ANSYS 16.0有限元分析从入门到精通（第2版）.pdf

技能应用速成系列 技能应用速成系列 ANSYS 16.0 有限元分析从入门到精通（第 2 版）CAX 技术联盟 曹 渊 编著 Publishing House of Electronics Industry Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书采用 GUI 界面操作与 APDL 命令相互对照的方式，从基础知识、专题技术两个层面详细地阐述有限元软件 ANSYS 16.0 的使用方法和技巧。本书自始至终采用实例描述方式安排内容，系统完整且每章又相对独立，是一本简明的 ANSYS 参考书。全书分为两部分共 22 章。基础知识部分（第 17 章），讲解了使用 ANSYS 进行有限元分析的基本流程与方法、ANSYS 建模、网格划分、边界条件定义、求解、后处理等知识；专题技术部分（第 822 章），根据工程应用的实际经验，介绍大量高级应用知识，包括 ANSYS 结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析、稳态热分析、瞬态热分析、电磁场分析、多物理场耦合分析、几何非线性分析、接触分析、生死单元技术、复合材料分析、薄膜结构分析、参数化与优化设计等。本书以实用为宗旨，深入浅出，实例引导，讲解详实，适合作为理工科高等院校本科生、研究生的教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 ANSYS 16.0 有限元分析从入门到精通CAX 技术联盟，曹渊编著2 版北京：电子工业出版社，2015.9（技能应用速成系列）ISBN 978-7-121-26973-8.A .C 曹 .机械设计有限元分析应用软件 .TH122-39 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2015）第 195424 号 策划编辑：许存权 责任编辑：许存权 特约编辑：谢忠玉 鲁秀敏 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：28.25 字数：723 千字 版 次：2015 年 9 月第 1 版 印 次：2015 年 9 月第 1 次印刷 定 价：69.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。前 言 Preface III 前 言 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界著名的有限元分析软件公司美国 ANSYS 公司开发，它能与多数 CAD软件接口实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级 CAE 工具之一。ANSYS 软件不断吸收当今世界最新的计算方法与计算机技术，引领世界有限元技术发展的潮流，凭借其强大的功能、可靠的质量，赢得了全球工业界的广泛赞赏，尤其得到各行业 CAE 用户的认可，在航空航天、铁路运输、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、土木工程、船舶、生物医学、轻工、矿产、水利等领域得到广泛的应用，为各领域的科学研究与工程应用的发展提供了巨大的推动力。1本书特点 由浅入深，循序渐进。本书以初、中级读者为对象，首先从 ANSYS 使用基础讲起，再辅以 ANSYS 在工程中的应用案例帮助读者尽快掌握 ANSYS 进行有限元分析的技能。步骤详尽、内容新颖。本书结合作者多年 ANSYS 使用经验与实际工程应用案例，将 ANSYS 软件的使用方法与技巧详细地讲解给读者。本书在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，讲解过程辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。实例典型，轻松易学。通过学习实际工程应用案例的具体操作是掌握 ANSYS 最好的方式。本书通过综合应用案例，透彻详尽地讲解了 ANSYS 在各方面的应用。2本书内容 本书基于 ANSYS 16.0 版，讲解了 ANSYS 的基础知识和核心应用内容。本书主要分为两个部分：基础知识部分和专题技术部分。第一部分：基础知识。第 17 章，主要介绍 ANSYS 的基础知识，包括 ANSYS 的基本操作、APDL 应用、实体建模、网格划分、加载、求解及后处理等内容。具体章节安排如下：第 1 章 绪论 第 2 章 APDL 基础应用 第 3 章 实体建模 第 4 章 划分网格 第 5 章 加载 第 6 章 求解 第 7 章 后处理 ANSYS 16.0ANSYS 16.0 有限元分析从入门到精通（第 2 版）IV 第二部分：专题技术，即案例应用分析部分。第 822 章，主要从 ANSYS 所能求解的实际物理问题入手，给出其具体的计算算例。具体章节安排如下：第 8 章 结构静力分析 第 9 章 模态分析 第 10 章 谐响应分析 第 11 章 瞬态动力学分析 第 12 章 谱分析 第 13 章 热分析 第 14 章 电磁场分析 第 15 章 多物理场耦合分析 第 16 章 非线性静分析 第 17 章 接触问题 第 18 章 生死单元 第 19 章 复合材料分析 第 20 章 机械零件分析 第 21 章 薄膜结构分析 第 22 章 参数化与优化设计 3读者对象 本书适合 ANSYS 初学者和期望提高矩阵运算及建模仿真工程应用能力的读者，具体包括如下：?相关从业人员?初学 ANSYS 的技术人员?大中专院校的教师和在校生?相关培训机构的教师和学员?参加工作实习的“菜鸟”?ANSYS 爱好者?广大科研工作人员?初、中级 ANSYS 从业人员 4本书作者 本书主要由曹渊编著，另外，参与本书编写的还有张明明、吴光中、魏鑫、石良臣、刘冰、林晓阳、唐家鹏、丁金滨、王菁、吴永福、张小勇、温正、李昕、刘成柱、乔建军、张迪妮、张岩、温光英、郭海霞、王芳。