详解ANSYS有限元分析
作者：刘平安，槐创锋 编著
出版时间： 2015年版
内容简介
本书以ANSYS的*版本ANSYS 15.0为平台，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述ANSYS的工程应用方法。书中尽量避开烦琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者的软件使用经验，每个实例都先用GUI方式一步一步操作，随后提供详细的命令流，读者能轻松学会。
本书分为两部分，部分为操作基础篇，详细介绍ANSYS分析全流程的基本步骤和方法，内容包括ANSYS概论、图形用户界面、几何建模、划分网格、施加载荷、求解、后处理。第二部分为专题实例篇，按不同的分析专题讲解各专题的参数设置方法与技巧，内容包括结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、谱分析、非线性分析、瞬态动力学分析、结构屈曲分析、热分析。
目 录
第1章 ANSYS概论 1
1.1 有限元常用术语 1
1.2 有限元法的分析过程 2
1.3 ANSYS 15.0的安装与启动 3
1.3.1 系统要求 3
1.3.2 设置运行参数 4
1.3.3 启动与退出 7
1.4 ANSYS分析的基本过程 8
1.4.1 前处理 8
1.4.2 加载并求解 8
1.4.3 后处理 9
第2章 图形用户界面 10
2.1 ANSYS 15.0图形用户界面的组成 10
2.2 对话框及其组件 12
2.2.1 文本框 12
2.2.2 单选列表 13
2.2.3 双列选择列表 13
2.2.4 标签对话框 13
2.2.5 选取框 14
2.3 通用菜单 15
2.3.1 文件菜单 15
2.3.2 选取菜单 17
2.3.3 列表菜单 20
2.3.4 绘图菜单 23
2.3.5 绘图控制菜单 24
2.3.6 工作平面菜单 30
2.3.7 参量菜单 32
2.3.8 宏菜单 35
2.3.9 菜单控制菜单 36
2.3.10 帮助菜单 36
2.4 输入窗口 38
2.5 主菜单 38
2.5.1 优选项 39
2.5.2 预处理器 39
2.5.3 求解器 44
2.5.4 通用后处理器 47
2.5.5 时间历程后处理器 50
2.5.6 记录编辑器 51
2.6 输出窗口 52
2.7 工具条 52
2.8 图形窗口 53
2.8.1 图形显示 53
2.8.2 多窗口绘图 55
2.8.3 增强图形显示 58
2.9 个性化界面 58
2.9.1 改变颜色和字体 59
2.9.2 改变GUI的启动菜单显示 59
2.9.3 改变菜单链接和对话框 59
第3章 几何建模 60
3.1 几何建模概述 60
3.1.1 自底向上创建几何模型 60
3.1.2 自顶向下创建几何模型 61
3.1.3 布尔运算操作 61
3.1.4 拖拉和旋转 62
3.1.5 移动和复制 62
3.1.6 修改模型（清除和删除） 62
3.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS 63
3.2 坐标系简介 63
3.2.1 总体和局部坐标系 63
3.2.2 显示坐标系 66
3.2.3 节点坐标系 66
3.2.4 单元坐标系 67
3.2.5 结果坐标系 67
3.3 工作平面的使用 68
3.3.1 定义一个新的工作平面 68
3.3.2 控制工作平面的显示和样式 69
3.3.3 移动工作平面 69
3.3.4 旋转工作平面 70
3.3.5 还原一个已定义的工作平面 70
3.4 自底向上创建几何模型 70
3.4.1 关键点 71
3.4.2 硬点 72
3.4.3 线 73
3.4.4 面 75
2.4.5 体 77
3.5 自顶向下创建几何模型（体素） 78
3.5.1 创建面体素 78
3.5.2 创建实体体素 79
3.6 使用布尔操作来修正几何模型 80
3.6.1 布尔运算的设置 80
3.6.2 布尔运算之后的图元编号 81
3.6.3 交运算 81
3.6.4 两两相交 82
3.6.5 相加 83
3.6.6 相减 83
3.6.7 利用工作平面作减运算 84
3.6.8 搭接 85
3.6.9 分割 85
3.6.10 粘接（或合并） 85
3.6.11 实例——托架建模 86
3.7 移动、复制和缩放几何模型 93
3.7.1 按照样本生成图元 93
3.7.2 由对称映像生成图元 94
3.7.3 将样本图元转换坐标系 94
3.7.4 实体模型图元的缩放 95
第4章 网格划分 96
4.1 有限元网格概述 96
4.2 设定单元属性 97
4.2.1 生成单元属性表 97
4.2.2 在划分网格之前分配单元属性 97
4.3 网格划分的控制 100
4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 100
4.3.2 单元形状 100
4.3.3 选择自由或映射网格划分 101
4.3.4 控制单元边中节点的位置 101
4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 102
4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 102
4.3.7 局部网格划分控制 103
4.3.8 内部网格划分控制 104
4.3.9 生成过渡棱锥单元 105
4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 106
