ANSYS Workbench工程应用案例精通.pdf

ANSYS Workbench 工程 应用案例精通 陈艳霞 陈 磊 编著 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书以 ANSYS 公司最新版本的有限元分析平台 Workbench 14.0 软件为操作平台，详细介绍了该软件的新功能与应用，包括软件模块的组成、常用模块的基本应用等。全书以各个分析模块为基础，介绍 ANSYS Workbench 14.0 的建模、网格划分与常见 CAD 软件集成等内容，并以项目范例为指导，主要讲解 Workbench 在静力学分析、动力学分析、热力学分析、流体力学分析及多物理场电磁耦合分析中的电磁分析等应用，其中，电磁分析模块是 ANSYS Workbench 14.0 软件新集成的分析模块。本书内容丰富，涉及领域范围广，使读者在掌握软件操作的同时，也能掌握相关工程领域实际问题的分析思路、方法和经验，并能自如地解决本领域所出现的问题。本书适合理工类院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师使用，同时可作为相关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 Workbench 工程应用案例精通/陈艳霞，陈磊编著.北京：电子工业出版社，2012.8 ISBN 978-7-121-17690-6 I.A .陈 陈 .有限元分析应用程序 .O241.82-39 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2012)第 164053 号 策划编辑：许存权 责任编辑：许存权 特约编辑：刘海霞 王 燕 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：26.25 字数：670 千字 印 次：2012 年 8 月第 1 次印刷 印 数：4 000 册 定价：59.00 元(含 DVD 光盘 1 张)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。III 前 言 随着现代化技术的突飞猛进，借助先进的计算机辅助工程技术和手段以提升产品研发、设计、制造能力，保持市场竞争优势势在必行。工程界对以有限元技术为主的 CAE技术的认识不断提高，CAE 技术越来越得到了重视，各行各业纷纷引进先进的 CAE 软件，用于提升其产品的研发水平。自 20 世纪 90 年代开始，商业化的 CAE 软件进入中国市场以来，在很长一段时间内，国内用户对 CAE 的认识还不够，随着国内 CAE 软件技术应用的普及，用户对 CAE 的认识越来越成熟，需求也越来越理性化，对于 CAE 软件的要求总体呈现出以下几方面的趋势：直观友好的用户界面。方便强大的前后处理功能。广泛而强大的求解功能。ANSYS Workbench 软件就是在这种背景下诞生的有限元分析软件，经过几年的发展，现已经成为功能强大、应用领域广的多物理场电磁耦合软件。目前，ANSYS 公司的最新版 Workbench 14.0 所提供的 CAD 双向参数链接互动、项目数据自动更新、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等，使其在仿真驱动产品设计方面达到了前所未有的高度。同时，ANSYS Workbench 14.0 具有强大结构、流体、热、电磁及其相互耦合分析的功能。作为业界最领先的工程仿真技术集成平台，Workbench 14.0 提供了全新的“项目视图”功能，将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。本书在必要的理论概述的基础上，通过大量的典型案例对 ANSYS Workbench 分析平台中的模块进行详细介绍，并结合实际工程与生活中的常见问题进行详细讲解，全书内容简洁，给人耳目一新的感觉。全书共分为 15 章，各章具体内容简单介绍如下。第 1 章：详细介绍了 ANSYS Workbench 14.0 软件的模块与相关设置，同时针对几何建模模块 DesignModeler 平台的建模功能与网格划分模块 Mechanical 平台的网格划分工具进行详细讲解，另外，还对 ANSYS Workbench 14.0 软件的其他网格划分模块进行了简单介绍。第 2 章：通过四个不同类型的案例对 ANSYS Workbench 14.0 软件的结构静力分析模块进行详细介绍，案例涉及梁单元、实体单元及复杂曲面实体单元的基础静力分析。第 3 章：通过三个典型的案例对普通模态及含有预应力的模态进行详细的分析，帮助读者掌握 Workbench 在模态分析中的应用方法。第 4 章：通过三个典型的谐响应分析案例帮助读者掌握 Workbench 在谐响应分析中的应用方法。第 5 章：通过两个典型的案例对响应谱进行分析，帮助读者掌握 Workbench 在响应谱分析中的应用方法。ANSYS Workbench 章 工程应用案例精通 IV 第 6 章：通过两个典型的瞬态动力学分析案例帮助读者掌握 Workbench 在瞬态动力学分析中的应用方法。第 7 章：通过两个典型的随机振动分析案例帮助读者掌握 Workbench 在随机振动分析中的应用方法。第 8 章：通过两个典型的显示动力学分析案例帮助读者掌握 Workbench 在显示动力学分析中的应用方法，同时还简单介绍了使用 LS-DYNA 程序包进行分析的前处理。第 9 章：通过一个典型的非线性分析中的接触非线性分析案例帮助读者掌握 Workbench在非线性分析中的应用方法。第 10 章：通过两个典型的装配体案例，介绍了接触分析的设置方法与分析过程，帮助读者掌握 Workbench 在接触分析中的应用方法。第 11 章：通过三个典型的线性屈曲分析案例帮助读者掌握 Workbench 在线性屈曲分析中的应用方法。