虽然作者在编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处，请读者朋友及各位同行批评指正，我们将不甚感激。5读者服务 为了方便解决本书疑难问题，读者朋友在学习过程中遇到与本书有关的技术问题，可以发邮件到邮箱 ，或访问作者博客 http:/ 目 录 Catalogue V 目 录 第一部分 基础知识 第 1 章 绪论 1 1.1 有限元法概述 1 1.1.1 有限元法分析过程 1 1.1.2 有限元的方法和理论手段 3 1.2 ANSYS 16.0 简介 4 1.2.1 ANSYS 启动与退出 4 1.2.2 ANSYS 操作界面 4 1.2.3 ANSYS 文件管理 7 1.2.4 ANSYS 分析流程 8 1.2.5 分析实例入门 9 1.3 本章小结 14 第 2 章 APDL 基础应用 15 2.1 APDL 参数 15 2.1.1 参数的概念与类型 15 2.1.2 参数命名规则 16 2.1.3 参数的定义与复制操作 16 2.1.4 参数的删除操作 17 2.1.5 数组参数 17 2.2 APDL 的流程控制 18 2.2.1 *GO 分支语句 19 2.2.2 *IF 分支语句 19 2.2.3 *DO 循环语句 19 2.2.4 *DOWHILE 循环语句 19 2.3 宏文件 20 2.3.1 创建宏文件 20 2.3.2 调用宏文件 21 2.4 运算符、函数与函数编辑器 21 2.5 本章小结 22 第 3 章 实体建模 23 3.1 实体建模操作概述 23 3.2 用自下向上的方法建模 24 3.3 自顶向下法 29 3.4 外部程序导入模型 32 3.5 常用建模命令汇总 35 3.6 实体模型的建立 37 3.7 本章小结 44 第 4 章 划分网格 45 4.1 定义单元属性 45 4.2 设置网格划分控制 49 4.2.1 智能网格划分 49 4.2.2 全局单元尺寸控制 50 4.2.3 默认单元尺寸控制 51 4.2.4 关键点尺寸控制 52 4.2.5 线尺寸控制 52 4.2.6 面尺寸控制 54 4.2.7 单元尺寸定义命令的 优先顺序 54 4.2.8 完成划分 55 4.3 网格的修改 56 4.3.1 清除网格 56 4.3.2 网格的局部细化 56 4.3.3 层状网格划分 58 ANSYS 16.0ANSYS 16.0 有限元分析从入门到精通（第 2 版）VI 4.4 高级网格划分技术 59 4.4.1 单元选择 59 4.4.2 映射网格 61 4.4.3 扫掠网格 62 4.4.4 拉伸网格 62 4.5 划分网格命令汇总 62 4.6 本章小结 65 第 5 章 加载 66 5.1 载荷与载荷步 66 5.1.1 载荷 66 5.1.2 载荷步 67 5.2 加载方式 68 5.2.1 实体加载的特点 68 5.2.2 有限元模型的加载特点 68 5.3 施加载荷 69 5.4 齿轮泵模型的加载 81 5.5 耦合与约束方程 83 5.5.1 耦合 83 5.5.2 约束方程 84 5.6 本章小结 86 第 6 章 求解 87 6.1 求解综述 87 6.2 例题 90 6.3 求解命令汇总 91 6.4 本章小结 92 第 7 章 后处理 93 7.1 通用后处理器 93 7.1.1 结果文件 93 7.1.2 结果输出 96 7.1.3 结果处理 110 7.1.4 结果查看器 112 7.2 时间历程后处理器 114 7.2.1 时间历程变量浏览器 114 7.2.2 定义变量 116 7.2.3 显示变量 118 7.3 本章小结 118 第二部分 专题技术 第 8 章 结构静力分析 120 8.1 结构分析概述 120 8.1.1 结构分析的定义 120 8.1.2 静力学分析的基本概念 121 8.1.3 结构静力学分析的方法 121 8.2 开孔平板静力分析 124 8.2.1 问题描述 124 8.2.2 设置分析环境 124 8.2.3 定义单元与材料属性 125 8.2.4 建立模型 127 8.2.5 划分网格 129 8.2.6 施加边界条件 130 8.2.7 求解 134 8.2.8 显示变形图 135 8.2.9 显示结果云图 135 8.2.10 查看矢量图 139 8.2.11 查看约束反力 140 8.2.12 查询危险点坐标 140 8.3 平面应力分析 142 8.3.1 问题描述 142 8.3.2 设置分析环境 142 8.3.3 定义几何参数 143 8.3.4 选择单元 144 8.3.5 定义实常数 145 8.3.6 定义材料属性 146 8.3.7 创建实体模型 147 8.3.8 设定网格尺寸并划分网格 149 8.3.9 施加载荷并求解 150 8.3.10 求解 153 8.3.11 查看分析结果 153 目 录 Catalogue VII 8.3.12 命令流 157 8.4 本章小结 158 第 9 章 模态分析 159 9.1 模态分析的基本假设 159 9.2 模态分析方法 159 9.3 立体桁架结构模态分析 164 9.3.1 问题描述 164 9.3.2 分析 165 9.3.3 设置环境变量 165 9.3.4 设置材料属性 166 9.3.5 创建几何模型 167 9.3.6 划分网格 170 9.3.7 施加约束 171 9.3.8 设置分析类型 171 9.3.9 设置分析选项 172 9.3.10 求解 173 9.3.11 观察固有频率结果 173 9.3.12 读入数据结果 173 9.3.13 观察振型等值线结果。174 9.3.14 命令流 176 9.4 本章小结 178 第 10 章 谐响应分析 179 10.1 谐响应分析应用 179 10.2 两自由度系统谐响应分析 184 10.2.1 问题描述 184 10.2.2 设置环境变量 184 10.2.3 设置材料属性 185