中進行響應譜分析 223
12.2 響應譜分析實例——三層框架結構地震響應分析 224
12.2.1 問題描述 224
12.2.2 項目概圖 225
12.2.3 前處理 227
12.2.4 模態(tài)分析求解 228
12.2.5響應譜分析設置并求解 230
12.2.6 查看分析結果 231
第13章   諧響應分析 234
13.1 諧響應分析簡介 235
13.2 諧響應分析步驟 235
13.2.1 建立諧響應分析項 235
13.2.2 加載諧響應載荷 236
13.2.3 求解方法 237
13.2.4 后處理中查看結果 237
13.3 諧響應分析實例——固定梁 237
13.3.1 問題描述 237
13.3.2 項目概圖 238
13.3.3 前處理 240
13.3.4模態(tài)分析求解 241
13.3.5 諧響應分析預處理 244
13.3.6 諧響應分析設置并求解 245
13.3.7 諧響應分析后處理 246
第14章   隨機振動分析 249
14.1 隨機振動分析簡介 250
14.1.1 隨機振動分析過程 250
14.1.2 在Workbench 14.5中進行隨機振動分析 250
14.2 隨機振動分析實例——橋梁模型隨機振動分析 250
14.2.1 問題描述 252
14.2.2 項目概圖 252
14.2.3 前處理 254
14.2.4 模態(tài)分析求解 257
14.2.5隨機振動分析設置并求解 259
14.2.6 查看分析結果 261
第15章  線性 屈曲分析 263
15.1 屈曲概述 264
15.2 屈曲分析步驟 264
15.2.1 幾何體和材料屬性 265
15.2.2 接觸區(qū)域 265
15.2.3 載荷與約束 265
15.2.4 設置屈曲 265
15.2.5 求解模型 266
15.2.6 檢查結果 267
15.3 線性屈曲分析實例1——空心管 267
15.3.1 問題描述 267
15.3.2 項目概圖 268
15.3.3 創(chuàng)建草圖 269
15.3.4 Mechanical前處理 271
15.3.5 求解 272
15.3.6 結果 273
15.4 線性屈曲分析實例2——升降架 274
15.4.1 問題描述 274
15.4.2 項目概圖 275
15.4.3 Mechanical前處理 276
15.4.4 求解 278
15.4.5 結果 278
第16章   結構非線性分析 279
16.1 非線性分析概論 280
16.1.1 非線性行為的原因 280
16.1.2 非線性分析的基本信息 281
16.2 結構非線性的一般過程 283
16.2.1 建立模型 283
16.2.2 分析設置 284
16.2.3 查看結果 286
16.3 接觸非線性結構 287
16.3.1 接觸基本概念 287
16.3.2 接觸類型 287
16.3.3 剛度及滲透 287
16.3.4 Pinball 區(qū)域 288
16.3.5 對稱/非對稱行為 290
16.3.6 接觸結果 291
16.4 結構非線性實例1——剛性接觸 292
16.4.1 問題描述 292
16.4.2 項目概圖 292
16.4.3 繪制草圖 293
16.4.4 創(chuàng)建面體 293
16.4.5 更改模型類型 294
16.4.6 修改幾何體屬性 295
16.4.7 添加接觸 296
16.4.8 劃分網(wǎng)格 296
16.4.9 分析設置 299
16.4.10 求解 302
16.4.11 查看求解結果 303
16.4.12 接觸結果后處理 305
16.5 結構非線性實例2——O形圈 307
16.5.1 問題描述 307
16.5.2 項目概圖 308
16.5.3 繪制草圖 308
16.5.4 創(chuàng)建面體 310
16.5.5 添加材料 311
16.5.6 修改幾何體屬性 313
16.5.7 添加接觸 314
16.5.8 劃分網(wǎng)格 317
16.5.9 分析設置 318
16.5.10 求解 320
16.5.11 查看求解結果 321
第17章   熱分析 324
17.1 熱分析模型 325
17.1.1 幾何模型 325
17.1.2 材料屬性 325
17.2 裝配體 325
17.2.1 實體接觸 325
17.2.2 導熱率 326
17.2.3 點焊 327
17.3 熱環(huán)境工具欄 327
17.3.1 熱載荷 327
17.3.2 熱邊界條件 328
17.4 求解選項 329
17.5 結果和后處理 330
17.5.1 溫度 330
17.5.2 熱通量 331
17.5.3 響應熱流速 331
17.6 熱分析實例1——變速器上箱蓋 331
17.6.1 問題描述 332
17.6.2 項目概圖 332
17.6.3 前處理 333
17.6.4 求解 337
17.6.5 結果 338
17.7 熱分析實例2——齒輪泵基座 340
17.7.1 問題描述 340
17.7.2 項目概圖 341
17.7.3 前處理 342
17.7.4 求解 346
17.7.5 結果 347
第18章   優(yōu)化設計 349
18.1 優(yōu)化設計概論 350
18.1.1 ANSYS優(yōu)化方法 350
18.1.2 定義參數(shù) 350
18.1.3 Design Explorer 優(yōu)化類型 351
18.2 優(yōu)化設計界面 351
18.2.1 Design Explorer用戶界面 351
18.2.2 Design Explorer 數(shù)據(jù)參數(shù)界面 351
18.2.3 讀入APDL文件 351
18.3 優(yōu)化設計實例1——板材拓撲優(yōu)化設計 352
18.3.1 問題描述 353
18.3.2 項目概圖 354
18.3.3 創(chuàng)建模型 355
18.3.4 前處理 356
18.3.5 求解 360
18.3.6 結果 360
18.4 優(yōu)化設計實例2——連桿六西格瑪優(yōu)化設計 362
18.4.1 問題描述 362
18.4.2 項目概圖 362
18.4.3 Mechanical前處理 363
18.4.4 設置求解 366
18.4.5 六西格瑪設計 368
附錄A ANSYS Workbench 中菜單欄命令 375
附錄B 有限元知識結構 378
附錄C ANSYS Workbench 幫助文件說明 378