第 12 章：通过两个典型的案例对静态与瞬态热力学进行详细的分析，帮助读者掌握Workbench 在热力学分析中的应用方法，同时也简单介绍了热结构耦合分析的操作过程。第 13 章：通过一个典型的疲劳分析案例帮助读者掌握 Workbench 在疲劳分析中的应用方法。第 14 章：通过两个典型的案例分别介绍了 ANSYS CFX 软件的内流场与外流场的有限元分析与操作方法，帮助读者掌握 Workbench 在瞬态动力学分析中的应用方法。第 15 章：通过两个典型案例详细介绍了 ANSYS Workbench 软件中的 Maxwell 模块的电磁场建模与电磁结构静力耦合分析过程，在进行本章学习之前，需要单独安装ANSOFT Maxwell 软件。本书内容丰富、结构清晰，所有案例均经过精心设计与筛选，代表性强，并且每个案例都通过用户图形交互界面进行全过程操作，向读者进行详细介绍。同时作者紧跟ANSYS 软件发展最前沿，对目前最新版 ANSYS Workbench 14.0 软件的部分新功能进行了简单介绍与案例分析，希望对渴望入门的读者及部分高级读者有所帮助。本书由陈艳霞、陈磊编著，另外，杨海龙、陆小成、李诗洋、宋吉伟、王存江、李秀峰、沈清华、周晓飞、国大鹏、陈晓东、张向东、唐家鹏、丁金滨等也参与了部分章节的编写工作。由于作者水平有限，编写时间较短，书中欠妥、错误之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同提高。读者在学习过程中遇到难以解答的问题，可以到为本书专门提供服务的“中国 CAX联盟”网站 求助，或直接发邮件到作者邮箱 ，作者会尽快给予解答。作者 V 目 录 第 1 章 ANSYS Workbench 14.0 概述.(1)1.1 ANSYS 软件简介.(1)1.2 ANSYS Workbench 14.0 模块.(3)1.3 ANSYS Workbench 14.0 与 Pro/E(Creo)软件集成设置.(4)1.4 ANSYS Workbench 14.0 几何建模.(7)1.5 ANSYS Workbench 14.0 网格 划分工具.(30)1.6 ANSYS Workbench 14.0 其他网格划 分工具.(45)1.7 本章小结.(48)第 2 章 结构静力学分析及实例详解.(49)2.1 线性静力分析简介.(49)2.2 项目案例1实体静力分析.(51)2.3 项目案例 2梁单元线性 静力分析.(60)2.4 项目案例 3曲面实体 静力分析.(74)2.5 项目案例 4支承座静态 结构分析.(83)2.6 本章小结.(94)第 3 章 模态分析及实例详解.(95)3.1 模态分析简介.(95)3.2 项目案例1机箱模态分析.(97)3.3 项目案例 2有预应力 模态分析.(105)3.4 项目案例 3制动鼓 模态分析.(115)3.5 本章小结.(123)第 4 章 谐响应分析及实例详解.(124)4.1 谐响应分析简介.(124)4.2 项目案例 1机箱谐 响应分析.(125)4.3 项目案例 2齿轮箱谐 响应分析.(131)4.4 项目案例 3丝杆谐 响应分析.(143)4.5 本章小结.(151)第 5 章 响应谱分析及实例详解.(152)5.1 响应谱分析简介.(152)5.2 项目案例 1塔架响 应谱分析.(153)5.3 项目案例 2计算机机箱响 应谱分析.(164)5.4 本章小结.(169)第 6 章 瞬态动力学分析及实例详解.(170)6.1 瞬态动力学分析简介.(170)6.2 项目案例 1实体梁瞬态动 力学分析.(171)6.3 项目案例 2弹簧瞬态动 力学分析.(186)6.4 本章小结.(198)第 7 章 随机振动分析及实例详解.(199)7.1 随机振动分析简介.(199)7.2 项目案例 1随机振 动学分析.(199)7.3 项目案例 2弹簧随机 振动分析.(209)7.4 本章小结.(219)第 8 章 显示动力学分析及实例详解.(220)8.1 显示动力学分析简介.(220)8.2 项目案例 1钢钉受力显示动 力学分析.(222)8.3 项目案例 2钢板成型显示动 力学分析.(234)8.4 本章小结.(246)第 9 章 结构非线性分析及实例详解.(247)9.1 结构非线性分析简介.(247)9.2 项目案例接触大 变形分析.(249)9.3 本章小结.(258)ANSYS Workbench 章 工程应用案例精通 VI 第 10 章 接触分析及实例详解.(259)10.1 接触分析简介.(259)10.2 项目案例 1虎钳 接触分析.(260)10.3 项目案例 2装配体 接触分析.(271)10.4 本章小结.(283)第 11 章 线性屈曲分析及实例详解.(284)11.1 线性屈曲分析简介.(284)11.2 项目案例 1钢管 屈曲分析.(285)11.3 项目案例 2金属容器 屈曲分析.(298)11.4 项目案例 3工字梁 屈曲分析.(310)11.5 本章小结.(321)第 12 章 热力学分析及实例详解.(322)12.1 热力学分析简介.(322)12.2 项目案例 1稳态热 分析实例.(324)12.3 项目案例 2杯子瞬态 热学分析.(333)12.4 本章小结.(335)第 13 章 疲劳分析及实例详解.(336)13.1 疲劳分析简介.(336)13.2 项目案例椅子疲劳分析.(338)13.3 本章小结.(343)第 14 章 流体动力学分析及实例详解.(345)14.1 流体动力学分析简介.(345)14.1.1 流体动力学分析.(345)14.1.2 基本控制方程.(348)14.2 项目案例 1三通流体动 力学分析.(351)14.3 项目案例 2叶轮外 流场分析.(362)14.4 本章小结.(378)第 15 章 Workbench 耦合场分析及 实例详解.(379)15.1 多物理场耦合分