4.3.11 执行层网格划分 106
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 107
4.4.1 自由网格划分 107
4.4.2 映射网格划分 108
4.4.3 实例——托架的网格划分 112
4.5 延伸和扫掠生成有限元模型 113
4.5.1 延伸（Extrude）生成网格 113
4.5.2 扫掠（VSWEEP）生成网格 114
4.6 直接通过节点和单元生成有限元模型 117
4.6.1 节点 117
4.6.2 单元 119
4.7 编号控制 121
4.7.1 合并重复项 121
4.7.2 编号压缩 122
4.7.3 设定起始编号 122
4.7.4 编号偏差 123
4.8 综合实例——内六角扳手的建模及网格划分 123
4.8.1 问题描述 123
4.8.2 GUI路径模式 124
第5章 施加载荷 132
5.1 载荷概述 132
5.1.1 什么是载荷 132
5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 133
5.1.3 时间参数 134
5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 135
5.2 施加载荷概述 136
5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 136
5.2.2 施加载荷 137
5.2.3 利用表格来施加载荷 142
5.2.4 轴对称载荷与反作用力 144
5.2.5 实例——托架施加载荷 145
5.3 设定载荷步选项 146
5.3.1 通用选项 147
5.3.2 非线性选项 150
5.3.3 动力学分析选项 150
5.3.4 输出控制 151
5.3.5 创建多载荷步文件 152
5.4 综合实例——内六角扳手的载荷施加 153
5.4.1 添加位移边界条件 153
5.4.2 显示边界条件 154
5.4.3 在手柄上施加压力 154
5.4.4 写载荷步 155
5.4.5 定义向下的压力 156
5.4.6 写第二载荷步 156
第6章 求解 157
6.1 求解概述 157
6.1.1 使用直接求解法 158
6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器 158
6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器 159
6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器 159
6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器 159
6.1.6 使用自动迭代求解器选项 160
6.1.7 获得解答 161
6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型 161
6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项 161
6.2.2 使用求解控制对话框 162
6.2.3 实例——托架的求解 163
6.3 多载荷步求解 164
6.3.1 多重求解法 164
6.3.2 使用载荷步文件法 164
6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 165
6.4 重新启动分析 166
6.4.1 重新启动一个分析 167
6.4.2 多载荷步文件的重启动分析 170
6.4.3 实例——内六角扳手求解 172
6.5 预测求解时间和估计文件大小 173
6.5.1 估计运算时间 173
6.5.2 估计文件的大小 173
6.5.3 估计内存需求 173
第7章 后处理 174
7.1 后处理概述 174
7.1.1 什么是后处理 174
7.1.2 结果文件 175
7.1.3 后处理可用的数据类型 175
7.2 通用后处理器（POST1） 176
7.2.1 将数据结果读入数据库 176
7.2.2 列表显示结果 182
7.2.3 图像显示结果 189
7.2.4 实例——查看计算结果 193
7.3 时间历程后处理器（POST26） 194
7.3.1 定义和储存POST26变量 195
7.3.2 检查变量 197
7.3.3 POST26后处理器的其他功能 199
7.4 综合实例——内六角扳手的静态分析后处理 200
7.4.1 读取个载荷步计算结果 200
7.4.2 读取下一载荷步计算结果 202
7.4.3 放大横截面 203
第8章 静力分析 205
8.1 静力分析概述 205
8.1.1 结构静力分析简介 205
8.1.2 静力分析的类型 206
8.1.3 静力分析的求解步骤 207
8.2 钢桁架桥静力受力分析 207
8.2.1 问题描述 207
8.2.2 GUI操作方法 208
8.2.3 命令流实现 223
第9章 模态分析 224
9.1 模态分析概述 224
9.2 模态分析的基本步骤 225
9.2.1 建模 225
9.2.2 加载及求解 225
9.2.3 扩展模态 228
9.2.4 观察结果和后处理 230
9.3 钢桁架桥模态分析 231
9.3.1 问题描述 231
9.3.2 GUI操作方法 231
9.3.3 命令流实现 235
第10章 谐响应分析 236
10.1 谐响应分析概述 236
10.2 谐响应分析的
